Pompy ciepła - układy hybrydowe

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Pompy ciepła - układy hybrydowe"

Kamil Popławski
8 lat temu
Przeglądów:

1 Pompy ciepła - układy hybrydowe dr hab. inż. Brunon J. Grochal, prof. IMP PAN / prof. WSG Bydgoszczy Instytut Maszyn Przepływowych PAN Prezes Polskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła mgr inż. Tomasz Mania PSPC/NEXUM doktorant Politechniki Gdańskiej / IMP PAN POLSKIE STOWARZYSZENIE POMP CIEPŁA CZŁONEK EUROPEJSKIEGO STOWARZYSZENIA POMP CIEPŁA

2 Plan prezentacji 1. Kilka słów o układach hybrydowych 2. Dlaczego kolektory słoneczne? 3. Przykłady instalacji z pompami ciepła i kolektorami energii słonecznej 4. Zalety instalacji hybrydowej z kolektorami energii słonecznej 5. Niedostatki instalacji hybrydowej z kolektorami energii słonecznej 6. Podsumowanie

Przykłady instalacji z pompami ciepła i kolektorami energii słonecznej 4.

3 1. Kilka słów o układach hybrydowych Ogólnie układy hybrydowe z pompami ciepła z wykorzystaniem więcej niż jednego źródła energii są bardziej złożone od układów prostych korzystających z jednego źródła energii. Analiza techniczno-ekonomiczna pokazuje jednak, że nie jest optymalnym rozwiązaniem instalowanie pompy ciepła o mocy określonej maksymalnym zapotrzebowaniem na energię cieplną. Już choćby z tego powodu zalecane jest wykorzystywanie układów hybrydowych z dodatkowym szczytowym źródłem energii cieplnej. W ogóle sama pompa ciepła może jednak korzystać z kilku różnych dolnych źródeł energii (na przykład ścieków wody, czy powietrza wentylacyjnego), jak też zasilać kilka różnych odbiorów. Mówimy wtedy także o układzie hybrydowym. Dodatkowym dolnym źródłem ciepła - uważanym za dość typowe - mogą być kolektory energii słonecznej, jak to pokazano na schemacie poniżej.

Już choćby z tego powodu zalecane jest wykorzystywanie układów hybrydowych z dodatkowym szczytowym źródłem energii cieplnej.

4 Schematy układów instalacji z pompą ciepła: A) z jednym dolnym źródłem ciepła (układ monowalentny), B) z dwoma dolnymiźródłami ciepła (układ biwalentny). PC pompa ciepła, DZ1 pierwsze dolne źródło ciepła (powietrze, woda albo grunt), DZ2 drugie dolne źródło ciepła (KS - kolektor energii słonecznej), CO + CWU górne źródło ciepła (odbiór ciepła do ogrzewania pomieszczeń i do podgrzewania ciepłej wody użytkowej)

PC pompa ciepła, DZ1 pierwsze dolne źródło ciepła (powietrze, woda albo grunt), DZ2 drugie dolne

5 2. Dlaczego kolektory słoneczne? Z punktu widzenia zapewnienia mocy szczytowej instalowanie kolektorów energii słonecznej nie jest rozwiązaniem celowym, ponieważ najwięcej energii dostarczają one latem, kiedy zapotrzebowanie energii do ogrzewania pomieszczeń jest minimalne. Zimą potrzebne jest więc inne źródło szczytowe. Warto natomiast zwrócić uwagę na możliwość wspomagania zasadniczego dolnego źródła ciepła (na przykład gruntowego) energią pozyskiwaną w kolektorach energii słonecznej w okresach wiosny i jesieni. Jesienią promieniowanie słoneczne może wnieść istotny wkład w polepszenie eksploatacji zasadniczego dolnego źródła ciepła poprzez jego oszczędzanie na czas zimy. Wiosną promieniowanie słoneczne może wnieść istotny wkład w polepszenie eksploatacji zasadniczego dolnego źródła ciepła poprzez wspomaganie jego zasobu pomniejszonego czerpaniem energii w zimie. Nadwyżki energii pozyskiwanej z kolektorów energii słonecznej latem mogą zostać wykorzystane do doładowywania zasadniczego dolnegoźródła ciepła (grunt).

do ogrzewania pomieszczeń jest minimalne. Zimą potrzebne jest więc inne źródło szczytowe.

6 3. Przykłady instalacji z pompami ciepła i kolektorami energii słonecznej Harcerski Ośrodek Morski w Pucku 2 pompy ciepła (dwustopniowe) o mocy grzejnej 43 kw każda (Vitocal 300, typ WW 232, producent Viessmann), współczynnik efektywności energetycznej 5,79 (przy nominalnej temperaturze wody grzejnej 35/20 o C) 1 kocioł wodny dwupaliwowy o mocy 63 kw (olej/gaz, typ Vitola 200, producent Viessmann) 8 płaskich kolektorów energii słonecznej po 2,5 m2 każdy (typ Vitosol 200, producent Viessmann) W wyniku uprzedniej termomodernizacji uzyskano obniżenie sezonowego zapotrzebowania ciepła z 41 kwh/m 2 a do 27 kwh/m 2 a.

o C) 1 kocioł wodny dwupaliwowy o mocy 63 kw (olej/gaz, typ Vitola 200, producent Viessmann) 8 płaskich kolektorów energii słonecznej po 2,5 m2 każdy (typ

7 Harcerski Ośrodek Morski (HOM) w Pucku HOM w Pucku kolektory energii słonecznej HOM w Pucku 2 pompy ciepła i 4 zbiorniki akumulacyjne

8 HOM w Pucku schemat instalacji

9 Dom Pomocy Społecznej w Nowej Wsi Ełckiej Kolektory energii słonecznej na dachu Domu Pomocy Społecznej w Nowej Wsi Ełckiej 1 pompy ciepła o łącznej mocy grzejnej 400 kw (producent Aland sp. z o.o.) 1 kocioł wodny gazowy, 160 płaskich kolektorów energii słonecznej po 2 m 2 każdy Pompy ciepła pobierają ciepło także ze ścieków (wodnych) kuchni i pralni oraz powietrza wentylacyjnego. W pierwszym sezonie grzewczym uzyskano obniżenie zużycia gazu odniesieniu do okresu przed modernizacją instalacji. o połowę w

energii słonecznej po 2 m 2 każdy Pompy ciepła pobierają ciepło także ze ścieków (wodnych) kuchni i pralni oraz powietrza

10 Maszynownia instalacji w Nowej Wsi Ełckiej

11 Kolektory energii słonecznej na dachu Domu Pomocy Społecznej w Nowej Wsi Ełckiej

12 Molo sopot budynek kubaturowy Instalacja pompy ciepła z wodą morską jako dolnym źródłem w układzie z pośrednim wymiennikiem ciepła wraz z kolektorami słonecznymi. Moc grzewcza pompy ciepła: 60 kw Kolektory słoneczne: 5 szt., płaskie Dolneźródło: woda morska Odległość od lądu około 550 m Bardzo niekorzystne warunki termiczne (owiewanie)

Moc grzewcza pompy ciepła: 60 kw Kolektory słoneczne: 5 szt.

13 Uzyskana roczna oszczędność energii, dzięki pokryciu zapotrzebowania na ciepło przez pompę ciepła waz z kolektorami energii słonecznej (o powierzchni 9,135 m 2 ) wynosi: ,6 kwh/rok, natomiast ograniczenie emisja CO 2 wynosi : 17 ton CO 2 w skali roku, co wynika z obliczenia przedstawionego poniżej: - przy ogrzewaniu pompą ciepła, wraz z kolektorami energii słonecznej, zużywana jest ilość energii elektrycznej (do napędu pompy ciepła i urządzeń pomocniczych) : 87,22 (kwh/(m 2 rok)) x 276,69 m 2 x (1/SPF) = ,90 (kwh/rok) x (1/4,68) = 5 155,4 kwh/rok - przy ogrzewaniu elektrycznym zużywano by energii elektrycznej 87,22 (kwh/(m 2 rok)) x 276,69 m 2 = ,0 kwh/rok Oszczędność energii elektrycznej w wyniku zastąpienia ogrzewania bezpośredniego (elektrycznego) ogrzewaniem pompą ciepła wynosi więc: ( ,4) kwh/rok = ,6 kwh/rok W polskich warunkach emisja CO 2 wynosi około 900 g/kwh energii elektrycznej, wobec tego obliczeniowe ograniczenie emisja wynosi: 0,9 (kg/kwh) x ,6 (kwh/rok) = kg CO 2 w skali roku.

energii elektrycznej (do napędu pompy ciepła i urządzeń pomocniczych) : 87,22 (kwh/(m 2 rok)) x 276,69 m 2 x (1/SPF) = 24 132,90 (kwh/rok) x (1/4,68) = 5 155,4 kwh/rok - przy ogrzewaniu elektrycznym

14 4. Zalety instalacji hybrydowej z kolektorami energii słonecznej Kolektory energii słonecznej pozwalają uzyskiwać wysokie wartości współczynnika efektywności energetycznej dzięki pobieraniu energii cieplnej ze źródła o stosunkowo wysokiej temperaturze to jest od cieczy podgrzanej w kolektorach. Same kolektory pracują przy wysokiej sprawności nie jest potrzebne wysokie podgrzanie cieczy chłodzącej, dzięki temu małe są straty energii do otoczenia. Energia głównego dolnego źródła jest przed sezonem grzewczym oraz w jego początkowym okresie oszczędzana na okres maksymalnego zapotrzebowania, pod koniec sezonu jest uzupełniana energią pozyskaną z kolektorów energii słoneczne. W sumie bardzo istotna poprawa warunków eksploatacji głównego dolnego źródła pompy ciepła, z możliwością zmniejszenia jego wielkości (kosztu!).

Same kolektory pracują przy wysokiej sprawności nie jest potrzebne wysokie podgrzanie cieczy chłodzącej, dzięki temu małe są straty energii do otoczenia.

15 5. Niedostatki instalacji hybrydowej z kolektorami energii słonecznej Wprowadzenie dodatkowego dolnego źródła jakiegokolwiek, a więc także kolektorów energii słonecznej stawia wyższe wymagania co do systemu sterowania i kontroli. Schemat instalacji hybrydowej może być nieraz dość skomplikowany. Nie jest to naturalnie przeszkoda nie do pokonania na obecnym etapie rozwoju technologii sterowania systemami, szczególnie w sytuacji, kiedy i tak przewidywane jest wprowadzenie monitorowania instalacji w celu zliczania zysków energii z OZE. Zainstalowanie kolektorów energii słonecznej nie uwalnia od konieczności dysponowania źródłem szczytowym. Ten niedostatek usunąć można łatwo poprzez włączenie do systemu magazynu ciepła/chłodu. Zmienia to jednak całkowicie koncepcję wykorzystania OZE, w kierunku racjonalizacji użytkowania energii oszczędzanie energii poprzez jej magazynowanie obecnie wychodzi na pierwszy plan przy projektowaniu zwłaszcza dużych systemów, ale coraz częściej także małych instalacji.

Nie jest to naturalnie przeszkoda nie do pokonania na obecnym etapie rozwoju technologii sterowania systemami, szczególnie w sytuacji, kiedy i tak przewidywane jest wprowadzenie monitorowania

16 6. Podsumowanie Skojarzony system grzewczy bazujący na pompie ciepła i wykorzystaniu kolektorów energii słonecznej jest niezwykle interesującym wariantem przy projektowaniu instalacji w układzie hybrydowym, to jest zaopatrujących w ciepło kilka odbiorów i/lub korzystających z kilkuźródeł ciepła. Wykorzystanie kolektorów energii słonecznej współpracujących z pompą ciepła zdecydowanie poprawia warunki eksploatacji zasadniczego (zwłaszcza gruntowego) źródła ciepła. Możliwe jest uzyskanie bardzo wysokich wartości współczynnika efektywności energetycznej pompy ciepła, pozyskuje się dodatkowe ilości energii ze środowiska. Złożoność systemu sterowania i kontroli instalacji w układzie hybrydowym wymaga troskliwego projektowania i zastosowania odpowiedniego, dobrego oprogramowania. Zagadnienia te są obecnie już dobrze opanowane. Liczba tego rodzaju instalacji systematycznie rośnie, zbierane są doświadczenia eksploatacyjne i nadal prowadzone są badania nad możliwością zwiększenia efektywności układów hybrydowych. Nowe podejście do projektowania obecnie instalacji hybrydowych wiąże się ze zwróceniem baczniejszej niż dotychczas uwagi na rolę magazynowania energii w racjonalizacji użytkowania energii oraz wykorzystaniu OZE.

Wykorzystanie kolektorów energii słonecznej współpracujących z pompą ciepła zdecydowanie poprawia warunki eksploatacji zasadniczego (zwłaszcza gruntowego) źródła ciepła.

17 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ dr hab. inż. Brunon J. Grochal Polskie Stowarzyszenie Pomp Ciepła

Podobne dokumenty

Skojarzone układy Hewalex do podgrzewania ciepłej wody użytkowej i ogrzewania budynku

Skojarzone układy Hewalex do podgrzewania ciepłej wody użytkowej i ogrzewania budynku Układy grzewcze, gdzie konwencjonalne źródło ciepła jest wspomagane przez urządzenia korzystające z energii odnawialnej