Propan to naturalny czynnik chłodniczy, którego historia sięga samych początków chłodnictwa. W obliczu pilnej potrzeby zwalczania globalnego ocieplenia propan przeżywa obecnie swój renesans. Oprócz niskiego potencjału globalnego ocieplenia (GWP) wynoszącego zaledwie 3, czynnik R290 charakteryzuje się również doskonałymi właściwościami termodynamicznymi. Dlatego też jego zastosowanie w systemach grzewczych i klimatyzacyjnych ma solidne podstawy techniczne.

Warto pamiętać, że propan jest sklasyfikowany jako czynnik palny w klasie A3. Dlatego też pompy ciepła zasilane propanem są produkowane jedynie w wersji monoblok, aby uniknąć montażu wewnątrz budynków, co stanowi środek bezpieczeństwa. Niemniej jednak propan to substancja towarzysząca nam od dawna i nie powinno się go demonizować z powodu łatwopalności. Teraz przyjrzyjmy się konkretnym korzyściom, jakie mogą przynieść pompy ciepła działające na czynnik R290 w zastosowaniach komercyjnych.

Czas zmian i R290

W transformacji energetycznej w ogrzewnictwie nie tylko zmienia się rodzaj używanych czynników chłodniczych, ale także sam sposób projektowania instalacji. Dzięki rozwojowi technologii pomp ciepła możliwe jest wykorzystanie jednego urządzenia do grzania, chłodzenia oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej. Przeanalizujmy jedną z inwestycji, którą opowiada Sylwester Stafiej z firmy Panasonic.

“Uważam, że rozwiązania systemowe z zastosowaniem jednego źródła ciepła i chłodu w najbliższej przyszłości będą stanowić podstawę systemów ogrzewania i klimatyzacji” – zaczyna Sylwester Stafiej.

Takie podejście pozwala na ograniczenie potrzeby montowanych urządzeń, co zmniejsza objętości systemowe i zapotrzebowanie na energię. To kluczowe aspekty dla procesu dekarbonizacji budownictwa. Zobaczmy to więc na przykładzie i przejdźmy teraz do zapowiadanego case study

Kaskadowe wykorzystanie pomp ciepła

Budynkiem poddanym analizie jest ośrodek medycyny pracy, gdzie zapotrzebowanie na moc chłodniczą wynosi 350 kW przy temperaturze 32°C. Natomiast zapotrzebowanie na moc grzewczą wynosi 180 kW przy temperaturze projektowej -20°C. Pozostałe szczegóły znajdują się na załączonej grafice.

Ze względu na potrzebę przygotowania ciepłej wody użytkowej w tym typie budynku, zdecydowano się zainstalować kaskadę pięciu pomp ciepła AQUA-G BLUE. Jest to innowacyjne rozwiązanie marki Panasonic, wykorzystujące czynnik R290, oferujące moc nominalną 80 kW w trybie grzania oraz 75 kW w trybie chłodzenia.

“Zaprojektowane źródło chłodu o mocy 350 kW daje znakomitą możliwość wykorzystania pompy ciepła jako jedyne źródło ciepła. W przypadku budynku, którego wymaganiem jest zastosowanie systemu klimatyzacji i ogrzewania może się to odbyć tym samym źródłem. Oczywiście to źródło trzeba w odpowiedni sposób zaprojektować, aby umożliwić pracę w trybie mieszanym” – zaznacza ekspert.

Jak to działa?

Praca mieszana pozwala na przełączanie pracy pomp ciepła działających w kaskadzie, co jest rozrysowane na powyższym schemacie. Dzięki temu zyskano możliwość przełączania pracy jednej, dwóch bądź kilku pomp na potrzeby bufora chłodu lub ciepła. 

Oczywiście taki układ może również pracować w trybie priorytetu ciepłej wody użytkowej. W taką funkcjonalność wyposażono nasz sterownik kaskadowy. Jeżeli pojawia się nagłe zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową i temperatura w zbiorniku spada poniżej określonego pułapu temperaturowego, to urządzenie z automatu przełącza się na tryb ogrzewania ciepłej wody użytkowej i generuje ciepłą wodę do osiągnięcia założonej górnej granicy temperaturowej zbiornika – tłumaczy Sylwester Stafiej z Panasonic.

W tej instalacji, odbiornikami końcowymi są klimakonwektory, które w trybie grzania pracują przy temperaturze zasilania 45/40°C, a w trybie chłodzenia przy temperaturze 7/12°C. Są to standardowe temperatury, które doskonale pasują do pracy pomp ciepła.

Omawiany budynek, będący przykładem starego budownictwa, przeszedł termomodernizację, co skutkuje proporcją mocy chłodniczej do mocy grzewczej wynoszącą 2:1. W nowo budowanych obiektach stosunek ten często wynosi 3:1 lub nawet 4:1, co jasno świadczy o większym zapotrzebowaniu na chłód niż na ciepło. Pompy ciepła zasilane propanem świetnie radzą sobie z tą sytuacją. Ich możliwości eksploatacyjne wykraczają również poza ramy zastosowań w budownictwie mieszkalnym czy użyteczności publicznej, można je bowiem wykorzystać również w systemach HVAC dla przedsiębiorstw produkcyjnych.

Źródło: Forum Pomp Ciepła – Panasonic