I CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia było zapoznanie się z podstawowymi pojęciami i prawami
termodynamiki, a także prześledzenie cyklu pracy modelu sprężarkowej pompy ciepła.
Ponadto wyznaczenie współczynnika wydajności cieplnej COP.
II WST
P TEORETYCZNY
Pompa cieplna to urządzenie które wymusza przepływ ciepła z ośrodka o niższej
temperaturze do ośrodka o temperaturze wyższej (wbrew II zasadzie termodynamiki).
W trybie grzania czynnik ziębniczy jest sprężany w sprężarce. Następnie pod
wpływem wysokiego ciśnienia kierowany jest przez zawór rewersyjny do parowacza, a tam
zostaje skroplony w temperaturze otoczenia( podczas skraplania do otoczenia wydzielane jest
ciepło). Skropliny z parowacza przechodzą przez element rozprężny, gdzie ich ciśnienie
zostaje obniżone do ciśnienia parowania i trafiają do skraplacza gdzie wrą i parują pobierając
ciepło z otoczenia. Powstała para jest zasysana i sprężana przez sprężarkę. Cykl zamyka się.
W trybie chłodzenia czynnik ziębniczy zostaje sprężony w sprężarce, a następnie pod
wpływem wysokiego ciśnienia, przez zawór rewersyjny kierowany jest do skraplacza gdzie
zostaje skroplony w temperaturze otoczenia (podczas skraplania do otoczenia wydzielane jest
ciepło). Skropliny ze skraplacza przechodzą przez element rozprężny, ciśnienie obniża się do
ciśnienia parowania. Następnie ciecz trafia do parowacza, gdzie wrze i paruje pobierając
ciepło z otoczenia. Powstająca para jest zasysana i sprężana przez sprężarkę. Cykl zamyka
siÄ™.
Schemat pracy pompy w trybie grzania i w trybie chłodzenia w załączniku (Z3).
Pompy ciepła znalazły szerokie zastosowanie w:
·ð gospodarstwach domowych (chÅ‚odziarki, zamrażarki),
·ð przetwórstwie spożywczym (chÅ‚odnie, zamrażalnie, fabryki lodu),
·ð klimatyzacji pomieszczeÅ„ (chÅ‚odzenie pomieszczeÅ„),
·ð chÅ‚odnictwie,
·ð ogrzewaniu pomieszczeÅ„ ciepÅ‚em pobieranym z otoczenia (z gruntu, zbiorników
wodnych lub powietrza).
·ð podgrzewaniu wody użytkowej
III EFEKTYWNOŚĆ POMPY CIEPLNEJ (COP)
Efektywność pompy ciepła określa współczynnik wydajności cieplnej COP. Definiuje się go
jako stosunek ciepła przekazanego w czasie pomiaru laboratoryjnego (Q) do zużycia energii
elektrycznej przez urządzenie w tym pomiarze (W). Natomiast ciepło przekazane może być
wyliczone jako iloczyn masy (m), ciepła właściwego (c) i zmiany temperatury wody ("T).
COP zależy od różnicy temperatury z
ródła dolnego i górnego. Gdy różnica spada, COP
rośnie.
IV OZNACZENIA ZASTOSOWANE W POMPIE CIEPA
A
vð T- Wskaz
nik i regulator temperatury zasobnika lewego
vð T7  w trybie grzania oznacza temperaturÄ™ skroplin, a w trybie chÅ‚odzenia temperaturÄ™
płynu rozprężonego
vð T12  w trybie grzania oznacza temperaturÄ™ pÅ‚ynu rozprężonego, a w trybie chÅ‚odzenia
temperaturÄ™ skroplin
vð T17  temperatura pÅ‚ynu zasobnika lewego
vð T2  temperatura gorÄ…cych par
vð T3  manometr wysokiego ciÅ›nienia
vð T15  manometr niskiego ciÅ›nienia
vð T14  temperatura par nasyconych
vð Tm-Miernik temperatury (byÅ‚ używany jednak temperaturÄ™ zapisywano jako Å›redniÄ… i w
tabeli będzie uwzględniona w kolumnie T)
vð Licznik energii elektrycznej
V OPRACOWANIE WYNIKÓW
Tabela 1 Tryb grzania
Nr T T7 T12 T17 T2 T3 T15 T14 Praca
pomiaru [°C] [°C] [°C] [°C] [°C] [Pa] [Pa] [°C] [Wh]
1 26,6 22,5 26,7 22,5 35,9 10,0 3,8 20,9 3,3
2 27,8 22,3 26,0 16,9 40,4 11,0 3,6 16,4 5,9
3 28,7 22,5 24,6 14,2 40,7 10,0 3,4 14,8 8,7
4 29,5 23,0 23,5 12,5 41,0 10,0 3,2 10,3 11
5 30,1 23,5 22,8 11,5 40,1 10,0 3,2 9,5 13,7
6 31,0 24,1 22,4 10,6 40,1 9,5 3,0 8,8 16,2
7 31,7 24,7 22,1 10,1 40,7 9,0 2,8 8,5 18,7
8 32,4 25,3 21,9 9,8 40,1 10,0 3,0 8,2 21,2
9 33,1 25,8 21,8 9,5 40,3 10,0 3,0 8,0 23,9
10 33,7 26,4 21,6 9,3 40,0 10,0 3,0 7,8 26,4
11 34,5 26,9 21,6 9,1 40,0 10,0 3,0 7,7 29,0
12 35,1 27,5 21,4 9,0 39,8 8,0 3,8 9,0 31,0
13 35,1 27,6 21,9 13,2 36,2 8,0 4,2 14,3 31,0
14 34,9 27,0 22,6 16,0 34,6 7,5 4,8 17,3 31,0
15 34,7 26,3 23,7 19,0 33,6 7,0 5,0 19,6 31,0
16 34,6 25,5 24,3 21,0 32,7 7,0 5,2 21,4 31,0
17 34,5 28,1 24,7 20,5 37,0 10,0 3,8 17,9 32,2
Tabela 2 Tryb chłodzenia
Nr T T7 T12 T17 T2 T3 T15 T14 Praca
pomiaru [°C] [°C] [°C] [°C] [°C] [Pa] [Pa] [°C] [Wh]
1 20,3 12,9 26,8 26,7 37,5 11,0 3,6 15,1 2,5
2 18,2 9,2 29,2 38,9 46,0 13,0 3,2 11,1 5,5
3 16,7 7,4 30,7 44,9 49,4 14,0 3,0 9,2 8,1
4 15,5 6,0 31,7 48,1 51,1 14,0 2,8 8,0 11,1
5 15,2 5,2 32,3 49,7 51,7 14,0 2,8 7,4 13,7
6 14,6 4,7 32,7 50,5 52,0 14,0 2,8 6,7 16,5
7 14,3 4,3 32,9 51,0 52,0 14,0 2,8 6,3 19,2
8 13,7 3,9 33,2 51,2 52,0 14,0 2,6 6,0 21,9
9 12,9 3,7 33,4 51,3 51,9 14,0 2,6 5,7 24,5
10 12,2 3,5 33,3 51,2 51,7 13,5 2,6 5,6 27,4
11 11,7 3,4 33,3 51,1 51,6 13,5 2,6 5,3 30,1
12 11,3 3,2 33,1 50,8 51,3 13,5 2,6 5,1 32,8
13 11,3 3,1 32,9 50,7 51,1 13,5 2,6 5,0 35,3
14 11,2 3,0 32,7 50,5 50,9 13,0 2,6 4,9 38,0
15 11,2 2,9 32,6 50,4 50,7 13,0 2,4 4,7 40,7
16 10,9 2,8 32,7 50,3 50,7 13,0 2,4 4,7 43,5
17 10,5 2,7 32,9 50,1 50,5 13,0 2,4 4,5 45,9
18 10,0 2,6 33,2 50,1 50,3 12,0 2,8 4,5 48,5
19 9,8 6,3 32,3 45,8 47,4 8,0 3,6 9,6 48,8
20 10,4 11,4 30,9 38,0 42,1 7,0 3,4 12,8 48,8
21 11,1 7,2 29,9 36,3 41,1 11,0 2,8 9,2 50,9
22 11,3 4,8 30,4 41,4 45,6 12,0 2,6 6,4 53,5
23 11,2 3,7 31,1 44,6 47,4 12,5 2,6 5,3 56,0
Temperatura w trybie grzania
45
40
35
30
T [°C]
25 T7 [°C]
T12 [°C]
20
T17 [°C]
15
T2 [°C]
10
T14 [°C]
5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
numer pomiaru
Wykres 1
Temperatura w trybie chłodzenia
55
50
45
40
35 T [°C]
30 T7 [°C]
T12 [°C]
25
T17 [°C]
20
T2 [°C]
15
T14 [°C]
10
5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
numer pomiaru
Wykres 2
Temperatura [°C]
Temperatura [°C]
Ciśnienie w trybie grzania
16
15
14
13
12
11
10
T15 Pa]
9
T3 [Pa]
8
7
6
5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
numer pomiaru
Wykres 3
Ciśnienie w trybie chłodzenia
18
17
16
15
14
13
12
11
T15 [Pa]
10
9
T3 [Pa]
8
7
6
5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
numer pomiaru
Wykres 4
ciśnienie [Pa]
cisnienie [Pa]
 Praca [Wh] w trybie grzania
35
30
25
20
15
Praca [Wh]
10
5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
numer pomiaru
Wykres 5
Praca [Wh] w trybie chłodzenia
60
55
50
45
40
35
30
25
Praca [Wh]
20
15
10
5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
numer pomiaru
Wykres 6
praca [Wh]
praca [Wh]
Obliczenie kosztu energii zużytej przez pompę ciepła:
1. W trybie grzania: (obliczenia dla zużytej ilości kWh do ogrzania wody do zadanej
temp. 35°C)
1kWh  0,56 zł
0,031kWh  x zł
x zł= 0,02 zł =2 gr
2. W trybie chłodzenia: (obliczenia dla zużytej ilości kWh do ochłodzenia wody do
zadanej temp. 10°C)
1kWh - 0,56 zł
0,0485kWh - x zł
X zł=0,03 zł=3 gr
Obliczenie efektywności pompy cieplnej COP:
1. W trybie grzania (masa wody 6kg)
( )
2. W trybie chłodzenia
Nie wyliczono ponieważ nie używano wody, a trudno podać masę powietrza które
chłodzono.
Obliczenie kosztu energii ogrzania domu jednorodzinnego (pow. 200m2) przez pompÄ™
ciepła Danfoss-DHP:
y
ródło danych: http://pl.heating.danfoss.com/Content/0018d0dc-e647-4921-b759-
cf8ad104526c_MNU17454863_SIT18.html
1 kWh - 0,56 zł
24000kWh - x zł
x zł=13 440 zł
Ogrzanie domu jednorodzinnego o pow. 200m2 będzie kosztowało rocznie ok. 13 440zł
Obliczenie kosztu energii ogrzania domu jednorodzinnego przy pracy pompy 10h/dzień
przez pompÄ™ GSH21 powietrze-woda w ciÄ…gu 30 dni:
Pobór mocy: 3,7kWh
10*3,7kWh - 1 dzień
x kWh - 30 dni
x kWh= 1 110kWh
1 kWh - 0,56 zł
1 110kWh - y zł
y zł=621,6zł
Ogrzanie domu jednorodzinnego przy pracy pompy ciepła 10h/dzień będzie w ciągu 30 dni
kosztowało ok. 621,6zł.
VI WNIOSKI
Pompa ciepła jest dosyć ekonomicznym urządzeniem. Jest jednak rzadko stosowana
przez wysoki koszt montażu. Po przeliczeniu jednak okazuje się że pompa ciepła jest tańszym
zamiennikiem innych metod grzewczych takich jak kotłownie węglowe, czy ogrzewanie
gazowe.
Na wykresie 2 widoczne sÄ… skoki temperatury spowodowane wysokÄ… temperaturÄ… w
pomieszczeniu, w którym wykonywano eksperyment.
Odcinki proste (stałe wartości pracy) na wykresie 5 i 6 pokazują moment, w którym
pompa kończy cykl, a następnie rozpoczyna go od nowa po ustabilizowaniu odczytów.
Na wykresie 2 widać stałe wartości temperatury T, aby ułatwić spadek temperatury
pudełko styropianowe przykryto pokrywą z tego samego materiału celem izolacji od
otoczenia o bardzo wysokiej temperaturze, która zaburza eksperyment.
VII ZAA

CZNIKI
Z1  wstępny plan pracy
Z2  wyniki pomiarowe
Z3  schemat budowy pompy ciepła