Pompy ciepla

Akademia Techniczno–Humanistyczna
w Bielsku-Biała
Wydział Nauk O Materiałach i Środowisku
Kierunek: Inżynieria Środowiska
sem.I gr.2
Temat nr 33:
Pompy ciepła
Opracowała:
EWA CHRAPEĆ
Co to jest pompa ciepła?
Pompa ciepła pobiera energię cieplną ze źródła i przenosi ją do budynku.
Źródła energii:
• powietrze atmosferyczne,
• grunt,
• woda powierzchniowa lub
podziemna.
Zastosowanie:
• w klimatyzacji,
•systemach centralnego ogrzewania,
•ogrzewania podłogowego,
•podgrzewanie wody użytkowej.
•Słońce dostarcza dokładnie 5000-krotnie więcej
energii niż świat rocznie potrzebuje.
•Temperatury gruntu: 4- 8oC.
• Przy głębokościach powyżej 15m temperatura
jest stała: 8-10oC.
Jak działa pompa ciepła?
energia
elektryczna
+20°C
+5°C
magazynowanie energii
odbiornik ciepła
pompa ciepła
Pompa ciepła jak lodówka
Ciepło przepływa z miejsca o wyższej temperaturze w miejsce o niższej
temperaturze. Pompy ciepła umożliwiają odwrócenie tego kierunku.
Lodówka pobierając ciepło z artykułów spożywczych,
obniża ich temperaturę a następnie oddaje je do
otoczenia.
Pompa ciepła funkcjonuje odwrotnie; pobiera ciepło z
otoczenia, a następnie oddaje je do pomieszczeń
ogrzewanych.
Jak działa pompa ciepła?
Jak to się jednak dzieje, że są one w stanie
zapewnić odpowiednio wysokie temperatury,
wykorzystując źródła ciepła o niskiej temperaturze?
W zamkniętym systemie krąży
substancja (tzw. czynnik roboczy) na
zmianę w postaci gazowej i ciekłej.
Gazy, będąc w zamkniętym systemie (stała objętość), zwiększają swoją
temperaturę wraz z rosnącym ciśnieniem (sprężanie) i na odwrót - przy
zmniejszającym się ciśnieniu (rozprężanie), ich temperatura również maleje.
Jak to się dzieje?
1 - sprężarka
2 - skraplacz
3 - parownik
4 - zawór rozprężny
5 - dolne źródło ciepła
6 - górne źródło ciepła
Procesy
•W parowniku: odparowanie na skutek odbioru ciepła z dolnego źródła ciepła
•W sprężarce: sprężenie pary i wzrost temperatury
•W skraplaczu: skraplanie pary i oddanie ciepła do systemu grzewczego
•Zawór rozprężny: ponowny proces odparowania i rozpoczęcie cyklu.
Energia pierwotna, a pompy ciepła
Korzyści polegające na zwiększeniu
efektywności wykorzystania energii
zawartej w paliwie pierwotnym
dzięki zastosowaniu pomp ciepła.
Transportu energii cieplnej z ośrodka
o niższej do ośrodka o wyższej
temperaturze możliwy jest dzięki
energii elektrycznej dostarczanej z
zewnątrz.
COP-współczynnik efektywności
pomp ciepła.
Energetyczna efektywność pomp ciepła
Współczynnik sprawności pomp ciepła
COP = Wydajność grzewcza/Energia elektryczna.
Pompy ciepła osiągają współczynniki sprawności rzędu od 2.5 do 4.5.
Współczynnik sprawności pomp ciepła jest tym wyższy im mniejsza jest różnica
temperatur pomiędzy źródłem a odbiorem.
Rodzaje dolnych źródeł
System woda-woda wykorzystujący dwie studnie.
Studnie powinny znajdować się w odległości od siebie co najmniej 15m.
Wady:
- konieczne odpowiednie warunki gruntowo-wodne
- wymagane pozwolenia wodnoprawnego dla studni o głębokości większej niż 30m i
dla poboru wody w ilości większej niż 15m3/dobę
- możliwe problemy spowodowane jakością pobieranej wody (duża zawartość
żelaza, manganu, wysoka twardość)
Zalety:
+ stabilna temperatura źródła przez cały rok
+ niski koszt inwestycyjny
+ duża wydajność
Rodzaje dolnych źródeł
System pionowych sond gruntowych
W systemie tym wykorzystywane są pionowe odwierty oddalone od siebie o 6-8m.
Zalety:
+ brak podatności na sezonowe wahania temperatury
+ wymaga mniejszej powierzchni działki niż gruntowe kolektory poziome
Wady:
- konieczność wykonania badań geologicznych
- wyższy koszt wykonania w porównaniu z
gruntowymi kolektorami poziomymi
Rodzaje dolnych źródeł
System poziomych kolektorów gruntowych
Wężownica jest układana na głębokości 1,5-2m pod powierzchnią terenu.
Wady:
- temperatura źródła podatna na wahania sezonowe
- wykorzystanie dużej powierzchni terenu, którego możliwości zagospodarowania
zostają znacznie ograniczone
Zalety:
+ relatywnie niski koszt inwestycyjny
+ prosty montaż
Rodzaje dolnych źródeł
System wykorzystujący ciepło zawarte w powietrzu
Wady:
- niższa efektywność w porównaniu z pozostałymi popularnymi dolnymi
źródłami ciepła
-duże wahania temperatury źródła
Zalety:
+ brak konieczności wykonywania
wykopów lub odwiertów
+ niski koszt inwestycyjny
Czy to się opłaca?
Koszty budowy instalacji od 50.000 zł, koszty inwestycji zwracają się
w przeciągu 6,5 roku
Założenia:
• Pompa ciepła o mocy 15 kW dla domu o powierzchni 210 m2
zamieszkiwanego przez 6 osób. Sprawność na poziomie 3,7.
Więc zapotrzebowanie na energię elektryczną 4 kW (15 kW / 3,7).
•Odpowiadające zapotrzebowaniu ciepła 15 kW - wynosi 31,5 MWh / rok
•Odpowiadające zapotrzebowaniu energii 4 kW - wynosi 4 MWh / rok
•Oszczędność w zużyciu energii wyniesie więc 27,5 MWh / rok (31,5 - 4)
Ekonomia eksploatacji
Ekonomia eksploatacji
Ekonomia eksploatacji
Ekonomia eksploatacji
Zainteresowanie pompami ciepła
Zainteresowanie pompami ciepła
Zrób to sam :)
•Ogrzewana powierzchnia: ok. 60 m2.
•Źródło energii: grunt.
•Koszt: ok. 5000 zł.
•Moc grzewcza pompy przy temp. parowania -6C ok. 3,7 KW.
•Przy temperaturze w gruncie +6°C temperatura na grzejnikach wynosi ok. 42°C.
•COP min : 3,4.
•COP max : 5,1.
Zalety stosowania pompy ciepła
•Brak spalania paliw.
•Bezobsługowy i bezpieczny system grzania.
•Elektronika – możliwość precyzyjnego nastawiania temperatury.
•Cicha praca ogrzewania.
•Bardzo niskie koszty ogrzewania budynku.
•Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii.
•Uniezależnienie od dostawców paliw
(olej, gaz).
•Długa żywotność systemu do 20 lat.
Wady stosowania pompy ciepła
•Duży koszt inwestycji.
•Konieczność dostarczania energii elektrycznej.
•Degradacja środowiska ( obniżenie temperatury gruntu ).
•Zajmują dużo miejsca.
•Konieczność termomodernizacji w starym budownictwie.
Literatura
•Mikoś J.: Budownictwo ekologiczne. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej,
Gliwice 2000.
•Zawadzki M. [Red]: Kolektory słoneczne, pompy ciepła - na tak. Oficyna
Wydawnicza firmy Polska Ekologia, Warszawa 2003.
•Gronowicz J.: Niekonwencjonalne źródła energii. Instytut Technologii
Eksploatacji - Państwowy Instytut Badawczy, Poznań 2008.
•Oszczak W.: Ogrzewanie domów z zastosowaniem pomp ciepła.
Warszawa 2009.
•http://www.elektroda.pl
•http://www.eco-schubert.pl
•http://www.slonecznastrona.pl/pompy_ciepla.htm
•http://www.hibernatus.pl/index.php?id=10
Dziękuję za uwagę 