Pompy ciepła Zasada działania pompy ciepła polega na pozyskiwaniu ciepła ze środowiska ( wody, gruntu i powietrza) i przekazywaniu go do odbiorcy jako ciepło grzewcze. Ciepło pobrane z otoczenia sprężane jest w sprężarce w wyniku, czego jego temp. wzrasta i oddawane zostaje do budynku. Zasada działania jest podobna do pracy lodówki. Z jej wnętrza, wypompowywuje się ciepło i oddaje do otoczenia. Zastosowanie pompy ciepła wzięło się z jej wysokiej sprawności określonej jako współczynnik efektywności COP (Coefficient of Performance): COP= oddawana moc grzewcza / użyta moc elektryczna 4 kw/1kw=4
W zależności od źródła napędzania sprężarki można podzielić pompy ciepła na: -mechaniczne napędzane energią elektryczną -absorpcyjne napędzane gazem Ciepło pobierane jest z dolnego źródła ciepła którym jest środowisko i oddawane do górnego źródła ciepła, którym jest odbiorca nośnik ciepła instalacja. Dolne źródło ciepła powinno charakteryzować się cechami: - duża pojemność cieplna - stała, najlepiej jak najwyższa temperatura przez cały czas - brak zanieczyszczeń - dobra dostępność taka, aby uniknąć wysokich kosztów instalacji Dolnym źródłem ciepła dla pomp mogą być: * źródła odnawialne: - grunt ( temp. 8-12 0 C ) - słońce ( temp. 20-80 0 C ) - pow. zewnętrzne ( temp. 4-15 0 C ) - woda gruntowa (temp. 8-12 0 C ) - woda powierzchniowa (temp. 5-15 0 C ) * ciepło odpadowe - ścieki - powietrze wentylacyjne - gazy wylotowe - woda powrotna w systemach ciepłowniczych
Podział pomp: Powietrze zewnętrzne jako dolne źródło ciepła Charakterystyka: - najłatwiej dostępne - najniższa cena - niskie koszty instalacji - duże wahania temperatury - duża powierzchnia wymiennika - duży hałas - stosowane w domach jednorodzinnych - mniejsza sprawność - powstawanie szronu na parowaczu - temp. użyteczna pracy powyżej 3 0 C - większa energia do napędu wentylatorów Woda jako dolne źródło ciepła
Charakterystyka - niskie koszty eksploatacyjne - stała wysoka temperatura - zrzut wody ze studni może odbywać się do zbiorników otwartych - pobór wody z jezior i rzek może odbywać się bezpośrednio lub przez zatopioną wężownicę - wysokie koszty inwestycyjne - przy dużej mineralizacji wody potrzebny wymiennik ciepła - studnia może ulec zamuleniu - jeżeli kierunek przepływu wód gruntowych nie jest znany to odległość między studniami powinna być większa niż 30 m Grunt jako dolne źródło ciepła Charakterystyka - stała temperatura w przybliżeniu równa temp. średniorocznej powietrza - temperatura gruntu wokół kolektorów obniża się na wskutek poboru ciepła, co zmniejsza sprawność odzysku ciepła. Grunt musi się zregenerować do temp. wyjściowej. - ciepło pozyskiwane jest poprzez zagłębione w ziemi pionowo lub poziomo kolektory wypełnione solanką lub glikolem Pompy mogą mieć gruntowy wymiennik ciepła: *Pionowy zagłębione pionowo sondy
- potrzeba wiercenia otworu na głębokość 20-100 m - konieczność zachowania odstępów między sondami min. 5 m - uzyskiwana wydajność pompy 25-70 W/m rury -aby zapobiec wychłodzeniu gruntu szczególnie w przypadku pracy pomp o dużej wydajności, latem można ciepło z kolektorów słonecznych odprowadzać do gruntu. *Poziomy- położone płasko rury ( kolektory)
- rury PE, PP, PB umieszczane są na głębokości 1,2-2,0 m w odległości, co 0,8-1,0 m. - wydajność jest zależna od rodzaju gruntu i jego wilgotności. Średnio między 10-35 W/m2 Grunt piaszczysty suchy od 10-15 W/m 2 Grunt piaszczysty wilgotny 15-20 W/m 2 Grunt ilasty suchy 20-25 W/m 2 Grunt ilasty wilgotny 25-30 W/m 2 Grunt wodonośny 30-35 W/m 2 Dodatkowo są stosowane, ale rzadko z uwagi na b. duże koszty inwestycyjne pale energetyczne. Miejsce na pale drąży się pod domem. Dla mocy 5kW potrzeba wykonać ok. 10 otworów. Bardzo korzystne jest chłodzenie za pomocą pompy ciepła. Wykorzystuje się tzw. funkcję natural cooling. Ciepło z pomieszczeń odbierane jest za pomocą : - konwektorów wentylatorowych - stropów chłodzących - ogrzewania podłogowego - elementów konstrukcyjnych budynku
Z uwagi na ciągle duże ceny pomp ciepła, nie są one chętnie stosowane przez inwestorów. Niestety taka inwestycja nie zwróci się w ciągu nawet kilku dziesięcioleci. W Skandynawii ten typ ogrzewania jest stosowany dość powszechnie. Jeżeli jednak chcemy zainwestować w takie urządzenie należy pamiętać o bardzo dobrej izolacji budynku najlepiej z mechaniczną wentylacją ( rekuperacją). Zapotrzebowanie budynku na ciepło do ogrzewania powinno być na możliwie najniższym poziomie. Wówczas zużycie energii do napędzania pompy będzie niskie. Inwestorzy często instalują pompy ciepła w budynkach o standardowej termice licząc na oszczędności. Jednak jak się okazuje rachunki za prąd są porównywalne z rachunkami za np. paliwo stałe do kotła. Energia elektryczna stale drożeje i oszczędności maleją. Szczególnie poleca się stosowanie pomp ciepła w budynkach pasywnych i niskoenergetycznych. Najlepszym rozwiązaniem byłoby napędzanie pompy energią pozyskaną z odnawialnych źródeł np. ogniw, fotowoltaicznych, które niestety w Polsce są bardzo drogie. Poniżej kompaktowa centrala z odzyskiem ciepła pompa ciepła zastosowana do odzysku ciepła w rekuperacji z powietrza wywiewanego na zewnątrz ( zużytego) i oddania go do powietrza powietrze nawiewanego do pomieszczeń, co zwiększa sprawność rekuperatora.
Poniżej kompaktowa centrala cieplna dla domów pasywnych Vitotres 343 wewnątrz urządzenia znajduje się rekuperatora, pompa ciepła, zbiornik na ciepłą wodę. Urządzenie daje możliwość odzysku ciepła w zastosowanej rekuperacji z powietrza wywiewanego dla powietrza nawiewanego do pomieszczeń i dla zasobnika ciepłej wody użytkowej. Jednocześnie pozyskiwanie ciepła do ciepłej wody z kolektorów słonecznych.
www.passdoradztwo.pl źródło: zdj. z art. Pompy ciepła Viessmann, prezentacja budpas Andrzej Górka