Читать книгу Pompy ciepła - Janusz Strzyżewski - Страница 3

Pompy ciepła można podzielić na rodzaje w zależności od typu źródła ciepła. W tym rozdziale przedstawiamy podstawowe informacje na temat sposobu działania pomp ciepła, opisujemy ich elementy oraz wykorzystywane źródła energii.

Podstawy fizyczne działania pomp ciepła

Pompa ciepła działa na tej samej zasadzie co chłodziarka, przy czym przekazywanie ciepła odbywa się w przeciwnym kierunku. Chłodziarka odbiera ciepło zawarte w produktach i oddaje je do otoczenia, a pompa ciepła pobiera ciepło z otoczenia i przekazuje je do systemu ogrzewania.

Pompy ciepła pobierają z otoczenia – gruntu, wody, powietrza – zmagazynowane ciepło słoneczne i oddają je w formie energii cieplnej, która może służyć do ogrzewania wody lub ogrzewania pomieszczeń, a także do obu tych celów jednocześnie. Pompa czerpie ciepło ze źródeł o temperaturze niższej niż temperatura w pomieszczeniach lub temperatura ogrzewanej wody. Pobiera energię cieplną z medium o niższej temperaturze (np. woda gruntowa ma temperaturę 7÷12°C, a powietrze może mieć nawet –20°C) i dostarcza ją do odbiorników o temperaturze +20°C lub wyższej. Proces taki kojarzy się z pompowaniem ciepła z dołu do góry. Od niższej do wyższej temperatury.

Urządzenia sprężarkowej pompy ciepła

Zasadnicza część pompy ciepła umieszczana we wnętrzu budynku swoim wyglądem przypomina większą chłodziarkę albo stojący kocioł grzewczy opalany gazem (rys. 1).

Rys. 1. Pompa ciepła powietrze-woda [nr 2 w materiałach źródłowych]

W dużym uproszczeniu sprężarkowa pompa ciepła składa się z dwu wymienników ciepła: skraplacza i parownika oraz kompresora i zaworu rozprężnego (rys. 2).

Rys. 2. Schemat pompy ciepła [1]

Glikol z obiegu dolnego źródła, płynąc w wężownicy, odbiera energię cieplną z gruntu, powietrza lub wody. W parowniku pompy podgrzany w ten sposób oddaje ciepło zimnemu czynnikowi chłodniczemu obiegu wewnętrznego pompy ciepła. Czynnik chłodniczy podgrzewa się i odparowuje, stając się gazem. Następnie gaz ten jest sprężany w kompresorze. Wytworzone w tym procesie ciepło zostaje przekazane w skraplaczu do systemu instalacji centralnego ogrzewania budynku lub użyte do podgrzania ciepłej wody użytkowej. Skroplony gaz po przejściu przez zawór rozprężny obniża swoje ciśnienie oraz temperaturę i wraca do parownika, gdzie ponownie odbiera ciepło od czynnika obiegu dolnego źródła i proces zaczyna się ponownie. Podstawą działania pompy ciepła jest wzrost temperatury gazu przy jego sprężaniu i spadek temperatury przy rozprężaniu.

Oprócz podstawowych opisanych wcześniej elementów pompa zawiera kilka urządzeń pomocniczych, takich jak pompy obiegowe, zawory termostatyczne oraz układy sterowania i aparaturę zabezpieczającą. Będzie o nich mowa przy prezentacji konkretnych rozwiązań poszczególnych typów pomp ciepła.

Źródła energii zasilające urządzenie

Pompa ciepła musi pobierać energię nie tylko z dolnego źródła, ale także energię niezbędną do działania jej mechanizmów, w tym kompresora (sprężarki), czerpaną z sieci elektroenergetycznej lub z instalacji współdziałającej z odnawialnym źródłem energii. Uproszczony bilans energetyczny pompy ciepła ilustruje rysunek 3.

Jak wspomniano, pompa pobiera ciepło z tzw. dolnego źródła ciepła i przekazuje do instalacji grzewczej zwanej „górnym źródłem ciepła”. Rolę dolnego źródła ciepła może wypełniać woda, grunt lub powietrze. W optymalnym z punktu widzenia ekologii rozwiązaniu także energia elektryczna potrzebna do napędu sprężarki oraz zasilania wspomagających grzejników elektrycznych powinna być czerpana z odnawialnych źródeł energii.

W praktyce jako dolne źródło może być wykorzystany podpowierzchniowy ciek wodny (rys. 4) lub np. studnia głębinowa.

Rys. 4. Przykład czerpania energii cieplnej z podpowierzchniowego cieku wodnego [3]

W przypadku wykorzystania istniejącej studni lub innego zbiornika wodnego uzyskuje się znaczne oszczędności kosztów budowy dolnego źródła. Innym typem dolnego źródła może być grunt. Stosowane są układy poziome wymagające dużej powierzchni terenu (rys. 5) oraz pionowe (rys. 6) używane w przypadkach, gdy brak miejsca na układ poziomy.

Rys. 5. Poziomy kolektor gruntowy [3]

Rys. 6. Pionowy kolektor gruntowy [3]

Czynnikiem roboczym przenoszącym energię cieplną w układzie pompy ciepła jest niezamarzająca mieszanina glikolu propylenowego z wodą, zwana popularnie „solanką”. Solanka ogrzewa się w kolektorze umieszczonym w wodzie lub w gruncie i oddaje ciepło w parowniku pompy ciepła (por. rys. 2).

Każda pompa służąca do ogrzewania pomieszczeń powinna współpracować ze wspomagającym źródłem energii cieplnej włączającym się w przypadku wystąpienia większych spadków temperatury zewnętrznej. Mogą to być grzejniki elektryczne lub piec gazowy, olejowy lub opalany węglem.

Niewątpliwą zaletą pompy ciepła są niskie koszty eksploatacji. Ponadto ważne będą również aspekty ekologiczne. Pompa ciepła nie emituje spalin ani też nie wymaga dowozu opału i ew. wywozu produktów spalania, nie zanieczyszcza więc środowiska.

Materiały źródłowe:

1. Materiały katalogowe firmy CIEPŁODOM.

2. Materiały katalogowe firmy DE DIETRICH.

3. Materiały katalogowe firmy ECO SCHUBERT.

4. Materiały katalogowe firmy MOJA ENERGIA.