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.
POZYSKIWANIE CIEPŁA Z GRUNTU Kolektor poziomy Budowa: Kolektor poziomy zakopuje się na głębokości od 1,0 do 1,5 m. Odległość pomiędzy sąsiednimi pętlami od 1,0 do 1,5 m słońce, woda = energia cieplna 5
DOLNE ŹRÓDŁA CIEPŁA Wartość ciepła właściwego dla: Woda: 4,187 kj/kgk Stal: 0,44 kj/kgk Powietrze: 1,004 kj/kgk
POZYSKIWANIE CIEPŁA Z GRUNTU Strumień ciepła jakim możemy obciążyć grunt 7
POZYSKIWANIE CIEPŁA Z GRUNTU OBCIĄŻANIE GRUNTU STRUMIENIEM POZYSKIWANEJ ENERGII q poz = 12 W/m - wartość dla większości gruntów 15 W/m - dla gruntów wilgotnych, gliniastych, 10 W/m - dla gruntów suchych, piaszczystych słońce, woda = energia cieplna 8
POZYSKIWANIE CIEPŁA Z GRUNTU Kolektor pionowy Budowa: Kolektory pionowe wykonuje się obecnie na głębokość od 80 do 180 m. W rzeczywistości od 80 do 120 m Odległość pomiędzy sąsiednimi odwiertami powinna wynosić od 7 do 10 m. woda = energia cieplna 10
POZYSKIWANIE CIEPŁA Z GRUNTU Strumień ciepła jakim możemy obciążyć odwiert 11
POZYSKIWANIE CIEPŁA Z GRUNTU OBCIĄŻANIE GRUNTU STRUMIENIEM POZYSKIWANEJ ENERGII q pion = 45-50 W/m - wartość dla odwiertów powyżej 100 m 12
Co sprawia, że poszukujemy energii cieplnej tak głęboko przy wykorzystaniu skomplikowanych maszyn i technologii wiertniczych?
głębokość odwiertu POZYSKIWANIE CIEPŁA Z GRUNTU 1. Jednostkowy strumień energii jakim obciążamy z grunt 0 m woda = energia cieplna -30 m -60 m warstwa wodonośna -90 m -120 m -160 m 14
POZYSKIWANIE CIEPŁA Z GRUNTU 2. Koszty wykonania kolektora pionowego Dla pompy ciepła zainstalowanej w budynku o pow. 180 m 2 zapotrzebowanie na strumień energii cieplnej z gruntu wynosi 7 100 W 1 odwiert o głębokości 160 m x 115 zł/m = 18 400 zł lub 10 odwiertów o głębokości 30 m x 70 zł/m = 21 000 zł + rozdzielacz hydrauliczny + zawory regulacyjne 2 700 zł razem: 23 700 zł * do powyższych cen należy doliczyć VAT
KOLEKTOR POZIOMY/PIONOWY 16
KOLEKTOR PIONOWY/POZIOMY 17
KOLEKTOR PIONOWY P O M P Y C I E P Ł A
POZYSKIWANIE CIEPŁA Z WÓD POWIERZCHNIOWYCH Kolektor poziomy zanurzony na dnie zbiornika Wody powierzchniowe to: jeziora, stawy, baseny,rzeki Budowa: 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 19
POZYSKIWANIE CIEPŁA Z WÓD POWIERZCHNIOWYCH OBCIĄŻANIE CIEPLNE WYMIENNIKA POZIOMEGO ZANURZONEGO W ZBIORNIKU WODNYM NIE POWINNO PRZEKRACZAĆ: 20 W/m NALEŻY JEDNAK PAMIĘTAĆ: Dla pompy ciepła zainstalowanej w budynku o pow. 180 m 2 niezbędne jest posiadane zbiornika wodnego o objętości ok. 3 500 ton wody, czyli o wymiarach 34 m x 34 m x 3 m. 20
NOŚNIK CIEPŁA Nośnik ciepła źródła dolnego GLIKOL PROPYLENOWY SPIRYTUS TECHNICZNY Konieczne jest tworzenie roztworów wodnych o temperaturze zamarzania nie wyższej niż: od -13 do -18 C
NOŚNIK CIEPŁA Nośnik ciepła źródła dolnego GLIKOL PROPYLENOWY SPIRYTUS TECHNICZNY WADY rozwarstwia się wykazuje dużą gęstość i lepkość trudny w odpowietrzaniu pieni się posiada specyficzny zapach łatwopalny (transport, magazynowanie)
WIELKOŚĆ DOLNEGO ŹRÓDŁA WYZNACZENIE DŁUGOŚCI KOLEKTORA POZIOMEGO, PIONOWEGO
WIELKOŚĆ DOLNEGO ŹRÓDŁA BILANS CIEPLNY POMPY CIEPŁA:... Q k = Q o + N [kw] Q k - wydajność cieplna pompy ciepła Q o - wydajność chłodnicza pompy ciepła N - moc napędowa sprężarki
WIELKOŚĆ DOLNEGO ŹRÓDŁA Wielkość dolnego źródła ciepła należy obliczyć dla wydajności chłodniczej Q o pompy ciepła:... Q o = Q k - N [kw] Q k - wydajność cieplna pompy ciepła (z karty katalogowej) Q o - wydajność chłodnicza pompy ciepła N - moc napędowa sprężarki (z karty katalogowej) 25
WIELKOŚĆ DOLNEGO ŹRÓDŁA WYZNACZENIE DŁUGOŚCI KOLEKTORA POZIOMEGO: Przykład: dla pompy ciepła WPS 9K (dla budynku o pow. ok. 180 m 2 ) Q k - wydajność cieplna pompy ciepła 9,1 kw N - moc napędowa sprężarki 2,0 kw Q o - wydajność chłodnicza pompy ciepła - obliczamy Q o = Q k - N = 9,1-2,0 = 7,1 kw. L = Q o q poz = 7 100 W 12 W/m = 591,6 m
WIELKOŚĆ DOLNEGO ŹRÓDŁA WYZNACZENIE POWIERZCHNI DZIAŁKI ZAJMOWANEJ PRZEZ KOLEKTOR POZIOMY: P = L. 1,3 [m 2 ] dz Przykład: dla pompy ciepła WPL 90 IK (dla budynku o pow. ok. 180 m 2 ). P dz = 600 1,3 = 780 [m 2 ]
WIELKOŚĆ DOLNEGO ŹRÓDŁA WYZNACZENIE GŁĘBOKOŚCI KOLEKTORA PIONOWEGO: Przykład: dla pompy ciepła WPS 9K (dla budynku o pow. ok. 180 m 2 ) Q k - wydajność cieplna pompy ciepła 9,1 kw N - moc napędowa sprężarki 2,0 kw Q o - wydajność chłodnicza pompy ciepła - obliczamy Q o = Q k - N = 9,1-2,0 = 7,1 kw. L = Q o q pion = 7 100 W 45 W/m = 157,7 m
GŁĘBOKOŚCI ODWIERTÓW PIONOWYCH, DŁUGOŚĆ KOLEKTORÓW POZIOMYCH i NIEZBĘDNA POWIERZCHNIA DZIAŁKI DLA POMP CIEPŁA Logatherm Typ pompy ciepła jednostka WPS 6 K WPS 7 K WPS 9 K WPS 11 K wydajność grzewcza kw 5,9 7,3 9,1 10,7 napędowa moc elektryczna sprężarki kw 1,3 1,6 2,0 2,2 wydajność chłodnicza kw 4,6 5,7 7,1 8,5 głębokość odwiertu m 102 127 158 189 długość kolektora m 400 475 2 x 300 2 x 355 minimalna powierzchnia gruntu pod kolektor m 2 520 620 780 930 Typ pompy ciepła jednostka WPS 6 WPS 7 WPS 9 WPS 11 WPS 14 WPS 17 wydajność grzewcza kw 5,9 7,3 9,1 10,7 14,4 16,7 napędowa moc elektryczna sprężarki kw 1,3 1,6 2,0 2,2 3,1 3,7 wydajność chłodnicza kw 4,6 5,7 7,1 8,5 11,3 13 głębokość odwiertu m 102 127 158 189 251 289 długość kolektora m 400 475 2 x 300 2 x 355 2 x 475 2 x 550 minimalna powierzchnia gruntu pod kolektor m 2 520 620 780 930 1 250 1 450
Wody podziemne Budowa: - głębokość studni zależy od głębokości warstwy wodonośnej o odpowiednim wydatku objętościowym czerpanej wody m 3 /h, - dwie studnie o tej samej głębokości, - studnia czerpalna o wymaganym wydatku, - studnia zrzutowa o wymaganej chłonności, - konieczność montażu wymiennika pośredniego, 30
POZYSKIWANIE CIEPŁA Z WÓD PODZIEMNYCH Wydatek objętościowy wody podziemnej Dla pompy ciepła zainstalowanej w budynku o pow. 180 m 2 zapotrzebowanie na wodę ze studni głębinowej wynosi: Q = 1,37 m 3 /h Natomiast dla pompy ciepła zainstalowanej w budynku o pow. 800 m 2 zapotrzebowanie na wodę ze studni głębinowej wynosi: Q = 7,20 m 3 /h 31
POZYSKIWANIE CIEPŁA Z WÓD PODZIEMNYCH Pompa głębinowa Należy pamiętać, że woda ze studni dociera do pompy ciepła dzięki pracy pompy głębinowej, która to napędzana jest energią elektryczną. Dla wydajności Q=1,5 m 3 /h H [m] P [kw] wysokość napędowa moc podnoszenia elektryczna 30 0,5 50 0,6 80 0,75 100 1,1 120 1,5 Q COP k N Q k COP N 9,1 2,3 3,96 9,1 2,98 2,3 0,75 Dla wydajności Q=7,2 m 3 /h H [m] P [kw] napędowa moc wysokość podnoszenia elektryczna 60 2,2 80 3,7 100 4,0 120 5,5 32
POZYSKIWANIE CIEPŁA Z WÓD PODZIEMNYCH Najczęstsze zagrożenia przy wykonywaniu ciepła z wód podziemnych - Duże zanieczyszczenie wody pod względem chemicznym i mechanicznym, - 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, - Przetłaczanie wody głębinowej bezpośrednio przez parownik pompy ciepła, - Źle dobrany wymiennik pośredni (Δt w =4K), - Za nisko położone lustro wody, - Zbyt duża głębokość poboru wody (za głębokie studnie),
POZYSKIWANIE CIEPŁA Z WÓD PODZIEMNYCH Konieczne jest stosowanie wymiennika pośredniego Instalacja wody studziennej filtr Instalacja glikolowa wymiennik pośredni
POZYSKIWANIE CIEPŁA Z WÓD PODZIEMNYCH Wymiennik pośredni Wymiennik o dużej powierzchni wymiany ciepła +8 C +6 C praktycznie (+2 C) woda głębinowa nośnik ciepła pompy ciepła +4 C +3 C praktycznie (-1 C) pośredni wymiennik płytowy
POZYSKIWANIE CIEPŁA Z POWIETRZA ZEWNĘTRZNEGO - powietrze atmosferyczne jest ogólnodostępnym nośnikiem ciepła, - montaż pompy ciepła jest uproszczony, brak prac ziemnych, - ze względów ekonomicznych powietrze atmosferyczne stosowane jest jako nośnik ciepła do temperatury -12 C, - poniżej temperatury 0 C występuje intensywne szronienie powierzchni parownika, - praktycznie poniżej temperatury -20 C funkcje grzewcze przejmuje dogrzewacz elektryczny, 36
Jakie przynoszą efekty ekonomiczne pompy ciepła? Najniższe koszty eksploatacji Jedne źródło energii pierwotnej Bezproblemowe podłączenie z istniejącą instalacją Rezygnacja z przyłącza gazu Rezygnacja z budowy kominów dymowych i wentylacyjnych Rezygnacja magazynu oleju, gazu, węgla etc. Urządzenia kompaktowe, o niewielkich wymiarach Ogrzewanie oraz chłodzenie w jednym urządzeniu Współpraca z wentylacją i rekuperacją Wysoki komfort c.w.u. Tania i bezobsługowa eksploatacja