SPRĘŻARKA

M

SILNIK NAPĘDOWY

Ps

SKRAPLACZ

ZAWÓR ROZPRĘŻNY

PAROWNIK

ODBIORNIK

ŹRÓDŁO ENERGII

Pg

PoTo

Tg

MPs

SKRAPLACZ

PAROWNIK

ODBIORNIK

ŹRÓDŁO ENERGII

PoTo

Tg

 

 

Zasada działania sprężarkowej pompy ciepła

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

OBIEG TEORETYCZNY SPRĘŻARKOWEJ POMPY CIEPŁA Z PRZEGRZEWACZEM PARY W UKŁADZIE WSPÓŁRZĘDNYCH

T-s; logp-h

cdrr -rzeczywisty współczynnik efektywności grzewczej pompy ciepła

dr- stopień doskonałości rzeczywistego obiegu pompy ciepła (dr=0,5-0,6)

r

OBIEG TERMODYNAMICZNY POMPY CIEPŁA

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

(1-2) sprężanie izentropowe pary czynnika roboczego;(2-4’) skraplanie izobaryczne połączone z dochłodzeniem cieczy w punktach (4’-4);(4-5) izentalpowe dławienie ciekłego czynnika (5-6) odparowanie izobaryczne wraz z przegrzaniem pary (6-1)

 COP = Pg / Ps

 gdzie: Pg – moc grzewcza pompy ciepła,

Ps – moc pobierana z sieci przez silnik

napędowy oraz osprzęt  

COP = Tg / (Tg-To)

gdzie: - sprawność obiegu rzeczywistego w porównaniu z teoretycznym (można przyjmować wartość ok. 0,5)

Tg - temperatura skraplania czynnika ( musi być

wyższa od wymaganej temperatury podgrzania odbiornika o ok. 5 K )

To - temperatura parowania czynnika To, ( musi być

niższa od temperatury źródła )

Współczynnik wydajności sprężarkowej pompy ciepła

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

Współczynnik wydajności sprężarkowej pompy ciepła

Budowa sprężarkowej pompy ciepła

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

Niskotemperaturowe źródła ciepła  W środowisku naturalnym występują powszechnie źródła ciepła o temperaturze zbyt niskiej do bezpośredniego wykorzystania, posiadające jednocześnie olbrzymi potencjał energetyczny (pojemność cieplną). Należą do nich: wody powierzchniowe, wody gruntowe, powietrze atmosferyczne, grunt. Niskotemperaturowe źródła energii dla pomp ciepła powinny cechować się:-         dużą pojemność cieplną,-         łatwym dostępem i niskim kosztem wykonania instalacji,-         stałą i stosunkowo wysoką temperaturą w ciągu roku,-         małą aktywnością chemiczną. Przykładowo wody powierzchniowe charakteryzują się ograniczonym dostępem i mają zmienne temperatury w zależności od pory roku. W okresie największych potrzeb grzewczych temperatura wód powierzchniowych jest najniższa i wówczas współczynnik wydajności grzewczej pompy ciepła jest stosunkowo niewielki. Powietrze atmosferyczne jest z kolei źródłem ogólnodostępnym, ale jego temperatura drastycznie spada w okresie największego obciążenia systemu grzewczego. Pompy ciepła najczęściej czerpią energię zakumulowaną w gruncie. Jest to źródło energii cieplnej ogólnodostępne o względnie stabilnej temperaturze w ciągu całego roku. Na głębokości 20 metrów, niezależnie od pory roku, temperatura wynosi +10oC. W płytszych warstwach obserwuje się oscylacje sezonowe: na głębokości 4 metry od +12oC w październiku do +6,5oC w kwietniu, a na głębokości 2 metry przeciętnie od +15oC we wrześniu do +3,5oC w lutym.

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

Gęstość strumienia ciepła przejmowanego z gruntu zależy od jego rodzaju i wilgotności

Rodzaj gruntu Współczynnik przewodzenia ciepła, W/(m.K)

Żwir 0,70

Piasek suchy 0,58

Piasek o wilgotności 20% 1,33

Piasek nasycony wodą 1,88

Piasek morski o wilgotności 20% 1,76

Piasek morski nasycony 2,44

Grunt gliniasty mokry 2,33

Grunt żwirowo-piaszczysty (wilgotny) 1,75

Grunt roślinny pod budynkiem 1,16

Grunt średniowilgotny 1,4

Właściwości cieplne gruntu

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

-wymiennik poziomy: z rur tworzywowych o średnicy 40 50 mm układanych na głębokości 1,2 2 m z zachowaniem odległości pomiędzy rurociągami 0,8 1 m. Odbiór ciepła z gruntu w warunkach letnich i jesiennych 15 20 W, a w warunkach zimowych 8 12 W mocy cieplnej w przeliczeniu na 1 mb rurociągu (w domu o powierzchni 200 m2 dla pompy ciepła o nominalnej mocy grzewczej 12 kW pod wymiennik gruntowy poziomy należy zarezerwować działkę o orientacyjnej powierzchni 400 ÷ 600 m2). - wymiennik pionowy: o głębokości odwiertów do 100 m (do 30 m bez formalności), zapewniają zimą większą wydajność jednostkową (30 90 W) W ze względu na wyższe temperatury gruntu (przykładowa temperatura czynnika w wymienniku podłączonym do pompy ciepła może spadać w miesiącach zimowych do 7÷8oC, dochodząc do 13÷14oC w miesiącach letnich).

Zasadniczą wadą rurociągowych wymienników gruntowych jest wysoki koszt ich wykonania – orientacyjnie jest on porównywalny z kosztem zakupu samej pompy ciepła.

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

Pozyskiwanie energii cieplnej z gruntu

- układ dwóch studni ch w układzie dwóch studni. Wody gruntowe mają względnie stałą temperaturę w ciągu całego roku (od 8 do 12°C), dlatego stanowią bardzo dobre źródło energii dla pomp ciepła. Przed zainstalowaniem takiego systemu należy jednak uzyskać pewność, że dane ujęcie zapewni dostęp do potrzebnej ilości wody, a szczególnie, że bez przeszkód uda się zatłaczanie schłodzonego czynnika do drugiej studni - zrzutowej. Sprawność działania takiego układu powinna być gwarantowana przez najmniej kilka lat i dotyczyć także energochłonności zatłaczania czynnika, bowiem trwałość studni chłonnej i zrzutowej mogą się różnić. Uzyskanie takiej gwarancji może jednak znacznie podrażać inwestycję, ze względu na wiercenia rozpoznawcze i procedury prób pompowania i zatłaczania. Istotną wadą układu dwóch studni jest przyspieszone zużycie samego parownika pod wpływem bezpośredniego kontaktu z wodą. Należy też pamiętać, że na czerpanie wody ze studni o głębokości większej niż 30 m potrzebne jest pozwolenie wodno prawne. - wodociąg wiejski, wymaganie wydajności: 0,15 – 0,2 m3/h na kW mocy grzewczej. - najprostszym i najtańszym, ale zarazem najbardziej ryzykownym rozwiązaniem pozyskiwania ciepła z gruntu jest układ z jedną studnią oraz zrzutem do wód powierzchniowych. Pobór wody ze studni dochodzący w okresie zimowym nawet do 1000 m3 na miesiąc może doprowadzić do obniżenia poziomu wód gruntowych.

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

a) wymiennik gruntowy pionowy b) wymiennik gruntowy poziomy c) układ dwóch studni

Układy połączeń wymienników gruntowych wg www.pompyciepla.com.pl

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

d) wodociąg

Montaż wymiennika gruntowego pionowego

wg www.sunix.pl

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

Montaż wymiennika gruntowego poziomego

wg www.sunix.pl

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

Orientacyjne koszt budowy wymiennika gruntowegopionowy: 70 - 100 PLN/mb odwiertu

poziomy: 30 – 40 PLN/mb

 Data

Średnia temperatura źródła, oC

Energia pobrana z sieci, kWh

Energia oddana przez skraplacz,

MJ

Energia pobrana przez parownik, MJ

Współczynnik. wydajności

chłodniczej grzewczej

24.10 4,8 9,63 93,8 58,9 1,70 2,71

12.10 6,7 27,70 253,4 183,8 1,84 2,54

28.04 7,3 14,91 155,2 109,7 2,04 2,89

21.10 7,7 24,60 252,4 149,8 1,69 2,85

22.10 8,2 19,61 196,9 138,9 1,96 2,79

26.04 8,4 27,68 266,3 191,9 1,92 2,67

11.10 12,6 24,79 263,8 201,3 2,25 2,96

26.10 14,6 17,60 187,8 138,6 2,18 2,96

13.10 14,9 14,51 162,3 119,2 2,28 3,11

27.10 16,2 12,01 128,0 92,9 2,15 2,96

14.10 20,7 10,05 119,8 87,8 2,42 3,31

25.10 22,0 16,24 192,0 143,2 2,45 3,28

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

Typ

pompy ciepła

Nominalna moc grzewcza (0/50oC), kW

Cena

w zł, brutto

Typ

pompy ciepła

Nominalna moc grzewcza (0/50oC), kW

Cena

w zł, brutto

Fighter 1120 5,0 22570 ECO 19 18,0 22200

SO-060 5,0 15250 Fighter 1320 23 46400TM 60 6,0 30920 B26S/1A1 26 37100

B7S/1A1 7,0 19400 SO-290 27 45100SI 9TE 9,2 25500 B32T/1A1 32 40140

VITOCAL 200 G 9,7 29600 W24G3 38,7 48600B12S 12,5 23300 SO-430T 39 66700

VW 141/2 13,8 32200 Fighter 1320 40 52400B15S/1A1 15,0 25400 B51S/2A1 51 50000

Fighter 1120 15,0 28700 B56T/2A2 56,3 56400W8GOE 16,9 28100 SO-650 61,2 78800

TE 60 170-1 17,0 37600 SO-900 94,4 96900

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

Przykład I: Dom jednorodzinny

Funkcją układu jest centralne ogrzewanie oraz przygotowanie ciepłej wody użytkowej w domu jednorodzinnym o powierzchni 250 m2. Źródłem ciepła jest pompa ciepła firmy

Hibernatus wykorzystująca kolektor gruntowy poziomy.Data realizacji: Sierpień 2002 r.

Moc grzewcza pompy ciepła: 11 kWKoszt inwestycji: 55 tys. zł brutto (cena zawiera: dolne źródło ciepła, węzeł CO i CWU,

montaż kompletnej instalacji C.O. na grzejnikach niskotemperaturowych).

www.hibernatus.com.pl

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

wg M. Rubikwg M. Rubik

Emisje gazowe w różnych instalacjach ogrzewania domu jednorodzinnego (200 m2) w horyzoncie 10 lat, wg [Soliński 2002]

Rodzaj instalacjiZużycie energii

zawartej w paliwie, GJ

Całkowita emisja, kg

CO2 SO2 Pyły

Z pompą ciepła (COP=4,0)

666,9 63 088 45 48

Z kotłem węglowym 1600,5 151 407 545 2724

Z kotłem olejowym 889,2 68 797 145 0

Z kotłem gazowym 889,2 49 884 0 0

Elektryczna oporowa 2667 252 298 181 193

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

Kraj Liczba urządzeńtys. szt.

Moc cieplnaMW

Szwecja 185,5 1700

Niemcy 48,6 633Austria 30,6 612

Francja 50 550

Finlandia 30 300

Włochy 6 120

Polska 8 104

Dania 6,7 80

Belgia 5 60

Czechy 2,7 47

Razem UE 380 4530

Szwajcaria 33 660

Stany Zjednoczone 900 7200

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁALiczba i moc grzewcza pomp ciepła w roku 2004,wg [Geothermal barometer,EurObserv’ER XII/2005]

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

8 tysięcy sztuk

W 2009 roku szacunkowo 12 000 pomp ciepła o mocy łącznej 120 MW

Kredyty udzielone przez Bank Ochrony Środowiska do końca 2004/2008

wg A. Strycharz BOŚwg A. Strycharz BOŚ

SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

543 33113536 62238953 2510271 3054541 56794511 90165 70232 70051 18

2163 742005