Jaki kabel do pompy ciepła w nowobudowanym obiekcie

Polski klimat, choć nieustannie się zmienia to nie należy do łagodnych. Gorące lato, chłodne zimy. Te drugie wymuszają na nas – jako właścicieli domów do instalacji urządzeń, które w te chłodne i zimne dni dostarczą do mieszkań i domów ciepło. Jeśli zastanawiasz się nad montażem pompy ciepła z pewnością myślisz też o przyłączu elektrycznym do tego urządzenia. Jak poprawnie wykonać okablowanie pod przyszłą pompę ciepła by nie było niespodzianki podczas instalacji urządzenia?

Nieoczekiwany zwrot na rynku węgla, gazu jak i drewna wywrócił całkowicie rynek grzejnictwa. To co przyniesienie najbliższa zima – czyli zima na przełomie 2022 i 2023 roku będzie zdecydowanie nieprzewidziane. Gdy jeszcze rok, dwa lata temu ktoś zaczynał temat pomp ciepła to zazwyczaj ludzie patrzyli się na niego z politowaniem. Jedni pukali się w głowę i nazywali go burżujem inni chorym człowiekiem pakującym się w przyszłości w kłopoty. Bo chociażby elektronika lubi się zepsuć, nie to co węgiel ;)

Dziś nastąpił zwrot o niemal 180 stopni. Widmo braku drewna, gazu i węgla skierował wzrok ku pomp ciepła, które wymienionych paliw nie potrzebują do pracy. Wymagają jedynie… energii elektrycznej i to energii kilkukrotnie mniejszej niż tradycyjne farelki. Ale to tylko w teorii ;)

No właśnie – to jak to z tymi pompami ciepła tak naprawdę jest?

Jeśli aktualnie budujesz dom i nie masz dobranej żadnej pompy to tak naprawdę nie wiadomo jak zasilić tą pompę. Musimy wiedzieć, że każda pompa jest zasilana inaczej. Wszelkie informacje dotyczące przyłącza elektrycznego zawsze określa producent danej pompy w dokumentacji urządzenia. Zatem jeśli projektant budynku nic nie dobrał, a my sami nie wiemy też co będziemy mieli zainstalowane to najlepiej jak przewidzimy jedynie jedno lub dwa ogólne zasilania. Dlaczego tak?

Zanim położymy jakiekolwiek kabel czy przewody zacznijmy od podstaw. Pompa ciepła z założenia jedynie transportuje ciepło z górnego do dolnego źródła i na odwrót. Z tego powodu mówi się, że pompy ciepła posiadają sprawność dochodzącą nawet do 700% (COP = 7)!

Ale nie bierzmy tego tak na poważnie – bo faktycznie w pewnych warunkach są w stanie przetransportować te 700% ale na pewno nie w mroźną zimę. Te COP na poziomie siedmiu pompy ciepła są w stanie wydobyć przeważnie wtedy kiedy różnica między dolnym źródłem, a górnym źródłem jest niewielka.

Czym jest dolne i górne źródło?

Jak już wspomniałem – pompy ciepła jedynie transportują źródło z jednego miejsca do drugiego. Pobierają np. w dolnym źródle i transportują do górnego źródła. Jako dolne źródło może to być energia cieplna zgromadzona w powietrzu lub w gruncie. Za górne źródło uznaje się to co chcemy ogrzać. Im różnica temperatur pomiędzy górnym, a dolnym źródłem jest większa tym COP będzie niestety mniejsze bo:

COP = energia cieplna oddana / energia elektryczna pobrana.

Powyższe równanie uwidacznia pewną zależność. Jeśli naszą pompę będziemy wykorzystywać do ogrzewania domu zimą to jeśli zapewnimy naszej pompie wysokotemperaturowe dolne źródło to pompa będzie krócej pracować by nagrzać nasze pomieszczenia. Stąd energia elektryczna pobrana będzie mniejsza. W praktyce przez nasze chłodne zimy COP na poziomie siedmiu nie uzyskamy na powietrznych pompach ciepła. Z jednego prostego powodu – powietrze zimą jest… zimne ;) Tak wysoki COP uzyskamy jedynie na pompach gruntowych gdzie dolne źródło w ziemi jest o odpowiednio wysokiej temperaturze.

Ok, ale co takiego właściwie ma powyższa teoria z przygotowaniem instalacji elektrycznej pod pompę ciepła? Można by rzec ze tylko trochę – ale warto zawsze mieć pojęcie o co chodzi w pompach ciepła.

Przejdźmy do szczegółów opracowania instalacji elektrycznej. Jeśli nasz dom jest dopiero budowany to mamy idealne pole do popisu. Wiemy, że pompy ciepła mają sprawność dochodzącą do 700% w przypadku pomp gruntowych. W przypadku pomp powietrznych sprawności przeważnie nie przekraczają 400%.

Na podstawie doświadczenia projektowego w ostatnim roku – projektanci instalacji sanitarnych dla budynków jednorodzinnych do 150 metrów kwadratowych przeważnie dobierali pompę na poziomie 6kW mocy grzewczej. Należy tutaj wspomnieć, że zawsze to były powietrzne pompy ciepła (pompy gruntowe z uwagi na wymuszenie wykonania głębokiego odwiertu są o wiele bardziej kosztowne) Zatem moc grzewcza 6kW to ok. 2kW mocy elektrycznej przy COP=3. Czy w tym przypadku zarezerwowanie mocy dla pompy ciepła na poziomie 2kW będzie poprawne? Nie.

Można ślepo zawierzyć że przy nowych małych domach jednorodzinnych prawdopodobnie dobrana zostanie pompa ciepła nie większa niż 6kW mocy grzewczej. Analizując różne DTR pomp ciepła to wspomniane pompy są przeważnie pompami jednofazowymi, gdzie moc sprężarki jest śmiesznie mała i oscyluje w granicach właśnie dwóch kilowatów. Ale jak zwykle chochlik tkwi w szczegółach.

Dla mocy na poziomie dwóch kilowatów wystarczy zasilanie w formie przewodu/kabla 3x2,5mm2? Uważam, że nie. Wczytując się dokumentacje pomp ciepła to przeważnie producenci zalecali doprowadzenie dla pomp typu split (pompy split to pompy które posiadają jednostkę zewnętrzna i jednostkę wewnętrzną) wyprowadzenie minimum aż dwóch przyłączy kablowych. Pierwsze dla jednostki zewnętrznej i drugie dla jednostki wewnętrznej. Monobloki przeważnie potrzebują tylko jednego.

Ale jeśli się wczytamy głębiej w nasze dokumentacje to uwidacznia się wspomniany chochlik – wbudowane dopalacze pomp ciepła w postaci grzałek. Posiadają je nawet pompy jednofazowe. Co niejednokrotnie zmienia sposób zasilenia i wymaga się przewodu trójfazowego.

Posiadając powyższą wiedzę możemy zacząć dopiero analizować jak odpowiednio przygotować naszą instalację pod pompę ciepła. Przejdźmy do poukładania informacji zdobytych podczas tego artykułu.

1. Pompy ciepła przedstawiają moc grzejną – moc elektryczna przeważnie jest ukryta w DTR,
2. Pompy ciepła typu split przeważnie wymagają wyprowadzenia dwóch przyłączy elektrycznych (jednostka wewnętrzna osobno, jednostka zewnętrzna osobno),
3. Pompy ciepła typu monoblok przeważnie wymagają jednego wypustu kablowego,
4. Większość pomp posiada dodatkowo grzałki, które wymagają dodatkowego zasilenia. Moc i napięcie grzałki jest indywidualna dla każdej pompy.

Naszym punktem wyjściowym do projektowania instalacji pod pompę ciepła jest powyższa lista.

Na etapie budowy domu nie wiem jeszcze jaka pompa będzie zamontowana. Ale wiedząc, że nie przekroczy ona 10kW mocy grzejnej to możemy oszacować, że pompa ciepła będzie w najgorszym przypadku trójfazowa o mocy elektrycznej ok. 3kW + moc ewentualnej grzałki.

Zakładając, że nasza pompa będzie w najgorszym przypadku (od strony elektrycznej) splitem to musimy przewidzieć minimum dwa wypusty kablowe. Gdyby to był monoblok to zasilamy jedynie jednostkę zewnętrzną bo monobloki są zbudowane tylko i wyłącznie z jednostki zewnętrznej.

Szybko podsumowując w najgorszym wypadku musimy przewidzieć minimum dwa wypusty kablowe – w miejscu jednostki zewnętrznej i w miejscu jednostki wewnętrznej.

W zależności od grzałek – warto do jednostki zewnętrznej doprowadzić dodatkowy kabel trójfazowy by zasilić ewentualne grzałki.

Jakie moce mogą być przenoszone przez kable przygotowane pod pompy ciepła? Musimy mieć świadomość, że sama pompa ciepła pobiera niewiele energii. Jeśli zatem przewidzimy na naszą jednostkę zewnętrzną jak i wewnętrzną przewody/kable 5x4mm2 to uważam, że one z pewnością starczą (nie podejmuję tutaj tematu spadków napięć). Dodatkowo dla grzałek na jednostkę zewnętrzna możemy dorzucić dodatkowy 5x4mm2.

Czy to koniec okablowania? Na etapie wykonywania instalacji elektrycznej w budynku tak. Dodatkowe przewody z pewnością pojawią się w momencie instalacji pompy ciepła w naszej maszynowni z uwagi na dodatkowe pompy obiegowe i mechanizmy związane z całą instalacją wodną w budynku. Na etapie instalacji nie jesteśmy w stanie jej zasilić.

Jeśli nie chcemy się bawić w okablowania pomp ciepła na etapie instalacji elektrycznych możemy najprościej wyprowadzić w kotłowni lub maszynowni jeden wypust np. 5x6mm2, który w momencie instalacji pompy ciepła zamieni się w rozdzielnicę z której dopiero zostaną wyprowadzone zasilania na konkretne podzespoły pompy ciepła.

Co warto dodatkowo uwzględnić w instalacji elektrycznej zasilającej pompę ciepła?

Dobrą praktyką jest dodatkowo opomiarować obwody zasilające pompę ciepła. Dodatkowe liczniki zużytej energii zliczające pobraną przez pompę ciepła energię pozwolą nam w przyszłości ocenić ile kosztuje nas ogrzanie domu.

Jakie bezpieczniki na pompę ciepła?

Uważam, że na etapie wykonywania docelowych wypustów pod pompę ciepła nie warto jeszcze poruszać tematu zabezpieczeń. Z pewnością obwody pompy ciepła należy wyposażyć w wyłącznik różnicowo-prądowy. Wystarczy jeden na wszystkie obwody pompy ciepła. A wartości poszczególnych przewodów lub kabli dobrać dopiero w momencie instalacji pompy ciepła zgodnie z dokumentacją techniczno-rozruchową urządzenia. Pamiętając jednak o poprawnym zabezpieczeniu linii.

Mam nadzieję, że rozwiałem Wasze wszystkie wątpliwości co do zasilenia pompy ciepła.