Sprężarkowe pompy ciepła

Sprężarkowe pompy ciepła Podstawy teoretyczne Czynniki chłodnicze Przykłady zastosowań dr inż. Grzegorz Krzyżaniak Podstawy teoretyczne Pompa ciepła urządzenie w którym zachodzi proces podnoszenia potencjału cieplnego, tj. proces pobierania ciepła ze źródła o temperaturze niższej T o i przekazywania go do źródła o temperaturze wyższej T g. Ponieważ stosunek ciepła przejętego z otoczenia do ciepła powstającego z przekształcenia energii napędowej jest tym większy, im temperatura To bliższa jest temperaturze Tg (odbiornika ciepła użytecznego instalacji c.o., c.w.u.), to efektywność pompy ciepła jest tym wyższa, im mniejsze są wymagania co do wartości temperatury Tg. 2 1

Podstawy teoretyczne Zasada działania pompy ciepła: a) pompa podnosząca ciecz, b) pompa ciepła, c) spiętrzenie temperatury czynnika roboczego w pompie ciepła 3 Sprężarkowe parowe pompy ciepła jednostopniowe Obieg porównawczy Idealny obieg porównawczy Carnota 4 2

Sprężarkowe parowe pompy ciepła jednostopniowe Współczynniki wydajności grzejnej Qg Q0 + L Q0 COP = = = 1+ L L L Qg -ciepło użyteczne uzyskane w skraplaczu, Qo ciepło pobrane w parowniku z dolnego źródła, L - energia napędowa, Współczynnik wydajności grzejnej pompy ciepła dla idealnego obiegu Carnota COP Tg temperatura górnego źródła ciepła Td temperatura dolnego źródła ciepła, ΔT przyrost entropii C = T ΔS g = T ( Tg T0 ) ΔS Tg T0 g 5 Sprężarkowe parowe pompy ciepła jednostopniowe Schemat ideowy sprężarkowej pompy ciepła: Sp-sprężarka, S-skraplacz, ZR-zawór rozprężny, P-parownik Obieg teoretyczny p.c. Wykres T - s Obieg teoretyczny p.c. Wykres p - h 6 3

Sprężarkowe parowe pompy ciepła jednostopniowe Przemiany termodynamiczne w teoretycznym obiegu sprężarkowym z czynnikiem jednoskładnikowym sprężanie izentropowe (1-2), skraplanie izobaryczne (2-4 ) z dochłodzeniem cieczy (4-4), dławienie izentalpowe (4-5), odparowanie izobaryczne (5-6) z przegrzaniem pary (6-1). 7 Sprężarkowe parowe pompy ciepła jednostopniowe Obieg rzeczywisty sprężarkowej pompy ciepła w układzie: a) T-s, b) p-h 8 4

Sprężarkowe parowe pompy ciepła jednostopniowe Przemiany termodynamiczne w rzeczywistym obiegu sprężarkowym z czynnikiem jednoskładnikowym - występują spadki ciśnienia podczas przepływu czynnika przez wymienniki, - występują straty ciepła do otoczenia, - sprężanie pary nie jest przemianą izentropową i towarzyszy mu przyrost entropii, - dławienie cieczy nie jest izentalpowe 9 Sprężarkowe parowe pompy ciepła jednostopniowe Sprężarkowa pompa ciepła: a) ideowy schemat instalacji: 1- agregat sprężarkowy, 2- parowacz, 3- zawór rozprężny, 4- skraplacz, b) zmiany fazy czynnika roboczego w instalacji pompy ciepła, c) wykresy obiegu teoretycznego w układach współrzędnych: ciśnienie entalpia właściwa p-h oraz temperatura entropia właściwa T-s / (punkty oznaczają stan czynnika wg rys. b) 10 5

Sprężarkowe parowe pompy ciepła jednostopniowe Współczynnik wydajności grzejnej dla obiegu Lindego h 2 h 3 COPL = h h h1 - entalpia właściwa czynnika roboczego na wyjściu z parownika, [kj/kg] h2 - entalpia właściwa czynnika roboczego na wejściu do skraplacza (końca sprężu), [kj/kg] h3 - entalpia właściwa czynnika roboczego na wyjściu ze skraplacza, [kj/kg] Rzeczywisty współczynnik wydajności grzejnej q k + Δq k COPr = l + Δl 0 Δqk - przyrost właściwej wydajności grzejnej spowodowany nieodwracalnością przemian, [kj/kg] Δlo- przyrost właściwej pracy sprężania spowodowany stratami w sprężarce, [kj/kg] Przybliżona wartość rzeczywistego współczynnika wydajności grzejnej (COP)r = ηd (COP)c 2 1 0 ηd stopień doskonałości rzeczywistego obiegu pompy ciepła wynosi od 0,5 do 0,6 11 Równoległe połączenie sprężarkowych parowych pomp ciepła Równoległa współpraca pomp ciepła - zapewnia wyższą wydajność cieplną, uzyskaną dzięki dopasowaniu procesów skraplania i odparowania czynnika roboczego w wymiennikach ciepła do źródeł ciepła nisko- i wysokotemperaturowego, - skraplanie i odparowanie czynnika chłodniczego w każdej z pomp ciepła zachodzi przy innych temperaturach (ciśnieniach), bardziej odpowiadających przebiegom zmian temperatur źródeł ciepła. 12 6

Szeregowe połączenie sprężarkowych parowych pomp ciepła Szeregowe połączenia pomp ciepła tzw. kaskadowe: - elementem wspólnym łączącym oba obiegi są wymienniki (skraplaczoparowniki), w których jedną część stanowi skraplacz pierwszej pompy, współpracujący z parownikiem drugiej pompy. - zazwyczaj pompy ciepła pracują na różnych czynnikach roboczych. Układy wielostopniowe są stosowane głównie w przypadkach jednostek o średnich i dużych mocach. 13 Czynniki chłodnicze sprężarkowych parowych pomp ciepła W obecnie produkowanych pompach ciepła najczęściej stosowanymi czynnikami są: R134a, R404A, R407C, R410A, R290. W zależności od tego, jaki czynnik chłodniczy został zastosowany w pompie ciepła, zmienia się jej wydajność grzejna. 14 7

Czynniki chłodnicze sprężarkowych parowych pomp ciepła Porównanie wartości współczynników wydajności grzejnej dla różnych czynników roboczych 15 temperatury skraplania Tk= 50oC Czynniki chłodnicze sprężarkowych parowych pomp ciepła Objętościowa wydajność cieplna dla różnych czynników w obiegu Lindego 16 8

Czynniki chłodnicze sprężarkowych parowych pomp ciepła W pompach ciepła najczęściej używanymi czynnikami chłodniczymi mieszaninami zeotropowymi są: R 404A (roztwór o składzie: R 125-44%, R 134a-4% i R143a-52%), R 407C (roztwór o składzie: R 32 23%, R125-25% i R134a-52%), R 410A (roztwór o składzie: R 32-50% i R 125-50%). Wykres obiegu sprężarkowej pompy ciepła z roztworem zeotropowym jako czynnikiem roboczym w układzie współrzędnych p-h 17 Czynniki chłodnicze sprężarkowych parowych pomp ciepła Przydatność czynników chłodniczych do pracy w obiegu pompy ciepła ocenia się w oparciu o następujące kryteria: wartość współczynnika wydajności grzejnej φ (COP), wartości i zakresy ciśnienia nasycenia, objętościową wydajność grzejną, wpływ na środowisko (ekologia), przy czym miarę szkodliwości oddziaływania czynników na środowisko stanowiły dotychczas dwa wskaźniki ODP i GWP Ozon Depletion Potential (ODP) charakteryzuje wpływ danej substancji na intensywność rozkładu ozonu stratosferycznego, przy czym poziomem odniesienia są właściwości R 11 (ODP=1), Global Warming Potential (HGWP) charakteryzuje zdolność substancji do tworzenia efektu cieplarnianego w odniesieniu do właściwości CO2, dla którego GWP100=1(odniesiony do horyzontu czasowego wynoszącego 100 lat). 18 9

Cechy charakterystyczne dolnych źródeł ciepła: duża pojemność cieplna, możliwie wysoka i stała temperatura, brak zanieczyszczeń powodujących korozję elementów instalacji lub powstawania osadów, dobra koherentność, łatwa dostępność i niskie koszty instalacji służącej do pozyskiwania i transportu ciepła, niskie koszty eksploatacji. 19 Podział Źródła odnawialne (naturalne): Powietrze atmosferyczne Woda Wody powierzchniowe Wody gruntowe i głębinowe Wody geotermalne Woda wodociągowa Woda morska Grunt Energia promieniowania słonecznego Źródła sztuczne (energia odpadowa): Gaz powietrze, spaliny, Ciecz woda, ścieki, woda powrotna w systemach ciepłowniczych 20 10

Ogólna charakterystyka Ogólna charakterystyka źródeł ciepła niskotemperaturowego do zasilania pomp ciepła 21 Wpływ temperatury zewnętrznej Zmienność temperatury źródeł ciepła niskotemperaturowego w zależności od temperatury zewnętrznej: 1-powietrze zewnętrzne, 2- wody powierzchniowe, 3- wody gruntowe, 4- grunt na głębokości 1,8 m 22 11

Systemy sprężarkowych pomp ciepła Systemy sprężarkowych pomp ciepła: a) woda woda (W/W), b) woda powietrze (W/A), c) powietrze woda (A/W), d) powietrze powietrze (A/A): 1-sprężarka, 2- skraplacz, 3- zawór rozprężny, 4- parowacz 23 Powietrze atmosferyczne Cechy charakterystyczne powietrza jako dolnego źródła ciepła: - łatwa dostępność i niskie koszty inwestycyjne związane z wykonaniem instalacji dolnego źródła ciepła. - nie powoduje zachwiania równowagi cieplnej otoczenia. - najbardziej efektywne jest wykorzystanie powietrza o temperaturze od 4 do 15ºC; stosowane są też pompy pracujące przy temperaturze nawet do - 30ºC, jednak wymagają one doprowadzenia dodatkowej energii potrzebnej do odszraniania wymiennika. Wówczas niskie są współczynniki wydajności pomp ciepła i konieczne jest stosowanie układów biwalentnych, wykorzystujących dodatkowe źródła ciepła (np. kocioł c.o.). - ilość ciepła, jaką można uzyskać z 1m3 powietrza wynosi od 1,4 do 2,2 Wh. - średnia wartość współczynnika przenikania ciepła w parowniku pompy ciepła wynosi U=35-50 W/m2K 24 12

Powietrze atmosferyczne Wady powietrza jako dolnego źródła ciepła: - duże wahania temperatury w okresie dobowym i rocznym, - niekorzystne warunki wymiany ciepła ze względu na niskie współczynniki przejmowania ciepła, zmuszają do stosowania wymienników o zwiększonej powierzchni wymiany ciepła, - w przypadku spadku temperatury powietrza poniżej 0ºC, występuje szronienie powierzchni wymiennika, które utrudnia wymianę ciepła, - zła koherentność i duża głośność pracy spowodowana pracą wentylatorów, - średnioroczny współczynnik wydajności grzejnej sprężarkowej pompy ciepła z parowaczem zasilanym powietrzem wynosi SPF=1,8-2,2 25 Powietrze atmosferyczne Pompa ciepła, w której dolnym źródłem ciepła jest powietrze Zastosowanie: do przygotowania c.w.u., do podgrzewania wody w instalacji c.o., do podgrzewania wody w basenie, do rekuperacji czyli odzysku ciepła z powietrza usuwanego z budynku. 26 13

Powietrze atmosferyczne 27 Wody powierzchniowe Cechy charakterystyczne wód powierzchniowych jako dolnego źródła ciepła: rzeki, jeziora i stawy - charakteryzują się dużymi wahaniami temperatury w zakresie od 0 do 15ºC, mała koherentność i możliwość oblodzenia wymiennika przy temperaturach bliskich 0ºC; przenoszą one jednak duże ilości energii. Przykładowo rzeka Wisła w Warszawie przy średniorocznym przepływie rzędu 624,0m3/s dostarcza średni roczny strumień ciepła wynoszący 3012,0 MW, strumień masy wody przetłaczanej przez parownik jest stosunkowo duży ze względu na niewielki spadek temperatury wody, wynoszący 4-5 K, a jednostkowa ilość uzyskiwanego ciepła zawiera się w granicach 4500-5900 Wh/m3, odbiór ciepła zawartego w wodach powierzchniowych może być realizowany za pomocą wymienników bezpośrednio zanurzonych w wodzie lub w wymiennikach zasilanych pompą. 28 14

Wody powierzchniowe Zalety: - niskie w porównaniu z wodą gruntową i głębinową koszty inwestycyjne i eksploatacyjne. Wady: -duże wahania temperatury, -zła koherentność najniższa temperatura zbiega się z maksymalnym zapotrzebowaniem na ciepło, -możliwość oblodzenia powierzchni parownika przy temperaturach bliskich 0 C. 29 Wody powierzchniowe Pompa ciepła z dolnym źródłem ciepła z wody powierzchniowej 30 15

Wody powierzchniowe 31 Wody gruntowe i głębinowe Cechy charakterystyczne wód gruntowych i głębinowych jako dolnego źródła ciepła: wody są wykorzystywane w urządzeniach o średniej i dużej mocy, bardzo korzystna jest stała i stosunkowo wysoka średnioroczna temperatura rzędu 8 do 12ºC, a wody głębinowe osiągają nawet 15ºC, dobra koherentność i niskie koszty eksploatacyjne, niekorzystne właściwości to duże koszty inwestycyjne, zależne od rodzaju terenu i głębokości występowania wody oraz możliwość zanieczyszczenia i korozji, 32 16

Wody gruntowe i głębinowe Cechy charakterystyczne wód gruntowych i głębinowych jako dolnego źródła ciepła (c.d.): odległość między dwiema studniami czerpalną i chłonną w przypadku wód gruntowych powinna wynosić około 30-50 m, a dla wód głębinowych około 100 m, z 1 m3 wody gruntowej można uzyskać od 6,8 do 9,0 kwh przy COP = 3. NP : Dla ogrzania domku jednorodzinnego o powierzchni użytkowej 150 m2 wymagany jest w zależności od rozwiązania strumień objętości wody od 2,5 do 3,5 m3/h 33 Wody gruntowe i głębinowe Ideowe schematy ujęć wód podziemnych 34 17

Wody gruntowe i głębinowe Strumień objętości wody zasilającej parownik pompy ciepła V& = c p Q& ΔT ρ Q & - moc cieplna pobierana z dolnego źródła, kw, c p -ciepło właściwe wody, kj/kgk, ΔT - spadek temperatury w parowniku, K (ΔT= 4-5K), ρ -gęstość wody, kg/m3. m 3 s Problemy eksploatacyjne: - narastanie szlamu na ściankach studni, -wytrącanie się żelaza, - zanieczyszczenia biologiczne, - ograniczenie dopływu świeżej wody, - zamulenie, - uszkodzenie obramowania studni. 35 Wody gruntowe i głębinowe Pompa ciepła z ujęciem wody gruntowej lub głębinowej 36 18

Wody gruntowe i głębinowe 37 Woda geotermalna Woda geotermalna Woda geotermalna transportuje energię cieplną z wnętrza Ziemi na jej powierzchnię. Wielkość energii geotermalnej jest zależna od pory dnia i roku. Źródła geotermalne eksploatuje się przez instalację otworem eksploatacyjnym i zatłaczającym ze względu na wymagania ekologiczne, Temperatura polskich wód geotermalnych wynosi około 100ºC, choć są też źródła o temperaturze do 150ºC Wody geotermalne współpracują z pompami ciepła absorpcyjnymi w Pyrzycach i Mszczonowie w Polsce. Źródłem ciepła niskotemperaturowego jest woda o temperaturze 64 i 42ºC. 38 19

Woda wodociągowa i morska Woda wodociągowa Woda wodociągowa ma temperaturę rzędu 10ºC, jednak ze względu na jej wysoki koszt nie jest zalecane jej stosowanie jako dolnego źródła ciepła. Woda morska Woda morska ze względu na korozyjność jest wykorzystywana rzadko. Temperatura wody jest niska i wynosi 3-8ºC; ze względu na jej zasolenie, temperatura zamarzania wynosi -1 do -2ºC, co sprawia, że niebezpieczeństwo oszronienia parowacza jest niskie. Wymienniki ciepła montuje się na głębokości 25 do 50 m, uzyskując tym samym stałą temperaturę źródła. Woda ta może być wykorzystana do pomp ciepła stosowanych na statkach. 39 Grunt Temperatura gruntu w zależności od głębokości: - ze względu na koszty inwestycyjne energię cieplną pobiera się z głębokości około 2m, - temperatura górnych warstw gruntu zmienia się odpowiednio do zmian temperatury powietrza, - na głębokości gruntu ok.2 m temperatura gruntu zmienia się od ok.6 C (w lutym) do 15 C (w sierpniu); zachowuje stałość w cyklu dobowym. - w wierzchniej 10 m warstwie gruntu zakumulowana jest energia cieplna pochodząca od promieniowania słonecznego i od wymiany ciepła i wilgoci z atmosferą, -na głębokości 10m temperatura gruntu jest stała; równa średniorocznej temperaturze powietrza zewnętrznego dla umiarkowanej strefy klimatycznej i wynosi ok.10-11 C -w głębszych warstwach ziemi, powyżej 20m zakumulowana jest też energia pochodząca z wnętrza ziemi, 40 20

Grunt Zmiany temperatury powietrza i gruntu dla umiarkowanej strefy klimatycznej 41 Grunt Rozkład temperatury w gruncie na głębokości 1,5 m 42 21

Grunt Cechy charakterystyczne gruntu jako dolnego źródła ciepła: - wydajność cieplna gruntu Z 1 m3 suchego gruntu pozyskuje się 10 do 30 W energii cieplnej, a z gruntu wilgotnego powyżej 40 W. Korzystny jest więc grunt wilgotny, najlepiej gliniasty o największym współczynniku przewodzenia ciepła. Grunt posiada stałą temperaturę w czasie, a w okresie największego zapotrzebowania na ciepło, jego temperatura jest wyższa od temperatury powietrza zewnętrznego. Ciepło można pobierać z gruntu za pomocą wtórnego nośnika ciepła z wykorzystaniem wymiennika gruntowego poziomego, spiralnego lub pionowego. 43 Grunt Nośniki ciepła woda (studnie głębinowe) jeżeli nie występuje niebezpieczeństwo zamarznięcia, solanki (wodne roztwory soli) - stosowane już bardzo rzadko ze względu na agresywność korozyjną w stosunku do instalacji, wodne roztwory glikoli: etylenowego (ERGOLID A) lub propylenowego (ERGOLID EKO) - z zestawem inhibitorów i środkami przeciwpiennymi -ciecze o niskiej temperaturze krzepnięcia. 44 22

Grunt Wymienniki (kolektory) poziome Gruntowe poziome wymienniki ciepła mogą być wykonywane w różnych konfiguracjach : jako układy szeregowe lub wężownicowe (rys.). Wymienniki są wykonywane przeważnie z rur z tworzyw sztucznych (PVC, polietylenowych, polipropylenowych lub polibutylenowych) o średnicy 20 40 mm, układanych na głębokości 1,0 1,2 do 1,5 m, a odległość między rurami wynosi 0,8 1,0 m. W zasadzie rury wymienników ciepła powinny być układane na głębokości ok. 30 cm niższej niż głębokość przemarzania. Maksymalna długość rur z PE w jednej pętli nie powinna przekraczać 100-150 m. Przyrost temperatury nośnika ciepła w gruncie wynosi 3 4 K. Gęstość strumienia ciepła pobieranego z gruntu zależy od jego rodzaju i wilgotności: grunt suchy q = 10 30 W/m2, grunt wilgotny q = 40 50 W/m2 Za pomocą rury o długości 100 m można odebrać z gruntu ok.. 3 5 kw ciepła w 45 czasie 1 godz. Grunt Przykładowe moce pomp ciepła przy poborze ciepła z gruntu za pomocą poziomych wymienników gruntowych: Konfiguracja szeregowa: Przepływ: szeregowy, Typowa średnica rur: 1 1/4 " do 2 Nominalna długość: 28 45 m/1 kw Głębokość wykopu: 1,0 1,5 m Maksymalna moc pompy: 17,5 kw Konfiguracja podwójnie - szeregowa: Przepływ: szeregowy, Typowa średnica rur: 1 1/4 " do 2 Nominalna długość: 17-30 m/1 kw Głębokość wykopu: 1,2 1,8 m 0,9-1,5 m 46 23

Grunt Wymienniki (kolektory) poziome Różne konfiguracje poziomych gruntowych wymienników ciepła 47 Grunt Wymienniki (kolektory) poziome Przykładowy układ pętli kolektora płaskiego poziomego 48 24

Grunt Wymienniki (kolektory) poziome 49 Grunt Wymienniki (kolektory) poziome spiralne Cechy: rury polietylenowe zwinięte w kształt spirali są umieszczone w kilku rowach (wykopach) o głębokości 1,6 2,0 m, szerokości do 1m i długości do 20 m, oddalonych od siebie o co najmniej 2 m. całkowita długość rur kolektora znajdującego się w wykopie o długości 15 m wynosi ok. 125 m. zastosowanie wymiennika spiralnego redukuje o 1/3 długość wykopu w porównaniu do wymiennika wężownicowego o takiej samej wydajności. 50 25

Grunt Wymienniki (kolektory) poziome spiralne Przykładowy układ kolektora gruntowego poziomego spiralnego 51 Grunt Wymienniki (kolektory) pionowe Cechy: W odwierty o głębokości 30 100 m, a nawet 150 m (konieczne jest zezwolenie) wkłada się sondy pionowe, czyli rury zgięte w kształcie litery U, w których krąży glikol, Wysokie koszty inwestycyjne, Z 1 m odwiertu można uzyskiwać 30 70 W energii cieplnej. Odległość między odwiertami nie powinna być mniejsza niż 5 m. Typy kolektorów pionowych (rys.) typ U, o przepływie koncentrycznym, o przepływie przeciwbieżnym. 52 26

Grunt Typy kolektorów pionowych Typ U Przepływ Przepływ koncentryczny przeciwbieżny 53 Grunt Przykładowe moce pomp ciepła przy poborze ciepła z gruntu za pomocą wymienników pionowych: Konfiguracja U - szeregowa: Przepływ: szeregowy, Średnica rur: 3/4 ",1 ",1 1/4 " do 2 " Głębokość otworu: 8 15 m/1 kw Długość rur: 15 30 m Konfiguracja U - równoległa: Przepływ: równoległy, Średnica rur: 3/4 ",1 ", Głębokość otworu: 8 16 m/1 kw Długość rur: 16 32 m 54 27

Grunt 55 Promieniowanie słoneczne W naszej strefie klimatycznej suma promieniowania bezpośredniego i rozproszonego w bezchmurny letni dzień wynosi około 1 kw/m2. Średnia gęstość strumienia energii w miesiącach letnich wynosi około 350 W/m2. W miesiącach od maja do września ilość energii cieplnej pochodzącej od słońca jest na tyle duża, że pozwala pokryć zapotrzebowanie na cele ciepłej wody użytkowej. W okresach przejściowych energię słoneczną można wykorzystywać łącznie z pompami ciepła do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Zaletą promieniowania słonecznego jako dolnego źródła ciepła jest możliwość uzyskania wysokich temperatur rzędu 20-80ºC oraz dość duża liczba godzin słonecznych w ciągu roku wynosząca 1600h dla Polski. Wadą jest dobowa i sezonowa zmienność strumienia energii, zależność od czynników atmosferycznych oraz wysokie koszty inwestycyjne ujęcia. 56 28

Przykłady rozwiązań pomp ciepła Kompaktowa - sprężarkowa pompa ciepła systemu powietrze powietrze (P/P): a) schemat ideowy, b) układ elementów: 1 - parowacz, 2 - wlot powietrza zewnętrznego, 3- termostatyczne zawory rozprężne i zawory zwrotne, 4 - wylot powietrza podgrzanego, 5 - przepustnica,6 -skraplacz, 7- wlot powietrza podgrzewanego, 8 - sprężarka hermetyczna, 9 - zawór rewersyjny (do zmiany cyklu pracy ogrzewanie chłodzenie), 10 - wylot powietrza zewnętrznego, 11 - filtr, 12 - przepustnica 57 Sprężarkowe pompy ciepła w systemach ogrzewania i przygotowania c.w.u. System sprężarkowej pompy ciepła oraz regulacji jej wydajności zależy od następujących czynników: rodzaju oraz parametrów dolnego źródła ciepła, warunków klimatycznych (obliczeniowych parametrów powietrza zewnętrznego), standardu wyposażenia budynku, bilansu cieplnego budynku, a głównie stosunku zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania do całorocznego zużycia ciepła, rodzaju instalacji centralnego ogrzewania, a głównie parametrów nośnika ciepła. 58 29

Sprężarkowe pompy ciepła w systemach ogrzewania i przygotowania c.w.u. Warianty współpracy pompy ciepła z instalacją centralnego ogrzewania: -układ z pompą ciepła jako jedynym źródłem zasilania instalacji c.o. - układ monowalentny, -układ z pompą ciepła (podstawowe źródło ciepła) i dodatkowym (szczytowym)źródłem ciepła (podgrzewacz elektryczny, kocioł gazowy lub olejowy, a niekiedy kocioł lub kominek na paliwo stałe) - układ biwalentny. 59 Sprężarkowe pompy ciepła w systemach ogrzewania i przygotowania c.w.u. Wykres regulacyjny różnych systemów ogrzewania: 1- ogrzewanie grzejnikowe o parametrach 90/70oC, 2- ogrzewanie grzejnikowe o parametrach 60/50oC, 3- ogrzewanie podłogowe o parametrach 45/40oC 60 30

Układy monowalentne pomp ciepła Przykłady Schemat monowalentnego układu sprężarkowej pompy ciepła: 1-pompa ciepła, 2- ogrzewanie podłogowe, 3-pompa obiegowa, 4-zawór odcinający, 5- zawór bezpieczeństwa, 6-przeponowe naczynie wzbiorcze, 7- zawór przelewowy, 8-łączniki elastyczne, 9-zawór do napełniania i opróżniania instalacji, 10- manometr, 11- odpowietrznik, 12-czujnik regulatora pogodowego, 61 13-rozdzielacz powrotny, 14- rozdzielacz zasilający Układy monowalentne pomp ciepła Przykłady Monowalentny układ sprężarkowej pompy z wodnym zasobnikiem ciepła: 1- pompa ciepła systemu A/W, 2 - ogrzewanie podłogowe, 3 - pompa obiegowa, 4 - zawór odcinający, 5 - zawór bezpieczeństwa, 6 - przeponowe naczynie wzbiorcze, 7- zawór donapełniania i opróżniania, 8 - manometr, 9 - odpowietrznik, 10 - łączniki elastyczne, 11 - zasobnik ciepła, 12 - czujnik 62 regulatora pogodowego, 13 - rozdzielacz zasilający, 14 - rozdzielacz powrotny 31

Układy monowalentne pomp ciepła Przykłady Monowalentny układ SPC z wodnymi zasobnikami ciepła ogrzewanymi elektrycznie (praca równoległa): 1- pompa ciepła, 2 - ogrzewanie podłogowe, 3 - pompa obiegowa, 4 - zawór odcinający, 5 - zawór bezpieczeństwa, 6 - przeponowe naczynie wzbiorcze, 7- zawór przelewowy, 8 - łączniki elastyczne, 9 - zawór do napełniania i opróżniania, 10 - manometr, 11- odpowietrznik, 12 - silnikowy zawór mieszający, 13 - zasobnik z grzałką elektryczną, 14 - regulator temperatury, 15- czujnik pogodowy, 16- czujnik pogodowy układu rozładowania zasobnika 17- regulator c.o., 18 - czujnik temperatury, 19 - rozdzielacz zasilający, 20 - rozdzielacz powrotny 63 Układy monowalentne pomp ciepła Przykłady Przykład włączenia buforowego zasobnika ciepła w instalację SPC: 1- sprężarka, 2- skraplacz, 3- zawór rozprężny, 4- parowacz,5- zasobnik ciepła, Ppcpompa obiegowa w obiegu pierwotnym, tpc - temperatura wody dopływającej do skraplacza, tz - temperatura zasilania instalacji c.o., Pco - pompa obiegowa instalacji c.o., tp - temperatura powrotu z instalacji c.o., Vco - strumień objętości wody w instalacji c.o., Vpc - strumień objętości wody w obiegu pierwotnym 64 32

Układy biwalentne pomp ciepła Przykłady Systemy współpracy między źródłami: system rozdzielony (alternatywny), system równoległy, system mieszany. 65 Układy biwalentne pomp ciepła Przykłady Schemat układu z biwalentnym systemem rozdzielonym (alternatywnym) pracy SPC (pompa ciepła na zasilaniu instalacji): 1- pompa ciepła,2 - grzejnik, 3 - pompa obiegowa, 4 - zawór odcinający, 5 - zawór bezpieczeństwa, 6 - przeponowe naczynie wzbiorcze, 7 - zawór przelewowy, 8 - łączniki elastyczne, 9 - zawór do napełniania i opróżniania, 10 - manometr, 11- odpowietrznik, 12 - silnikowy zawór przełączający, 13 - zawór mieszający, 14 - regulator temperatury, 15 - czujnik pogody, 16 - kocioł gazowy lub olejowy, 17- termostatyczny zawór grzejnikowy, 18 - odpowietrznik, 19 - regulator c.o., 20 - czujnik temperatury, 21 - wodny zasobnik ciepła 66 33

Układy biwalentne pomp ciepła Przykłady Schemat układu z biwalentnym, równoległym systemem pracy: 1 - pompa ciepła,2 - ogrzewanie podłogowe, 3 - pompa obiegowa, 4 - zawór odcinający, 5 - zawór bezpieczeństwa, 6 - przeponowe naczynie wzbiorcze, 7 - zawór przelewowy, 8 - łączniki elastyczne, 9 - zawór do napełniania i opróżniania, 10 - manometr, 11 - odpowietrznik, 12 - zawór mieszający, 13 - kocioł olejowy lub gazowy, 14 - regulator temperatury, 15 - czujnik pogodowy, 16 - regulator c.o., 17 - czujnik temperatury, 18 - rozdzielacz zasilający, 19 - rozdzielacz powrotny 67 Układy biwalentne pomp ciepła Przykłady Schemat układu z biwalentnym mieszanym (równoległo - alternatywnym) systemem pracy SPC: 1 - pompa ciepła, 2 - kocioł olejowy lub gazowy, 3 - przeponowe naczynie wzbiorcze, 4 - termostat kotłowy, 5 - zawór bezpieczeństwa, 6 - silnikowy zawór mieszający, 7- czujnik temperatury zewnętrznej, 8 - zawór mieszający, 9 - pompa obiegowa, 10 - odbiornik ciepła, 11 - zasobnik wodny, 12 - regulator c.o., 13 - zawór elektromagnetyczny 68 34

Połączenia SPC z instalacjami do pozyskiwania ciepła z dolnego źródła Schemat zasilania parowacza SPC wodą głębinową 1 - pompa ciepła systemu W/W, 2 - zawór odcinający, 3 - manometr, 4 - termometr, 5 - kurek do poboru próbek wody, 6 - pompa wirowa (przy wysokości zasysania do 6 m), 7- pompa zatopiona, 8 - zawór zwrotny, 9- rura zbiorcza, 10- rura tłoczna, 11- filtr rurowy, 12- wypełnienie żwirowe, 13 - poziom wody gruntowej, 14 - uszczelnienie otworu studni, 15 - głowica studni, 16 - obudowa studni czerpalnej, 17 - obudowa studni chłonnej, 18 - rura 69 zatłaczająca, L - odległość między studniami Połączenia SPC z instalacjami odbiorczymi i instalacjami do pozyskiwania ciepła z dolnego źródła Schemat połączenia SPC z wymiennikami gruntowymi i instalacjami odbiorczymi 70 35

Materiały źródłowe: Pompy ciepła [1]. Rubik M.: Pompy ciepła. Poradnik. Wydawnictwo: Ośrodek Informacji Technika instalacyjna w budownictwie Warszawa 1999 [2]. Zalewski W.: Pompy ciepła sprężarkowe, sorpcyjne i termoelektryczne. Wydawnictwo: IPPU MASTA Sp. z o.o. Gdańsk 2001 71 Dziękuję za uwagę Dziękuję za uwagę 72 36