Na co pompie ciepła bufor? Kiedy pompa ciepła wymaga bufora a kiedy nie wymaga i nawet lepiej żeby go nie było? Majstry mówią, że bufor generuje jakąś stratę – niby jak, czy on zjada to ciepło albo oddaje po kryjomu do sąsiada? Do którego ze stronnictw się zapisać: „zawsze bufor!” czy do „nigdy bufor!”?

Jedni i drudzy się mylą, nikt nie ma racji, bo to zależy: większość pomp ciepła instalowanych w modernizowanych budynkach będzie bufora wymagała. Ale żeby było trudniej: można go zrobić na różne sposoby. Chcesz coś z tego zrozumieć? Poniżej ekstrakt wniosków do których doszedłem czytając mądrzejszych od siebie a teraz streszczam krótko i mam nadzieję zrozumiale.

Niejednemu zbiornikowi na imię: bufor

Ten artykuł dotyczy bufora instalowanego do pompy ciepła. Trzeba go odróżniać od bufora ciepła instalowanego do kotłów na drewno / węgiel. Choć nazwa podobna, są to dwa różne urządzenia o mocno różnych cechach i funkcjach:

• Bufor ciepła zazwyczaj ma 500-1000l i więcej – a bufor dla pompy ciepła zależnie od pełnionej funkcji może mieć raptem 100l i bywa, że więcej nie trzeba a nawet byłoby szkodliwe.
• Bufor ciepła magazynuje ciepło w wodzie nagrzanej do wysokich temperatur – podczas gdy dla bufora z pompą ciepła magazynowanie ciepła nie jest głównym/jedynym celem, a już na pewno nie chodzi tu o nabijanie wysokich temperatur (to dla pompy ciepła nieekonomiczne).

Żeby było ciekawiej: bufor ciepła może być jednocześnie buforem dla pompy ciepła, choć wymaga to rozumnego połączenia, aby całość działała i przynosiła pożytek.

Punkt wyjścia: potrzeby pompy ciepła

Pompa ciepła, aby w ogóle chciała pracować w danej instalacji grzewczej, a tym bardziej pracować ekonomicznie – musi mieć zapewnione odpowiednie warunki (kompletnie różne od tego, czego potrzebowały kotły węglowe / gazowe):

• odpowiednio duży przepływ wody przez wymiennik
• odpowiednio dużą pojemność cieplną instalacji

Przepływ wody „grzejnikowej” przez pompę ciepła musi być znacznie intensywniejszy niż to było w instalacjach z kotłami węglowymi, nawet tych pompowych, o grawitacyjnych nie wspominając. I co jeszcze ważne: wysoki przepływ musi być zapewniony zawsze, również i zwłaszcza wtedy, gdy pozamykają się termostaty na grzejnikach.

Pojemność cieplna instalacji znów musi być duża. A jeszcze nie tak dawno rządził trend wycinania starych grubych rur instalacji grawitacyjnych, bo popularny mit ludowy obwiniał dużą ilość wody w grzejnikach za duże zużycie opału. Tłumaczymy od lat, że to totalna bzdura. Teraz znów potrzebujemy dużej pojemności cieplnej (niekoniecznie wodnej) w instalacji:

• aby pompa ciepła pracowała w należycie długich cyklach (bez zbyt częstych włączeń, które wykańczają sprężarkę)
• aby powietrzna pompa ciepła miała skąd pobrać ciepło na odszranianie.

Idealna instalacja dla pompy ciepła

Ideałem instalacji przystosowanej do potrzeb pompy ciepła jest ogrzewanie wyłącznie płaszczyznowe (podłogowe lub ścienne) bez sterowania przepływem (żadnych termostatów, siłowników, mieszaczy itp.).

Taka instalacja:

• jest maksymalnie prosta
• a zarazem zapewnia optymalne warunki pracy pompy ciepła
• i jest najbardziej ekonomiczna (pracuje z najniższą możliwą temperaturą zasilania).

To jest w pewnym sensie uwstecznienie względem trendów ostatnich dwóch dekad: znów w cenie jest bezwładność cieplna (niekoniecznie wodna, może być betonowa: posadzka to znakomity akumulator ciepła) i rury grubsze niż palec sześciolatka (bo w tych cieniutkich nie da się osiągnąć dużych przepływów.

Kiedy pompa ciepła nie potrzebuje bufora

Bufor jest zbędny wtedy, gdy instalacja grzewcza sama w sobie spełnia wszystkie powyższe wymagania pompy ciepła (w przypadku idealnym, opisanym powyżej).

Starsze instalacje, pierwotnie projektowane dla kotłów węglowych lub gazowych, rzadko z marszu spełniają wszystkie wymagania pompy ciepła. Potrzebne mogą być zmiany, wśród których dodanie bufora może się okazać niezbędne. Albo przynajmniej będzie to najłatwiejsza / najtańsza opcja obejścia niedomagań instalacji.

Warianty podłączenia bufora do pompy ciepła

Sposób podłączenia bufora do pompy ciepła zależy od roli, jaką ma spełniać w instalacji.

Bufor w układzie szeregowym

Instalacja grzewcza osiąga wymagane przez pompę ciepła przepływy, ale zbudowana jest z małopojemnych grzejników i relatywnie cienkich rur, więc dla pompy ciepła powietrze-woda może się to skończyć taktowaniem w cieplejsze dni (bo mała ilość wody w grzejnikach sprawi że temperatura powrotu szybko wzrośnie) a w mrozy – problemami z odszranianiem (tzn. niekoniecznie musi się dziać coś złego, ale pompa, stwierdziwszy że nie ma w instalacji zapasu ciepła, odszroni się z pomocą grzałek; działać to będzie świetnie, tylko rachunki nie takie…).

Na takie sytuacje, gdy przepływy w instalacji są zapewnione, ale brakuje pojemności cieplnej – wystarczający jest bufor w układzie szeregowym instalowany na powrocie pompy ciepła. I to nawet nie bufor a buforek, bo taki zbiornik może mieć raptem 50-100l. Więcej może nie być potrzebne. Zależy od mocy pompy ciepła i pojemności instalacji.

Dlaczego bufor wpięty szeregowo jest akurat na powrocie? Bo gdyby był na zasilaniu, to opóźniałby dopływ ciepła do instalacji, co byłoby niekorzystne. Bufor na powrocie działa zaś korzystnie: opóźnia wzrost temperatury wody powracającej do pompy ciepła, czym wydłuża jej cykl pracy, podczas gdy instalacja już dostarcza ciepło do pomieszczeń.

Bufor w układzie równoległym

Jeżeli w instalacji grzewczej są termostaty na grzejnikach / siłowniki na pętlach ogrzewania podłogowego, czyli przepływ wody może zostać ograniczony – wtedy konieczny jest bufor w układzie równoległym, który zapewni pompie ciepła stały, wysoki przepływ wody przez jej wymiennik także przy ograniczonym przepływie w instalacji.

Bufor w układzie równoległym spełnia te same zadania co bufor w układzie szeregowym plus dodatkowo pozwala pogodzić duży przepływ wody w obiegu pompy ciepła z mniejszym albo i zerowym przepływem wody w instalacji grzewczej. Takie urządzenie, które godzi dwa obiegi o różnych prędkościach przepływu nazywa się sprzęgło hydrauliczne. Brzmi mądrze a takie proste.

Bufor w układzie równoległym można wykonać na różne sposoby. Ten na rysunku powyżej jest najpopularniejszy – niekoniecznie zawsze optymalny, ale zawsze działa, a to dla instalatora najważniejsze. Nazwa „4-rurowy” lub 4T to kalka z terminologii anglosaskiej. Oznacza, że bufor jest podłączony do reszty instalacji czterema rurami. Nie znalazłem sensowniejszego rodzimego nazewnictwa.

Choć wydaje się to dziwne, bufor w układzie równoległym zwiększa zużycie prądu: cała woda wychodząca z pompy ciepła przechodzi przez bufor, gdzie częściowo miesza się z chłodniejszą wodą powracającą z instalacji, skutkiem czego na zasilanie instalacji idzie woda o temperaturze kilka stopni niższej niż to, co wychodzi z pompy ciepła. Aby nadrobić tę różnicę, pompa ciepła musi podbić temperaturę zasilania o kilka stopni – na co zje nieco więcej prądu.

Na szczęście ludzkość wymyśliła, jak tę wadę zniwelować: istnieje alternatywny 3-rurowy (3T) sposób równoległego wpięcia bufora. W tym układzie większość wody omija bufor i prosto z pompy ciepła trafia na instalację, już bez żadnej straty na temperaturze – tak, jakby bufora nie było. Co w takim razie robi bufor? Przejmuje tylko nadwyżki przepływu, których nie odbiera w danej chwili instalacja.

Układ 3-rurowy jest powszechniejszy na zachodzie Europy, u nas wciąż mało znany. Jakby ktoś chciał się doktoryzować to tutaj jest prawie 2-godzinny wykład o hydraulicznych tajnikach różnych konfiguracji buforów.

Pojemność bufora do pompy ciepła

Bufor na potrzeby wyłącznie pompy ciepła ma zazwyczaj niewielkie pojemności w porównaniu do bufora ciepła stosowanego do kotłów na drewno / węgiel. Zazwyczaj będą to wielkości rzędu 100-200l. Po dokładne wartości trzeba sięgnąć do wytycznych producenta pompy ciepła.

Bufor znacznie większy niż zalecany nic nie pomoże – w najlepszym razie będzie stał mało używany, w najgorszym razie będzie szkodził: niepotrzebnie i nadmiernie wydłuży czas pracy pompy ciepła i zmuszając pompę ciepła do nabijania wyższej temperatury pogorszy jej efektywność.

Owszem, można pompę ciepła połączyć z innymi źródłami ciepła w buforze o pojemności 1000l i więcej – nadaje się do tego układ równoległy 3-rurowy – ale taki bufor 1000l ma sens tylko gdy istnieją lub są w planach inne źródła ciepła. Dla samej pompy ciepła tak duży zbiornik byłby bez sensu, ponieważ ona nigdy nie wykorzysta jego możliwości.

Składowanie znacznych ilości ciepła w buforze w przypadku pomp ciepła jest bez sensu: grzanie do wyższej temperatury niż wymagana w danej chwili temperatura zasilania instalacji jest nieekonomiczne. Chyba, że są inne względy – np. chcemy zmagazynować ciepło wyprodukowane przez pompę ciepła w godzinach taniego prądu.