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