Pompy ciepła Temat nr 33: EWA CHRAPEĆ Opracowała: 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

Źródło energii: grunt. Koszt: ok. 5000 zł. 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 