pompy ciepła wykład 4.pdf

Dolne źródła pompy ciepła

Dorota Chwieduk

Pompy ciepła w budynkach mieszkalnych i małych budynkach niemieszkalnych

a) Powietrzne

COP do 3, moŜliwy problem z zalodzeniem i odmraŜaniem

b) Wodne – wody powierzchniowe i gruntowe

COP do 4

c) Gruntowe

COP do 5. Pionowe z otworami drąŜonymi (50 100m) lub

poziome.

a) Ogrzewanie powietrza

Temperatura 50 ° C.

b) Grzejniki wodne – niskotemperaturowe

Temperatura 50 ° C.

c) Ogrzewanie wodne podłogowe

Temperatura 35 ° C.

Powietrze zewnętrzne

Łatwo dostępne;

niskie koszty inwestycyjne,

zła koherentność, z reguły wspomagane

ogrzewanie elektrycznym, przy niskich

temperaturach powietrza zewnętrznego

efektywność

dostępność

Ciepło

odpadowe

Wody

gruntowe

Powietrze

Grunt

Względnie dobra koherentność

dobra dostępność;

moŜliwa praca w układzie monowalentnym

efektywne energetycznie,

wysokie koszty ujęcia źródła

najbardziej powszechne

Źródła ciepła odpadowe

dostępność zaleŜna od lokalizacji

potencjał i temperatura zaleŜne od źródła

moŜliwa korozyjność

najmniejszy udział w rynku pomp

Wody gruntowe

względnie dobra koherentność

dostępność zaleŜna od lokalizacji

Konieczna kontrola jakości wody moŜliwa

praca w układzie monowalentnym

efektywne energetycznie,

wysokie koszty ujęcia źródła

Dolne źródło – powietrze

otoczenia zewnętrznego

Powietrze otoczenia zewnętrznego

Niskotemperaturowy

system grzewczy

+ łatwo dostępne;

+ niskie koszty inwestycyjne

Kanał zassysający

Czerpnia powietrza

zła koherentność,

niskie COP

z reguły wspomagane ogrzewaniem

elektrycznym, przy niskich

temperaturach powietrza zewnętrznego

Wylot powietrza

Pompa ciepła kompaktowa

Wady

WęŜownicowate, oŜebrowane parowniki

bardzo duŜych rozmiarów

Współczynniki przenikania ciepła 35 – 50

W/(m 2 K)

Przy ograniczonej moŜliwości

zwiększenia pola powierzchni wymiany

ciepła obniŜa się temperaturę parowania

→

→ konieczność zwiększenia spiętrzenia

temperatury czynnika roboczego →

→ spadek COP

Wady

Powietrze – mała pojemność cieplna

NatęŜenie przepływu powietrza w

wymienniku powietrze/woda:

3000 4000 m 3 /h →

Wentylator duŜej mocy Hałas!

Średni zysk ciepła w parowniku: 1,2–

2,2 Wh/m 3

Oszronienie parownika!

MoŜna odszraniać parownik:

• Chwilowo gorąca para czynnika

roboczego jest tłoczona do parownika

zamiast do skraplacza

• Stosuje się elektryczną nagrzewnicę

powietrza

Obieg pompy ciepła powietrze/woda w układzie lg p i

Dla powietrza zewnętrznego o temperaturze 15°C (wlot powietrza) i temperaturze 45°C (wylot)

Powietrze

Punkt rosy

Stan, w którym

pojawiają się pierwsze

krople cieczy

Wilgotność bezwzględna

Zawartość pary w gramach na 1 m 3 powietrza

Wilgotność względna

Stosunek wilgotności bezwzględnej do

maksymalnej moŜliwej zawartości pary

wodnej w danych warunkach, czyli do

pary suchej nasyconej

Punkt rosy

Stan, w którym znikają ostatnie krople cieczy (lub pojawiają się pierwsze)

Zaladzanie parownika

Powietrze atmosferyczne zawiera określoną ilość pary wodnej wilgotność powietrza.

Powietrze moŜe być nasycone ograniczoną ilością pary wodnej.

Ilość pary wodnej w powietrzu zaleŜy od temperatury i ciśnienia.

Im wyŜsza jest temperatura powietrza, tym większe moŜe być nasycenie parą wodną.

Nasycenie powietrza – punkt rosy 100% względna wilgotność powietrza

• 1 kg powietrza o temperaturze 20°C moŜe zawierać 15 g pary wodnej

• 1 kg powietrza o temperaturze 10°C moŜe zawierać juŜ tylko 1,6 g pary wodnej

JeŜeli ochładza się wilgotne powietrze tak, Ŝe przekroczony zostanie punkt rosy, to

powietrze nie moŜe więcej pochłaniać pary wodnej, która skrapla się.

Wilgotność bezwzględna

Zawartość pary w gramach na 1 m 3 powietrza

Wilgotność względna

• Stosunek wilgotności bezwzględnej do maksymalnej moŜliwej

zawartości pary w danych warunkach, czyli do pary suchej nasyconej

• Stosunek gęstości pary w powietrzu do gęstości pary suchej nasyconej w tej

samej temperaturze

• Stosunek ciśnienia cząsteczkowego pary w powietrzu do ciśnienia nasycenia

pary w tej samej temperaturze

Ten proces ma miejsce, gdy wilgotne powietrze opływa powierzchnię parownika.

Skroplona para osadza się na powierzchni parownika i zamarza przy

temperaturach poniŜej 0°C ó zaladzanie parownika.

Parowanie bezpośrednie

powietrzna typu split

Parowanie bezpośrednie

powietrzna typu split

Grunt jako dolne źródło

Grunt

Viessmann

Vitocal 300 Pompa ciepła solanka/woda

Wymiennik poziomy

Energia z głębi ziemi

dopływająca do

wymiennika odpowiada

0.063 0.1 W/m 2

i moŜe być pomijana.

Na stan termiczny gruntu wpływa

oddziaływanie środowiska:

• temperatura powietrza,

• promieniowanie słoneczne;

• opady deszczu i śniegu.

Rury plastikowe (PE) na głębokości 1,2 – 2, 0 m.

Długość pojedynczego uzwojenia ograniczona do 100 m ze względu na opory przepływu

Wszystkie uzwojenia tej samej długości → te same opory przepływu

→ takie same natęŜenia przepływu → równomierny odbiór ciepła z gruntu

Końcówki wszystkich uzwojeń zbiegają się razem w rurach rozgałęźnych, wyposaŜonych w

W górnej części w odpowietrzacze.

KaŜde uzwojenie moŜna odciąć od pozostałych.

Dla wymienników poziomych gęstość

mocy odbierana z gruntu wynosi:

10 and 35 W/m 2 .

Gleba piaszczysta sucha

q = 10 15 W/m 2

Gleba piaszczysta wilgotna

q = 15 20 W/m 2

Gleba gliniasta sucha

q = 20 25 W/m 2

Gleba gliniasta mokra

q = 25 to 30 W/m 2

Gleba o wysokim przepływie wód

gruntowych

q = 30 to 35 W/m 2

Wymiennik pionowy

Grunt/skała

Odbiór ciepła

Wartości ogólne

Grunt suchy o małej przewodności λ < 1,5 W/(mK)

Typowe grunt/skała nasycone wodą:

Piaskowiec λ < 1,5 – 3,0 W/(mK)

Skała o duŜej przewodności cieplnej λ > 1,5 – 3,0 W/(mK)

świr, piasek suchy

świr, piasek, przepływ wód gruntowych

Glina wilgotna

Wapień

Piaskowiec (stały)

Granit

Bazalt

Koszt wiercenia wraz z sondą: 30 50 €/m

Przykład

Mały dom jednorodzinny

Pompa ciepła o mocy grzewczej 6 kW

Odwiert o głębokości 95 m,

koszt odwiertu €3000 to €5000

Konieczna znajomość warunków

hydrogeologicznych

W typowych warunkach moŜna otrzymać:

50 W/m długości odwiertu

Wymiennik pionowy moc / 1 metr długości rury wymiennika – sondy

(podwójna Urura)

Naczynie

wzbiorcze

magazynujący

gruntowa, parowanie pośrednie

Naczynie wzbiorcze

do c.w.u .

Odzysk ciepła z powietrza wentylacyjnego

parowanie pośrednie

Wody gruntowe jako dolne źródło

Naczynie wzbiorcze

Wody gruntowe jako dolne źródło

Wody gruntowe

Niskotemperaturowy

system grzewczy

względnie dobra koherentność

mała zmienność temperatury w ciągu roku 5 – 12 0 C

dostępność zaleŜna od lokalizacji

moŜliwa praca w układzie monowalentnym

efektywne energetycznie,

konieczna kontrola jakości wody

wysokie koszty ujęcia źródła

Studnia zrzutowa – chłonna oddalone o 30 50 m

Średni zysk ciepła w parowniku: 4500 –5900 Wh/m 3

→ przyCOP=3 z 1 m 3 wody Q g = 6,8 – 9,0 kWh

Strumień objętości wody zasilającej parownik

Studnia

zrzutowa –

chłonna

S tudnia ssąca

czerpalna

Pośredni

wymiennik

ciepła

Pompa ciepła

Q o – moc cieplna pobierana z dolnego źródła, kW

c p – ciepło właściwe wody gruntowej, kJ/(kgK)

Ρ – gęstośćwody gruntowej, kg/m 3

T spadek temperatury wody w parowniku (4 – 5K)

Przepływ wód

gruntowych

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: