Defrost pompy ciepła – dlaczego paruje i jak działa odszranianie?

Widok jednostki zewnętrznej pokrytej szronem albo kłębu białej pary podczas zimowej pracy często budzi niepokój właściciela pompy ciepła. W większości przypadków nie oznacza to jednak awarii. Odszranianie, czyli defrost, jest normalnym elementem pracy powietrznej pompy ciepła i pozwala usunąć lód ograniczający przepływ powietrza przez wymiennik zewnętrzny.

Dlaczego wymiennik pompy ciepła pokrywa się szronem?

Powietrzna pompa ciepła pobiera energię z powietrza zewnętrznego. W trybie ogrzewania wymiennik znajdujący się w jednostce zewnętrznej ma temperaturę niższą od temperatury otaczającego powietrza.

Jeżeli jego powierzchnia stanie się jednocześnie:

• chłodniejsza od punktu rosy powietrza,
• oraz chłodniejsza od temperatury zamarzania wody,

wilgoć zawarta w powietrzu osadza się na lamelach, a następnie zamarza.

Zjawisko to nasila się przede wszystkim przy wilgotnym powietrzu i temperaturach zbliżonych do zera. Dlatego dzień z temperaturą około +1°C i mgłą może być dla pompy znacznie bardziej „szronotwórczy” niż suchy dzień z temperaturą -10°C.

Warstwa szronu nie jest początkowo katastrofą. Problem zaczyna się wtedy, gdy narasta i stopniowo ogranicza przestrzeń pomiędzy lamelami.

Skutkiem jest:

• spadek przepływu powietrza,
• wzrost oporów po stronie powietrznej,
• pogorszenie wymiany ciepła,
• spadek mocy grzewczej,
• pogorszenie efektywności urządzenia.

Badania eksperymentalne potwierdzają, że narastający szron zwiększa opór przepływu powietrza przez wymiennik i obniża zdolność pompy do pobierania ciepła z otoczenia. Z tego powodu okresowe odszranianie jest konieczne.

Jak przebiega defrost pompy ciepła?

W wielu powietrznych pompach ciepła stosuje się tzw. reverse-cycle defrost, czyli odszranianie przez chwilowe odwrócenie obiegu chłodniczego.

Sterownik nie uruchamia defrostu wyłącznie na podstawie zegara. W zależności od producenta analizuje m.in. temperatury wymiennika, temperaturę zewnętrzną, czas pracy, parametry obiegu chłodniczego i inne sygnały wskazujące na narastanie szronu.

Typowy przebieg wygląda następująco:

1. Automatyka wykrywa potrzebę odszraniania.
   Sterownik ocenia, że narastający szron zaczyna pogarszać pracę wymiennika.
2. Układ odwraca obieg chłodniczy.
   Zawór czterodrogowy zmienia kierunek przepływu czynnika, dzięki czemu gorący czynnik ogrzewa wymiennik zewnętrzny.
3. Wentylator zewnętrzny zwykle zostaje zatrzymany.
   Dzięki temu powietrze nie odbiera energii potrzebnej do stopienia lodu.
4. Szron i lód topnieją.
   Powstająca woda spływa do dolnej części jednostki i musi zostać bezpiecznie odprowadzona.
5. Automatyka kończy cykl.
   Po spełnieniu warunków określonych przez producenta pompa ponownie przechodzi w normalny tryb ogrzewania.

W niektórych urządzeniach stosuje się dodatkowo grzałkę tacy ociekowej lub odpływu, która zmniejsza ryzyko ponownego zamarznięcia wody pod jednostką.

Skąd bierze się „para” podczas odszraniania?

Charakterystyczny biały obłok widoczny przy jednostce zewnętrznej bardzo często pojawia się właśnie pod koniec lub podczas defrostu.

Gorący wymiennik szybko topi zgromadzony na nim szron. Woda i wilgoć znajdujące się na powierzchni wymiennika stykają się z zimnym powietrzem zewnętrznym, przez co powstaje dobrze widoczna mgła lub para wodna.

Może to wyglądać jak dym wydobywający się z urządzenia, ale w typowej sytuacji jest to normalny efekt różnicy temperatur i wysokiej wilgotności.

Dlaczego defrost zużywa energię?

W normalnym trybie ogrzewania energia pobrana z powietrza zewnętrznego trafia do instalacji grzewczej budynku.

Podczas klasycznego reverse-cycle defrost część tej logiki zostaje chwilowo odwrócona. Energia dostarczana przez sprężarkę oraz – zależnie od konstrukcji systemu – część energii pobrana z obiegu grzewczego są wykorzystywane do ogrzania wymiennika zewnętrznego i stopienia szronu.

Badania eksperymentalne pokazują, że energia podczas defrostu jest zużywana nie tylko na samo stopienie lodu. Część trafia również na:

• ogrzanie metalowych elementów wymiennika,
• podgrzanie wody powstałej z topniejącego szronu,
• ogrzanie powietrza wokół wymiennika,
• odparowanie części wilgoci.

Z tego powodu defrost zawsze oznacza pewną stratę sezonowej efektywności, ale jest ona ceną za przywrócenie prawidłowej wymiany ciepła.

Ile trwa pojedynczy defrost?

Nie istnieje jedna wartość właściwa dla wszystkich pomp ciepła.

W typowych warunkach cykl trwa zwykle kilka minut, ale jego długość zależy m.in. od:

• ilości nagromadzonego szronu,
• temperatury zewnętrznej,
• wilgotności powietrza,
• konstrukcji wymiennika,
• strategii sterowania producenta.

W jednym z badań eksperymentalnych lód został stopiony po około 330 sekundach, czyli około 5,5 minuty, a pełny proces trwał dłużej ze względu na dogrzanie wymiennika i przygotowanie urządzenia do powrotu do normalnej pracy.

Ile prądu zużywa pojedynczy defrost?

Nie da się podać jednej wartości w kWh właściwej dla wszystkich urządzeń.

Zużycie zależy od mocy elektrycznej sprężarki, czasu trwania cyklu, obecności grzałki tacy ociekowej i konkretnej konstrukcji pompy.

Najważniejsze jest to, że koszt pojedynczego defrostu jest zwykle mniej istotny niż łączna liczba takich cykli w całym sezonie.

Przykładowo, jeżeli sprężarka pobiera w czasie odszraniania 3 kW i pracuje przez 6 minut, sama energia elektryczna pobrana przez sprężarkę w tym okresie wynosi około:

3 kW × 0,1 h = 0,3 kWh

To tylko ilustracja, a nie uniwersalna wartość dla każdej pompy.

W badaniach nad reverse-cycle defrost całkowita energia związana z pojedynczym cyklem często mieściła się w zakresie liczonym w setkach kilodżuli, czyli ułamkach kilowatogodziny, choć nie można bezpośrednio przenosić wyników laboratoryjnych na każdy domowy model.

Dlaczego podczas defrostu dom nie przestaje być ogrzewany?

Podczas klasycznego odszraniania pompa chwilowo ogranicza lub przerywa dostarczanie energii do instalacji grzewczej.

Mieszkańcy zwykle tego nie odczuwają, ponieważ:

• sam budynek ma dużą bezwładność cieplną,
• podłogówka magazynuje znaczną ilość energii,
• woda w instalacji również stanowi magazyn ciepła,
• niektóre systemy wykorzystują dodatkowy bufor lub inne rozwiązania hydrauliczne.

Badania reverse-cycle defrost pokazują również, że część energii wykorzystywanej do odszraniania może pochodzić z wnętrza systemu grzewczego. W jednym eksperymencie energia pobrana z części wewnętrznej stanowiła istotną część całkowitego bilansu defrostu.

Kiedy defrost występuje najczęściej?

Intuicyjnie można oczekiwać, że najwięcej odszraniania będzie podczas największego mrozu. W praktyce często jest odwrotnie.

Najbardziej wymagające są warunki łączące:

• temperaturę w pobliżu 0°C,
• wysoką wilgotność,
• mgłę, mżawkę lub mokry śnieg.

Podczas silnego, ale suchego mrozu powietrze zawiera mniej wilgoci, dlatego narastanie szronu może być wolniejsze.

Poniższa tabela pokazuje jedynie typową zależność jakościową, a nie sztywne wartości dla każdego modelu:

Czy częsty defrost mocno obniża COP?

Tak, odszranianie pogarsza rzeczywistą sezonową efektywność, ponieważ przez część czasu urządzenie nie ogrzewa budynku, lecz usuwa szron.

Nie powinno się jednak stosować jednej uniwersalnej wartości typu „defrost obniża COP o 20%”.

Wpływ zależy od:

• częstotliwości cykli,
• ich długości,
• ilości szronu,
• algorytmu sterowania,
• warunków pogodowych,
• konstrukcji urządzenia.

Nowsze badania pokazują, że strategia sterowania defrostem może istotnie zmieniać zużycie energii i straty ogrzewania, co potwierdza, że nie ma jednej wartości właściwej dla wszystkich pomp.

Odpływ wody – jeden z najważniejszych elementów zimowego montażu

Podczas defrostu z wymiennika może spływać znaczna ilość wody.

Jeżeli jednostka została źle posadowiona lub odpływ jest niedrożny, woda może zamarzać pod urządzeniem i stopniowo tworzyć dużą bryłę lodu.

Dlatego trzeba zadbać o:

• odpowiednią wysokość ustawienia jednostki nad podłożem,
• wolną przestrzeń pod wymiennikiem,
• bezpieczne odprowadzenie wody,
• brak miejsc, w których woda może zalegać i ponownie zamarzać.

Kiedy częsty defrost jest normalny, a kiedy wezwać serwis?

Objawy zwykle normalne

• biała para podczas odszraniania,
• chwilowa zmiana dźwięku urządzenia,
• syczenie związane ze zmianą przepływu czynnika,
• zatrzymanie wentylatora w czasie defrostu,
• duża ilość wody wypływającej z jednostki,
• częstsze odszranianie przy wilgotnej pogodzie około 0°C.

Objawy wymagające sprawdzenia

• wymiennik pozostaje mocno oblodzony po zakończeniu cyklu,
• lód narasta z każdym kolejnym defrostem,
• wentylator ociera o lód lub nie może się swobodnie obracać,
• woda nie odpływa spod jednostki,
• pompa regularnie zgłasza błędy odszraniania,
• cykle stały się nagle znacznie częstsze niż w poprzednich sezonach przy podobnej pogodzie,
• urządzenie nie wraca prawidłowo do trybu ogrzewania.

Sama częstotliwość defrostu nie wystarcza więc do postawienia diagnozy. Najważniejsze jest to, czy urządzenie skutecznie usuwa lód i wraca do stabilnej pracy.

Najczęściej zadawane pytania (FAQ)

Czy syczenie i głośniejszy dźwięk podczas defrostu oznaczają awarię?

Zazwyczaj nie. Przełączenie zaworu czterodrogowego, zmiana ciśnień w obiegu chłodniczym oraz topnienie lodu mogą powodować nietypowe odgłosy. Jeśli dźwięk pojawia się tylko podczas krótkiego cyklu odszraniania i znika po jego zakończeniu, zwykle jest to normalne.

Czy częste defrosty oznaczają źle dobraną pompę ciepła?

Niekoniecznie. Częstotliwość odszraniania zależy przede wszystkim od temperatury, wilgotności i konstrukcji urządzenia. Jeżeli jednak cykle nagle stały się wyjątkowo częste albo urządzenie nie usuwa skutecznie lodu, warto sprawdzić wymiennik, odpływ, przepływ powietrza i automatykę.

Dlaczego pompa ciepła najbardziej szroni się przy około 0°C?

Ponieważ wtedy powietrze może zawierać dużo wilgoci, a powierzchnia wymiennika jest wystarczająco zimna, aby wilgoć skropliła się i zamarzła. Przy silnym, suchym mrozie w powietrzu może znajdować się mniej wilgoci dostępnej do tworzenia szronu.

Dlaczego z pompy ciepła wydobywa się biały „dym”?

Najczęściej jest to mgła lub para wodna związana z szybkim topnieniem szronu i dużą różnicą temperatur. Jest to normalny objaw defrostu.

Czy defrost zwiększa rachunki za prąd?

Tak, ponieważ podczas odszraniania sprężarka zużywa energię, a pompa przez krótki czas nie wykorzystuje tej energii do normalnego ogrzewania budynku. Wpływ na całkowity rachunek zależy jednak przede wszystkim od częstotliwości i długości cykli w całym sezonie.

Czy mogę wyłączyć defrost, żeby oszczędzać energię?

Nie. Odszranianie jest elementem zabezpieczającym prawidłową pracę powietrznej pompy ciepła. Wyłączanie lub samodzielna zmiana parametrów fabrycznych może doprowadzić do narastania lodu, pogorszenia wydajności i problemów eksploatacyjnych.

Podsumowanie

Defrost jest normalnym i koniecznym procesem w powietrznej pompie ciepła. Nie oznacza awarii i nie świadczy sam w sobie o złym doborze urządzenia.

Najbardziej wymagające są zwykle nie największe mrozy, lecz wilgotne dni z temperaturą w pobliżu 0°C.

Podczas odszraniania pompa przez kilka minut wykorzystuje energię do stopienia szronu zamiast do normalnego ogrzewania domu. Obniża to chwilową i sezonową efektywność, ale pozwala przywrócić prawidłowy przepływ powietrza przez wymiennik.

Dla użytkownika najważniejsze jest obserwowanie, czy:

• lód skutecznie znika po defroście,
• woda swobodnie odpływa,
• wentylator nie jest blokowany przez lód,
• pompa wraca do normalnego trybu grzania,
• nie pojawiają się powtarzające alarmy.

Jeżeli te warunki są spełnione, para, woda i chwilowo głośniejsza praca jednostki w zimie są zazwyczaj po prostu oznaką prawidłowo działającego procesu odszraniania.