PARAMETRY CHARAKTERYZUJĄCE ŹRÓDŁA CIEPŁA POMP CIEPŁA. PROJEKTOWANIE INSTALACJI DOLNYCH ŹRÓDEŁ.

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "PARAMETRY CHARAKTERYZUJĄCE ŹRÓDŁA CIEPŁA POMP CIEPŁA. PROJEKTOWANIE INSTALACJI DOLNYCH ŹRÓDEŁ."

Michał Kubiak
6 lat temu
Przeglądów:

Natalia Fidorów-Kaprawy RODZAJE DOLNYCH ŹRÓDEŁ - GRUNT

1 PARAMETRY CHARAKTERYZUJĄCE ŹRÓDŁA CIEPŁA POMP CIEPŁA. PROJEKTOWANIE INSTALACJI DOLNYCH ŹRÓDEŁ. dr inż. Natalia Fidorów-Kaprawy RODZAJE DOLNYCH ŹRÓDEŁ - GRUNT Wymienniki poziome: rurowe spiralne Wymienniki pionowe: U-rura podwójna U-rura Wymienniki Koszowe 1

bezpośrednio. GRUNT JAKO DOLNE ŹRÓDŁO POMP CIEPŁA głębokość, m Data pomiaru: 20.11.

2 ZASOBY GEOTERMALNE Gęstość strumienia cieplnego ziemi w Polsce waha się od około 40 do 105 mw/m 2. Pompy ciepła mogą wykorzystywać źródła o temperaturze od 0 C do 60 C, których nie można wykorzystać bezpośrednio. GRUNT JAKO DOLNE ŹRÓDŁO POMP CIEPŁA głębokość, m Data pomiaru: temperatura, o C Solis Viessmann base profile 2

OBLICZENIE GŁĘBOKOSCI ODWIERTU Określenie mocy dolnego źródła: 1 Określenie jednostkowej wydajności gruntu q j W/mb stosuje się różne metody w zależności od wielkości układu!

3 OBLICZENIE GŁĘBOKOSCI ODWIERTU Określenie mocy dolnego źródła: 1 Określenie jednostkowej wydajności gruntu q j W/mb stosuje się różne metody w zależności od wielkości układu! Określenia długości sond na podstawie Q ch oraz q j Uwzględnienie czasu pracy sprężarki + strefa neutralna MOC JEDNOSTKOWA ODWIERTU Wielkość instalacji Mała (do 15 kw) Mała (15-30 kw) Średnia (30-100kW) Duża > 100kW Sposób oceny mocy jednostkowej odwiertu Sposób analizy pracy dolnego źródła Przyjmuje się na podstawie danych tabelarycznych Zasada: q j nie więcej niż 40W/mb Zalecane: uproszczona analiza pracy systemu ocena czasu pracy sprężarki Przyjmuje się na podstawie danych tabelarycznych Zasada: q j nie więcej niż 40W/mb Rozwiązanie lepsze: obliczenia na podstawie danych geologicznych, odwiertu próbnego, itp. Zalecane: uproszczona analiza pracy systemu ocena czasu pracy sprężarki Liczymy na podstawie danych geologicznych, odwiertu próbnego, itp. Należy wykonać symulacje pracy układu dla okresu minimum 30 lat Wykonuje się test odpowiedzi gruntu TRT Należy wykonać symulacje pracy układu dla okresu minimum 50 lat 3

MOC JEDNOSTKOWA ODWIERTU OBLICZANIE NA PODSTAWIE PROFILU GEOLOGICZNEGO Lp. Gł.

mm) 1,1 1,8 2 7,5 56m glina szara zapiaszczona 1 1,5 3 56 70m iły szaroniebieskie 1,6

współczynnik λ, W/(m K) 1,21 1,62 Wydajność cieplna gruntu według PORT PC q, W/mb

4 MOC JEDNOSTKOWA ODWIERTU OBLICZANIE NA PODSTAWIE PROFILU GEOLOGICZNEGO Lp. Gł. Rodzaj gruntu λ, W/(m K) λ, W/(m K) wariant 1 wariant 2 1 2,0 7,5m żwiry grube (8-16 mm) 1,1 1,8 2 7,5 56m glina szara zapiaszczona 1 1, m iły szaroniebieskie 1,6 1, m iły szaroniebieskie z wkładkami granitu 1,78 2,14 Średni ważony współczynnik λ, W/(m K) 1,21 1,62 Wydajność cieplna gruntu według PORT PC q, W/mb 34,4 38,1 Wydajność cieplna gruntu wg SIA 386/4 q, W/mb 21,6 27,4 MOC JEDNOSTKOWA ODWIERTU - TEST TRT 4

5 POMIAR PRZY TEŚCIE TRT RZECZYWISTE q J GRUNTU (SONDA PIONOWA) 5

6 PROFIL GRUNTU OBCIĄŻONEGO Głębokość [m] Temperatura, C WPŁYW PRACY PC NA TEMPERATURĘ GRUNTU 6

WYKONYWANIE ODWIERTU Pozwolenia Firma doświadczenie Test ciśnieniowy sondy

rurą iniekcyjną Wypełnienie odwiertu od dołu Test przepływu, próba

Cena netto [zł/1000 kg]* ThermoCem Plus λ 2,0 2039,00 EnerGeoCem ORIGINAL λ

48 x 25kg (worek) = 1200kg *minimalna ilość zamówienia: 1 worek (25 kg)

Stosowne materiały: np. bentonit, specjalne mieszanki, inne.

(minimum 0,8 W/(mK), bentonit z piaskiem 1,5 W/(mK) sam bentonit 0,7 W/(mK))

7 WYKONYWANIE ODWIERTU Pozwolenia Firma doświadczenie Test ciśnieniowy sondy Wykonanie odwiertu Usuniecie płuczki wiertniczej Wprowadzenie sondy wraz z rurą iniekcyjną Wypełnienie odwiertu od dołu Test przepływu, próba ciśnieniowa WYPEŁNIENIE ODWIERTU Nazwa produktu Przewodnictwo ciepła [W/mK] Cena netto [zł/1000 kg]* ThermoCem Plus λ 2,0 2039,00 EnerGeoCem ORIGINAL λ 1,0 750,00 Produkty pakowane są na paletach. 1 paleta: max. 48 x 25kg (worek) = 1200kg *minimalna ilość zamówienia: 1 worek (25 kg) Jakość wypełnienia i jego wykonanie przekłada się na pracę sondy. Stosowne materiały: np. bentonit, specjalne mieszanki, inne. Właściwości materiału wypełniającego: - przewodność cieplna λ = 2 W/(mK) (minimum 0,8 W/(mK), bentonit z piaskiem 1,5 W/(mK) sam bentonit 0,7 W/(mK)) - brak kurczenia się w czasie poprzez oddawanie wody - niski współczynnik przepuszczalności wody - mrozoodporność - brak szkodliwego wpływu na środowisko 7

WARUNKI BUDOWY POZIOMYCH GRUNTOWYCH WYMIENNIKÓW CIEPŁA

lokalizację inwestycji, ukształtowanie terenu, sposób

rodzaj gruntu i obecność wód przypowierzchniowych.

8 WARUNKI BUDOWY POZIOMYCH GRUNTOWYCH WYMIENNIKÓW CIEPŁA Wybór miejsca posadowienia powinien uwzględniać lokalizację inwestycji, ukształtowanie terenu, sposób wykorzystania terenu, występujące instalacje podziemne, rodzaj gruntu i obecność wód przypowierzchniowych. Głębokość posadowienia cm poniżej strefy przemarzania gruntu. Warunki do regeneracji wystawienie na działanie słońca i deszczu (lub innego źródła wilgoci). Należy uwzględnić odpowiednie odległości od przeszkód: WYMIENNIKI POZIOME Projektowanie: 40 W/mb = > wydajność jednostkowa około 20 W/m 2 8

WYMIENNIKI KOSZOWE Moc 1 kosza => 230 560 W/sztukę => ilość koszy Głębokość montażu: wysokość kosza

granicy sąsiedniej posesji > 3,0 m; od fundamentów budynku > 1,5 m; od instalacji wodociągowych,

m; od korony drzew o głębokich korzeniach > 1,5 m; przy krzyżowaniu się instalacji rury

głębokość zabudowy od 20 do 40 cm poniżej strefy przemarzania; minimalny odstęp między osiami

9 WYMIENNIKI KOSZOWE Moc 1 kosza => W/sztukę => ilość koszy Głębokość montażu: wysokość kosza (1m 3m) + strefa przemarzania KOSZOWE GWC Minimalne odległości koszowych GWC (dane z PORT PC): od granicy sąsiedniej posesji > 3,0 m; od fundamentów budynku > 1,5 m; od instalacji wodociągowych, kanalizacyjnej, wody deszczowej, elektrycznych, gazowych, telekomunikacyjnych i ciepłowniczych > 1,5 m; od korony drzew o głębokich korzeniach > 1,5 m; przy krzyżowaniu się instalacji rury doprowadzające GWC należy zaizolować na odcinku 3,0 m; między rurami doprowadzającymi > 0,7 m, a ich głębokość zabudowy od 20 do 40 cm poniżej strefy przemarzania; minimalny odstęp między osiami koszowych GWC 4 m. Dopuszcza się także montaż koszowych GWC pod budynkiem, po dokonaniu odpowiednich uzgodnień budowlanych; 9

BEZPOŚREDNIE ODPAROWANIE Kolektor gruntowy miedziany pokryty PE HD

Propanu R 290 lub R 410 A) następuje w wymienniku w gruncie

15 20 W/m (rury w odległości 0,8 1,0 m od siebie) WADY Duża ilość

Eliminacja czynnika pośredniego Większa efektywność systemu

fachowiec w dziedzinie chłodnictwa z odpowiednimi uprawnieniami

dostarczana jest na palecie Pompa ciepła ustawiana jest w płytkim

10 BEZPOŚREDNIE ODPAROWANIE Kolektor gruntowy miedziany pokryty PE HD Odparowanie czynnika chłodniczego (np. Propanu R 290 lub R 410 A) następuje w wymienniku w gruncie Temperatura odparowania od +5 C do -5 C Obciążenie wymiennika około W/m (rury w odległości 0,8 1,0 m od siebie) WADY Duża ilość czynnika Wysokie koszty naprawy w przypadku przecieku ZALETY Eliminacja czynnika pośredniego Większa efektywność systemu Instalację z bezpośrednim odparowaniem może zamontować tylko fachowiec w dziedzinie chłodnictwa z odpowiednimi uprawnieniami INSTALACJA WYMIENNIKA Pompa ciepła wraz z wiązkami kolektora dostarczana jest na palecie Pompa ciepła ustawiana jest w płytkim wykopie. Za pompą ciepła rurki kolektora gruntowego schodzą na głębokość roboczą (1,5-1,8 m) Nitki kolektora gruntowego tuż przed rozwinięciem 10

WODY POWIERZCHNIOWE I GRUNTOWE Wody powierzchniowe w tym przypadku kolektor wodny ułożony jest na dnie cieku wodnego, dzięki temu utrzymywana jest niemal stała temperatura w ciągu roku, zbiornik

Wody gruntowe stała temperatura wód gruntowych (około +8 o C) sprawia, że jest to układ o dużej sprawności i jest to najbardziej ekonomiczne dolne źródło ciepła.

11 WODY POWIERZCHNIOWE I GRUNTOWE Wody powierzchniowe w tym przypadku kolektor wodny ułożony jest na dnie cieku wodnego, dzięki temu utrzymywana jest niemal stała temperatura w ciągu roku, zbiornik wodny powinien mieć odpowiednią głębokość. Wody gruntowe stała temperatura wód gruntowych (około +8 o C) sprawia, że jest to układ o dużej sprawności i jest to najbardziej ekonomiczne dolne źródło ciepła. Rozwiązanie tego typu wymaga wykonania drugiej studni (studnia zrzutowa) i polega na pompowaniu wody z odwiertu (sięgającego wód gruntowych) do wymiennika ciepła, gdzie następuje odzysk energii, następnie przez inny odwiert woda wpompowywana jest z powrotem do wód gruntowych lub usuwana do kanalizacji TEMPERATURA WODY GRUNTOWEJ Relacja pomiędzy temperaturą powietrza i temperaturą wody gruntowej na torfowisku w Tarnawie iew&id=978&itemid=176&limit=1&limitstart=3 Temperaturę wody gruntowej przyjmuje się na poziomie 10 C na potrzeby projektowania. Wg różnych źródeł temperatura ta waha się w przedziale 8-12 (14) C. Na głębokości m można przyjmować, że woda ma temperaturę równą średniej rocznej temperaturze powietrza. Temperatury otoczenia nie przejmują wody krasowe, płynące kanałami z dużą prędkością. 11

WODY GRUNTOWE Czynniki oddziałujące na temperaturę: Procesy chemiczne zachodzące w zetknięciu z otaczającymi skałami mogą podwyższyć temperaturę wody.

d'ocala (Floryda) Zakres dół Przeciętnie Zakres góra Payne Well (Kalifornja) 145,8 m 60,0 m 33,0 m 10,0 m 5,0 m JAKOŚĆ I ILOŚĆ WODY GRUNTOWEJ Jakość wody Problematyczna jest wysoka twardość i

12 WODY GRUNTOWE Czynniki oddziałujące na temperaturę: Procesy chemiczne zachodzące w zetknięciu z otaczającymi skałami mogą podwyższyć temperaturę wody. Parowanie z warstw bliskich powierzchni ziemi może obniżać temperaturę wody gruntowej. Temperatura wody zależy od głębokości zwiększa się o 1 C co średnio 33 m. d'ocala (Floryda) Zakres dół Przeciętnie Zakres góra Payne Well (Kalifornja) 145,8 m 60,0 m 33,0 m 10,0 m 5,0 m JAKOŚĆ I ILOŚĆ WODY GRUNTOWEJ Jakość wody Problematyczna jest wysoka twardość i nadmierne zażelazienie wody, z obu przyczyn wymiennik może zarosnąć Aby nie odkładał się tlenek żelaza studnie muszą być szczelne (brak powietrza) Producenci pomp ciepła określają dopuszczalne parametry wody lub proponują wymienniki ciepła odporne na korozję Ilość wody Do mocy pompy ciepła wynoszącej około 8 kw czerpiemy około 0,85 m 3 /h przez około 5,5 h na dobę (do 5 m 3 /dobę nie potrzebne pozwolenie wodnoprawne) Przy mocach większych niż 8 kw czerpiemy więcej wody i potrzebne jest pozwolenie wodnoprawne Źródło: 12

13 PARAMETRY KOROZYJNE WODY Źródło: Viessmann. Wytyczne projektowe. Podstawy dotyczące pomp ciepła. WODY GRUNTOWE Ilość wody Producent określa minimalny przepływ objętościowy przez dolne źródło Przepływ zależy od mocy chłodniczej pompy ciepła Maksymalne schłodzenie wody gruntowej nie powinno przekroczyć 5 K 13

NAJCZĘSTSZE ZAGROŻENIA PRZY WYKORZYSTANIU CIEPŁA Z WÓD PODZIEMNYCH Duże zanieczyszczenie wody pod względem chemicznym i mechanicznym (duże zażelazienie, twarda woda, cząstki stałe) Niebezpieczeństwo

14 NAJCZĘSTSZE ZAGROŻENIA PRZY WYKORZYSTANIU CIEPŁA Z WÓD PODZIEMNYCH Duże zanieczyszczenie wody pod względem chemicznym i mechanicznym (duże zażelazienie, twarda woda, cząstki stałe) Niebezpieczeństwo zapychania się studni zrzutowej (kolmatacja) Niedostateczna ilość wody pompowanej ze studni (za mała pompa głębinowa, za mała wydajność studni, zanieczyszczony filtr) Zanieczyszczenie wymiennika pośredniego Zbyt duża moc silnika pompy głębinowej (duże koszty pompowania) Przetłaczanie wody głębinowej bezpośrednio przez parownik pompy ciepła Źle dobrany wymiennik pośredni ( t w = 4K) Za nisko położone lustro wody Zbyt duża głębokość poboru wody (za głębokie studnie) WYMIENNIK POŚREDNI Zastosowanie wymiennika pośredniego z zastosowaniem solanki po stronie pompy ciepła zwiększa bezpieczeństwo urządzenia poprzez zapobieżenie zamarznięciu czynnika w parowniku 14

WODY POWIERZCHNIOWE Jednostkowa ilość uzyskiwanego ciepła wynosi 4500 5900 Wh m -3. W zimie wartość COP może spaść poniżej 3,0. W obliczeniach projektowych przyjmuje się temperaturę wody 4 C.

15 WODY POWIERZCHNIOWE Jednostkowa ilość uzyskiwanego ciepła wynosi Wh m -3. W zimie wartość COP może spaść poniżej 3,0. W obliczeniach projektowych przyjmuje się temperaturę wody 4 C. Przyrost temperatury czynnika pobierającego ciepło w zimie wynosi 2K. Wymiennik układa się na odpowiedniej głębokości (poniżej 3m). W wodzie układa się wymiennik z rur PE PN10. PROJEKTOWANIE KOLEKTORA Kolektor poziomy należy przytwierdzić do dna zbiornika za pomocą obciążników (od 1,5 do 2,5 kg/m rurociągu). Odległość pomiędzy sąsiednimi pętlami od 1,0 do 1,5 m Obciążanie cieplne wymiennika poziomego zanurzonego w zbiorniku wodnym nie powinno przekraczać: 20 w/mb NOŚNIKI CIEPŁA GLIKOL PROPYLENOWY SPIRYTUS TECHNICZNY Konieczne jest tworzenie roztworów wodnych o temperaturze zamarzania nie wyższej niż: od -13 do -18 C WADY rozwarstwia się wykazuje dużą gęstość i lepkość trudny w odpowietrzaniu pieni się posiada specyficzny zapach łatwopalny (transport, magazynowanie) 15

Podobne dokumenty

W kręgu naszych zainteresowań jest:

DOLNE ŹRÓDŁA CIEPŁA W kręgu naszych zainteresowań jest: pozyskiwanie ciepła z gruntu, pozyskiwanie ciepła z powietrza zewnętrznego, pozyskiwanie ciepła z wód podziemnych, pozyskiwanie ciepła z wód powierzchniowych.