Opis działania pompy ciepła

Autor: Zdzisław Niedziałek

21.07.2006.

Zmieniony 01.12.2009.

Przeznaczenie pompy ciepła Pompa ciepła jest nowoczesnym urządzeniem umożliwiającym

wykorzystanie energii cieplnej nagromadzonej w środowisku naturalnym. Przeznaczona jest do

ogrzewania pomieszczeń i przygotowania ciepłej wody użytkowej. Za pomocą pompy ciepła można

czerpać energię z takich źródeł jak: cieki wodne powierzchniowe i podziemne, powietrze i grunt i uzyskać

taki sam efekt jak przy tradycyjnym ogrzewaniu przy użycia pieca węglowego, gazowego czy olejowego.

Pompa jednak posiada tą zaletę, że 75% potrzebnej do celów grzewczych energii czerpie bezpłatnie ze

swego naturalnego otoczenia, a pozostałe 25% stanowi prąd elektryczny, który jest niezbędny do napędu

pompy. Udział poszczególnych źródeł biorących udział w wytworzeniu energii grzewczej

Ponieważ temperatura wody na wyjściu z pompy ciepła nie powinna przekraczać 50°C, dlatego

najbardziej odpowiednim systemem ogrzewania pomieszczeń jest system niskotemperaturowy

(ogrzewanie podłogowe, za pomocą grzejników lub klimakonwektorów). Przy wykorzystaniu tego typu

urządzeń, dla uzyskania temperatury komfortu w pomieszczeniach, wystarczająca jest temperatura

zasilania grzejników rzędu 35°C - 55°C, a taką właśnie daje pompa ciepła.

Pompy ciepła mogą pracować w różnych układach zasilania pomieszczeń w ciepło:

Układ monowalentny. Układem monowalentnym nazywamy taki system ogrzewania pomieszczeń, w

którym moc pompy pokrywa 100% zapotrzebowania budynku na ciepło.

Układ biwalentny. W układzie biwalentnym moc pompy dobrana jest w wielkości 75-80%

zapotrzebowania mocy szczytowej. W okresie niskich temperatur zewnętrznych praca pompy wspierana

jest drugim źródłem w postaci kotła olejowego, gazowego lub grzałki elektrycznej. Pompa

ciepła jest głównym elementem systemu ogrzewania w skład którego wchodzi źródło z jakiego ciepło jest

pobierane oraz instalacja ogrzewania pomieszczeń .

Pompa ciepła to ekologiczne urządzenie, wykorzystujące do ogrzewania bądź chłodzenia naturalne źródła

ciepła. GRUNT (kolektory pionowe i poziome)

Naturalna energia cieplna jest gromadzona w gruncie w sezonie wiosenno - letnim. Ciepło przenika do

ziemi za pomocą promieniowania słonecznego i opadów atmosferycznych. Ponieważ przewodzenie ciepła

z gruntu zwiększa się wraz z wilgotnością, najbardziej skuteczne są pompy pobierające ciepło z

wilgotnych gruntów gliniastych. Pobieranie ciepła z ziemi odbywa się za pomocą systemu kolektorów

gruntowych wykonywanych z rur polietylenowych o średnicy od 3/4" do 2". Wewnątrz rur krąży

niezamarzająca ciecz (roztwór denaturatu, ergolid) transportująca ciepło. W zależności od powierzchni

działki kolektor może być ułożony pionowo lub poziomo. Najbardziej rozpowszechnionymi są kolektory

poziome.

\t\t\t\t \t\t\t\t

\t\t\t Źródło ciepła - kolektory poziome Rury układa się na

głębokości od 1,2m do 2m. W jednym wykopie można ułożyć od 1 do 4 rur, przy czym pionowy odstęp

pomiędzy rurami nie powinien być mniejszy niż 30 cm. W zależności od wilgotności gleby i jej struktury

ilość rur, którą należy zakopać w ziemi, wynosi od 30 - 50mb./1kW mocy grzewczej pompy.

W wypadkach kiedy nie dysponujemy wymaganą powierzchnią działki można

wykonać kolektor gruntowy pionowy. Rury w kształcie litery U zakopuje się w pionowych otworach.

Głębokość otworów uzależniona jest od ich ilości, siatki rozstawu oraz rodzaju gleby. Dla przybliżonych

obliczeń można przyjąć głębokość otworu równą 15 - 20 mb. na jeden kilowat mocy grzewczej pompy, a

rozstaw pomiędzy otworami 3 - 5 mb.

Źródło ciepła - kolektory pionowe

Wody naturalne i gruntowe jako źródło ciepła Jeżeli przyszły

użytkownik dysponuje stawem lub jeziorem, można wykorzystać je jako źródło ciepła. Minimalizuje się

wówczas w znacznym stopniu koszty inwestycji w porównaniu z kosztami związanymi z robotami

Pompy ciepła

http://pompyciepla.info

Kreator PDF

Utworzono 7 February, 2010, 16:23

ziemnymi. Wężownicę z rur polietylenowych w prosty sposób można umieścić na dnie stawu lub jeziora

(stawy) o powierzchni 1000 - 2000m2 i minimalnej głębokości 1,5-2,5m.

Źródło ciepła - kolektory położone na dnie zbiorników wodnych Źródło ciepła

- odwierty studzienne

Woda gruntowa jest dobrym akumulatorem ciepła słonecznego, o praktycznie stałej

temperaturze utrzymującej się na poziomie +7 do +12°C. Dzięki temu możemy uzyskać najlepsze efekty

energetyczne. Do zbudowania instalacji potrzebne są dwie studnie. Woda gruntowa czerpana

jest ze studni zasilającej i doprowadzana do parownika pompy ciepła. Tu odbierane jest zawarte w niej

ciepło. Ochłodzona woda odprowadzana jest następnie do studni chłonnej. Do budowy studni należy

uzyskać tzw. "pozwolenie wodnoprawne" na eksploatację wody gruntowej.

POWIETRZE/WODA

pochodzące z procesów technologicznych (np.ciepło z wentylacji lub ścieki przemysłowe)

Porównanie kosztów różnych systemów grzewczych

W przeciwieństwie do kopalin (ropa naftowa, węgiel) są to źródła odnawialne. Pompa ciepła sprawia

zatem, że koszty eksploatacji takiego systemu są niższe (o koszt zakupu paliwa np. gazu) w porównaniu

z kosztami eksploatacji tradycyjnych systemów grzewczych.

Poprzez użycie pompy ciepła, możecie Państwo znacznie zredukować koszty ogrzewania i bieżącej ciepłej

wody.

Poniższy wykres przedstawia porównanie kosztów eksploatacji systemu grzewczego opartego na pompie

ciepła z innymi ogólnie rozpowszechnionymi systemami. A - pompa ciepła - taryfa

nocna (COP=4,5)

B - pompa ciepła - dwutaryfowa (COP =4,5)

C - pompa ciepła - taryfa dzienna (COP=4,5)

D - węgiel kamiennyE - gaz ziemny

F - sieć ciepłownicza (średnio)

G - prąd elektryczny - taryfa nocna

H - propan-butan

I - olej opałowy

J - prąd elektryczny - taryfa dzienna

Efektywność pomp ciepła

Prawie 90% zużywanej w gospodarstwach domowych energii przeznacza się na cele grzewcze, i tutaj

głównie należy szukać środków, prowadzących do obniżenia kosztów ogrzewania mieszkań. Jednym z

nich jest właśnie przedstawiana pompa ciepła CETUS.

Współczynnik efektywności pracy pompy ciepła mierzony jako stosunek energii cieplnej

uzyskanej do energii elektrycznej pobranej przez silnik sprężarki wynosi: większy od 3,0 przy

poborze ciepła z gruntuwiększy od 4,0 przy poborze ciepła ze studni głębinowej

- większy od 4,5 przy odzysku ciepła z procesów technologicznych.

h=Q/En [kW/kW] Efektywność rzeczywista pompy ciepła cetus 22 w zależności od

temperatury dolnego źródła ciepła i temperatury grzania Tk. Zasada działania i budowy pompy

ciepła

Obieg pompy ciepła tworzą elementy:

1. Parownik - wymiennik ciepła, w którym następuje odbiór ciepła ze źródła niskotemperaturowego

(dolne źródło).

2. Skraplacz - wymiennik ciepła, w którym następuje przekazanie energii wysokotemperaturowej do

odbiorów ciepła (górne źródło).

3. Dolne źródło ciepła (np. grunt).

Pompy ciepła

http://pompyciepla.info

Kreator PDF

Utworzono 7 February, 2010, 16:23

4. Sprężarka czynnika chłodniczego.

5. Zawór dławiący.

6. Górne źródło ciepła (system grzejnikowy).

Sprężarka zasysająca pary czynnika chłodniczego powoduje obniżenie ciśnienia w

parowniku. Zdławiona do ciśnienia parowania ciecz czynnika chłodniczego gwałtownie odparowuje, przy

czym ciepło potrzebne do parowania pobiera z obiegu dolnego źródła. Temperatura parowania

w zależności od rodzaju dolnego źródła wynosi:

+5°C do +10°C - dla poboru ciepła z procesów technologicznych.

+0°C do +5°C - dla ciepła ze studni głębinowych.

-15°C do -5°C - dla poboru ciepła z gruntu. Zassane pary czynnika chłodniczego

uzyskują po sprężaniu temperaturę ok. 100°C - 110°C i są przetłaczane do skraplacza. Przepływające

przez skraplacz medium górnego źródła (woda instalacji centralnego ogrzewania, ciepłej wody użytkowej)

ogrzewa się odbierając jednocześnie energię cieplną pobraną z dolnego źródła, powiększoną o ilość

energii elektrycznej zamienionej w ciepło podczas procesu sprężania czynnika chłodniczego. Proces

zachodzi w stałej temperaturze wynoszącej 40°C - 60°C w zależności od temperatury i natężenia

przepływu wody na wlocie do skraplacza. Ciekły czynnik chłodniczy po przejściu przez zawór dławiący

rozpręża się do ciśnienia parowania i ponownie rozpoczyna się proces pobieranie ciepła z dolnego źródła.

Budowa pompy ciepła

Głównymi elementami pompy ciepła są: sprężarka czynnika

chłodniczegowymiennik ciepłazbiornik ciekłego freonuarmatura układu freonowego: termostatyczny

zawór rozprężny, elektromagnetyczny zawór odcinający.

odwadniacz, wziernik przepływu ze wskaźnikiem wilgotności

automatyka sterująca

automatyka zabezpieczająca

konstrukcja nośna

obudowa

sprężarka W pompach ciepła CETUS zastosowano hermetyczne sprężarki firmy

MANEUROP nie wymagające chłodzenia ich korpusu w czasie pracy, co w zamkniętej obudowie pompy

ciepła jest sprawą bardzo istotną, jednocześnie obniża koszty.

Wymienniki ciepła Skraplacz i parownik

Obydwa wymienniki produkowane przez firmę SeCeS-Pol wykonane są ze stali nierdzewnej jako

płaszczowo-rurowe z wężownicą z rur karbowanych. Doziębiacz

Dla pomp ciepła małych mocy zastosowano doziębiacze typu H produkcji firmy FRIGA-BON, natomiast

dla pomp średnich i dużych mocy doziębiacze wykonane według własnej technologii wymienników z

wężownicą z rur karbowanych. Zbiornik ciekłego freonu

Pompy ciepła CETUS wyposażone są w zbiornik ciekłego freonu o pojemności 1,5 do 10 dm3 w

zależności od wielkości pompy. Zbiorniki wykonane są przez firmę SeCeS-Pol ze stali

Automatyka układu freonowego Układ freonowy wyposażony jest w armaturę produkowaną

przez firmy DANFOSS lub PARKER. Automatyka sterująca Całością

pracy pompy steruje mikroprocesorowy sterownik typu R 30.20 produkcji firmy COMPIT.

Realizuje on głównie funkcje: odczyt temperatury ciepłej wody wychodzącej

z pompy ciepła do układucentralnego ogrzewania,

odczyt temperatury ciepłej wody użytkowej,

odczyt temperatury medium dolnego źródła na wyjściu z pompy ciepła,

odczyt temperatury zewnętrznej,

zabezpiecza pompę ciepła przed zbyt wysoką lub zbyt niską temperaturą medium na wyjściu

z pompy ciepła,

zlicza ilość godzin pracy pompy,

pełni funkcje sterownika pogodowego,

umożliwia wykonanie: zmian w stosunku do zadanej charakterystyki grzania układu

centralnego ogrzewania w cyklu ciągłym lub w określonych godzinach i dniach tygodnia,

- zaprogramowania pracy pompy w priorytecie dla ciepłej wody użytkowej, pompa ciepła posiada

wyprowadzone przyłącze do komputera umożliwiające zdalne sterowanie pracą pompy oraz rejestrowanie

parametrów pracy.

Pompy ciepła

http://pompyciepla.info

Kreator PDF

Utworzono 7 February, 2010, 16:23

Automatyka zabezpieczająca Prawidłowa praca pompy ciepła

zabezpieczona jest - oprócz funkcji realizowanych przez sterownik R 30.20 za pomocą niżej

wymienionych elementów automatyki: presostat wysokiego i niskiego ciśnienia produkcji

DANFOSS lub JOHNSON - CONTROLS - chroni sprężarkę przed zbyt wysokim lub zbyt niskim ciśnieniem

w układzie freonowym,

zabezpieczenie przeciwzanikowe fazy i kolejności fazy F&F produkcji FAEL,

wyłączniki nadmiarowo prądowe typu S-191 i S-193 produkcji FAEL, które chronią instalację elektryczną

przed skutkami ewentualnych przeciążeń i zwarć w obwodach sprężarki i pompy studni głębinowej

współpracującej z pompą ciepła.

Konstrukcja nośna Konstrukcję nośną stanowią elementy wykonane w całości ze

stali nierdzewnej. Obudowa Pompy ciepła przeznaczone dla budownictwa

indywidualnego posiadają obudowę wykonaną z nietoksycznych żywic epoksydowych w kolorze białym.

Obudowa wykonana jest w formie prostopadłościanu o wymiarach 450x550x1000 z demontowalną tylną

ścianą. Na ścianie frontowej umieszczone są wyłączniki pracy pompy oraz sterownik R 30.20. Od

wewnątrz pompa ciepła wypełniona jest matą izolacyjną zabezpieczającą wymienniki ciepła przed

stratami oraz tłumiącą drgania sprężarki. Pompy przemysłowe wyposażone są w płyty

osłonowe wykonane z blachy ocynkowanej i wypełnione materiałem izolacyjnym.

Pompy ciepła

http://pompyciepla.info

Kreator PDF

Utworzono 7 February, 2010, 16:23