SPRĘŻARKA

1. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA ODBIORNIK ODBIORNIK Tg Tg Pg SPRĘŻARKA SKRAPLACZ SKRAPLACZ Ps Ps M M ZAWÓR ROZPRĘŻNY PAROWNIK PAROWNIK SILNIK NAPĘDOWY Po Po To To ŹRÓDŁO ENERGII ŹRÓDŁO ENERGII Zasada działania sprężarkowej pompy ciepła

2. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA OBIEG TERMODYNAMICZNY POMPY CIEPŁA OBIEG TEORETYCZNY SPRĘŻARKOWEJ POMPY CIEPŁA Z PRZEGRZEWACZEM PARY W UKŁADZIE WSPÓŁRZĘDNYCH T-s; logp-h (1-2) sprężanie izentropowe pary czynnika roboczego; (2-4’) skraplanie izobaryczne połączone z dochłodzeniem cieczy w punktach (4’-4); (4-5) izentalpowe dławienie ciekłego czynnika (5-6) odparowanie izobaryczne wraz z przegrzaniem pary (6-1) -rzeczywisty współczynnik efektywności grzewczej pompy ciepła dr- stopień doskonałości rzeczywistego obiegu pompy ciepła (dr=0,5-0,6)

3. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA Współczynnik wydajności sprężarkowej pompy ciepła COP = Pg / Ps gdzie: Pg – moc grzewcza pompy ciepła, Ps – moc pobierana z sieci przez silnik napędowy oraz osprzęt COP = h*Tg / (Tg-To) gdzie: h - sprawność obiegu rzeczywistego w porównaniu z teoretycznym (można przyjmować wartość ok. 0,5) Tg - temperatura skraplania czynnika ( musi być wyższa od wymaganej temperatury podgrzania odbiornika o ok. 5 K ) To - temperatura parowania czynnika To, ( musi być niższa od temperatury źródła )

4. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA Współczynnik wydajności sprężarkowej pompy ciepła

5. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA Budowa sprężarkowej pompy ciepła

6. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

7. Niskotemperaturowe źródła ciepła W środowisku naturalnym występują powszechnie źródła ciepła o temperaturze zbyt niskiej do bezpośredniego wykorzystania, posiadające jednocześnie olbrzymi potencjał energetyczny (pojemność cieplną). Należą do nich: wody powierzchniowe, wody gruntowe, powietrze atmosferyczne, grunt. Niskotemperaturowe źródła energii dla pomp ciepła powinny cechować się: -         dużą pojemność cieplną, -         łatwym dostępem i niskim kosztem wykonania instalacji, -         stałą i stosunkowo wysoką temperaturą w ciągu roku, -         małą aktywnością chemiczną. Przykładowo wody powierzchniowe charakteryzują się ograniczonym dostępem i mają zmienne temperatury w zależności od pory roku. W okresie największych potrzeb grzewczych temperatura wód powierzchniowych jest najniższa i wówczas współczynnik wydajności grzewczej pompy ciepła jest stosunkowo niewielki. Powietrze atmosferyczne jest z kolei źródłem ogólnodostępnym, ale jego temperatura drastycznie spada w okresie największego obciążenia systemu grzewczego. Pompy ciepła najczęściej czerpią energię zakumulowaną w gruncie. Jest to źródło energii cieplnej ogólnodostępne o względnie stabilnej temperaturze w ciągu całego roku. Na głębokości 20 metrów, niezależnie od pory roku, temperatura wynosi +10oC. W płytszych warstwach obserwuje się oscylacje sezonowe: na głębokości 4 metry od +12oC w październiku do +6,5oC w kwietniu, a na głębokości 2 metry przeciętnie od +15oC we wrześniu do +3,5oC w lutym. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

8. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA Rodzaj gruntu Współczynnik przewodzenia ciepła, W/(m.K) Żwir 0,70 Piasek suchy 0,58 Piasek o wilgotności 20% 1,33 Piasek nasycony wodą 1,88 Piasek morski o wilgotności 20% 1,76 Piasek morski nasycony 2,44 Grunt gliniasty mokry 2,33 Grunt żwirowo-piaszczysty (wilgotny) 1,75 Grunt roślinny pod budynkiem 1,16 Grunt średniowilgotny 1,4 Właściwości cieplne gruntu Gęstość strumienia ciepła przejmowanego z gruntu zależy od jego rodzaju i wilgotności

9. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA Pozyskiwanie energii cieplnej z gruntu • wymiennik poziomy: z rur tworzywowych o średnicy 40  50 mm układanych na głębokości 1,2  2 m z zachowaniem odległości pomiędzy rurociągami 0,8  1 m. Odbiór ciepła z gruntu w warunkach letnich i jesiennych 15  20 W, a w warunkach zimowych 8  12 W mocy cieplnej w przeliczeniu na 1 mb rurociągu (w domu o powierzchni 200 m2 dla pompy ciepła o nominalnej mocy grzewczej 12 kW pod wymiennik gruntowy poziomy należy zarezerwować działkę o orientacyjnej powierzchni 400 ÷ 600 m2). • wymiennik pionowy: o głębokości odwiertów do 100 m (do 30 m bez formalności), zapewniają zimą większą wydajność jednostkową (30  90 W) W ze względu na wyższe temperatury gruntu (przykładowa temperatura czynnika w wymienniku podłączonym do pompy ciepła może spadać w miesiącach zimowych do 7÷8oC, dochodząc do 13÷14oC w miesiącach letnich). • Zasadniczą wadą rurociągowych wymienników gruntowych jest wysoki koszt ich wykonania – orientacyjnie jest on porównywalny z kosztem zakupu samej pompy ciepła.

10. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA - układ dwóch studni ch w układzie dwóch studni. Wody gruntowe mają względnie stałą temperaturę w ciągu całego roku (od 8 do 12°C), dlatego stanowią bardzo dobre źródło energii dla pomp ciepła. Przed zainstalowaniem takiego systemu należy jednak uzyskać pewność, że dane ujęcie zapewni dostęp do potrzebnej ilości wody, a szczególnie, że bez przeszkód uda się zatłaczanie schłodzonego czynnika do drugiej studni - zrzutowej. Sprawność działania takiego układu powinna być gwarantowana przez najmniej kilka lat i dotyczyć także energochłonności zatłaczania czynnika, bowiem trwałość studni chłonnej i zrzutowej mogą się różnić. Uzyskanie takiej gwarancji może jednak znacznie podrażać inwestycję, ze względu na wiercenia rozpoznawcze i procedury prób pompowania i zatłaczania. Istotną wadą układu dwóch studni jest przyspieszone zużycie samego parownika pod wpływem bezpośredniego kontaktu z wodą. Należy też pamiętać, że na czerpanie wody ze studni o głębokości większej niż 30 m potrzebne jest pozwolenie wodno prawne. - wodociąg wiejski, wymaganie wydajności: 0,15 – 0,2 m3/h na kW mocy grzewczej. - najprostszym i najtańszym, ale zarazem najbardziej ryzykownym rozwiązaniem pozyskiwania ciepła z gruntu jest układ z jedną studnią oraz zrzutem do wód powierzchniowych. Pobór wody ze studni dochodzący w okresie zimowym nawet do 1000 m3 na miesiąc może doprowadzić do obniżenia poziomu wód gruntowych.

11. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA Układy połączeń wymienników gruntowych wg www.pompyciepla.com.pl a) wymiennik gruntowy pionowy b) wymiennik gruntowy poziomy c) układ dwóch studni d) wodociąg

12. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA Montaż wymiennika gruntowego pionowego wg www.sunix.pl

13. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA Montaż wymiennika gruntowego poziomego wg www.sunix.pl Orientacyjne koszt budowy wymiennika gruntowego pionowy: 70 - 100 PLN/mb odwiertu poziomy: 30 – 40 PLN/mb

14. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA Data Średnia temperatura źródła, oC Energia pobrana z sieci, kWh Energia oddana przez skraplacz, MJ Energia pobrana przez parownik, MJ Współczynnik. wydajności chłodniczej grzewczej 24.10 4,8 9,63 93,8 58,9 1,70 2,71 12.10 6,7 27,70 253,4 183,8 1,84 2,54 28.04 7,3 14,91 155,2 109,7 2,04 2,89 21.10 7,7 24,60 252,4 149,8 1,69 2,85 22.10 8,2 19,61 196,9 138,9 1,96 2,79 26.04 8,4 27,68 266,3 191,9 1,92 2,67 11.10 12,6 24,79 263,8 201,3 2,25 2,96 26.10 14,6 17,60 187,8 138,6 2,18 2,96 13.10 14,9 14,51 162,3 119,2 2,28 3,11 27.10 16,2 12,01 128,0 92,9 2,15 2,96 14.10 20,7 10,05 119,8 87,8 2,42 3,31 25.10 22,0 16,24 192,0 143,2 2,45 3,28

15. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA

16. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA Przykład I: Dom jednorodzinny Funkcją układu jest centralne ogrzewanie oraz przygotowanie ciepłej wody użytkowej w domu jednorodzinnym o powierzchni 250 m2. Źródłem ciepła jest pompa ciepła firmy Hibernatus wykorzystująca kolektor gruntowy poziomy. Data realizacji: Sierpień 2002 r. Moc grzewcza pompy ciepła: 11 kW Koszt inwestycji: 55 tys. zł brutto (cena zawiera: dolne źródło ciepła, węzeł CO i CWU, montaż kompletnej instalacji C.O. na grzejnikach niskotemperaturowych). www.hibernatus.com.pl

17. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA wg M. Rubik

18. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA Rodzaj instalacji Zużycie energii zawartej w paliwie, GJ Całkowita emisja, kg CO2 SO2 Pyły Z pompą ciepła (COP=4,0) 666,9 63 088 45 48 Z kotłem węglowym 1600,5 151 407 545 2724 Z kotłem olejowym 889,2 68 797 145 0 Z kotłem gazowym 889,2 49 884 0 0 Elektryczna oporowa 2667 252 298 181 193 Emisje gazowe w różnych instalacjach ogrzewania domu jednorodzinnego (200 m2) w horyzoncie 10 lat, wg [Soliński 2002]

19. Tabela 10. Liczba i moc grzewcza pomp ciepła w latach 2003, 2004, wg [Geothermal barometer,EurObserv’ER XII/2005] SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA Liczba i moc grzewcza pomp ciepła w roku 2004, wg [Geothermal barometer,EurObserv’ER XII/2005]

20. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA 8 tysięcy sztuk W 2009 roku szacunkowo 12 000 pomp ciepła o mocy łącznej 120 MW

21. SPRĘŻARKOWE POMPY CIEPŁA Kredyty udzielone przez Bank Ochrony Środowiska do końca 2004/2008 wg A. Strycharz BOŚ