608 600 330

cadma@cadma.pl

Pompy ciepła

Nowoczesne elektryczne pompy ciepła oferuję wiele efektywnych rozwiązań tech­nicznych mających na celu zaoszczędzenie energii oraz redukcję emisji CO2. Przy stale zmniejszającym się zapotrzebowaniu na energię, zapewnionym przez ulepszenie izolacji termicznej, elektryczne pompy ciepła stanowią (przede wszystkim w przy­padku nowych budynków) godne uwagi alternatywę. Generacja pomp ciepła o tem­peraturach na zasilaniu do 65 °C umożliwia ich zastosowanie po unowocześnieniu i od­nowieniu starszej instalacji grzewczej. Dobry dobór źródła ciepła i systemu roz­dzielenia ciepła do eksploatacji pompy ciepła prowadzi do stworzenia bezpiecz­nej i ekonomicznej instalacji grzewczej. Pompa ciepła oferuje uwarunkowania techniczne mające na celu efektywne za­stosowanie odnawialnej energii w formie ciepła środowiska przy ogrzewaniu oraz podgrzewie wody użytkowej. Około trzy czwarte energii koniecznej do ogrzewania pompa ciepła czerpie ze śro­dowiska naturalnego, dla pozostałej jednej czwartej wymaga prądu elektrycznego jako energii napędu.

Ciepło ze środowiska naturalnego czyli ciepło słoneczne zmagazynowane w gruncie, wodzie i powietrzu jest niewyczerpalnym źródłem energii. Pompa ciepła oferuje możliwość energooszczędnego i przyjaz­nego dla środowiska ogrzewania przez wykorzystanie ciepła pochodzącego ze środowiska naturalnego.

Sposób działania pompy ciepła odpowiada zasadzie funkcjonowania lodówki. Lodówka odbiera ciepło chłodzonym produktom za pomoce parownika, które następnie odprowadzane jest poprzez skraplacz (kondensator) do pomieszczenia. W przypadku pompy cieplnej ciepło pobrane zostaje ze środowiska naturalnego (grunt, woda, powietrze), a następnie doprowadzone do systemu grzewczego.

Proces cyrkulacji czynnika roboczego

przebiega w oparciu o proste prawa fizyczne. Czynnik roboczy czyli płyn wrzący już przy niskich temperaturach doprowadzony zostaje do obiegu krążenia i kolejno odparowany, skondensowany, skroplony i rozprężony

Pobór ciepła ze środowiska naturalnego

W parowniku znajduje się płynny czynnik roboczy pod niskim ciśnieniem. Poziom temperatury ciepła ze środowiska przy parowniku jest wyższy niż zakres tempera­ury wrzenia czynnika roboczego odpo­wiadającego danemu ciśnieniu. Ten spadek temperatury powoduje przeniesienie ciepła ze środowiska na czynnik roboczy, który ulega wrzeniu i odparowaniu. Wymagane do tego celu ciepło zostaje pobrane ze źródła ciepła.

Podwyższenie temperatury w sprężarce

Sprężarka stale zasysa i spręża parę czynnika roboczego z parownika. Przy sprężaniu wzrasta ciśnienie pary oraz jej temperatura.

Oddawanie ciepła do ogrzewania

Para czynnika roboczego dostaje się ze sprężarki do skraplacza omywanego przez wodę grzewcza.

Temperatura wody grzewczej jest niższa niż temperatura kondensacji czynnika ro­boczego, tak więc para ulega schłodzeniu i przy tym ponownemu skropleniu (skondensowaniu).

Energia (ciepło) pobrana w parowniku i energia elektryczna doprowadzona dodatkowo przez sprężanie zostaję ponownie uwolnione przez proces kondensacji w kondensatorze i oddane wodzie grzewczej.

Obieg cyrkulacji zamyka się

Następnie czynnik roboczy odprowadzany jest przez zawór rozprężny do parownika. Czynnik roboczy rozprężany jest z wysokiego ciśnienia kondensatora na niskie ciśnienie parownika.

Przy wejściu do parownika początkowe ciśnienie i początkowa temperatura zostaję ponownie osiągnięte. Obieg cyrkulacji jest zamknięty.

Pozyskiwanie ciepła

Do naturalnych źródeł ciepła należą grunt, woda i otaczające powietrze. Wszystkie razem są magazynami energii słoneczne], a więc wykorzystanie ich jest jednocześnie pośrednim wykorzystaniem energii słonecznej.

Grunt

Grunt posiada właściwość magazynowania ciepła słonecznego przez dłuższy okres czasu, dzięki czemu zapewnia stosunkowo wyrównany poziom tempe­ratury źródła ciepła przez cały rok i prowadzi tym samym do eksploatacji cechującej się wysokim stopniem efektywności (sprawności). Temperatura w najwyżej położonej warstwie gruntu podlega wahaniom związanym z porą roku.

W chwili przekroczenia granicy zamarzania wahania te zmniejszają się. Ciepło zgromadzone w gruncie zostaje pobrane przez ułożone poziomo wymienniki ciepła gruntowego określane również jako kolektory gruntowe albo przez ułożone pionowo wymienniki ciepła, tzw. sondy gruntowe. Ciepło z otoczenia transportowane jest za pomocą mieszanki wody i środka przeciw zamarzającego (solanka), której punkt zamarzania powinien wynosić około -15 °C (uwzględnić dane producenta). Tym samym zapewnia się, że solanka nie zamarznie w trakcie eksploatacji.

Woda

Woda gruntowa jest dobrym magazynem ciepła słonecznego. Nawet w chłodne dni zimowe utrzymuje ona stałą temperaturę wynoszącą +7 do +12 °C, co stanowi jej największą zaletę jako źródła energii. Ze względu na wyrównany poziom tem­peratury źródła ciepła stopień efektywności pompy ciepła jest przez cały rok wysoki. Niestety, woda gruntowa nie występuje wszędzie w wystarczających ilościach oraz nie zawsze wykazuje wymaganą jakość. Jednak wszędzie tam, gdzie spełnione są wymagane warunki, zastosowanie jej jest opłacalne.

Powietrze

Powietrze otoczenia jako źródło ciepła jest szczególnie łatwe w poborze oraz dostępne w każdym miejscu w nieograniczonej ilości. Najrozsądniejsze jest zazwyczaj wykorzystywanie powietrza z zewnątrz.

W celu praktycznego wykorzystania tych źródeł ciepła należy uwzględnić następujące kryteria:

wystarczająca ilość,

możliwie wysoka zdolność magazy­nowania ciepła,

możliwie wysoki poziom temperatury,

wystarczająca odnawialność,

niskie koszty poboru,

niewielki nakład prac konserwacyjnych.

Instalacje eksploatowane są zwykle jednosystemowe.

W świetle przepisów dotyczących gospodarki wodnej należy traktować je jako pompy ciepła wód gruntowych .

Sondy i wymienniki ciepła mogą być stosowane tylko do leżących płytko wód gruntowych. Montaż sond i wymienników ciepła w leżących głęboko warstwach wód gruntowych nie jest zwykle możliwy, ponieważ nie można z całą pewnością wykluczyć zakłócenia poziomu wód gruntowych. W ten sposób chroni się znajdująca się głęboko wodę użytkową. W przypadku beztlenowych wód gruntowych o wysokiej zawartości żelaza i man­ganu studnie mogą ulec korozji. Wówczas czerpana przez nie woda gruntowa nie może wejść w kontakt z powietrzem oto­czenia lub musi zostać odpowiednio uzdatniona (norma VDI 4640, arkusz 2, Niemcy). Wykorzystywanie powietrza z wewnątrz pomieszczeń jako źródła ciepła dla budynków mieszkalnych do celów grzewczych nie wchodzi zasadniczo w rachubę.

Pozyskiwanie ciepła kolektorami gruntowymi

Pobór ciepła z gruntu następuje przez ułożony na dużej powierzchni system rur podziemnych wykonanych z tworzywa sztucznego, które układa się w ziemi na głębokości od 1,2 do 1,5 m. Przewody ru­rowe nie powinny przekraczać długości 100 m, ponieważ wymagana wskutek spadków ciśnienia wydajność pompy byłaby zbyt wysoka.

Rury zebrane są na ich końcach przy kolektorach zasilania i powrotu, które powinny zostać umieszczone nieco wyżej niż same rury, tak aby cały system rurowy mógł zostać odpowietrzony. Każdy ciąg przewodów rurowych powinien posiadać możliwość oddzielnego odcięcia.

Solanka pompowana jest przy pomocy pompy obiegowej przez rury z tworzywa sztucznego; jednocześnie pobiera ona zmagazynowane w gruncie ciepło. Za pomocą pompy ciepła energia ta wyko­rzystana zostaje do ogrzewania pomiesz­czeń.

Okresowe zamarznięcie gruntu bezpośrednio wokół rur najczęściej w drugiej połowie okresu grzewczego nie wywiera ujemnego wpływu na funkcjonowanie instalacji grzewczej ani na wegetację roślin. Mimo to w obrębie rur prowadzących solankę nie powinno sadzić się roślin o długich korzeniach.

Regeneracja gruntu, któremu odebrano ciepło, następuje już w drugiej połowie okresu grzewczego dzięki rosnącemu promieniowaniu słonecznemu oraz opadom. Dzięki temu zapewniona jest dyspozycyjność gruntu jako „zasobnika ciepła” do celów grzewczych w nadchodzącym sezonie grzewczym.

Konieczne prace gruntowe w przypadku nowych budynków można przeprowadzić niewielkim nakładem kosztów, natomiast w przypadku już wybudowanych obiektów koszta są często tak wysokie, że prowadzą do rezygnacji z poszerzenia systemu grzewczego o ten rodzaj instalacji. Ile ciepła zostanie pobrane z gruntu, zależy od różnych czynników. Według aktualnego stanu wiedzy grunt gliniasty mocno przesiąknięty wodą nadaje się szczególnie dobrze jako źródło ciepła. Zgodnie z doświadczeniem można przyjąć w obliczeniach wydajność odbioru ciepła (wydajność chłodniczą) wynoszącą qE = 10 do 35 wat na każdy m2 powierzchni gruntu jako średnią wartość roczną dla całorocznej (jednosystemowej) eksploatacji instalacji .

W przypadku silnie piaszczystego gruntu wydajność poboru ciepła jest mniejsza. W tym wypadku w razie wątpliwości należy porozumieć się z rzeczoznawca wyspecjalizowanym w znajomości gruntów.

Pozyskiwanie ciepła sądami gruntowymi

Ze względu na ułożone poziomo absorbery gruntowe wymagające tym samym dużej powierzchni realizacja instalacji okazuje się trudna z powodu niedoborów przestrzennych, czasem nawet w przypadku nowych budynków. Dotyczy to przede wszystkich obszarów gęsto zabudowanych z niewielkimi działkami budowlanymi. Z tego względu stosuje się obecnie coraz więcej pionowych sond gruntowych sięgających głębokości od 50 do 150 m.

Sondy składają się z rur polietylenowych (PE). Najczęściej używa się czterech rur równoległych (podwójna sonda rurowa w kształcie U). Solanka przepływa przez dwie rury z rozdzielacza w dół i odprowadzana jest przez dwie kolejne rury z powrotem w górę do rozdzielacza.

Sondy ciepła gruntowego zamontowane zostają zależnie od wersji przy użyciu urządzeń wiertniczych lub wbijających. Dla instalacji tego typu należy uzyskać zezwolenie zgodne z przepisami o wodach gruntowych.

W przypadku odwiertów do głębokości 100 metrów odpowiedzialnym urzędem jest Urząd Gospodarki Wodnej, głębsze odwierty muszą posiadać zezwolenie Urzędu Górniczego.

Wykonanie wierceń należy zlecić firmie specjalistycznej, z którą podpisana zostanie umowa zawierająca gwarancję wydajności poboru energii cieplnej (np. na 10 lat).

Przeprowadzone pomiary wykazały, że przy dobrych warunkach hydrologicznych, a szczególnie przy obecności płynącej wody gruntowej, możliwa jest jednosystemowa eksploatacja pomp ciepła bez długotrwałego ochłodzenia gruntu. Warunkiem projektowania i montażu sond ciepła gruntowego jest dokładna znajomość własności gleby, następstwa warstw, oporu gleby oraz obecności wody gruntowej lub warstwowej wraz z określeniem stanu wody i kierunku jej przepływu.

W przypadku instalacji z sondami ciepła gruntowego w normalnych warunkach hydrogeologicznych można przyjąć średnią wydajność sondy wynoszącą 50 W/m długości sondy (dane według VDI 4640, Niemcy). Jeżeli sonda znajduje się w wydajnym strumieniu wody gruntowej, możliwe jest zrealizowanie wyższej wydajności poboru.

Pozyskiwanie ciepła z wody gruntowej

Wykorzystanie wody gruntowej powinno być zezwolono przez odpowiedzialny urząd (przeważnie są to urzędy gospodarki wodnej).

W celu wykorzystania tego rodzaju ciepła konieczne jest zastosowanie studni ssącej i chłonnej lub studni działającej na zasadzie przenikania.

Ogólnie jakość wody powinna odpowiadać wartościom granicznym podanym w tabeli poniżej, z uwzględnieniem rodzaju materiału, z którego wykonano wymiennik ciepła: stal nierdzewna (1.4401) lub miedź. Jeżeli te wartości graniczne zostaną dotrzymane, można liczyć na bezproblemową eksploatację studni. Jeżeli wartości graniczne dla miedzi nie mogę zostać dotrzymane, należy zastosować wymiennik ciepła ze stali nierdzewnej jako wymiennik obiegu pośredniego (ze względu na wahania jakości wody) (patrz strona 30).

Przy wykorzystywaniu wody z jezior i stawów należy zaplanować obieg pośredni. Obieg pośredni napełnić mieszanką przeciwzamarzającą.

Pozyskiwanie ciepła z powietrza

Dzisiejsze pompy ciepła powietrze/woda nadają się podobnie jak pompy ciepła gruntowe i z wodą gruntową do eksploatacji całorocznej.

W budynkach o dzisiejszym standardzie budowlanym pompa ciepła powietrze/ woda może być eksploatowana jednosy-stemowo lub w połączeniu z grzałką elektryczne w sposób monoenergetyczny.

Dla pomp ciepła powietrze/woda wyko­rzystujących powietrze z otoczenia wy­miarowanie źródła ciepła określone jest przez konstrukcję lub wielkość urządzenia. Wymagana ilość powietrza doprowadzana jest przy pomocy zamontowanego w urządzeniu wentylatora przez kanały powietrza do parownika i jednocześnie ochładzana.

Pompy ciepła typu AWH mogą być eks­ploatowane do -15 °C jednosystemowo. Osiągają one nawet przy -15 °C temperatury zewnętrznej maksymalną tempera­turę wody grzewczej na zasilaniu wynoszącą 65 °C.

Otwory nawiewne i wywiewne należy wy­konać w taki sposób, aby uniknąć powsta­wania „spięcia powietrza”.

Zapraszam po więcej informacji na stronę firmy Viessmann : www.viessmann.pl