Pompy ciepła. Janusz Strzyżewski
yżewski
Pompy ciepla
Redakcja
Autor: mgr inż. Janusz Strzyżewski
Absolwent Wydziału Elektrycznego Politechniki Warszawskiej. Ma wieloletnie doświadczenie w projektowaniu, budowie i eksploatacji instalacji elektrycznych oraz oświetlenia we wszystkich rodzajach budownictwa. Członek Centralnego Kolegium Sekcji Instalacji i Urządzeń Elektrycznych, Polskiego Komitetu Oświetleniowego SEP Izby Inżynierów Budownictwa. Autor e-letterów oraz wielu artykułów publikowanych w poradniku „Instalacje elektryczne w praktyce”.
Kierownik Grupy Wydawniczej:
Julita Lewandowska-Tomasiuk
Wydawca: Rafał Kępka
Redaktor prowadzący: Wiesław Waliszewski
Opracowanie graficzne okładki: Piotr Fedorczyk
Koordynator produkcji: Mariusz Jezierski
Korekta: Zespół
ISBN 978-83-269-6449-7
Copyright by Wydawnictwo Wiedza i Praktyka sp. z o.o.
Warszawa 2017
Wydawnictwo Wiedza i Praktyka sp. z o.o.
ul. Łotewska 9a, 03-918 Warszawa,
tel. 22 518 29 29, faks 22 617 60 10
Skład i łamanie: IGAWA Ireneusz Gawliński
Druk: MDruk
Publikacja „Pompy ciepła – zasady działania i wybór rozwiązań” chroniona jest prawem autorskim. Przedruk materiałów opublikowanych w niej – bez zgody wydawcy – jest zabroniony. Zakaz nie dotyczy cytowania publikacji z powołaniem się na źródło.
Niniejsza publikacja została przygotowana z zachowaniem najwyższej staranności i wykorzystaniem wysokich kwalifikacji, wiedzy oraz doświadczenia jej twórców. Zaproponowane w niej wskazówki, porady i interpretacje dotyczą sytuacji typowych. Ich zastosowanie w konkretnym przypadku może wymagać dodatkowych, pogłębionych konsultacji. Opublikowane rozwiązania nie mogą być traktowane jako oficjalne stanowisko organów i urzędów państwowych.
W związku z powyższym redakcja nie może ponosić odpowiedzialności prawnej za zastosowanie zawartych w publikacji „Pompy ciepła – zasady działania i wybór rozwiązań” wskazówek, przykładów, informacji itp. do konkretnych przypadków.
Informujemy, że Państwa dane osobowe będą przetwarzane przez Wydawnictwo Wiedza i Praktyka sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie, ul. Łotewska 9a, w celu realizacji niniejszego zamówienia oraz do celów marketingowych – przesyłania materiałów promocyjnych dotyczących innych produktów i usług. Mają Państwo prawo do wglądu oraz poprawiania swoich danych, a także do wyrażenia sprzeciwu wobec ich przetwarzania do celów promocyjnych. Podanie danych jest dobrowolne. Zapewniamy, że Państwa dane nie będą przekazywane bez Państwa wiedzy i zgody innym podmiotom.
Od redaktora
Pompy ciepła to maszyny wymuszające przepływ ciepła z miejsca o niższej temperaturze do obszaru o temperaturze wyższej. Ten odwrotny niż w naturze proces jest możliwy dzięki energii dostarczonej z zewnątrz. Stosowanie pomp ciepła to efektywny i ekologiczny sposób ogrzewania budynków i przygotowywania ciepłej wody użytkowej. Wykorzystuje się w nim ciepło zgromadzone w ziemi lub wodach gruntowych czy powietrzu.
Instalacja pompy ciepła wymaga udziału elektryka. Wiedza o różnych rodzajach tych urządzeń jest więc przydatna elektroinstalatorowi. W tej publikacji jej autor – mgr inż. Janusz Strzyżewski, ekspert w zakresie elektryki i budownictwa – przedstawia zasady działania pomp ciepła. W kolejnych rozdziałach opisuje zalety i wady poszczególnych rozwiązań. Wskazuje, gdzie który rodzaj urządzeń może być stosowany. Podaje też, jakich formalności należy dopełnić przed instalacją pomp ciepła.
Pompy ciepła – zasada działania
Pompy ciepła można podzielić na rodzaje w zależności od typu źródła ciepła. W tym rozdziale przedstawiamy podstawowe informacje na temat sposobu działania pomp ciepła, opisujemy ich elementy oraz wykorzystywane źródła energii.
Podstawy fizyczne działania pomp ciepła
Pompa ciepła działa na tej samej zasadzie co chłodziarka, przy czym przekazywanie ciepła odbywa się w przeciwnym kierunku. Chłodziarka odbiera ciepło zawarte w produktach i oddaje je do otoczenia, a pompa ciepła pobiera ciepło z otoczenia i przekazuje je do systemu ogrzewania.
Pompy ciepła pobierają z otoczenia – gruntu, wody, powietrza – zmagazynowane ciepło słoneczne i oddają je w formie energii cieplnej, która może służyć do ogrzewania wody lub ogrzewania pomieszczeń, a także do obu tych celów jednocześnie. Pompa czerpie ciepło ze źródeł o temperaturze niższej niż temperatura w pomieszczeniach lub temperatura ogrzewanej wody. Pobiera energię cieplną z medium o niższej temperaturze (np. woda gruntowa ma temperaturę 7÷12°C, a powietrze może mieć nawet –20°C) i dostarcza ją do odbiorników o temperaturze +20°C lub wyższej. Proces taki kojarzy się z pompowaniem ciepła z dołu do góry. Od niższej do wyższej temperatury.
Urządzenia sprężarkowej pompy ciepła
Zasadnicza część pompy ciepła umieszczana we wnętrzu budynku swoim wyglądem przypomina większą chłodziarkę albo stojący kocioł grzewczy opalany gazem (rys. 1).
Rys. 1. Pompa ciepła powietrze-woda [nr 2 w materiałach źródłowych]
W dużym uproszczeniu sprężarkowa pompa ciepła składa się z dwu wymienników ciepła: skraplacza i parownika oraz kompresora i zaworu rozprężnego (rys. 2).
Rys. 2. Schemat pompy ciepła [1]
Glikol z obiegu dolnego źródła, płynąc w wężownicy, odbiera energię cieplną z gruntu, powietrza lub wody. W parowniku pompy podgrzany w ten sposób oddaje ciepło zimnemu czynnikowi chłodniczemu obiegu wewnętrznego pompy ciepła. Czynnik chłodniczy podgrzewa się i odparowuje, stając się gazem. Następnie gaz ten jest sprężany w kompresorze. Wytworzone w tym procesie ciepło zostaje przekazane w skraplaczu do systemu instalacji centralnego ogrzewania budynku lub użyte do podgrzania ciepłej wody użytkowej. Skroplony gaz po przejściu przez zawór rozprężny obniża swoje ciśnienie oraz temperaturę i wraca do parownika, gdzie ponownie odbiera ciepło od czynnika obiegu dolnego źródła i proces zaczyna się ponownie. Podstawą działania pompy ciepła jest wzrost temperatury gazu przy jego sprężaniu i spadek temperatury przy rozprężaniu.
Oprócz podstawowych opisanych wcześniej elementów pompa zawiera kilka urządzeń pomocniczych, takich jak pompy obiegowe, zawory termostatyczne oraz układy sterowania i aparaturę zabezpieczającą. Będzie o nich mowa przy prezentacji konkretnych rozwiązań poszczególnych typów pomp ciepła.
Źródła energii zasilające urządzenie
Pompa ciepła musi pobierać energię nie tylko z dolnego źródła, ale także energię niezbędną do działania jej mechanizmów, w tym kompresora (sprężarki), czerpaną z sieci elektroenergetycznej lub z instalacji współdziałającej z odnawialnym źródłem energii. Uproszczony bilans energetyczny pompy ciepła ilustruje rysunek 3.
Jak wspomniano, pompa pobiera ciepło z tzw. dolnego źródła ciepła i przekazuje do instalacji grzewczej zwanej „górnym źródłem ciepła”. Rolę dolnego źródła ciepła może wypełniać woda, grunt lub powietrze. W optymalnym z punktu widzenia ekologii rozwiązaniu także energia elektryczna potrzebna do napędu sprężarki oraz zasilania wspomagających grzejników elektrycznych powinna być czerpana z odnawialnych źródeł energii.
W praktyce