Gruntowa pompa ciepła GPC Studnie chłonna i czerpalna. Najtańszy system (nie licząc studni) Duża efektywność, łatwość regulacji

Transkrypt

1 Gruntowa pompa ciepła GPC Studnie chłonna i czerpalna Najtańszy system (nie licząc studni) Duża efektywność, łatwość regulacji Studnia chłonna Studnia czerpalna Gruntowa pompa ciepła GPC Studnie chłonna i czerpalna rabczak@prz.edu.pl Gruntowa pompa ciepła GPC woda/woda Studnie chłonna i czerpalna Woda jest również dobrym akumulatorem ciepła słonecznego. Nawet w zimne, zimowe dni woda gruntowa utrzymuje stałą temperaturę 7 do 12 C. Woda gruntowa pobierana jest ze studni czerpalnej i tłoczona do parownika pompy ciepła woda/woda. Następnie schłodzona woda odprowadzana jest do studni chłonnej. 1

2 Gruntowa pompa ciepła GPC Studnie chłonna i czerpalna Gruntowa pompa ciepła GPC Jakość wody Do korzystania z wód gruntowych potrzebne jest jednak pozwolenie wodno-prawne. Pozwolenie wy da wane jest przez Starostę na czas określony, nie krótszy jednak niż 10 lat. Zgodnie z ustawą Prawo Wodne z art. 124 z obowiązku ubiegania się o pozwolenie wodno-prawne są zwolnione osoby wykonujące odwierty do 30 m, jeśli pobór wody w ciągu doby nie przekracza 5 m3. Z uwagi na wymiennik ciepła woda gruntowa nie może zawierać materiałów, które mogły by się osadzać, a wartości graniczne żelaza (poniżej 0,2 mg/dm3) i manganu (poniżej 0,1 mg/dm3) musza być zachowane, aby uniknąć zanieczyszczenia rdzą. Gruntowa pompa ciepła GPC Studnie chłonna i czerpalna Zanieczyszczenia powyżej 1 mm mogą uszkodzić urządzenie, natomiast drobny piasek przy zachowaniu odpowiedniej predkości przepływu jest wymywany z instalacji. Gruntowa pompa ciepła GPC - przykłady Instalacja z modułem chłodzenia pasywnego, przygotowaniem c.w.u., studnie Odległość pomiędzy studniami można wyznaczyć w oparciu o zależność: 2

3 Pompa ciepła solanka woda B/W do pozyskiwania ciepła odpadowego Przykład Pompa ciepła solanka woda B/W do pozyskiwania ciepła ze ścieków Pompa ciepła PC powietrzna Pompa ciepła PC powietrze/woda - przykład Zasysane jest ono po prostu kanałem, schładzane w parowniku pompy ciepła i ponownie odprowadzane na zewnątrz Poniżej pewnej temperatury (zazwyczaj -10 C ~ -15 C) pompa ciepłą zaczyna wspomagać się elektrycznym źródłem szczytowym lub istniejącym kotłem (instalcje modernizowane). Ponieważ przez wymiennik ciepła powietrze/woda przepływa stosunkowo duży strumień powietrza, należy przy rozmieszczaniu otworów wlotowych i wylotowych powietrza w budynku, a także przy ustawieniu pompy ciepła na zewnątrz brać pod uwagę powstające szumy. 3

4 Pompa ciepła PC powietrzna Pompa ciepła PC powietrzna Hałas Zalety: niskie koszty inwestycyjne niewielkie wymagania powierzchniowe nieograniczony czas pracy w ciągu roku Wady: zmienna wartość COP, niższa w porównaniu z pompmi gruntowymi wartość SPF odgłos pracy modułu zewnętrznego słyszalny na zewnątrz budynku Pompa ciepła PC powietrzna: zintegrowane przygotowanie c.w.u., podgrzewacz elektryczny (wewnętrzny) PC powietrzna: grzanie cwu chłodzenie 4

5 PC powietrzna praca z drugim źródłem ciepła PC powietrzna: system przygotowywania cwu wspomagany kotłem PC powietrzna: Przykład rozwiązania Szczególnie zaleca się: nie ustawiać zespołu zewnętrznego w pobliżu strefy nocnej, nie umieszczać na przeciw ściany oszklonej, unikać bliskości tarasu Ponadto zaleca się umieszczenie zespołu na wysokości powyżej średniej grubości pokrywy śnieżnej występującej w regionie. PC powietrzna: system przygotowywania cwu wspomagany Kolektorem słonecznym 5

6 PC powietrzna: przykład zabudowy - narożna PC powietrzna: system przygotowywania cwu system gorącego gazu Danfoss Tradycyjna pompa ciepła produkując ciepło o wysokiej temperaturze zmniejsza EER. Dlatego w technologii gorącego gazu TGG wykorzystuje się gorący gaz po sprężarce do podgrzewania c.w.u. zamiast podnosić temperaturę skraplania. PC powietrzna: system przygotowywania cwu system gorącego gazu Danfoss PC powietrzna: rodzaje zasobników ciepła Wykorzystuje pompę ciepła do wytwarzania ciepłej wody użytkowej w tym samym czasie, gdy budynek jest ogrzewany, zachowując wysoką efektywność (COP). Kluczową rolę odgrywa tutaj dodatkowy wymiennik ciepła, który bierze udział w procesie przygotowania c.w.u. może on podgrzać wodę grzewczą używaną w zasobniku nawet do temperatury 90 C. Podział: mono- i multiwalentne. Zbiorniki multiwalentne: stosowane do pompy ciepła oraz do innych źródeł, np. komink, instalacje solarne. System zbiornik w zbiorniku Zintegrowana funkcja przepływu wody 6

7 PC powietrzna: rodzaje zasobników ciepła PC powietrzna: rodzaje zasobników ciepła Zbiorniki multiwalentne: dwufazowy wymiennik ciepła typu booster Zbiorniki multiwalentne: PC połączenia zbiorników buforowych Napełnianie instalacji dolnego źródła ciepła system świeżej wody Połączenie równoległe 7

8 Napełnianie instalacji dolnego źródła ciepła Odśrodkowy separator powietrza Opowietrznik, manometr i zawór bezpieczenstwa Osadnik zanieczyszczeń Układ do napełniania instalacji Możliwość podłączenia naczynia przeponowego i wyrównawczego Układ termicznie wyizolowany Pompa ciepła PC zasobnik ciepła W przypadku ogrzewania podłogowego zadanie akumulacji ciepła przejmuje w pewnym stopniu wylewka posadzkowa. Zasobnik buforowy można orientacyjnie przyjąć, zakładając wykorzystanie bezwładności cieplnej budynku, wg wzoru: Vz = QPC (60 do 80 litrów) QG moc pompy ciepła [kw] Jeśli blokady zasilania przez zakład energetyczny nie występują, to dla optymalizacji cyklu pracy pompy ciepła wystarczy zasobnik o pojemności: Vz = QPC (20 do 25 litrów) Regeneracja ciepła pompy ciepła Gruntowa pompa ciepła GPC τp Q Qpc t czas pracy cyklu regulacyjnego, zwykle 1/5 do 1/3 h zapotrzebowanie na moc cieplną, W moc cieplna przy temp. zewnętrznej, dla której zapotrzebowanie na moc cieplną jest równe połowie zapotrzebowania obliczeniowego (z charakterystyki PC dostarczanej przez producenta), W różnica temp. pomiędzy zasilaniem i powrotem wody z instalacji (z wykresu regulacyjnego dostarczanego przez producenta) w warunkach jak dla Qpc Pompa ciepła wykres mocy Pojemność zasobnika Vz [dm3] można również wyznaczyć z zależności: 8

9 Sezonowa sprawność energetyczna Sprawność energetyczna pomp ciepła - sezonowa Pompa ciepła COP - Klasy efektywności energetycznej tryb grzania Sezonowa sprawność energetyczna Sezonowa sprawność energetyczna Sprawność energetyczna pomp ciepła - sezonowa Sprawność energetyczna pomp ciepła - sezonowa SPF (Seasional Performance Factor wg PN-EN :2008) Całkowity współczynnik SPF SPF = SQ / SNsp Qg moc pompy ciepła dla okresu czasu i, kwh W moc elektryczna sprężarki pompy ciepła przy Qg, kwh Wskaźnik uwzględnia najprostszy system ogrzewania bez produkcji c.w.u oraz tryb pracy tylko na c.o.! SPF = Qg Qg SPFg + + Qcwu Qcwu SPFcwu + Qg+cwu SPFg+cwu Qg sezonowa moc pompy ciepła dla systemu tylko grzewczego, kwh Qcwu sezonowa moc pompy ciepła pracyjącej tylko dla celów cwu, kwh Qg+cwu sezonowa moc pompy ciepła pracyjącej jednocześnie dla dla celów co i cwu, kwh Wartości te muszą uwzględniać wielkości energii związanych z pompami obiegowymi i automatyką! 9

10 Sezonowa sprawność energetyczna Sprawność energetyczna pomp ciepła - sezonowa Sezonowa sprawność energetyczna Sprawność energetyczna pomp ciepła - sezonowa Współczynnik SPF Całkowity współczynnik SPF Urządzenia porównuje się na kilku poziomach: Zgodnie z Dyrektywą 2009/28/WE Uni Europejskiej współczynnik SPF nie może być mniejszy jak: SPF sezonowy współczynnik wydajności pompy ciepła, η sprawność systemu wytwarzania energii elektrycznej, 1,15 efektywność wykorzystania energii elektrycznej u końcowego odbiorcy. Wg aktualnych danych Eurostatu (Europejski Urząd Statystyczny, dane za 2010 rok) średnia sprawność konwersji energii pierwotnej w elektryczną w krajach Unii Europejskiej wynosi 0,455 (i ma tak pozostać do 2020 roku), co oznacza, że zgodnie z Dyrektywą 2009/28/WE wartość SPFmin = 1,15x1/0,455 = 2,5 Sezonowa sprawność energetyczna Sezonowa sprawność energetyczna Sprawność energetyczna pomp ciepła - sezonowa Sprawność energetyczna pomp ciepła - sezonowa Współczynnik SCOP Współczynnik SCOP 10

11 Sezonowa sprawność energetyczna Sezonowa sprawność energetyczna Sprawność energetyczna pomp ciepła - sezonowa Sprawność energetyczna pomp ciepła - sezonowa Współczynnik SCOP Współczynnik SPF Wartości SPF Klasy efektywności w trybie grzania Natural cooling chłodzenie pasywne Jeśli temperatura dolnego źródła ciepła jest mniejsza od wymaganej temperatury w górnym źródle ciepła można odebrać ciepło z górnego źródła ciepła bez udziału układu chłodniczego. Natural cooling chłodzenie pasywne System chłodzenia pasywnego Ograniczenia systemu Jest to tzw. system chłodzenia pasywnego. Cieplo pobierane jest z instalacji ogrzewania podłogowego w budynku, schładzając pomieszczenie i zatłaczane do studni, kolektora pionowego jako ciepło odpadowe. 11

12 Natural cooling chłodzenie pasywne System chłodzenia pasywnego. Natural cooling chłodzenie pasywne Przykład schematu instalacji z chłodzeniem pasywnym bez udziału pompy ciepła. Jeśli chłodzenie w instalacji z pompą ciepła odbywa się z udziałem pompy ciepła, wówczas występuje tryb pracy chłodzenia aktywnego. Natural cooling chłodzenie pasywne Natural cooling chłodzenie pasywne Definicje Definicje Aktywne chłodzenie za pomocą grzewczych pomp ciepła Chłodzenie przez odwrócenie procesu pompy ciepła. Poprzez przełaczenie obwodu chłodniczego za pomocą czterodrogowego zaworu przełaczającego pompa ciepła może być wykorzystana jako urządzenie chłodzące. Pasywne chłodzenie Grunt i woda gruntowa są latem na większych głębokościach wyraźnie chłodniejsze niż temperatura otoczenia. Dlatego płytowy wymiennik ciepła z obiegiem wody gruntowej lub solanki przenosi moc chłodzenia do obiegu grzania lub chłodzenia pompy ciepła bez konieczności włączania pompy ciepła. Chłodzenie dynamiczne Chłodzenie temperaturami czynnika chłodzącego poniżej punktu rosy za pomocą konwektorów wentylatorowych (konwekcja wymuszona). Temperatury powierzchni chłodzących leżą wyraźnie poniżej temperatury pomieszczenia i powodują zmniejszenie wilgotności powietrza przez kondensację. Ciche chłodzenie Chłodzenie za pomocą systemów ogrzewania powierzchniowego z czynnikiem chłodniczym o temperaturze powyżej punktu rosy, aby zapobiec wykropleniu się wilgoci. 12

13 Natural cooling chłodzenie pasywne Pasywne chłodzenie Natural cooling chłodzenie pasywne i aktywne Natural cooling chłodzenie pasywne Moduł chłodzenia pasywnego - podłączenie Natural cooling chłodzenie pasywne i aktywne Moduł chłodzenia pasywnego i aktywnego - praca w trybie tylko ogrzewania Moduł chłodzenia pasywnego i aktywnego - podłączenie 13

14 Natural cooling chłodzenie pasywne i aktywne Natural cooling chłodzenie pasywne i aktywne Moduł chłodzenia pasywnego i aktywnego - praca w trybie chłodzenia pasywnego Moduł chłodzenia pasywnego i aktywnego - praca w trybie chłodzenia aktywnego Free cooling Free cooling Free cooling Kiedy temperatura zewnętrzna jest niższa od temperatury w pomieszczeniu możliwe jest wykorzystanie powietrza zewnętrznego (lub wody stojącej) do chłodzenia powietrza w pomieszczeniu. Obieg wodny na obejściu skraplacza obieg ekonomizera Legenda do rysunku: 3 wymiennik free coolingu 4 skraplacz 5 sprężarka 6 parownik 7 - pompy 14

15 Pompy ciepła Rodzaje układów współpracy pomp ciepła z innymi źródłami ciepła Pompy ciepła Rodzaje układów współpracy pomp ciepła z innymi źródłami ciepła Rozróżnia się trzy sposoby eksploatacji pompy ciepła: Układ pompy ciepła w układzie monowalentnym monowalentną, monoenergetyczną, biwalentną. W Polskich warunkach pompa ciepła powinna być tak zaprojektowana aby wykorzystywała ciepło z gruntu ok h/a. Eksploatacja monowalentna oznacza, że pompa ciepła jest jedynym źródłem ciepła, pokrywającym całe zapotrzebowanie. Taki sposób eksploatacji należy preferować ze względów energetycznych i pozwala on osiągać wysoki wskaźnik pracy rocznej. Warunkiem jest zaprojektowanie zasilanego przez pompę ciepła systemu grzewczego do temperatury zasilania niższej od maksymalnej temperatury zasilania pompy ciepła, a także obliczeniowe zapotrzebowanie ciepła nie może przekraczać maksymalnej mocy pompy ciepła. Oznacza to, że na powyższy czas dobieramy pom pompy ciepła i dla COP producenta określamy moc dolnego źródła ciepła! Typowym obszarem zastosowań systemów monowalentnych są domy jedno- i wielorodzinne oraz budynki gospodarczo-przemysłowe z maksymalnie dwoma różnymi profilami użytkowania. Pompy ciepła Rodzaje układów współpracy pomp ciepła z innymi źródłami ciepła Układ pompy ciepła w układzie monowalentnym Pompy ciepła Rodzaje układów współpracy pomp ciepła z innymi źródłami ciepła Przy eksploatacji monoenergetycznej używa się drugiego źródła ciepła korzystającego z tego samego rodzaju energii. Na przykład, obok sprężarkowej pompy ciepła z napędem elektrycznym instaluje się elektryczny przepływowy podgrzewacz wody w zasilaniu instalacji grzewczej lub elektryczną wkładkę grzejną w zasobniku buforowym wody grzewczej (zwłaszcza w przypadku pomp ciepła powietrze/woda). Rozwiązanie takie stanowi korzystny kompromis między efektywnością energetyczną a kosztami inwestycyjnymi. Instalacje monoenergetyczne stosowane są przede wszystkim w domach jednorodzinnych lub mniejszych domach dwurodzinnych o jednolitym profilu użytkowania, wyposażonych w ogrzewanie podłogowe. 15

16 Pompy ciepła Rodzaje układów współpracy pomp ciepła z innymi źródłami ciepła Schemat pompy ciepła monoenergetycznej Pompy ciepła Rodzaje układów współpracy pomp ciepła z innymi źródłami ciepła Schemat pompy ciepła monoenergetycznej - szeregowy grzałka elektryczna Tbw temperatura punktu biwalentnego Pompy ciepła Rodzaje układów współpracy pomp ciepła z innymi źródłami ciepła W instalacji grzewczej eksploatowanej biwalentnie, pompa ciepła współpracuje z dodatkowym źródłem ciepła, np. kotłem na paliwo stałe, płynne lub gazowe (z możliwością pracy równoległej lub alternatywnej). Jako dodatkowe źródła ciepła w rachubę wchodzą zarówno kotły na biomasę, jak i olej lub gaz. Oba źródła ciepła pracują albo równocześnie (praca równoległa), albo też zależnie od doboru źródła ciepła alternatywnie. Przy pracy alternatywnej pompa ciepła powyżej określonej temperatury zewnętrznej przejmuje całe zaopatrzenie w ciepło. Pompy ciepła Rodzaje układów współpracy pomp ciepła z innymi źródłami ciepła Schemat pompy ciepła w układzie biwalentnym W instalacjach z 2-gim źródełem ciepła moc grzewcza pomp ciepła lub kaskady pomp ciepła nie może być mniejsza od 50%! Mniejszy udział nie ma uzasadnienia ekonomicznego! Przy niższej temperaturze zewnętrznej, jeśli moc przyjętej pompy ciepła jest niewystarczająca, włącza się do pracy drugie źródło ciepła, przejmując całe zaopatrzenie w ciepło, a pompa ciepła wyłącza się. 16

17 Pompy ciepła Rodzaje układów współpracy pomp ciepła z innymi źródłami ciepła Schemat pompy ciepła w układzie biwalentnym - równoległy Pompy ciepła Rodzaje układów współpracy pomp ciepła z innymi źródłami ciepła Schemat pompy ciepła w układzie biwalentnym mieszany (alternatywny linia przerywana) Tbz temperatura punktu biwalentnego Zwykle na poziomie -3 do -7oC Tbw temperatura punktu biwalentnego Tbz załączenie drugiego urządzenia Pompy ciepła Rodzaje układów współpracy pomp ciepła z innymi źródłami ciepła Schemat pompy ciepła w układzie biwalentnym równoległy Tbw temperatura punktu biwalentnego Tbz załączenie drugiego urządzenia rabczak@prz.edu.pl 17

18 Czynniki chłodnicze główne i wtórne Czynniki chłodnicze wtórne Czynniki główne (pierwsze) to czynniki, które używane są bezpośrednio jako czynnik roboczy, np. czynnik chłodniczy w obiegu chłodniczym sprężarkowym. Czynniki te podlegają przemianą fazowym podczas transferu ciepła w wymiennikach. Najczęściej obecnie stosowanymi solankami w układach z akumulacją chłodu i ciepła (klimatyzacja, układy solarne) są mieszaniny wody i glikolu etylenowego 35% pod handlową nazwą ERGOLID i glikolu propylenowego ERGOLID EKO. Czynniki wtórne (drugie) to czynniki, które używa się do transportu energii termicznej pierwszego czynnika chłodniczego z jednego miejsca do drugiego. Określa się je również jako solanki lub przeciw zamrażacze. CERGOLID > CERGOLID EKO C pojemność cieplna Dla systemów z temperaturą operacyjną powyżej 0oC, czynnikiem wtórne może być woda. Wtórne czynniki chłodnicze, odwrotnie od pierwotnych, nie podlegają przemianą fazowym podczas transportu energii. Kryteria wyboru czynnika chłodniczego (pierwotnego) Kryteria wyboru czynnika chłodniczego (pierwotnego) Własności termodynamiczne Bezpieczeństwo i ochrona środowiska Opłacalność Właściwości termodynamiczne Ciśnienie tłoczenia: Dla danej temperatury skraplania ciśnienie powinno przyjmować wartości jak najniższe, aby zapewnić możliwie lekką konstrukcję sprężarki i skraplacza i ograniczyć pracę sprężania. Właściwości termodynamiczne Ciśnienie ssania: Dla określonej temperatury odparowania, ciśnienie w parowniku powinno być wyższe od atmosferycznego, aby uniknąć zasysania powietrza i wilgoci. Wyższe ciśnienie ssania ponadto zmniejsza pracę sprężania. Stosunek ciśnień: Powinno być możliwie małe, dzięki czemu wzrasta wydajność wolumetryczna sprężarki i maleje praca sprężania. Ciepło parowania (utajone): Powinno być możliwie największe, aby osiągnąć mały wydatek masowy przepływającego czynnika na jednostkę wydajności chłodniczej. 18

19 Oznaczenia czynników chłodniczych Oznaczenia czynników chłodniczych Czynniki chłodnicze to substancje robocze uczestniczące w wymianie ciepła w urządzeniu chłodniczym, które pobierają ciepło przez odparowanie w niskiej temperaturze i przy niskim ciśnieniu, a oddają ciepło przez skroplenie przy odpowiednio wyższej temperaturze i wyższym ciśnieniu. Oznaczenia czynników chłodniczych wg ASHRAE Standard 34: R-xyz R ang. refrigerant, czyli czynnik chłodniczy R-xyz Jeśli x =0-3 to: x liczba atomów węgla w cząsteczce zmniejszona o 1. Dla x=4 mieszaniny azeotropowe Dla x=5 mieszaniny nieazeotropowe (zeotropy) Dla x=6 związki organiczne Dla x=7 związki nieorganiczne Związki o x = 1-3 noszą nazwę związków halogenowych (pochodne alkanów CnH2n+2) Oznaczenia czynników chłodniczych Oznaczenia czynników chłodniczych Przykład R-22 y: jeśli 0<x<3, to y oznacza liczbę atomów wodoru powiększoną o 1. Gdy x=4 lub 5 to yz jest liczbą zmienną oznaczającą skład mieszaniny. Gdy x=6 to: y=0 dla węglowodorów y=1 dla związków z tlenem y=2 dla związków z siarką y=3 dla związków azotu z: jeśli 0<x<3, to z oznacza liczbę atomów fluoru X = 0 (ilość atomów węgla) = = 1 (pochodna metanu CH4) Y = 2 (ilość atomów wodoru) = 2 1 = 1 Z = 2 (ilość atomów fluoru) = 2 Z bilansu wynika ilość atomów chloru CH4: 4 (atomy wodoru H do podstawienia) 1 (atom wodoru H) 2 (atomy fluoru F) = 1 (ilość atomów chloru Cl) R-22: CHClF2 19

20 Oznaczenia czynników chłodniczych Podobnie można określić: Oznaczenia czynników chłodniczych Czyste węglowodory: R12 = CCl2F2 R134a = C2H2F4 R-50 = CH4 R-170 =C2H6 R-290 =C3H8 R-600=n-C4H10 R600a=iso-C4H10 Oznaczenie literowe a oznacza izomeryczną budowę związku. RxyzBt to halony (do gaszenia pożarów) Czynnik nieorganiczny (z grupy R-7yz): Amoniak CO2 M = 17 M = 44 Cząsteczka Cl zastąpiona przez t cząsteczek bromu Br R12B1: 1 C, 0 H, 2 F, 1 Br, stąd 1 Cl R717 R744 R1211= CF2ClBr R1301= CF3Br R2402= C2F4Br2 bromochlorodifluorometan, ciecz bromotrifluorometan, gaz dibromotetrafluoroetan, ciecz Wpływ składu chemicznego na właściwości Podziała czynników chłodniczych Czynniki chłodnicze czyste mieszaniny Naturalne R-744 Zeotropowe R-410A Syntetyczne R-134a Azeotropowe R

21 Podziała czynników chłodniczych Podziała czynników chłodniczych Klasyfikacja DIN: Klasyfikacja DIN: CFC HCFC chlorofluorowęglowodory (grupa f-gazy) Uważa się, że związki te są najbardziej odpowiedzialne za tworzenie tzw. dziury ozonowej i z tego względu całkowicie zakazano stosowania ich w nowych instalacjach. wodorofluorochlorowęglowodory (grupa f-gazy) Związki te są również odpowiedzialne za niszczenie warstwy ozonowej, lecz w mniejszym stopniu niż czynniki z grupy CFC. Z racji tej okres ich wycofania jest dłuższy. Natomiast w większości państw już zakazano ich stosowania do nowych instalacji chłodniczych. Przykładem może być czynnik chłodniczy R 11 i R 12 Przykładem może być czynnik chłodniczy R 22 Podziała czynników chłodniczych Klasyfikacja DIN: Podziała czynników chłodniczych Tradycyjnie, czynniki ziębnicze można podzielić na: HFC wodorofluorowęglowodory (grupa f-gazy) Uznaje się te czynniki w pełni bezpieczne dla warstwy ozonowej i bardzo stabilne chemicznie. Przykładem może być czynnik chłodniczy R 134a FC Skrót nazwy, w cząsteczce której wszystkie atomy wodoru zostały zastąpione atomami fluoru. Nie ma atomów chloru i wodoru. HC Skrót nazwy, w cząsteczce której znajduję się jedynie atomy wodoru. naturalne (woda R-718, powietrze R-729, dwutlenek węgla R-744, amoniak R-717, propan R-290, izobutan R-600a, węglowodory CmHn) syntetyczne (z grupy CFC R-11, R-12, R-114; z grupy HCFC R-22, R-123; z grupy HFC R-32, R-134a; z grupy mieszanin R-507A, R-410A, R-401A) stanowiące pochodne węglowodorów nasyconych i nienasyconych (tzw. freony). Związki syntetyczne, dominujące obecnie, to najczęściej pochodne węglowodorów szeregu metanu, etanu oraz innych, w których atomy wodoru (H) zastępuje chlor (Cl), fluor (F) lub brom (Br). 21

22 Podziała czynników chłodniczych Podziała czynników chłodniczych Coraz powszechniej wchodzą w użycie mieszaniny trójskładnikowe, które można podzielić na mieszaniny: dwu- i azeotropowe AZEO, mieszaniny bliskoazeotropowe NAZEO mieszaniny nieazeotropowe ZEO (zeotropy). Substancja azeotropowa AZEO jest mieszaniną kilku składników, która odparowuje i ulega kondensacji tak jak pojedynczy składnik i podczas tych procesów (zachodzących przy stałym ciśnieniu) nie zmienia swojej kompozycji objętościowej ani temperatury. Zgodnie ze standardem ASHRAE dla tego typu mieszanin zarezerwowano numery pomiędzy 500 do 599. Istotna różnica pomiędzy nimi polega na stałej lub zmiennej charakterystyce składu w warunkach parowania i kondensacji. Podziała czynników chłodniczych Przykłady mieszanin czynników chłodniczych Symbol Zeotrop ZEO jest mieszaniną, która charakteryzuje się znacznym poślizgiem temperatury (powyżej 2oC) pomiędzy fazą ciekłą, a gazową. Numery od 400 do 499. R-502 R-507A R-404A R-410A R-407C R-407A Czynników tego typu nie można stosować w parownikach zalanych. składnik/udziały masowe Mieszaniny AZEO R-22/115 (48,8/51,2) R-125/143a (50,0/50,0) Mieszaniny NAZEO R-125/143a/134a (44,0/52,0/4,0) R-32/125 (50,0/50,0) Mieszaniny ZEO R-32/125/134a (23,0/25,0/52,0) R-32/125/134a (20,0/40,0/40,0) poślizg temp., K 0 0 ~0,6 ~0,2 ~7,0 ~5,5 22

23 Czynniki stosowane do pomp ciepła Wpływ na środowisko ODP Ozone Depletion Potential Potencjał niszczenia warstwy ozonowej określony względem efektu jaki wywołuje czynnik R-11, którego ODP = 1. Jedna cząsteczka R-11 niszczy cząsteczek O3. Zgodnie z protokołem M montrealskim ODP dla nowych czynników powinno wynosić zero 0. Wielkość ODP zależy od obecności w cząsteczce chloru lub bromu. Wpływ na środowisko GWP Wpływ na środowisko Global Warming Potential Potencjał efektu cieplarnianego określany względem efektu jaki wywoła CO2, w okresie 100 lat, dla którego GWP = 1 23

24 Wpływ na środowisko Wpływ na środowisko TEWI Total Equivalent Warming Impact TEWI Total Equivalent Warming Impact Całkowity równoważnik efektu cieplarnianego uwzględniający bezpośredni wpływ czynnika roboczego na globalne ocieplenie w wyniku jego przecieków podczas eksploatacji oraz pośredni wpływ w wyniku emisji CO2 wytwarzanego w procesie wytwarzania energii elektrycznej zużywanej do napędu sprężarki. L roczne nieszczelności, kg/rok n czas pracy urządzenia, lata m masa czynnika chłodniczego w systemie, kg αrecovery współczynnik recyklingu, Eannual roczne zużycie energii, kwh β emisja CO2 potrzebna na wyprodukowanie 1 kwh energii elektrycznej do napędu urządzenia, kg CO2/kWh Zależność ODP i GWP od składu chemicznego Ważniejsze postanowienia dotyczące redukcji substancji zubażających warstwę ozonową i powodujących efekt cieplarniany Zakres temp. Zastosowanie Stary freon Substytut ºC klimatyzacja CFC: R11, R12 HCFC: R ºC chłodnictwo CFC: R12 HCFC: R ºC Mrożenie żywności Niskie temperatury CFC: R502 R134a R410A, R600 <1 kw. R717 >15 kw R422D, R134a, R290, R600a, R290/R600a R410A, R600 <1 kw. R717 >15 kw R507, R407A, R407B CFC: R13 R422A <-50 ºC 24

25 Obowiązek kontrolowania instalacji z f-gazami Obowiązek kontrolowania instalacji z f-gazami F-gazy: substancje powodujące efekt cieplarniany (HFC), tj. R-134a, R-404A, R-407C, R-410A, R-417A, R-422D, oraz R-507. Formularz ewidencji substancji kontrolowanej zawiera: Rozporządzenie Komisji Europejskiej (KE) nr 1493/2007 z 17 grudnia 2007 r. w sprawie sprawozdań, które muszą składać producenci, importerzy i eksporterzy czynników HFC rodzaj substancji kontrolowanej, jej nazwę chemiczną i handlową, a w przypadku mieszanin zawierających substancję kontrolowaną skład mieszaniny w procentach wagowych, stan magazynowy na początku i na końcu danego miesiąca, źródło jej pochodzenia, sposób jej używania, dane odbiorcy. Obowiązek kontrolowania instalacji z f-gazami Rozporządzenie KE nr 303/2008 z 2 kwietnia 2008 r. ustanawiające minimalne wymagania i warunki dotyczące wzajemnego uznawania certyfikacji przedsiębiorstw i personelu w odniesieniu do stacjonarnych urządzeń chłodniczych, klimatyzacyjnych i pomp ciepła zawierających czynniki HFC Obowiązek kontrolowania instalacji z f-gazami Zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego nr 842/2006 w sprawie niektórych fluorowanych gazów cieplarnianych (ustawa o fgazach HCFC i HFC), już 4 lipca 2007 r. wszedł w życie obowiązek przeprowadzania okresowych kontroli szczelności urządzeń chłodniczych i klimatyzacyjnych zawierających HFC i HCFC: raz na 12 miesięcy, o napełnieniu instalacji od 3 do 30 kg. raz na 6 miesięcy, o napełnieniu instalacji od 30 do 300 kg. raz na 3 miesiące, o napełnieniu powyżej 300 kg. 25

26 Obowiązek kontrolowania instalacji z f-gazami Obowiązek kontrolowania instalacji z f-gazami Od obowiązują opłaty do kasy Urzędu Marszałkowskiego: Substancje HCFC i HFC są utylizowane, odzyskiwane i przechowywane przez fundację PROZON Fundacja Ochrony Warstwy Ozonowej założonej przez: emisja HCFC 50 zł/kg emisja HFC 25 zł/kg import HCFC 5,5 zł/kg Linde Gaz - BOC Gazy - Thermo Schiesel Roczne sprawozdanie dla instalacji z substancją kontrolowaną składa się do BOWO (Biuro Obsługi Warstwy Ozonowej). Po 2009 nie można kupić nowego HCFC, chyba że z odzysku. Po 2014 urządzeń z HCFC nie można serwisować. Obowiązek kontrolowania instalacji z f-gazami Długoterminowe zamienniki czynników z grupy f-gazów: Obecnie Plan na 10 lat Klimatyzacja klimatyzacja mieszkalna R22, R134a, R407C R134a w lodówkach duże obiekty pompy ciepła Chłodnictwo lodówki szafy chłodnicze agregaty zewnętrzne - supermarkety transport pompy ciepła układy przemysłowe Napełnianie instalacji - wytwarzanie próżni Pompa próżniaowa powinna wytworzyć próżnię żędu 70 Pa. R134a, R407C, R410A, R744, R290 HFO1234yf, R744 R410A, R290 R717 R600a, R134a R290, R744, HFO1234yf R404A, R744 R404A, HFO1234yf R744 R744, R717 26

27 Napełnianie instalacji - próba szczelności Napełnianie instalacji - napełnianie Napełnić instalację gazowym azotem do ciśnienia 1 MPa. Mapełnianie odbywa się ciekłym czynnikiem po stronie cieczowej (przed zaworem rozprężnym)! do ciśnienia odpowiadającego temperaturze skraplania. butla z czynnikiem Szczelność sprawdza się wodą z mydłem lub czyjnikiem nieszczelności. waga Napełnianie instalacji - napełnianie Metody odzysku czynników chłodniczych Pojęcie odzysku czynnika chłodniczego zostało zdefiniowane w normie ISO 11650R. Odzysk (ang. Recovery), to operacja ściągania czynnika chłodniczego z eksploatowanych, naprawianych, a także złomowanych urządzeń lub w trakcie procesów produkcyjnych i gromadzenia go w zewnętrznym pojemniku bez oczyszczania i kontroli jakościowej. Operacje przeprowadzane podczas odzysku czynników wymagają stosowania kilku rodzajów sprzętu, a mianowicie: specjalnych butli do odzysku, stacji odzysku, pompa próżniowa, zestaw manometrów, waga elektroniczna, narzędzi i wyposażenia pomocniczego. 27

28 Metody odzysku czynników chłodniczych Metody odzysku czynników chłodniczych Wykonanie operacji odzysku obejmuje: Ściągnięcie czynnika np. za pomocą stacji odzysku można wykonać przy użyciu następujących metod: ściągnięcie czynnika z instalacji chłodniczej bez zmiany jego stanu, co można osiągnąć na wiele sposobów przy użyciu sprężarki instalacji chłodniczej lub stacji odzysku, przetoczenie tego płynu do specjalnej butli przeznaczonej do gromadzenia czynnika pochodzącego z odzysku, udokumentowanie przeprowadzonej operacji odzysku czynnika. metodą parową, metodą cieczowo-parową, metodą zespoloną push-pull. Maksymalne napełnienie butli nie może przekroczyć 80% jej pojemności. Metody odzysku czynników chłodniczych Metody odzysku czynników chłodniczych Metoda parowa Najczęściej stosowaną metodą odzysku jest metoda parowa. Najczęściej jest ona stosowana w małych instalacjach bez zbiorników cieczy. Metoda parowo-cieczowa Dla układów większych posiadających zbiorniki cieczy czynnika z dostępem do instalacji po stronie cieczowej można przeprowadzić odzysk metodą parowo-cieczową. Niemniej czynnik trafiający do sprężarki w stacji odzysku także musi być doprowadzany tylko w postaci parowej (musi zostać wcześniej doprowadzony do wrzenia i odparować). Proces odparowania ciekłego czynnika może się odbywać w specjalnej butli dwózaworowej wyposażonej w grzałkę lub bezpośrednio w wewnętrznym wymienniku ciepła w specjalnej do tego celu dostosowanej stacji odzysku. Metoda ta jest znacznie bardziej wydajna od metody parowej. 28

29 Metody odzysku czynników chłodniczych Metody odzysku czynników chłodniczych Metoda parowo-cieczowa Metoda push-pull Dla stosunkowo dużych instalacji zalecana jest tzw. metoda zespolona. Jest to metoda najbardziej wydajna z wcześniej wymienionych. Polega na przetaczaniu ciekłego czynnika przy wykorzystaniu jego sprężonych par. W metodzie tej konieczne jest wykonanie dostępu do instalacji po stronie cieczy oraz pary. Metoda ta nie zapewnia jednak całkowitego usunięcia czynnika z instalacji pozostałą ilość należy odzyskać metodą parową. Wadą tej metody jest także to, że czynnik odzyskiwany jest wraz z zanieczyszczeniami i olejem z układu. Metody odzysku czynników chłodniczych Metody odzysku czynników chłodniczych Metoda push-pull Budowa stacji do odzysku czynników chłodniczych 29

30 Wymiana czynnika chłodniczego Wymiana czynnika chłodniczego Wymianę starego czynnika w instalacji na jego zamiennik można dokonać dwoma metodami: RETROFIT: wymiana czynnika pociąga za sobą wymianę elementów instalacji oraz wymianę oleju. Podczas wymiany należy zwrócić uwagę na czystość instalacji, nie może być pozostałości starego czynnika. Wymianie podlegać może osuszacz (najczęściej na większy) aby uzyskać zawartość wilgoci poniżej 100ppm, wziernik. Konieczna jest nowa nastawa zaworu rozprężnego aby dostosować instalację do nowych ciśnień, regulacja presostatów, zmiana sterownika układu automatyki, zmiana nastaw zaworów bezpieczeństwa. drop-in retrofit DROP-IN: wymianie podlega sam czynnik chłodniczy natomiast olej mineralny pozostaje bez zmian, nie wymienia się podzespołów instalacji. Nie nadają się układy ze zbiornikiem freonu nie można usunąć starego freonu ze zbiornika. Retrofit lekki obejmuje wymianę filtrów, oleju i wziernika pozostaje ok. 5% starego oleju. Retrofit pełny dodatkowa uwzględnia wymianę zaworu rozprężnego pozostaje do 2% oleju mineralnego. Dodatkowa możliwe jest wymienienie sprężarki opłacalność? Oleje chłodnicze Oleje chłodnicze Olejom stawia się za zadanie: Oleje mineralne (MO) Otrzymuje się je z przerobu ropy naftowej na drodze rafinacji i destylacji. Stosuje się je do tradycyjnych czynników chłodniczych o niskich temperaturach parowania, nie wchodzą w reakcje z większością uszczelnień instalacji, mają bardzo niewielką higroskopijność. Zapewnienia długiego czasu eksploatacji sprężarki bez konieczności wymiany przez 10 do 15 lat, co odpowiada około godzin pracy. Zachowanie pełnych własności w całym zakresie pracy urządzenia, ze względu na duże przeciążenia termiczne. Wysoka temperatura w głowicy cylindra dochodząca do 130ºC, jak i niska sięgająca -40ºC w parowniku. Dobrą mieszalność z czynnikami chłodniczymi. Oleje syntetyczne. Stosowane przeważnie tylko do bezchlorkowych chłodniczych wytwarzane są na bazie węglowodorów. czynników 30

31 Oleje chłodnicze Oleje chłodnicze W grupie olei syntetycznych można wyróżnić: W grupie olei syntetycznych można wyróżnić: Alkilobenzeny (AB) olej o średniej lepkości oraz stabilności chemicznej, dobrze mieszalny z czynnikiem chłodniczym, mieszalny z olejem mineralnym dla polepszenia jego płynności w niskiej temperaturze (olej półsyntetyczny) Polialfaolefiny (PAO) własności fizyczne zbliżone do olejów mineralnych, stosowane przede wszystkim do sprężarek śrubowych z uwagi na korzystną lepkość w wysokich temperaturach. Poliglikole (PAG) mają bardzo dobrą lepkość przy nasyceniu czynnikiem chłodniczym jak i również przy niskich temperaturach, wysoka stabilność termiczna. Poważną wadą jest ich duża zdolność pochłaniania wody. Poliestry kwasu krzemowego stosowane do przede wszystkim do głębokiego chłodzenia, temperatura parowania do - 80ºC. Estrowe (POE) przede wszystkim stosowane do mieszanin chłodniczych, prawie nie mieszają się z tradycyjnymi olejami mineralnymi, wykazują dobrą rozpuszczalność z nowymi czynnikami chłodniczymi. Dobrze współpracują z uszczelnieniami instalacji chłodniczej. Poważną wadą jest ich duża zdolność pochłaniania wody. 31