Czy zastanawialiście się kiedyś, czy pompa ciepła może zamarznąć w mroźne zimowe dni? Pompy ciepła typu hydrosplit czy monoblok są narażone na ryzyko uszkodzenia w wyniku niskich temperatur, szczególnie podczas mrozów. Dlatego tak ważne jest, aby wdrożyć odpowiednie zabezpieczenia, które gwarantują niezawodność i wydajność urządzenia nawet w trudnych warunkach zimowych. Jakie sposoby zabezpieczenia pomp ciepła typu monoblock i hydrosplit przed zamarzaniem są dla nas dostępne? 

Rozważając relację "pompa ciepła a mrozy", ważne jest zrozumienie, jak niskie temperatury wpływają na funkcjonowanie urządzeń typu hydrosplit czy monoblok. W przypadku powietrznych pomp ciepła typu hydrosplit czy monoblok, cały układ chłodniczy znajduje się w jednostce zewnętrznej. W związku z tym, skraplacz, który w przypadku pomp ciepła typu split znajduje się po stronie jednostki wewnętrznej, w hydrosplitach i monoblokach jest montowany w jednostce zewnętrznej. To przede wszystkim z tego względu pompy ciepła typu hydrosplit i monoblok są najbardziej narażone na działanie niskich temperatur. Zamarznięcie elementów urządzenia może mieć nawet katastrofalne skutki dla jego działania, gdyż może dojść do rozsadzenia elementów instalacji przez zwiększającą swoją objętość wodę. Dobrą wiadomością jest fakt, że istnieje wiele sposobów na zabezpieczenie pomp ciepła przed zamarzaniem. 

Zastanawiając się, jak zabezpieczyć pompę ciepła przed zamarzaniem, warto przyjrzeć się dostępnym metodom, które mogą skutecznie zapobiegać tego typu problemom. W każdym rodzaju pomp ciepła można spotkać się z trzema podstawowymi rodzajami zabezpieczeń przed zamarzaniem. Ograniczają się one zazwyczaj do użycia grzałek elektrycznych, które podgrzewają wodę w naczyniu wzbiorczym lub w instalacji w momencie, gdy ochłodzi się do pewnej temperatury. Kolejnym sposobem na przeciwdziałanie zamrożeniu pompy ciepła jest zastosowanie pompy obiegowej, która będzie wymuszała przepływ medium. Dzięki temu nie dojdzie do zastoju w instalacji i tym samym, do ochłodzenia się czynnika. Wszystkie wymienione zabezpieczenia pompy ciepła przed zamarzaniem przy właściwym montażu powinny działać bez zarzutu. Jednak do czasu - jeśli dojdzie do odcięcia zasilania zarówno grzałki, jak i pompa obiegowa nie zadziałają. Jest to szczególnie niebezpieczne w przypadku długich przerw w dostawie prądu, gdy na zewnątrz panują ujemne temperatury. Najbardziej narażone w tej sytuacji będą pompy ciepła typu hydrosplit i monoblok, gdyż są ona całkowicie wystawione na działanie czynników zewnętrznych. Całe szczęście jest wiele sposobów na to, jak sobie z tym poradzić. 

Zawory przeciwzamrożeniowe są podstawowym zabezpieczeniem, które niemal zawsze jest dodawane przy zakupie pompy ciepła. Ważnym jest zrozumienie, w jaki sposób działają. W momencie odcięcia prądu, woda w instalacji będzie stała. Jak tłumaczy ekspert, gdy temperatura spadnie do 3°C zawór się otworzy, co spowoduje stopniowe spuszczanie wody z instalacji.   Kluczem do zrozumienia układu jest to, że to nie zrzut wody jest najważniejszy. Zawory antyzamrożeniowe mają za zadanie wymusić ruch wody w układzie, a nie jej całkowite spuszczenie z instalacji.  Zadaniem zaworów jest przetłoczenie wody z miejsca cieplejszego, jakim jest budynek, do miejsca narażonego na rozsadzenie wody w układzie. 

Aby zawory przeciwzamrożeniowe spełniały swoją funkcję muszą zostać zamontowane we właściwy sposób. Po pierwsze, izolacja nie może przysłonić zaworu. W innym wypadku urządzenie nie będzie w stanie spełniać swojego zadania. Wymagane jest także, aby zawór był instalowany w pozycji pionowej z upustem skierowanym w dół - dzięki temu możliwy jest swobodny wypływ medium. Należy zamontować go na zewnątrz budynku, w miejscu, gdzie będzie chroniony przed deszczem, śniegiem oraz bezpośrednim działaniem promieni słonecznych. Jednak pojedynczy zawór antyzamrożeniowy to dalej za mało. Eksperci zalecają, aby jeden był zamontowany na przewodzie zasilania, a drugi na przewodzie powrotnym do pompy ciepła. Odległość między nimi powinna wynosić co najmniej 10 cm. W ten sposób uchronimy się przed skapywaniem medium na drugi z zaworów. Warto zaznaczyć, że jeden zawór przeciwzamrożeniowy jest w stanie wykroplić ok. 12 litrów wody na dobę. Z tego względu należy zaprojektować instalację w taki sposób, aby medium mogło zostać odprowadzone do studzienki chłonnej. Bardzo ważnym aspektem stosowania zaworów przeciwzamrożeniowych jest także czystość instalacji, gdyż żadne zabrudzenia nie powinny dostawać się do zaworów, które mogłyby zostać w ten sposób zatkane. 

Do wcześniej wspomnianych wymagań dochodzi także konieczność zamontowania zaworów w najniższym możliwym punkcie instalacji. Jeżeli niemożliwym jest spełnienie tego warunku,  to możemy dołożyć do naszej instalacji zawór automatycznego dopełniania. Taki krok pozwoli na wymuszenie przepływu wody w jeszcze większym stopniu.

Rys. 4. Przykładowy roczny koszt ogrzewania nowego budynku jednorodzinnego o pow. ogrzewanej 150 m2, zrealizowanego w standardzie programu „Moje Ciepło” (EU = 40 kWh/(m2 · rok)), wraz z kosztem przygotowania ciepłej wody użytkowej dla 4-osobowej rodziny. Dane uwzględniają koszty energii w III kwartale 2024 r.

Jak widać, standard energetyczny budynku znacząco wpływa na koszty ogrzewania we wszystkich źródłach ciepła. W nowych, dobrze zaizolowanych budynkach, najbardziej opłacalnym rozwiązaniem jest pompa ciepła w każdej konfiguracji, zwłaszcza w połączeniu z instalacją fotowoltaiczną. W budynkach o większym zapotrzebowaniu na energię cieplną, odpowiednia termomodernizacja jest często konieczna, aby w pełni wykorzystać zalety nowoczesnych technologii grzewczych, takich jak pompy ciepła. Ich efektywność w ogrzewaniu pomieszczeń zależy bowiem od temperatury systemu grzewczego. Znacznie wzrasta, gdy system centralnego ogrzewania może zapewnić komfort termiczny w budynku pracując w niższych zakresach temperatur (np. maksymalnie 55/45°C). Bardzo istotne – szczególnie w starszych budynkach poddawanych modernizacji – jest również staranne zaprojektowanie układu z pompą ciepła oraz prawidłowy dobór i montaż urządzenia.

Czy w takim razie stosowanie zaworów antyzamrożeniowych jest absolutnie konieczne i nie ma dla tego żadnych alternatyw? Niektórzy klienci chcieliby zainwestować w UPS z pompą obiegową, agregat prądotwórczy bądź ręczne zawory spustowe. Eksperci Panasonic zdecydowanie odradzają takie podejście do tematu. 

Warunkiem gwarancyjnym Panasonic jest zastosowanie zaworów antyzamrożeniowych. UPS z pompą obiegową bądź agregat prądotwórczy nie są  rozwiązaniami rekomendowanymi przez naszą firmę. Warto podejść do tego w taki sposób, że jeśli pompa ma zasilanie, to jest ona zabezpieczona już przez producenta. Natomiast jeśli nie będzie dostępu do energii elektrycznej, a UPS zawiedzie, interpretacją firmy będzie brak zabezpieczenia pompy ciepła.  Podobnie sprawa wygląda z innymi zabezpieczeniami, które miałyby zastąpić zawory przeciwzamrożeniowe. 

Kolejnym bardzo ważnym zabezpieczeniem antyzamrożeniowym dla pomp ciepła typu hydrosplit i monoblok są odpowiednie płyny instalacyjne. Mimo, że woda ma dużą pojemność cieplną, to nie jest odporna na niskie temperatury. Co innego glikol. Zaleca się korzystanie z gotowych mieszanin wody i glikolu. W ten sposób jesteśmy w stanie zapewnić sobie dobre efekty termodynamiczne przy jednoczesnym zabezpieczeniu instalacji z pompą ciepła przed zamarzaniem. Warto jednak pamiętać, że glikol ma tendencje do wyciekania nawet przez najdrobniejsze szczeliny. Dlatego zawsze należy dokładnie zabezpieczyć wszystkie elementy systemu przed przeciekaniem. Dodatkowo sugeruje się stosowanie glikolu tylko w instalacjach dostosowanych, czyli wykonanych z rur dedykowanych do mieszanin glikolu, gdzie nie występują elementy ocynkowane. 

W przypadku instalacji domowych należy korzystać jedynie z glikolu propylenowego. Mimo, że ma on gorsze właściwości termiczne niż glikol etylenowy, to jest on zdecydowanie bezpieczniejszy w użyciu. Jedynie wysokie stężenia glikolu propylenowego są niebezpieczne. Inaczej jest w przypadku glikolu etylenowego, który jest silnie toksyczny. Przez wzgląd na to jest on stosowany jedynie w instalacjach przemysłowych bądź technicznych. 

Zastanawiając się, jak zabezpieczyć pompę ciepła przed zamarzaniem, ważne jest zrozumienie, dlaczego pompa ciepła zamarza w ogóle. Ważne jest, aby zadać sobie pytanie: czy pompa ciepła może zamarznąć i odpowiedzieć na nie, uwzględniając fakt, że pompa ciepła zamarza nie tylko z powodu niskich temperatur, ale również z powodu braku odpowiedniego przepływu medium czy niewłaściwej instalacji. Jak widać problem zamarzania hydrosplitów i monobloków nie musi występować, jeżeli odpowiednio wcześnie zadbamy o odpowiednie zabezpieczenia. Co więcej, podstawowa ochrona przeciwzamrożeniowa jest często zapewniana już przez producentów. Sposobów jest wiele, ale najlepiej stawiać na sprawdzone rozwiązania. Omawiane powyżej przypadki tyczą się pomp ciepla firmy Panasonic, a nie każdej występującej na rynku.

Podsumowując, pompy ciepła w obliczu dużych mrozów mogą nadal funkcjonować efektywnie, pod warunkiem zastosowania odpowiednich środków ochronnych. Dzięki starannemu przygotowaniu i zastosowaniu się do zaleceń dotyczących ochrony, możliwe jest znaczące zwiększenie odporności pomp ciepła na negatywne skutki niskich temperatur, zapewniając ich niezawodność przez cały okres zimowy.

Źródło:

Artykuł opracowano na podstawie webinaru przeprowadzonego w ramach Webinarowej Środy przez Michała Stojanowskiego pod tytułem “Jak zabezpieczyć pompę ciepła typu monoblok, hydrosplit przed mrozami”.
Panasonic: https://www.aircon.panasonic.eu/PL_pl/blog/jak-zabezpieczyc-pompy-ciepla-typu-monoblock-i-hydrosplit-przed-mrozami/