Pompy ciepla.pdf

Pompy ciep³a

Pompy ciep³e wykorzystuj¹ zakumulowan¹ w gruncie, wodzie

lub powietrzu energiê s³oneczn¹. “Wypompowuj¹” ciep³o z otocze-

nia, podnosz¹ jego temperaturê i oddaj¹ je systemowi grzewczemu.

Wykorzystywane s¹ do ogrzewania lub ch³odzenia budynków

oraz podgrzewania ciep³ej wody u¿ytkowej.

W PROWADZENIE

Pompy ciep³a prze¿ywaj¹ w wielu niezawodnoœci¹ dzia³ania i niskimi ków oraz zapewnienia ciep³ej wody

krajach prawdziwy rozkwit. W innych s¹ kosztami eksploatacji, jak i ich przyjazn¹ u¿ yt ko we j. Ic h ró ¿n or od no œæ or az

ju¿ sta³ym elementem rynku urz¹dzeñ dla œrodowiska prac¹, opart¹ w du¿ej mo¿liwoœæ indywidualngo dopasowania

grzewczych. W jeszcze innych, jak na mierze na wykorzystaniu odnawialnych do konkretnych potrzeb sprawia, ¿e

przyk³ad w Szwecji, gdzie stanowi¹ 90% Ÿróde³ energii. znajduj¹ one zastosowanie zarówno w

rynku, ca³kowicie go zdominowa³y. Ich Pompy ciep³a wykorzystuj¹ ciep³o do ma ch no wo bu do wa ny ch , j ak i

po pu la rn oœ æ mo ¿n a wy t³ um ac zy æ otoczenia, zakumulowane w powietrzu,

poddawanych termomodernizacji.

zarówno du¿¹ dojrza³oœci¹ techniczn¹,

ziemi lub wodzie, do ogrzewania budyn-

Z ASADA DZIA£ ANIA

Ciep³o przep³ywa w naturalny sposób

zawsze z miejsca o wy¿szej temperaturze

w miejsce o ni¿szej temperaturze. Pompy

ciep³a umo¿liwiaj¹ odwrócenie tego

kierunku i wykorzystanie ich zarówno do

celów grzewczych, jak i ch³odniczych.

Przyk³adem pompy ciep³a, z któr¹

spotyka siê ka¿dy na codzieñ, jest

lodówka. „Wypompowuje” ona ciep³o ze

swojego wnêtrza i oddaje je na zewn¹trz,

ogrzewaj¹c przy tym kuchniê. W

podobny sposób dzia³aj¹ pompy ciep³a

maj¹ce na celu ogrzanie pomieszczeñ lub

wody u¿ytkowej. „Przepompowuj¹” one

zakumulowane w ziemi, powietrzu lub

wodzie ciep³o (najczêœciej s³oneczne) do

ogrzewanych pomieszczeñ. Jak to siê

jednak dzieje, ¿e s¹ one w stanie

zapewniæ odpowiednio wysokie

temperatury, wykorzystuj¹c Ÿród³a ciep³a

SPRÊ¯ARKA

-4°C

1 bar

+90°C

14 bar

sprê¿anie

rozprê¿anie

PAROWNIK

SKRAPLACZ

-12°C

1 bar

ZAWÓR

ROZPRÊ¯AJ¥CY

+60°C

14 bar

Rys. 1 Schemat dzia³ania pompy ciep³a

o niskiej temperaturze? Jest to mo¿liwe

temperatura równie¿ maleje. Pompy ciep³a

Kr¹¿¹cy pomiêdzy poszczególnymi

dziêki prawu fizycznemu stanowi¹cemu,

wykorzystuj¹ tê w³aœnie zasadê. Sk³adaj¹

elementami czynnik roboczy podlega

i¿ gazy, bêd¹c w zamkniêtym systemie

siê one najczêœciej z czterech g³ównych

cykl iczn ym zmia nom temp erat ury i

(sta³a objêtoœæ), zwiêkszaj¹ swoj¹

elementów (rysunek 1) pomiêdzy którymi

ciœni enia. Wartoœæ tych param etrów

temperaturê wraz z rosn¹cym ciœnieniem

w zamkniêtym systemie kr¹¿y substancja

zale¿y od rodzaju u¿ytej substancji. W

(sprê¿anie) i na odwrót przy zmniejsza-

(tzw. czynnik roboczy) na zmianê w momencie, gdy znajduje siê ona przed

j¹cym siê ciœnieniu (rozprê¿anie), ich

postaci gazowej i ciek³ej.

parownikiem, osi¹ga swoj¹ najni¿sz¹

Z ASADA DZIA£ ANIA - CD .

temperaturê i ciœnienie i jest w stanie ty m zm ia ni e. W po st ac i ga zo we j gazowego w stan ciek³y. W tej postaci

ciek³ym. Przep³ywaj¹c nastêpnie przez przechodzi do sprê¿arki, w której nastêpuje trafia do ostatniego elementu, jakim jest

parownik, poddawana jest dzia³ aniu jej sprê¿enie i jednoczesny znaczny wzrost zawór rozprê ¿aj¹cy. Podlega w ni m

ni sk ot em pe ra tu ro we go ci ep ³a z zarówno ciœnienia, jak i temperatury. gwa³townemu rozprê¿eniu, a przy tym

otoczenia, a poniewa¿ jej temperatura Nastêp n¹ stac j¹ jest skrapl acz, cz yli gwa³t ownem u zmni ejsze niu za równo

jest jeszcze ni¿sza, podgrze wa siê, miejsce, w którym gor¹cy czynnik roboczy ciœnienia, jak i temperatury. W tym

pobieraj¹c ciep³o i jednoczeœnie paruj¹c oddaje wysokotemperaturowe ciep³o np. miejscu obieg siê zamyka i czynnik

przechodzi ze stanu ciek³ego w stan systemowi grzewczemu, och³adza siê przy

roboczy powtórnie trafia do parownika,

gazowy. Jej ciœnienie nie podlega przy tym i przechodzi z powrotem ze stanu

aby pobraæ ciep³o z otoczenia.

R ODZAJE I PODZIA£ POMP CIEP£ A

Pompy ciep³a dzielone s¹ zazwyczaj

na podstawie dwóch g³ównych

kryteriów: wed³ug sposobu podnoszenia

ciœnienia i temperatury czynnika robo-

czego oraz wed³ug Ÿród³a ciep³a nisko-

temperaturowego. Dwa g³ówne typy

pomp, wyró¿nione ze wzglêdu na

pierwsze kryterium, to sprê¿arkowe oraz

sorbcyjne pompy ciep³a. Te pierwsze

(rysunek 1), wykorzystuj¹ce sprê¿arki

elektryczne, s¹ zdecydowanie najczêœ-

ciej stosowane i uwa¿ane za najbardziej

dojrza³e technicznie. Drugie, wyko-

rzystuj¹ najczêœciej gaz ziemny, a sprê-

¿arka elektryczna zast¹piona jest w nich

sprê¿ark¹ termiczn¹.

RÓ D£ A CIEP£ A

Drugie kryterium - Ÿród³o ciep³a,

dzieli pompy ciep³a na wykorzystuj¹ce

powietrze, grunt lub wodê. Ka¿de ze

Ÿróde³ ma swoje wady i zalety wp³ywaj¹-

ce na koszty inwestycyjne, nak³ad pracy

zwi¹zany z instalacj¹ pompy ciep³a i na

jej wydajnoœæ. Czêsto wybór Ÿród³a

zale¿ny jest od warunków miejscowych i

po³o¿enia budynku.

Najtañsze i naj³atwiejsze w monta¿u

s¹ pompy ciep³a wykorzystuj¹ce powie-

trze jako Ÿród³o ciep³a. Niestety, ze

wzglêdu na du¿e wahania temperatur,

Rys. 2 Schemat systemu centralnego ogrzewania z wykorzystaniem pomp ciep³a

o ró¿nych Ÿród³ach ciep³a: a.grunt - kolektory poziome, b. grunt - sondy

pionowe, c. powietrze - ustawienie zewnêtrzne, d. woda gruntowa - studnie

kolektory poziome, wkopane w ziemie na

Najkorzystniejszym, ale i najbardziej

pompy te maj¹ te¿ najmniejsz¹ wydaj-

g³êboko œci ok. 1 ,5 metra lub sond y wymagaj¹cym z wymienionych Ÿróde³

noœæ i wymagaj¹ najczêœciej wspoma-

pionowe, wiercone do g³êbokoœci ciep³a, jest woda gruntowa. Bardzo

gania w postaci grza³ki elektrycznej w

przekraczaj¹cych nawet 100 metrów. do br ze ak um ul uj e o na ci ep ³o i

okresach bardzo niskich temperatur

Niezamarzaj¹ca mieszanka glikolu i wody

je dn oc ze œn ie ni e po dl eg a du ¿y m

powietrza.

(tzw. solanka) przep³ywa przez wkopane w

wahani om temper atur, dziêki czemu

Grunt jest du¿o lepszym akumu-

ziemiê rury, ogrzewaj¹c siê. Wp³ywaj¹c

pompy ciep³a dzia³aj¹ce w oparciu o to

latorem ciep³a, a jego temperatura

nas têp nie do p aro wni ka, czy li t zw. Ÿród³o maj¹ bardzo du¿¹ wydajnoœæ.

podlega mniejszym wahaniom. Na

wymiennika ciep³a, oddaje tam pobrane

Chc¹c wykorzystywaæ wodê gruntow¹

g³êbokoœci 2 metrów wynosi ona, w

ciep ³o czyn niko wi robo czem u. Iloœ æ nale¿y pamiêtaæ o spe³nieniu szeregu

zale¿noœci od pory roku, œrednio od 7 do

u³o¿onych rur lub wierconych sond zale¿y

wymagañ; zarówno technicznych, jak i

13°C. Gruntowe pompy ciep³a maj¹

w g³ównej mierze od warunków formalnych.

dziêki temu lepsz¹ wydajnoœæ i s¹

geologicznych oraz zapotrzebowania

najczêœciej wybieranym wariantem przy

energetycznego, jakie ma pokryæ pompa

budowie nowego domu. Najczêœciej

ciep³a.

wykorzystywanymi ich wariantami s¹

W SPÓ £ CZYNNIK EFEKTYWNOŒ CI

Jednym ze wskaŸników charaktery-

zuj¹cych pompy ciep³a jest tzw.

wspó³czynnik efektywnoœci. Mówi on,

ile zu¿yto energii elektrycznej, napêdza-

j¹cej sprê¿arkê elektryczn¹, w stosunku

do ca³oœci oddanej energii grzewczej.

Typowy wspó³czynnik efektywnoœci

nowoczesnych pomp ciep³a wynosi 4 i

mówi, ¿e dostarczone systemowi

grzewczemu ciep³o sk³ada siê w trzech

czwartych z ciep³a pobranego bezpoœre-

dnio ze œrodowiska, a w jednej czwartej z

energii elektrycznej, koniecznej do pracy

sprê¿arki - w tym przypadku (3+1)/1 = 4

U¿yta moc

elektryczna:

1 kW

Moc cieplna

ze œrodowiska:

3 kW

Oddana moc

grzewcza:

4 kW

Rys. 3 Obliczenie wspó³czynnika efektywnoœci

nej potrzebnej jest na podniesienie takie jak ogrzewanie pod³ogowe lub

(rys. 3).

temperatury czynnika roboczego do œcienne. W przeciwieñstwie do nich,

G³ównym parametrem wp³ywaj¹-

odpowiedniego poziomu i tym lepszy, konwencjonalne systemy ogrzewania z

cym na efektywnoœæ pomp ciep³a jest

wiêkszy, jest wspó³czynnik efektywnoœci.

zastosowaniem kaloryferów potrzebuj¹

ró¿nica temperatur miêdzy Ÿród³em

Ze wzglêdu na ten fakt najkorzystniejszy-

do zapewnienia takiego samego komfortu

ciep³a a systemem grzewczym. Im jest

mi dla pomp ciep³a s¹ powierzchniowe,

termicznego du¿o wy¿szych temperatur.

ona ni¿sza, tym mniej energii elektrycz-

niskotemperaturowe systemy grzewcze,

P ROGRAMY MONITORINGOWE POMP CIEP£ A

In st yt ut Fr au nh of er a I SE we ich optymalizacji dla domów energo- wilgotnoœci oraz liczniki energii cieplnej i

Fr ei bu rg u p ro wa dz i o be cn ie dw a oszczêdnych. elektrycznej pozwalaj¹ce w szczegó³owy

zakrojone na szerok¹ skalê programy Drugi z projektów obejmuje 100 sposób analizowaæ pracê pomp ciep³a.

monitoringowe, badaj¹ce pracê pomp b u d y n k ó w, k t ó r y c h m i e s z k a ñ c y Wszystkie mierzone wartoœci zapisywane

ciep³a w realnych warunkach. £¹cznie zde cyd owa li siê na wym ian ê pie ca s¹ w przedzia³ach jednominutowych i raz

badaniami objêtych zostanie ok. 240 olejowego i instalacjê pompy ciep³a, przy dziennie wysy³ane drog¹ radiow¹ do

budynków. wykorzystaniu istniej¹cego, konwencjo- Instytutu, gdzie s¹ zapisywane w bazie

Pierwszy z projektów, prowadzony nalnego systemu rozprowadzania ciep³a. da ny ch . po dl eg aj ¹ au to ma ty cz ny m,

wsp óln ie z sie dmi oma wio d¹c ymi S¹ to g³ównie stare budynki mieszkalne rutynowym Po ich kontroli i analizie s¹

producentami pomp ciep³a w Europie, po dd an e te rm om od er ni za cj i. Ce le m ud os tê pn ia ne ws zy st ki m pa rt ne ro m

ma na celu zbad anie rzec zywi stej projektu jest sprawdzenie efektywnoœci i bior¹cym udzia³ w projekcie.

efektywnoœci pomp ciep³a o niewielkich okreœlenie granic stosowania pomp ciep³a, Na stroni e intern etowej projek tu

mocach (do 10 kW mocy cieplnej) maj¹cych zapewniæ wysokie temperatury, “Pompy ciep³a w budynkach istniej¹cych”

i n s t a l o w a n y c h w b u d y n k a c h

niezbêdne w konwencjonalnych systemach

(w ww. wp -i m- ge ba eu de be st an d. de ),

nowobudowanych. Projekt ten obejmuje

grzewczych.

dziê ki wizu aliz acji kilk u proj ektó w,

140 instalacji badanych przez cztery lata.

W obu projektach instalacje pomp

obserwowaæ mo¿na pracê pomp ciep³a w

Uzyskane wyniki pos³u¿¹ miêdzy innymi

ciep³a wyposa¿one zosta³y przez Instytut

czasie rzeczywistym.

do dalszego rozwoju pomp ciep³a oraz

w dod atk owe czu jni ki tem per atu r i

P ODSUMOWANIE

Pom py cie p³a wyk orz yst uj¹ w

budynków i przygotowania ciep³ej

Koszty eksploatacyjne pomp ciep³a s¹

bardzo efektywny sposób nisko-

wody u¿ytkowej.

zdecydowanie ni¿sze ni¿ dla konwen-

temperaturowe ciep³o z otoczenia do

Najbardziej popularne s¹ sprê¿arkowe

cjonalnej instalacji grzewczej. Wy¿-

zapewnienia wyskotemperaturowe-

pompy ciep³a wykorzystuj¹ce grunt

sze s¹ natomiast koszty inwestycyjne.

go ciep³a niezbêdnego do ogrzania

jako Ÿród³o ciep³a.

Autor

mgr in¿. Marek Miara

S³oneczna Strona

oferuje nastêpuj¹ce bezp³atne

serie informacyjne:

Kontakt

S³oneczna Strona

lepsza strona energii

Stan

Luty 2007

Energia w pigu³ce

Informacje podstawowe

e-mail: info@slonecznastrona.pl

internet: www.slonecznastrona.pl

Prawa autorskie

Wykorzystywanie i kopiowanie

tekstów wy³¹cznie za podaniem

Ÿród³a. Wykorzystywanie zdjêæ

i grafik tylko za zgod¹ wydawcy.

Wiedza dla zaawansowanych

Rozwi¹zania szczegó³owe

Projekty i przedsiêwziêcia

Wybrane przyk³ady realizowanych

projektów z kraju i ze œwiata

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: