POMPY CIEPA
A
Opracował:
Mateusz Kotulski
Kolejnośd prezentowanych treści:
" Energia geotermalna
" Definicja pompy ciepła
 Zastosowanie
 Budowa
 Zasada działania
 Podział
" Sprawnośd pompy ciepła  Ekonomia
" Pompy ciepła a Ochrona Środowiska
2
Energia geotermalna
Energia geotermalna jest jednym z rodzajów odnawialnych z
ródeł energii. Polega
na wykorzystaniu wewnętrznego ciepła Ziemi nagromadzonego w skałach oraz w
wodach wypełniających pory i szczeliny skalne. Woda opadowa wnika w głąb ziemi, gdzie
w kontakcie z młodymi intruzjami lub aktywnymi ogniskami magmy, podgrzewa się do
znacznych temperatur. W wyniku tego wędruje do powierzchni ziemi jako gorąca woda
lub para wodna. Woda geotermiczna wykorzystywana
jest bezpośrednio (doprowadzana systemem rur),
bÄ…dz
pośrednio (oddając ciepło chłodnej wodzie
i pozostając w obiegu zamkniętym).
Im dalej w głąb Ziemi, tym temperatura jest
wyższa. Począwszy od skorupy ziemskiej z każdym
kilometrem w głąb temperatura wzrasta o około
30 stopni C.
3
Definicja pompy ciepła
Pompa ciepła jest jedynym znanym urządzeniem umożliwiającym
wykorzystanie energii cieplnej z
ródeł o niskich temperaturach,
pochodzÄ…cej z takich z
ródeł jak powietrze, woda czy gleba, a także
ciepła opadowego, powstającego w procesach produkcyjnych czy też
podczas klimatyzowania pomieszczeo. Jej podstawowa rola polega na
pobieraniu ciepła ze z
ródła o niższej temperaturze ( dolnego) i
przekazywaniu go do z
ródła o temperaturze wyższej (górnego). Proces
ten wymaga doprowadzenia energii z zewnÄ…trz.
4
Zastosowanie
1. Urządzenia ogrzewcze lub klimatyzacyjne domów
jednorodzinnych i niewielkich pomieszczeń
2. Gospodarstwach domowych (chłodziarki, zamrażarki)
3. Małe urządzenia do przygotowywania ciepłej wody
użytkowej
4. Większe urządzenia używane do całorocznej klimatyzacji lub
ogrzewania większych pomieszczeń i podgrzewania wody w
basenach kÄ…pielowych
5. Duże urządzenia znajdujące zastosowanie w klimatyzacji
biurowców, domów towarowych , w systemach ziębno 
grzejnych mleczarni, zakładów mięsnych, browarów, a także
jako urządzenia wykorzystujące ciepło odpadowe w
pralniach, suszarniach i przemysłowych procesach
technologicznych
5
Budowa
Budowa pomp ciepła zróżnicowana jest w zależności od technologii danego producenta oraz od
zastosowanego z
ródła ciepła, jednak częśd składowych elementów pozostaje niezmienna.
Typowa pompa ciepła składa się ze sprężarki, zaworu rozprężnego, grzałki elektrycznej, wanny
kondensatu, zasobnika z wężownicą, pompy z
ródła i obiegów C.O. oraz innej armatury
serwisowej i zabezpieczajÄ…cej. Obudowa pompy jest wykonana z blachy lakierowanej. W jej
górnej części, z reguły, znajduje się
panel elektroniczny sterujÄ…cy
i kontrolujący pracę pompy ciepła
oraz innych urzÄ…dzeo pomocniczych.
Całośd jest zamknięta w
wygłuszającej i usztywniającej
konstrukcji.
6
Zasada działania
Działanie pompy ciepła opiera się na obiegu termodynamicznym, w którym zachodzą w sposób ciągły cztery procesy. W
parowniku, czynnik roboczy ulega procesowi odparowania (proces odbioru ciepła z otoczenia). Następnie w
kompresorze następuje proces sprężania par czynnika roboczego, a za kompresorem czynnik roboczy posiadający
wysokie ciśnienie i wysoką temperaturę, ulega procesowi skraplania w skraplaczu (proces oddawania ciepła do
systemu). Ostatnim procesem, jakiemu podlega czynnik roboczy w obiegu termodynamicznym, jest proces rozprężania
realizowany na zaworze rozprężnym, dozującym czynnik roboczy do parownika, gdzie następuje ponownie proces
odparowania, a cykl przedstawiony powyżej powtarza się.
W uproszczony sposób zasadę działania pompy ciepła przedstawia poniższy rysunek.
Proces transportu ciepła z ośrodka o niższej
temperaturze do ośrodka o temperaturze
wyższej, możliwy jest jedynie przy udziale
wysokowartościowej energii (exergii)
dostarczonej z zewnÄ…trz. Energia ta jest
energiÄ… elektrycznÄ… doprowadzonÄ… do
napędu sprężarki będącej jednym z
elementów obiegu termodynamicznego.
W rzeczywistości nie jest możliwy obieg
idealny, dlatego też efektywnośd pompy
ciepła po uwzględnieniu wszystkich strat
(takich jak np.: straty mechaniczne,
termiczne, elektryczne itd.) jest mniejsza. W
dużym uproszczeniu możemy przyjąd, że o
połowę mniejsza jak wielkośd teoretyczna.
7
8
Podział
Pompy ciepła dzielone są zazwyczaj na podstawie dwóch głównych kryteriów:
1. Według sposobu podnoszenia ciśnienia i temperatury czynnika
roboczego. Dwa główne typy pomp:
 Sprężarkowe - wykorzystujące sprężarki elektryczne, są zdecydowanie
najczęściej stosowane i uważane za najbardziej dojrzałe technicznie.
 Sorbcyjne pompy ciepła - wykorzystują najczęściej gaz ziemny, a sprężarka
elektryczna zastąpiona jest w nich sprężarką termiczną.
2. Według z
ródła ciepła niskotemperaturowego - z
ródło ciepła, dzieli
pompy ciepła na wykorzystujące :
 Powietrze,
 Grunt,
 WodÄ™,
 Ciepło z odzysku.
9
Najtaosze i najłatwiejsze w montażu są pompy ciepła wykorzystujące
powietrze jako z
ródło ciepła. Niestety, ze względu na duże wahania
temperatur, pompy te mają też najmniejszą wydajnośd i wymagają
najczęściej wspomagania w postaci grzałki elektrycznej w okresach
bardzo niskich temperatur powietrza.
Grunt jest dużo lepszym akumulatorem ciepła, a jego temperatura
podlega mniejszym wahaniom. Na głębokości 2 metrów wynosi ona,
w zależnoÅ›ci od pory roku, Å›rednio od 7 do 13°C. Najczęściej
wykorzystywanymi ich wariantami sÄ… kolektory poziome, wkopane w
ziemie na głębokości ok. 1,5 metra lub sondy pionowe, wiercone do
głębokości przekraczających nawet 100 metrów. Ilośd ułożonych rur
lub wierconych sond zależy w głównej mierze od warunków
geologicznych oraz zapotrzebowania energetycznego, jakie ma
pokryd pompa ciepła.
(System pionowych sond gruntowych)
(System
poziomych
kolektorów
gruntowych)
10
Najkorzystniejszym, ale i najbardziej
wymagajÄ…cym z wymienionych z
ródeł ciepła,
jest woda gruntowa. Bardzo dobrze
akumuluje ona ciepło i jednocześnie nie
podlega dużym wahaniom temperatur,
dzięki czemu pompy ciepła działające w
oparciu o to z
ródło mają bardzo dużą
wydajnośd. Chcąc wykorzystywad wodę
gruntową należy pamiętad o spełnieniu
szeregu wymagao; zarówno technicznych,
jak i formalnych.
(Wg. prawa geologicznego i górniczego wykonywanie odwiertów pod pompy ciepła (w celu
pozyskiwania ciepła ziemi) to tzw. robota geologiczna i wymaga sporządzenia projektu prac
geologicznych. W wypadku odwiertów pod pompy ciepła podlega zgłoszeniu do organu
administracji geologicznej )
11
Podział pomp ciepła według sposób pracy:
1.Monowalentny (tylko pompa ciepła): Pompa ciepła jest jedynym z
ródłem ciepła.
Pompa ciepła pokrywa 100% zapotrzebowania na ciepło. Praktykowane przy dolnym
z
ródle woda lub grunt.
2.Biwalentny równoległy monoenergetyczny (pompa ciepła i grzałka): Pompa ciepła
pokrywa ok. 90% zapotrzebowania na ciepło. Grzałka elektryczna będzie załączana
równolegle w przypadku zapotrzebowania. Praktykowane przy dolnym z
ródle powietrze.
3.Biwalentny alternatywny (pompa ciepła i kocioł): Praca grzewcza zostaje podzielona
pomiędzy pompę ciepła i drugi układ grzewczy. Tylko w przypadku doposażenia starego
systemu wysokotemperaturowego w pompę ciepła.
12
Sprawnośd pompy ciepła - Ekonomia
Do scharakteryzowania pomp ciepła używa się współczynnika wydajności
pompy ciepła, tzw. COP, który jest równy stosunkowi uzyskanego w górnym z
ródle
ciepła do włożonej pracy (w przypadku układu sprężarkowego). Współczynnik ten
może przyjmowad w praktyce wartości od około 3 do kilkunastu, co oznacza dużą
oszczędnośd energii elektrycznej w porównaniu ze zwykłym grzejnikiem
elektrycznym (w którym stosunek ciepła do energii elektrycznej jest bliski liczbie
jeden).
Efektywnośd cieplna pompy cieplnej zależy silnie od różnicy temperatur.
Przy wykorzystaniu pompy do ogrzewania zakłada się, że z
ródło energii cieplnej jest
darmowe dlatego współczynnik efektywności określa się jako stosunek całkowitej
energii na skraplaczu, do energii pobranej z sieci elektrycznej.
13
14
Pompa ciepła jest najtaoszym w eksploatacji sposobem ogrzewania domu. Dla domu
150-200 m2 roczny koszt ogrzewania i c.w.u. wynosi 1500÷2000 zÅ‚.
Na koszty inwestycyjne składają się:
" Cena zakupu pompy ciepła.
" Koszt dokumentacji geologicznej to ok. 2000 PLN.
" Koszt montażu i uruchomienia instalacji.
" Koszt materiałów zgodnie z projektem i przeznaczeniem instalacji kotłowni.
" Koszt wykonania dolnego z
ródła ciepła.
(Badania przeprowadzone pod koniec 2009 r. przez redakcję miesięcznika "Budujemy Dom" na podstawie danych z 19 firm)
15
16
Pompy ciepła a Ochrona Środowiska
Dotychczas znane nam pompy ciepła pobierające ciepło ze środowiska
wodnego prowadzą do ochładzania wód podziemnych lub powierzchniowych.
Dodatkowo zrzut wody, z której odbierane jest ciepło powoduje, że woda po
przejściu przez pompę ciepła jest odpadem technologicznym w rozumieniu prawa.
W Polsce za odprowadzenie takiej wody do rzeki, jeziora czy też kanalizacji
pobierane są również odpowiednie opłaty.
Na poczÄ…tku dwudziestego wieku Mats Bäckström zbadaÅ‚, że 1 m2 gruntu
może oddad:
5,7 W energii cieplnej................................. pozyskiwanej przez 10 godzin
0,56 W ..................................................... przy pozyskiwaniu przez 1000 godzin
0,33 W...................................................... przy pobieraniu w ciÄ…gu 3000 godzin
0,23 energii cieplnej................................... pozyskiwanej w ciÄ…gu 6000 godzin (250
dni)
Stąd wniosek, że pobieranie ciepła z ziemi przez 250 dni w roku w stosunku do 10
godzin powoduje spadek pozyskiwania ciepła z gruntu o 2478 %. W związku z tym
pompy ciepła pobierające ciepło z gruntu ochładzają ten grunt co powoduje
degradację środowiska.
17
18
19
Dziękuję za uwagę
20