Drukuj
Nadrzędna kategoria: Artykuły tematyczne

pompyciepłaW krajowych warunkach niejednokrotnie temperatura wody dostępna z odwiertu geotermalnego wymusza zastosowanie dodatkowych szczytowych źródeł ciepła. Ogranicza to średnioroczne wykorzystanie mocy ciepłowniczej dostępnej z odwiertu, a źródło często traci czysto proekologiczny charakter. Problemy te można rozwiązać rozbudowując źródło o absorpcyjną pompę ciepła. Jeden z wariantów takiej rozbudowy został przedstawiony w artykule.

Stacje geotermalne, które umożliwiają produkcję oraz dostawę wody gorącej do pokrycia zapotrzebowania na c.w.u. i ogrzewanie budynków za pomocą sieci ciepłowniczej, dziś są w centrum zainteresowania krajowych działań prośrodowiskowych. Niestety, stosunkowo niska temperatura ciepła

dostępnego z odwiertów geotermalnych niejednokrotnie wymusza stosowanie dodatkowych źródeł szczytowych, ograniczając średnioroczne wykorzystanie mocy odwiertów i proekologiczne walory inwestycji. Wynika to ze specyfiki pracy miejskiej sieci ciepłowniczej – musi ona dostarczać do odbiorców wodę gorącą o odpowiednich parametrach odpowiadających temperaturze zewnętrznej. Gdy wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej zapotrzebowanie na ciepło rośnie, konieczne jest albo zwiększanie przepływu w sieci (co jest mało ekonomiczne), albo podnoszenie temperatury czynnika wysyłanego do odbiorców – to z kolei przyczynia się do wzrostu temperatury wody powracającej z sieci do źródła i w efekcie do zmniejszenia możliwej do wykorzystania mocy cieplnej źródła, dalej – do konieczności uruchomienia źródeł szczytowych, podwyższania temperatury wody powrotnej i intensyfikacji opisanej tendencji. Skutecznym antidotum na te problemy może być jednak modernizacja źródła geotermalnego przy wykorzystaniu absorpcyjnej pompy ciepła. Wariant modernizacji przedstawiony w artykule został wybrany z powodu niewielkiej inwazyjności oraz w pełni proekologicznej metody zwiększenia mocy ciepłowniczej źródła geotermalnego. Pozwala on na oszczędności 27% energii wprowadzanej do systemu oraz na trzykrotne zwiększenie mocy źródła geotermalnego w okresie zimowym.

Absorpcyjne pompy ciepła

Absorpcyjna pompa ciepła w układzie geotermalnym będzie wykorzystywać ciepło w postaci nieużytecznej (jako tzw. dolne źródło) i zamieniać je na ciepło użyteczne. Jako energia zasilająca (i tzw. górne źródło) może być użyta para lub gorąca woda o temperaturze wyższej niż 100°C bądź dowolne paliwo, które zostanie spalone we wbudowanym w absorpcyjnej pompie ciepła palniku. W urządzeniach tego typu czynnikiem roboczym jest wodny roztwór bromku litu (LiBr), czyli nietoksyczna sól, a czynnikiem chłodniczym woda

Cykl pracy pompy. Zasadę działania absorpcyjnej pompy ciepła przedstawia rysunek 1, a kolejne procesy przebiegają następująco:

stężony roztwór w efekcie pochłaniania pary ulega rozcieńczeniu i w tej postaci jest przetłaczany przez pompę roztworu z powrotem do generatora. Tam woda z roztworu zostaje odparowana, stężony roztwór zostaje przepompowany do absorbera i cykl powtarza się.

Do prawidłowego działania absorpcyjnej pompy ciepła potrzebne jest przede wszystkim dostarczenie jej ciepła w dwóch postaciach: pary, gorącej wody bądź spalania dowolnego paliwa we wbudowanym palniku oraz ciepła niskotemperaturowego dla parowacza. Należy także zapewnić zasilanie elektryczne systemu automatyki i pomp obiegowych o mocy około 0,1% mocy cieplnej urządzenia.

Stosunek nakładów do korzyści. Ponieważ zadaniem pomp ciepła jako takich jest odzyskiwanie znaczącej ilości ciepła niskoparametrowego, to główną korzyścią z zastosowania absorpcyjnych pomp ciepła jest istotne zwiększenie sprawności wytwarzania ciepła w każdym systemie, w którym są one zainstalowane i mogą odzyskiwać ciepło nieużyteczne. Ponadto układy absorpcyjnych pomp ciepła umożliwiają znaczące zwiększenie mocy ciepłowniczej układu przy wyraźnie mniejszym zużyciu paliwa w stosunku do systemu konwencjonalnego. Na rysunku 2 został przedstawiony udział ciepła nieużytecznego (dolnego źródła) w całkowitej sprawności absorpcyjnej pompy ciepła (dane dotyczą warunków krajowych). Jak widać, urządzenie, poza 60% dostarczonej energii w postaci użytecznej, odzyskuje dodatkowo 40% energii z ciepła odpadowego, aby wyprodukować 100% energii, którą można wykorzystać na cele ciepłownicze. Oznacza to także, że możliwa do uzyskania moc pompy ciepła jest wprost proporcjonalna do możliwej do uzyskania ilości energii zasilającej oraz przeznaczonej do odzyskania. Przy wykorzystaniu absorpcyjnych pomp ciepła realne jest uzyskiwanie temperatury wody gorącej dochodzącej do 95°C.

Istotną zaletą stosowania absorpcyjnych pomp ciepła do wspomagania układów geotermalnych w miejskiej sieci ciepłownicze są niskie – w porównaniu do sprężarkowych pomp ciepła – nakłady inwestycyjne. W przypadku absorpcyjnych pomp ciepła (wraz niezbędną infrastrukturą) 1 MW mocy ciepłowniczej wymaga nakładów około 700 tys. zł, a dla pomp sprężarkowych aż 1,8 mln zł. Koszt kotłowni gazowej kształtuje się na poziomie około 300 tys. zł za 1 MW.

Zastosowanie absorpcyjnych pomp ciepła w geotermii ma też wiele dodatkowych zalet w stosunku do innych rozwiązań. Układy takich pomp produkowane są jako monobloki przeznaczone do montażu wewnątrz pomieszczeń, w których przez cały rok utrzymywana jest temperatura dodatnia (czynnikiem chłodniczym jest woda). Ze względu na konstrukcję pomp, jedynymi ograniczeniami w zakresie mocy urządzeń są te związane z logistyką dostawy poszczególnych elementów. Na rynku dostępne są urządzenia o mocy ciepłowniczej od do 38 MW dostarczane jako pojedyncze elementy, a dzięki możliwości łączenia ich w bloki, ograniczenie wielkościowe praktycznie nie występuje.

Autor: Marcin Malicki

Więcej o miejskiej sieci ciepłowniczej z geometrią, absorpcyjnych pompach ciepła jako źródło szczytowe, można przeczytać w dalszej części artykułu w pierwszym wydaniu Polskiego Instalatora PI 1/2017

Zamów
wersję
drukowaną
PI 1/2017

 

Zamów
e-wydanie
PI 1/2017