Pompa ciepła z odzyskiem z powietrza

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Pompa ciepła z odzyskiem z powietrza"

Patrycja Świderska
6 lat temu
Przeglądów:

1 Pompa ciepła z odzyskiem z powietrza Zimowe Warsztaty Doktoranckie Wydziału Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Lubelskiej 2016 Waldemar Nycz (Promotor/Opiekun naukowy: dr hab. inż. Ryszard Goleman, prof. PL

2 Charakterystyka powietrza jako źródła energii termodynamicznej Cechy korzystne: - powszechnie dostępne - dostępne bezkosztowo - w pełni ekologiczne - niewyczerpalne energetycznie Cechy niekorzystne: - zmienność temperatur dobowa i sezonowa - mała pojemność cieplna na jednostkę objętości - niska wartość współczynnika przekazywania ciepła rzędu W/(m 2 K)

3 Jakimi zasobami energii termodynamicznej dysponuje powietrze? Q = m c w T m ~ 5, kg (całkowita masa) C w =1000 J/(kg K) (suchego powietrza) T=14 o C (wartość średnia temperatury powietrza) T= ,15 = 287,15 o K Q=5, ,15 = 1, J

4 Jakimi zasobami energii termodynamicznej dysponuje powietrze? Q=1, J Czy jest to dużo czy mało? W chwili obecnej roczne światowe zużycie energii wynosi 500 EJ = J W 2020 planowane roczne światowe zużycie energii wyniesie 625 EJ = 6, J

5 W jaki sposób pozyskujemy energię z powietrza? - energię termodynamiczną powietrza możemy pozyskiwać wykorzystując urządzenia zwane pompami ciepła

6 Rys historyczny powstania pomp ciepła - historia pomp ciepła jest ściśle powiązana z odkryciami z dziedziny chłodnictwa - w roku 1805 Amerykanin Oliver Evans został pomysłodawcą urządzenia chłodniczego, którego jednak nigdy nie zbudował - w 1810 r. szkocki naukowiec John Leslie skonstruował pierwszy absorbcyjny agregat chłodniczy - w 1835 r. Amerykanin Jacob Perkins uzyskał patent pod nazwą Urządzenie i sposób produkcji lodu i chłodzenia cieczy, patent był kontynuacją pomysłu z 1805 roku Olivera Evansa, uzyskanie patentu możemy odnotować jako istotny postęp w tej dziedzinie

7 Schemat urządzenia Perkinsa

8 Duży wkład w historię pomp ciepła wniósł William Thompson (znany również jako Lord Kelvin) twórca skali Kelvina. W roku 1852 jako pierwszy zwrócił uwagę, że odwrócony silnik cieplny może być użyty nie tylko do chłodzenia, ale również do ogrzewania. Uznał, że tego typu urządzenie grzewcze potrzebowałoby mniej energii pierwotnej w stosunku do znanych dotychczas urządzeń, za sprawą pozyskiwania ciepła z otoczenia. Lord Kelvin

9 Fizycy Albert Einstain i Leo Szilard w 1930 roku otrzymali patent dotyczący urządzenia chłodniczego przekazującego ciepło z miejsca o niższej temperaturze do miejsca o temperaturze wyższej. Współczesna technologia absorpcyjnych pomp ciepła oparta jest właśnie na patencie urządzenia Alberta Einsteina i Leo Szilarda. Albert Einstain Leo Szilard

Teoretyczne podstawy funkcjonowania pompy ciepła Teoretycznego opisu relacji między ciepłem a pracą dokonał Nicolas Léonard Sadi Carnot i opublikował w 1824 roku.

11 Teoretyczne podstawy funkcjonowania pompy ciepła Teoretycznego opisu relacji między ciepłem a pracą dokonał Nicolas Léonard Sadi Carnot i opublikował w 1824 roku. Doszedł do wniosku, że energia mechaniczna może być w całości przetworzona na ciepło, natomiast energia cieplna może być tylko częściowo zamieniona na pracę. Nicolas Léonard Sadi Carnot

12 Teoretyczne podstawy funkcjonowania pompy ciepła Cykl Carnota Schemat pompy ciepła

13 Parametry opisujące pompy ciepła Jakie istotne parametry charakteryzują pompę ciepła? Podstawowym parametrem opisującym pompę ciepła jest współczynnik efektywności COP (Coeffiecent of Performance) Definiowany jest następująco: Jeżeli temperaturę dolnego źródła ciepła oznaczymy T 2 a temperaturę górnego źródła ciepła oznaczymy T 1 to wówczas COP = T 1 T 1 T 2 (T 1,T 2 w stopniach Kelvina, COP teoretyczny wynikający z cyklu Carnota)

14 Praktyczne aspekty wykorzystania pomp ciepła Wyliczmy przykładowy COP dla pompy ciepła przy temperaturze otoczenia 0 o C i temperaturze zasilania CWU (ciepłej wody użytkowej) 65 o C T 1 = 273, = 338,15 o K T 2 = 273, = 273,15 o K COP = T 1 T 1 T 2 = 338,15 338,15 273,15 = 338,15 = 5,20 65 Teoretyczny COP wynosi 5,20 Rzeczywiste COP są rzędu 50 % niższe Co oznacza w praktyce COP = 5,20?

15 Praktyczne aspekty wykorzystania pomp ciepła W przełożeniu na rzeczywistość oznacza to że np. z 1 kwh energii elektrycznej zużytej w procesie odzysku za pomocą pompy ciepła teoretycznie uzyskujemy 5,20 kwh energii cieplnej. Uzysk rzeczywisty będzie na poziomie 50% wartości teoretycznej. Czy jest możliwe przybliżenie się do COP teoretycznego?

16 Praktyczne aspekty wykorzystania pomp ciepła Różnica pomiędzy wartością współczynnika COP teoretycznego i rzeczywistego wynika głównie z idealistycznego charakteru cyklu Carnot nie mającego wiernego odzwierciedlenia w warunkach rzeczywistych. W zależności od przyjętych rozwiązań praktycznych na tę różnicę wpływa dodatkowo: - rodzaj dolnego źródła ciepła - rodzaj górnego źródła ciepła - przyjęte rozwiązania technologiczne - zjawiska fizyczne niepożądane towarzyszące całemu procesowi

17 Praktyczne aspekty wykorzystania pomp ciepła Wykres zależności COP w funkcji temperatury odbioru przy ustalonych temperaturach źródła

18 Naukowe aspekty wykorzystania pomp ciepła Czy mamy do czynienia z naukowymi aspektami wykorzystania pomp ciepła? Jak wynika z dotychczasowych rozważań istnieje pole do dalszych badań naukowych, związanych z pompami ciepła a w szczególności z odzyskiem z powietrza. Poprawa rzeczywistego współczynnika COP chociażby o 1%, w skali globalnej stosowania pomp ciepła może dać ogromne korzyści nie tylko finansowe.

19 Dziękuję za uwagę

Podobne dokumenty

Pompy ciepła 25.3.2014

Katedra Klimatyzacji i Transportu Chłodniczego prof. dr hab. inż. Bogusław Zakrzewski Wykład 6: Pompy ciepła 25.3.2014 1 Pompy ciepła / chłodziarki Obieg termodynamiczny lewobieżny Pompa ciepła odwracalnie