Sprężarkowe
pompy ciepła
Podstawy teoretyczne
Czynniki chłodnicze
Dolne z
ródła ciepła
Przykłady zastosowań
dr inż. Grzegorz Krzyżaniak
Podstawy teoretyczne
Pompa ciepła  urządzenie w którym
zachodzi proces podnoszenia potencjału
cieplnego, tj. proces pobierania ciepła ze
z
ródła o temperaturze niższej To i
przekazywania go do z
ródła o temperaturze
wyższej Tg.
Ponieważ stosunek ciepła przejętego z otoczenia do ciepła
powstającego z przekształcenia energii napędowej jest tym
większy, im temperatura To bliższa jest temperaturze Tg
(odbiornika ciepła użytecznego  instalacji c.o., c.w.u.), to
efektywność pompy ciepła jest tym wyższa, im mniejsze są
wymagania co do wartości temperatury Tg.
2
1
Podstawy teoretyczne
Zasada działania pompy ciepła: a) pompa podnosząca ciecz,
b) pompa ciepła, c) spiętrzenie temperatury czynnika roboczego w
pompie ciepła
3
Sprężarkowe parowe pompy ciepła
jednostopniowe
Obieg porównawczy
Idealny obieg porównawczy Carnota
4
2
Sprężarkowe parowe pompy ciepła
jednostopniowe
Współczynniki wydajności grzejnej
Qg Q0 + L Q0
COP = = = 1+
L L L
Qg - ciepło użyteczne uzyskane w skraplaczu,
Qo  ciepło pobrane w parowniku z dolnego z
ródła,
L - energia napędowa,
Współczynnik wydajności grzejnej pompy ciepła dla idealnego obiegu Carnota
Tg Å""S Tg
COPC = =
(Tg - T0)Å""S Tg - T0
Tg  temperatura górnego z
ródła ciepła
Td  temperatura dolnego z
ródła ciepła,
"T  przyrost entropii
5
Sprężarkowe parowe pompy ciepła
jednostopniowe
Schemat ideowy
sprężarkowej pompy ciepła:
Sp-sprężarka, S-skraplacz,
ZR-zawór rozprężny, P-parownik
Obieg teoretyczny
Obieg teoretyczny
p.c.
p.c.
Wykres T - s
Wykres p - h
6
3
Sprężarkowe parowe pompy ciepła
jednostopniowe
Przemiany termodynamiczne w
teoretycznym obiegu sprężarkowym z
czynnikiem jednoskładnikowym
sprężanie izentropowe (1-2),
skraplanie izobaryczne (2-4 ) z dochłodzeniem
cieczy (4 -4),
dławienie izentalpowe (4-5),
odparowanie izobaryczne (5-6) z przegrzaniem
pary (6-1).
7
Sprężarkowe parowe pompy ciepła
jednostopniowe
Obieg rzeczywisty sprężarkowej pompy ciepła w układzie:
a) T-s, b) p-h
8
4
Sprężarkowe parowe pompy ciepła
jednostopniowe
Przemiany termodynamiczne w
rzeczywistym obiegu sprężarkowym
z czynnikiem jednoskładnikowym
- występują spadki ciśnienia podczas przepływu czynnika
przez wymienniki,
- występują straty ciepła do otoczenia,
- sprężanie pary nie jest przemianą izentropową i
towarzyszy mu przyrost entropii,
- dławienie cieczy nie jest izentalpowe
9
Sprężarkowe parowe pompy ciepła
jednostopniowe
Sprężarkowa pompa ciepła: a) ideowy schemat instalacji: 1- agregat sprężarkowy,
2- parowacz, 3- zawór rozprężny, 4- skraplacz, b) zmiany fazy czynnika roboczego w instalacji pompy
ciepła, c) wykresy obiegu teoretycznego w układach współrzędnych: ciśnienie  entalpia właściwa p-h
10
oraz temperatura  entropia właściwa T-s / (punkty oznaczają stan czynnika wg rys. b)
5
Sprężarkowe parowe pompy ciepła
jednostopniowe
Współczynnik wydajności grzejnej
dla obiegu Lindego
h2 - h3
COPL =
h2 - h1
h1 - entalpia właściwa czynnika roboczego na wyjściu z parownika, [kJ/kg]
h2 - entalpia właściwa czynnika roboczego na wejściu do skraplacza (końca sprężu), [kJ/kg]
h3 - entalpia właściwa czynnika roboczego na wyjściu ze skraplacza, [kJ/kg]
Rzeczywisty współczynnik wydajności grzejnej
qk + "qk
COPr =
l0 + "l0
"qk - przyrost właściwej wydajności grzejnej spowodowany nieodwracalnością przemian, [kJ/kg]
"lo- przyrost właściwej pracy sprężania spowodowany stratami w sprężarce, [kJ/kg]
Przybliżona wartość rzeczywistego współczynnika wydajności grzejnej
(COP)r = ·dÅ" (COP)c
·d  stopieÅ„ doskonaÅ‚oÅ›ci rzeczywistego obiegu pompy ciepÅ‚a wynosi od 0,5 do 0,6
11
Równoległe połączenie sprężarkowych
parowych pomp ciepła
Równoległa współpraca pomp ciepła
- zapewnia wyższą wydajność cieplną, uzyskaną dzięki dopasowaniu
procesów skraplania i odparowania czynnika roboczego w wymiennikach
ciepła do z
ródeł ciepła nisko- i wysokotemperaturowego,
- skraplanie i odparowanie czynnika chłodniczego w każdej z pomp ciepła
zachodzi przy innych temperaturach (ciśnieniach), bardziej odpowiadających
przebiegom zmian temperatur z
ródeł ciepła.
12
6
Szeregowe połączenie sprężarkowych
parowych pomp ciepła
Szeregowe połączenia
pomp ciepła
tzw. kaskadowe:
- elementem wspólnym łączącym oba
obiegi sÄ… wymienniki (skraplaczo-
parowniki), w których jedną część
stanowi skraplacz pierwszej pompy,
współpracujący z parownikiem drugiej
pompy.
- zazwyczaj pompy ciepła pracują na
różnych czynnikach roboczych.
Układy wielostopniowe są stosowane głównie w przypadkach jednostek o
średnich i dużych mocach.
13
Czynniki chłodnicze
sprężarkowych parowych pomp ciepła
W obecnie produkowanych pompach ciepła
najczęściej stosowanymi czynnikami są:
R134a, R404A, R407C, R410A, R290.
W zależności od tego, jaki czynnik chłodniczy
został zastosowany w pompie ciepła, zmienia
się jej wydajność grzejna.
14
7
Czynniki chłodnicze
sprężarkowych parowych pomp ciepła
Porównanie wartości współczynników wydajności grzejnej dla różnych czynników roboczych
15
temperatury skraplania Tk= 50oC
Czynniki chłodnicze
sprężarkowych parowych pomp ciepła
Objętościowa wydajność cieplna dla różnych czynników w obiegu Lindego
16
8
Czynniki chłodnicze
sprężarkowych parowych pomp ciepła
W pompach ciepła najczęściej używanymi czynnikami chłodniczymi
mieszaninami zeotropowymi sÄ…:
R 404A (roztwór o składzie: R 125-44%, R 134a-4% i R143a-52%),
R 407C (roztwór o składzie: R 32  23%, R125-25% i R134a-52%),
R 410A (roztwór o składzie: R 32-50% i R 125- 50%).
Wykres obiegu sprężarkowej pompy ciepła z roztworem zeotropowym jako
czynnikiem roboczym w układzie współrzędnych p-h
17
Czynniki chłodnicze
sprężarkowych parowych pomp ciepła
Przydatność czynników chłodniczych do pracy w
obiegu pompy ciepła ocenia się w oparciu o
następujące kryteria:
wartość współczynnika wydajności grzejnej Ć (COP),
wartości i zakresy ciśnienia nasycenia,
objętościową wydajność grzejną,
wpływ na środowisko (ekologia), przy czym miarę szkodliwości
oddziaływania czynników na środowisko stanowiły dotychczas
dwa wskaz
niki ODP i GWP
Ozon Depletion Potential (ODP)  charakteryzuje wpływ danej substancji na
intensywność rozkładu ozonu stratosferycznego, przy czym poziomem
odniesienia są właściwości R 11 (ODP=1),
Global Warming Potential (HGWP)  charakteryzuje zdolność substancji do
tworzenia  efektu cieplarnianego w odniesieniu do właściwości CO2, dla którego
GWP100=1(odniesiony do horyzontu czasowego wynoszÄ…cego 100 lat).
18
9
Dolne z
ródła ciepła
Cechy charakterystyczne dolnych z
ródeł
ciepła:
duża pojemność cieplna,
możliwie wysoka i stała temperatura,
brak zanieczyszczeń powodujących korozję elementów
instalacji lub powstawania osadów,
dobra koherentność,
łatwa dostępność i niskie koszty instalacji służącej do
pozyskiwania i transportu ciepła,
niskie koszty eksploatacji.
19
Dolne z
ródła ciepła
Podział
y
ródła odnawialne (naturalne):
f& Powietrze atmosferyczne
f& Woda
" Wody powierzchniowe
" Wody gruntowe i głębinowe
" Wody geotermalne
" Woda wodociÄ…gowa
" Woda morska
f& Grunt
f& Energia promieniowania słonecznego
y
ródła sztuczne (energia odpadowa):
f& Gaz  powietrze, spaliny,
f& Ciecz  woda, ścieki, woda powrotna w systemach ciepłowniczych
20
10
Dolne z
ródła ciepła
Ogólna charakterystyka
Ogólna charakterystyka z
ródeł ciepła
niskotemperaturowego do zasilania pomp ciepła
21
Dolne z
ródła ciepła
Wpływ temperatury zewnętrznej
Zmienność temperatury z
ródeł ciepła niskotemperaturowego w
zależności od temperatury zewnętrznej:
1-powietrze zewnętrzne, 2- wody powierzchniowe, 3- wody
gruntowe, 4- grunt na głębokości 1,8 m
22
11
Dolne z
ródła ciepła
Systemy sprężarkowych pomp ciepła
Systemy sprężarkowych pomp ciepła:
a) woda  woda (W/W), b) woda  powietrze (W/A),
c) powietrze  woda (A/W), d) powietrze  powietrze (A/A):
1-sprężarka, 2- skraplacz, 3- zawór rozprężny, 4- parowacz
23
Dolne z
ródła ciepła
Powietrze atmosferyczne
Cechy charakterystyczne powietrza jako dolnego
z
ródła ciepła:
- łatwa dostępność i niskie koszty inwestycyjne związane z wykonaniem
instalacji dolnego z
ródła ciepła.
- nie powoduje zachwiania równowagi cieplnej otoczenia.
- najbardziej efektywne jest wykorzystanie powietrza o temperaturze od 4
do 15ºC; stosowane sÄ… też pompy pracujÄ…ce przy temperaturze nawet do -
30ºC, jednak wymagajÄ… one doprowadzenia dodatkowej energii potrzebnej
do odszraniania wymiennika. Wówczas niskie są współczynniki
wydajności pomp ciepła i konieczne jest stosowanie układów
biwalentnych, wykorzystujÄ…cych dodatkowe z
ródła ciepła (np. kocioł c.o.).
- ilość ciepła, jaką można uzyskać z 1m3 powietrza wynosi od 1,4 do 2,2
Wh.
- średnia wartość współczynnika przenikania ciepła w parowniku pompy
ciepła wynosi U=35-50 W/m2K
24
12
Dolne z
ródła ciepła
Powietrze atmosferyczne
Wady powietrza jako dolnego z
ródła
ciepła:
- duże wahania temperatury w okresie dobowym i rocznym,
- niekorzystne warunki wymiany ciepła ze względu na niskie
współczynniki przejmowania ciepła, zmuszają do stosowania
wymienników o zwiększonej powierzchni wymiany ciepła,
- w przypadku spadku temperatury powietrza poniżej 0ºC,
występuje szronienie powierzchni wymiennika, które utrudnia
wymianę ciepła,
- zła koherentność i duża głośność pracy spowodowana pracą
wentylatorów,
- średnioroczny współczynnik wydajności grzejnej sprężarkowej
pompy ciepła z parowaczem zasilanym powietrzem wynosi
SPF=1,8-2,2
25
Dolne z
ródła ciepła
Powietrze atmosferyczne
Pompa ciepła, w której dolnym z
ródłem ciepła jest powietrze
Zastosowanie: do przygotowania c.w.u., do podgrzewania wody w
instalacji c.o., do podgrzewania wody w basenie, do rekuperacji czyli
odzysku ciepła z powietrza usuwanego z budynku. 26
13
Dolne z
ródła ciepła
Powietrze atmosferyczne
27
Dolne z
ródła ciepła
Wody powierzchniowe
Cechy charakterystyczne wód powierzchniowych
jako dolnego z
ródła ciepła:
rzeki, jeziora i stawy - charakteryzują się dużymi wahaniami
temperatury w zakresie od 0 do 15ºC,
mała koherentność i możliwość oblodzenia wymiennika przy
temperaturach bliskich 0ºC; przenoszÄ… one jednak duże iloÅ›ci
energii. Przykładowo rzeka Wisła w Warszawie przy
średniorocznym przepływie rzędu 624,0m3/s dostarcza średni
roczny strumień ciepła wynoszący 3012,0 MW,
strumień masy wody przetłaczanej przez parownik jest
stosunkowo duży ze względu na niewielki spadek temperatury
wody, wynoszący 4-5 K, a jednostkowa ilość uzyskiwanego ciepła
zawiera siÄ™ w granicach 4500-5900 Wh/m3,
odbiór ciepła zawartego w wodach powierzchniowych może być
realizowany za pomocą wymienników bezpośrednio zanurzonych
w wodzie lub w wymiennikach zasilanych pompÄ….
28
14
Dolne z
ródła ciepła
Wody powierzchniowe
Zalety:
- niskie w porównaniu z wodą gruntową i głębinową
koszty inwestycyjne i eksploatacyjne.
Wady:
- duże wahania temperatury,
- zła koherentność  najniższa temperatura zbiega
się z maksymalnym zapotrzebowaniem na ciepło,
- możliwość oblodzenia powierzchni parownika przy
temperaturach bliskich 0°C.
29
Dolne z
ródła ciepła
Wody powierzchniowe
Pompa ciepła z dolnym z
ródłem ciepła z wody powierzchniowej
30
15
Dolne z
ródła ciepła
Wody powierzchniowe
31
Dolne z
ródła ciepła
Wody gruntowe i głębinowe
Cechy charakterystyczne wód gruntowych
i głębinowych jako dolnego z
ródła ciepła:
wody są wykorzystywane w urządzeniach o średniej i dużej
mocy,
bardzo korzystna jest stała i stosunkowo wysoka
Å›rednioroczna temperatura rzÄ™du 8 do 12ºC, a wody
gÅ‚Ä™binowe osiÄ…gajÄ… nawet 15ºC,
dobra koherentność i niskie koszty eksploatacyjne,
niekorzystne właściwości to duże koszty inwestycyjne,
zależne od rodzaju terenu i głębokości występowania wody
oraz możliwość zanieczyszczenia i korozji,
32
16
Dolne z
ródła ciepła
Wody gruntowe i głębinowe
Cechy charakterystyczne wód gruntowych i
głębinowych jako dolnego z
ródła ciepła (c.d.):
odległość między dwiema studniami czerpalną i chłonną
w przypadku wód gruntowych powinna wynosić około
30 - 50 m, a dla wód głębinowych około 100 m,
z 1 m3 wody gruntowej można uzyskać od 6,8 do 9,0 kWh
przy COP = 3.
NP : Dla ogrzania domku jednorodzinnego o powierzchni użytkowej
150 m2 wymagany jest w zależności od rozwiązania strumień
objętości wody od 2,5 do 3,5 m3/h
33
Dolne z
ródła ciepła
Wody gruntowe i głębinowe
Ideowe schematy ujęć wód podziemnych
34
17
Dolne z
ródła ciepła
Wody gruntowe i głębinowe
Strumień objętości wody zasilającej parownik pompy ciepła
&
Q
m3
&
V =
cp Å" "T Å" Á s
&
Q - moc cieplna pobierana z dolnego z
ródła, kW,
c - ciepło właściwe wody, kJ/kgK,
p
"T - spadek temperatury w parowniku, K ("T= 4 - 5K),
Á - gÄ™stość wody, kg/m3.
Problemy eksploatacyjne:
- narastanie szlamu na ściankach studni,
- wytrącanie siężelaza,
- zanieczyszczenia biologiczne,
- ograniczenie dopływu świeżej wody,
- zamulenie,
- uszkodzenie obramowania studni.
35
Dolne z
ródła ciepła
Wody gruntowe i głębinowe
Pompa ciepła z ujęciem wody gruntowej lub głębinowej
36
18
Dolne z
ródła ciepła
Wody gruntowe i głębinowe
37
Dolne z
ródła ciepła
Woda geotermalna
Woda geotermalna
Woda geotermalna transportuje energię cieplną z wnętrza Ziemi
na jej powierzchniÄ™.
Wielkość energii geotermalnej jest zależna od pory dnia i roku.
y
ródła geotermalne eksploatuje się przez instalację otworem
eksploatacyjnym i zatłaczającym ze względu na wymagania
ekologiczne,
Temperatura polskich wód geotermalnych wynosi okoÅ‚o 100ºC,
choć są też z
ródÅ‚a o temperaturze do 150ºC
Wody geotermalne współpracują z pompami ciepła absorpcyjnymi
w Pyrzycach i Mszczonowie w Polsce. y
ródłem ciepła
niskotemperaturowego jest woda o temperaturze 64 i 42ºC.
38
19
Dolne z
ródła ciepła
Woda wodociÄ…gowa i morska
Woda wodociÄ…gowa
Woda wodociÄ…gowa ma temperaturÄ™ rzÄ™du 10ºC, jednak ze
względu na jej wysoki koszt nie jest zalecane jej stosowanie jako
dolnego z
ródła ciepła.
Woda morska
Woda morska ze względu na korozyjność jest wykorzystywana
rzadko.
Temperatura wody jest niska i wynosi 3 - 8ºC; ze wzglÄ™du na jej
zasolenie, temperatura zamarzania wynosi -1 do -2ºC, co sprawia,
że niebezpieczeństwo oszronienia parowacza jest niskie.
Wymienniki ciepła montuje się na głębokości 25 do 50 m,
uzyskując tym samym stałą temperaturę z
ródła.
Woda ta może być wykorzystana do pomp ciepła stosowanych na
statkach.
39
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
Temperatura gruntu w zależności od głębokości:
- ze względu na koszty inwestycyjne energię cieplną pobiera się z
głębokości około 2m,
- temperatura górnych warstw gruntu zmienia się odpowiednio do zmian
temperatury powietrza,
- na gÅ‚Ä™bokoÅ›ci gruntu ok.2 m temperatura gruntu zmienia siÄ™ od ok.6°C
(w lutym) do 15°C (w sierpniu); zachowuje staÅ‚ość w cyklu dobowym.
- w wierzchniej 10 m warstwie gruntu zakumulowana jest energia cieplna
pochodząca od promieniowania słonecznego i od wymiany ciepła i wilgoci
z atmosferÄ…,
- na głębokości 10m temperatura gruntu jest stała; równa średniorocznej
temperaturze powietrza zewnętrznego dla umiarkowanej strefy
klimatycznej i wynosi ok.10 - 11°C
- w głębszych warstwach ziemi, powyżej 20m zakumulowana jest też energia
pochodząca z wnętrza ziemi,
40
20
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
Zmiany temperatury powietrza i gruntu dla umiarkowanej strefy klimatycznej
41
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
Rozkład temperatury w gruncie na głębokości 1,5 m
42
21
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
Cechy charakterystyczne gruntu jako dolnego
z
ródła ciepła:
- wydajność cieplna gruntu
" Z 1 m3 suchego gruntu pozyskuje siÄ™ 10 do 30 W energii
cieplnej, a z gruntu wilgotnego powyżej 40 W.
" Korzystny jest więc grunt wilgotny, najlepiej gliniasty o
największym współczynniku przewodzenia ciepła.
" Grunt posiada stałą temperaturę w czasie, a w okresie
największego zapotrzebowania na ciepło, jego
temperatura jest wyższa od temperatury powietrza
zewnętrznego.
" Ciepło można pobierać z gruntu za pomocą wtórnego
nośnika ciepła z wykorzystaniem wymiennika
gruntowego poziomego, spiralnego lub pionowego.
43
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
Nośniki ciepła
f& woda (studnie głębinowe)  jeżeli nie występuje niebezpieczeństwo
zamarznięcia,
f& solanki (wodne roztwory soli) - stosowane już bardzo rzadko ze
względu na agresywność korozyjną w stosunku do instalacji,
f& wodne roztwory glikoli: etylenowego (ERGOLID A) lub
propylenowego (ERGOLID EKO) - z zestawem inhibitorów i
środkami przeciwpiennymi -ciecze o niskiej temperaturze
krzepnięcia.
44
22
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
Wymienniki (kolektory) poziome
f& Gruntowe poziome wymienniki ciepła mogą być wykonywane w różnych
konfiguracjach : jako układy szeregowe lub wężownicowe (rys.).
f& Wymienniki są wykonywane przeważnie z rur z tworzyw sztucznych (PVC,
polietylenowych, polipropylenowych lub polibutylenowych) o Å›rednicy 20÷40 mm,
ukÅ‚adanych na gÅ‚Ä™bokoÅ›ci 1,0÷ 1,2 do 1,5 m, a odlegÅ‚ość miÄ™dzy rurami wynosi
0,8÷1,0 m.
f& W zasadzie rury wymienników ciepła powinny być układane na głębokości ok. 30 cm
niższej niż głębokość przemarzania.
f& Maksymalna długość rur z PE w jednej pętli nie powinna przekraczać 100 -150 m.
f& Przyrost temperatury nośnika ciepła w gruncie wynosi 3  4 K.
f& Gęstość strumienia ciepła pobieranego z gruntu zależy od jego rodzaju i wilgotności:
f& grunt suchy Ò! q = 10  30 W/m2,
f& grunt wilgotny Ò! q = 40  50 W/m2
Za pomocą rury o długości 100 m można odebrać z gruntu ok.. 3  5 kW ciepła w
45
czasie 1 godz.
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
Przykładowe moce pomp ciepła przy poborze ciepła z gruntu za
pomocą poziomych wymienników gruntowych:
Konfiguracja szeregowa:
Przepływ: szeregowy,
Typowa średnica rur: 1 1/4 " do 2
Nominalna długość: 28  45 m/1 kW
Głębokość wykopu: 1,0  1,5 m
Maksymalna moc pompy: 17,5 kW
Konfiguracja podwójnie - szeregowa:
Przepływ: szeregowy,
Typowa średnica rur: 1 1/4 " do 2
Nominalna długość: 17 - 30 m/1 kW
Głębokość wykopu: 1,2  1,8 m
0,9 - 1,5 m
46
23
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
Wymienniki (kolektory) poziome
Różne konfiguracje poziomych gruntowych wymienników ciepła
47
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
Wymienniki (kolektory) poziome
Przykładowy układ pętli kolektora płaskiego poziomego
48
24
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
Wymienniki (kolektory) poziome
49
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
Wymienniki (kolektory) poziome spiralne
Cechy:
rury polietylenowe zwinięte w kształt spirali są
umieszczone w kilku rowach (wykopach) o
głębokości 1,6  2,0 m, szerokości do 1m i
długości do 20 m, oddalonych od siebie o co
najmniej 2 m.
całkowita długość rur kolektora znajdującego się
w wykopie o długości 15 m wynosi ok. 125 m.
zastosowanie wymiennika spiralnego redukuje o
1/3 długość wykopu w porównaniu do
wymiennika wężownicowego o takiej samej
wydajności.
50
25
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
Wymienniki (kolektory) poziome spiralne
Przykładowy układ kolektora gruntowego poziomego spiralnego
51
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
Wymienniki (kolektory) pionowe
Cechy:
f& W odwierty o gÅ‚Ä™bokoÅ›ci 30 ÷ 100 m, a nawet 150 m (konieczne
jest zezwolenie) wkłada się sondy pionowe, czyli rury zgięte w
kształcie litery U, w których krąży glikol,
f& Wysokie koszty inwestycyjne,
f& Z 1 m odwiertu można uzyskiwać 30 ÷ 70 W energii cieplnej.
f& Odległość między odwiertami nie powinna być mniejsza niż 5 m.
f& Typy kolektorów pionowych (rys.)
" typ  U ,
" o przepływie koncentrycznym,
" o przepływie przeciwbieżnym.
52
26
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
Typy kolektorów pionowych
Typ U Przepływ Przepływ
koncentryczny przeciwbieżny
53
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
Przykładowe moce pomp ciepła przy poborze ciepła z
gruntu za pomocą wymienników pionowych:
Konfiguracja U - szeregowa:
Przepływ: szeregowy,
Åšrednica rur: 3/4 " ,1 " ,1 1/4 " do 2 "
Głębokość otworu: 8  15 m/1 kW
Długość rur: 15  30 m
Konfiguracja U - równoległa:
Przepływ: równoległy,
Åšrednica rur: 3/4 " ,1 " ,
Głębokość otworu: 8  16 m/1 kW
Długość rur: 16  32 m
54
27
Dolne z
ródła ciepła
Grunt
55
Dolne z
ródła ciepła
Promieniowanie słoneczne
W naszej strefie klimatycznej suma promieniowania
bezpośredniego i rozproszonego w bezchmurny letni dzień
wynosi około 1 kW/m2.
Średnia gęstość strumienia energii w miesiącach letnich wynosi
około 350 W/m2. W miesiącach od maja do września ilość
energii cieplnej pochodzącej od słońca jest na tyle duża, że
pozwala pokryć zapotrzebowanie na cele ciepłej wody
użytkowej.
W okresach przejściowych energię słoneczną można
wykorzystywać łącznie z pompami ciepła do przygotowania
ciepłej wody użytkowej.
Zaletą promieniowania słonecznego jako dolnego z
ródła ciepła
jest możliwość uzyskania wysokich temperatur rzÄ™du 20-80ºC
oraz dość duża liczba godzin słonecznych w ciągu roku
wynoszÄ…ca 1600h dla Polski.
Wadą jest dobowa i sezonowa zmienność strumienia energii,
zależność od czynników atmosferycznych oraz wysokie koszty
inwestycyjne ujęcia.
56
28
Przykłady rozwiązań
pomp ciepła
Kompaktowa - sprężarkowa pompa ciepła systemu powietrze  powietrze (P/P):
a) schemat ideowy, b) układ elementów: 1 - parowacz, 2 - wlot powietrza zewnętrznego,
3- termostatyczne zawory rozprężne i zawory zwrotne, 4 - wylot powietrza podgrzanego,
5 - przepustnica,6 -skraplacz, 7- wlot powietrza podgrzewanego, 8 - sprężarka hermetyczna,
9 - zawór rewersyjny (do zmiany cyklu pracy ogrzewanie  chłodzenie), 10 - wylot powietrza
zewnętrznego, 11 - filtr, 12 - przepustnica
57
Sprężarkowe pompy ciepła
w systemach ogrzewania i przygotowania c.w.u.
System sprężarkowej pompy ciepła oraz regulacji
jej wydajności zależy od następujących
czynników:
rodzaju oraz parametrów dolnego z
ródła ciepła,
warunków klimatycznych (obliczeniowych parametrów
powietrza zewnętrznego),
standardu wyposażenia budynku,
bilansu cieplnego budynku, a głównie stosunku
zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania do całorocznego
zużycia ciepła,
rodzaju instalacji centralnego ogrzewania, a głównie
parametrów nośnika ciepła.
58
29
Sprężarkowe pompy ciepła
w systemach ogrzewania i przygotowania c.w.u.
Warianty współpracy pompy ciepła z
instalacjÄ… centralnego ogrzewania:
- układ z pompą ciepła jako jedynym z
ródłem zasilania
instalacji c.o. - układ monowalentny,
- układ z pompą ciepła (podstawowe z
ródło ciepła) i
dodatkowym (szczytowym)z
ródłem ciepła
(podgrzewacz elektryczny, kocioł gazowy lub
olejowy, a niekiedy kocioł lub kominek na paliwo
stałe) - układ biwalentny.
59
Sprężarkowe pompy ciepła
w systemach ogrzewania i przygotowania c.w.u.
Wykres regulacyjny różnych systemów ogrzewania:
1- ogrzewanie grzejnikowe o parametrach 90/70oC, 2- ogrzewanie
grzejnikowe o parametrach 60/50oC, 3- ogrzewanie podłogowe o
60
parametrach 45/40oC
30
Układy monowalentne pomp ciepła
Przykłady
Schemat monowalentnego układu sprężarkowej pompy ciepła: 1-pompa
ciepła, 2- ogrzewanie podłogowe, 3-pompa obiegowa, 4-zawór odcinający, 5-
zawór bezpieczeństwa, 6-przeponowe naczynie wzbiorcze, 7- zawór
przelewowy, 8-łączniki elastyczne, 9-zawór do napełniania i opróżniania
instalacji, 10- manometr, 11- odpowietrznik, 12-czujnik regulatora pogodowego,
61
13-rozdzielacz powrotny, 14- rozdzielacz zasilajÄ…cy
Układy monowalentne pomp ciepła
Przykłady
Monowalentny układ sprężarkowej pompy z wodnym zasobnikiem ciepła:
1- pompa ciepła systemu A/W, 2 - ogrzewanie podłogowe, 3 - pompa obiegowa,
4 - zawór odcinający, 5 - zawór bezpieczeństwa, 6 - przeponowe naczynie
wzbiorcze, 7- zawór donapełniania i opróżniania, 8 - manometr, 9 -
odpowietrznik, 10 - łączniki elastyczne, 11 - zasobnik ciepła, 12 - czujnik
62
regulatora pogodowego, 13 - rozdzielacz zasilajÄ…cy, 14 - rozdzielacz powrotny
31
Układy monowalentne pomp ciepła
Przykłady
Monowalentny układ SPC z wodnymi zasobnikami ciepła ogrzewanymi
elektrycznie (praca równoległa): 1- pompa ciepła, 2 - ogrzewanie podłogowe, 3 - pompa
obiegowa, 4 - zawór odcinający, 5 - zawór bezpieczeństwa, 6 - przeponowe naczynie wzbiorcze, 7-
zawór przelewowy, 8 - łączniki elastyczne, 9 - zawór do napełniania i opróżniania, 10 - manometr,
11- odpowietrznik, 12 - silnikowy zawór mieszający, 13 - zasobnik z grzałką elektryczną, 14 -
regulator temperatury, 15- czujnik pogodowy, 16- czujnik pogodowy układu rozładowania zasobnika
17- regulator c.o., 18 - czujnik temperatury, 19 - rozdzielacz zasilajÄ…cy, 20 - rozdzielacz powrotny
63
Układy monowalentne pomp ciepła
Przykłady
Przykład włączenia buforowego zasobnika ciepła w instalację SPC:
1- sprężarka, 2- skraplacz, 3- zawór rozprężny, 4- parowacz,5- zasobnik ciepła, Ppc-
pompa obiegowa w obiegu pierwotnym, tpc - temperatura wody dopływającej do
skraplacza, tz - temperatura zasilania instalacji c.o., Pco - pompa obiegowa instalacji
c.o., tp - temperatura powrotu z instalacji c.o., Vco - strumień objętości wody w instalacji
c.o., Vpc - strumień objętości wody w obiegu pierwotnym
64
32
Układy biwalentne pomp ciepła
Przykłady
Systemy współpracy między z
ródłami:
" system rozdzielony (alternatywny),
" system równoległy,
" system mieszany.
65
Układy biwalentne pomp ciepła
Przykłady
Schemat układu z biwalentnym systemem rozdzielonym (alternatywnym)
pracy SPC (pompa ciepła na zasilaniu instalacji): 1- pompa ciepła,2 - grzejnik,
3 - pompa obiegowa, 4 - zawór odcinający, 5 - zawór bezpieczeństwa, 6 - przeponowe
naczynie wzbiorcze, 7 - zawór przelewowy, 8 - łączniki elastyczne, 9 - zawór do
napełniania i opróżniania, 10 - manometr, 11- odpowietrznik, 12 - silnikowy zawór
przełączający, 13 - zawór mieszający, 14 - regulator temperatury, 15 - czujnik pogody,
16 - kocioł gazowy lub olejowy, 17- termostatyczny zawór grzejnikowy, 18 - odpowietrznik,
66
19 - regulator c.o., 20 - czujnik temperatury, 21 - wodny zasobnik ciepła
33
Układy biwalentne pomp ciepła
Przykłady
Schemat układu z biwalentnym, równoległym systemem pracy:
1 - pompa ciepła,2 - ogrzewanie podłogowe, 3 - pompa obiegowa, 4 - zawór
odcinający, 5 - zawór bezpieczeństwa, 6 - przeponowe naczynie wzbiorcze, 7 - zawór
przelewowy, 8 - łączniki elastyczne, 9 - zawór do napełniania i opróżniania, 10 -
manometr, 11 - odpowietrznik, 12 - zawór mieszający, 13 - kocioł olejowy lub gazowy,
14 - regulator temperatury, 15 - czujnik pogodowy, 16 - regulator c.o., 17 - czujnik
temperatury, 18 - rozdzielacz zasilajÄ…cy, 19 - rozdzielacz powrotny
67
Układy biwalentne pomp ciepła
Przykłady
Schemat układu z biwalentnym mieszanym (równoległo - alternatywnym)
systemem pracy SPC:
1 - pompa ciepła, 2 - kocioł olejowy lub gazowy, 3 - przeponowe naczynie wzbiorcze, 4 -
termostat kotłowy, 5 - zawór bezpieczeństwa, 6 - silnikowy zawór mieszający, 7- czujnik
temperatury zewnętrznej, 8 - zawór mieszający, 9 - pompa obiegowa, 10 - odbiornik
ciepła, 11 - zasobnik wodny, 12 - regulator c.o., 13 - zawór elektromagnetyczny 68
34
Połączenia SPC z instalacjami
do pozyskiwania ciepła z dolnego z
ródła
Schemat zasilania parowacza SPC wodą głębinową
1 - pompa ciepła systemu W/W, 2 - zawór odcinający, 3 - manometr, 4 - termometr, 5 - kurek
do poboru próbek wody, 6 - pompa wirowa (przy wysokości zasysania do 6 m), 7- pompa
zatopiona, 8 - zawór zwrotny, 9- rura zbiorcza, 10- rura tłoczna, 11- filtr rurowy, 12-
wypełnienie żwirowe, 13 - poziom wody gruntowej, 14 - uszczelnienie otworu studni, 15 -
głowica studni, 16 - obudowa studni czerpalnej, 17 - obudowa studni chłonnej, 18 - rura
69
zatłaczająca, L - odległość między studniami
Połączenia SPC z instalacjami odbiorczymi
i instalacjami do pozyskiwania ciepła z dolnego z
ródła
Schemat połączenia SPC
z wymiennikami
gruntowymi i
instalacjami odbiorczymi
70
35
Pompy ciepła
Materiały z
ródłowe:
[1]. Rubik M.: Pompy ciepła. Poradnik. Wydawnictwo: Ośrodek
Informacji  Technika instalacyjna w budownictwie Warszawa
1999
[2]. Zalewski W.: Pompy ciepła sprężarkowe, sorpcyjne i
termoelektryczne. Wydawnictwo: IPPU MASTA Sp. z o.o.
Gdańsk 2001
71
Dziękuję za uwagę
Dziękuję za uwagę
72
36