Zespół: 15	Temat: Pompy ciepła wyznaczenie wskaźnika efektywności energetycznej	^Data:
rok II		^Ocena:

Przeprowadzenie ćwiczenia:

1. Zapoznanie się ze stanowiskiem pomiarowym

2. Określenie warunków pracy pompy ciepła nr 1, 2 i 3.

3. Odczytane parametrów:

1. temperatury czynnika grzejnego w górnym źródle ciepła

2. strumienia objętości czynnika grzejnego

4. Wyznaczenie wskaźników efektywności energetycznej pomp

1. odczytanie wartości zużytej energii elektrycznej z licznika ( N_pc )

2. odczytanie wartości zużytej energii cieplnej z licznika ciepła ( Q_g )

3. obliczenie wskaźnika efektywności energetycznej na podstawie wzoru:

5. Porównanie otrzymanych wartości.

Wprowadzenie:

Pompa ciepła to urządzenie cieplne, którego zadaniem jest dostarczanie ciepła do przestrzeni ogrzewanej lub do strumienia czynnika ogrzewanego, kosztem płatnej energii napędowej i bezpłatnego ciepła pobieranego z dolnego źródła. W pompie ciepła zachodzi proces podnoszenia potencjału cieplnego tj. proces pobierania ciepła ze źródła dolnego do temp. niższej do źródła górnego o temp. wyższej.

Najczęściej stosowane pompy ciepła to

1. sprężarkowe pompy ciepła

2. adsorpcyjne pompy ciepła

3. termoelektryczne pompy ciepła

Zasada działania pompy ciepła polega na wykorzystaniu ciepła przegrzania i ciepła skraplania pary czynnika roboczego do podgrzewania wody lub powietrza w ist. c.o.

Zasada działania pomp ciepła

Pompy ciepła są urządzeniami umożliwiającymi transformację energii cieplnej ze źródła niskotemperaturowego, określanego jako tzw dolne źródło ciepła, na wyższy poziom energetyczny określany pojęciem górnego źródła ciepła. Pompa ciepła pozwala więc przekazywać ciepło ze źródła dolnego o niskiej temperaturze (np. ok. 0 ^oC) do źródła górnego o temperaturze w okolicach +60 ^oC. Transport energii cieplnej odbywa się kosztem doprowadzonej do pompy ciepła energii elektrycznej.
Ponieważ przepływ ciepła pomiędzy dwoma ciałami zależy od różnicy temperatur pomiędzy tymi ciałami, teoretycznie energię cieplną można odbierać ze źródła o dowolnej temperaturze (także ujemnej). W praktyce pompy ciepła są ekonomicznie uzasadnione w przypadku jeżeli pracują z dolnym źródłem o temperaturze nie niższej niż -5 ^oC.

Energia cieplna Q_D odebrana ze źródła dolnego jest transportowana przy pomocy wykonanej pracy L do źródła górnego Q_G. Jak widać Q_G = Q_D + L .
W nazewnictwie praktycznym L jest energią elektryczną doprowadzoną do pompy ciepła, Q_D to moc chłodnicza pompy ciepła, Q_G jest to moc grzewcza pompy ciepła. W układach z pompą ciepła możliwe jest wykorzystanie zarówno strony ciepłej (górne źródło) jak i strony zimnej (dolne źródło). Stronę ciepłą wykorzystuje się np. do celów grzewczych, stronę zimną można wykorzystać w przypadku zapotrzebowania na chłód a więc np. w klimatyzacji lub chłodnictwie. W zależności od sposobu wykorzystania pompy ciepła należy dobierać ją ze względu na zapotrzebowanie na moc grzewczą lub moc chłodniczą.
Efektywność pompy ciepła E jest stosunkiem energii odebranej z pompy ciepła do energii włożonej w napęd pompy ciepła.

Pompa nr 1
Czas	t=0	t=15min
Energia elektryczna [kWh]	525	252,5
Przepływ [m^3/h]	0,516	0,518
Moc [kW]	3,922	3,865
Temperatura [°C]	43 37	44 38
ΔT	6,6	6,5

Pompa nr 2
Czas	t=0	t=15min
Energia elektryczna [kWh]	486,1	486,5
Przepływ [m^3/h]	0,439	0,434
Moc [kW]	3,745	3,624
Temperatura [°C]	44 37	45 37
ΔT	7,4	7,24

Pompa nr 3
Czas	t=0	t=15min
Energia elektryczna [kWh]	491,4	491,9
Przepływ [m^3/h]	0,494	0,49
Moc [kW]	4,046	4,067
Temperatura [°C]	44 37	45 38
ΔT	7,18	7,2

	Pompa nr 1	Pompa nr 2	Pompa nr 3
Energia elektryczna [kWh]	525,5	486,6	492
Przepływ [m^3/h]	0,518	0,435	0,5
Moc [kW]	3,911	4,441	3,943
Temperatura [°C]	44 38	46 37	43 36
ΔT	6,54	8,85	6,9
Po 15 minutach
Energia elektryczna [kWh]	525,75	489,95	492,2
Przepływ [m^3/h]	0,516	0,415	0,492
Moc [kW]	4,061	3,947	4,271
Temperatura [°C]	44 37	44 36	43 35
ΔT	6,82	8,24	7,52

Efektywność energetyczną obliczamy na podstawie wzoru:

η_g = Q_g / N_pc

• Dla pompy nr 1:

N=525,45-525=0,45 kWh

Q=m⋅c⋅ΔT ρ = 1 kg/dm³

V = V ⋅ t = 0,517 m³/h ⋅ 0,25 h = 0,12925 m³

m = V ⋅ ρ = 0,12925 m³ ⋅ 1000 kg/m³ = 129,25 kg

c = 999cal/(kg⋅K)

ΔT = T_k - T_p = 6,55 K

Q = 129,25 kg ⋅ 999 cal/( kg⋅K) ⋅ 6,55 K = 845740,9125 cal

1 cal = 4,1868 W

Q = 845740,9125 cal ⋅ 4,1868 W = 3540948,052 W

η = 3540,948052/(0,45⋅3600) = 2,19

• Dla pompy nr 2:

N = 0,4 kWh V = 0,437 m³/h Δt = 7,32 K

V = 0,437 m³/h ⋅ 0,25 h = 0,10925 m³

m = 109,25 kg

Q = 109,25 kg ⋅ 999 cal/( kg⋅K) ⋅ 7,32 K = 798910,29 cal

Q = 798910,29 cal ⋅ 4,1868 W = 3344877,602 W

η = 3344,877602/(0,4⋅3600) = 2,32

• Dla pompy nr 3:

N = 0,5 kWh V = 0,492 m³/h Δt = 7,19 K

V = 0,492 m³/h ⋅ 0,25 h = 0,123 m³

m = 123 kg

Q = 123 kg ⋅ 999 cal/( kg⋅K) ⋅ 7,19 K = 883485,64 cal

Q = 883485,63 cal ⋅ 4,1868 W = 3698977,636 W

η = 3698,977636/(0,5⋅3600) = 2,05

Wnioski:

Efektywność pompy ciepła jest stosunkiem energii odebranej z pompy ciepła do energii włożonej w napęd pompy ciepła. Z przeprowadzonych badań i ze wzoru na efektywność:

wynika, że sprawność pompy zależy od ilości zużytej energii N. Im więcej będziemy zużywać energii tym sprawność pompy będzie mniejsza. Przykładem tego są pompy nr 2 i 3. Sprawność pompy 2 wynosi 2,32 przy zużyciu energii 0,4 kWh, natomiast sprawność pompy 3 wynosi 2,05 przy zużyciu energii 0,5 kWh. Sprawność pompy ciepła jest uzależniona od energii jaką odebraliśmy od pompy cieplnej (Q). Im większa będzie wartość tej energii tym samym sprawność będzie większa.

Po dokonaniu obserwacji dochodzę do wniosku, że aby zwiększyć efektywność musimy zwiększyć odbiór energii od pompy cieplnej i zmniejszyć zużycie energii włożonej w napęd pompy ciepła. Zwiększyć energię odebraną od pompy ciepła możemy najprościej przez zwiększenie przepływu. Następnym sposobem zwiększenia efektywności jest zwiększenie różnicy temperatur na wejściu i wyjściu. Różnicę temperatur możemy zwiększyć stosując dobre odbiorniki ciepła (np. kaloryfery o cienkich ściankach i dużej powierzchni grzewczej).

---