envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Wąski Jar 9
02-786 Warszawa

Advertisement











Grzegorz Krzyżaniak

 

     W artykule scharakteryzowano dolne źródła pomp ciepła stosowanych w instalacjach c.o. i c.w.u. Koszty inwestycyjne i eksploatacyjne pomp ciepła porównano z kosztami kotłów gazowych. W oparciu o wskaźniki ekonomiczne SPBT, NPV, IRR oraz DLCC zaproponowano kryteria techniczno-ekonomiczne wyboru dolnego źródła. W pierwszej części artykułu zostały scharakteryzowane dolne źródła pomp ciepła.

 

 

2013-05-18-1

Schemat zastosowania pompy ciepła powietrze-woda wykorzystującej powietrze wewnętrzne/wywiewane

 

 

     Pompy ciepła jako niekonwencjonalne źródła energii mogą pracować w układzie zasilania budynku w ciepło na cele c.o. i c.w.u. zarówno w układzie monowalentnym, stanowiąc jedyne źródło ciepła, jak i biwalentnym, gdy jako podstawowe źródło ciepła współpracują z tzw. źródłem pomocniczym, np. kotłem gazowym, olejowym czy podgrzewaczem elektrycznym. O możliwościach technicznych i efektywności ekonomicznej ich zastosowania w każdym przypadku decydują przede wszystkim dolne źródła ciepła. Ich dobór zależy od:

 

 

 

 

  • uwarunkowań środowiskowych i geologicznych,
  • dostępności oraz łatwości pozyskiwania ciepła,
  • kosztów inwestycyjnych (związanych z poprzednimi czynnikami), które mogą nawet wykluczać zastosowanie pompy ciepła.

 

     Przed podjęciem decyzji należy rozważyć aspekty techniczne i ekonomiczne kilku różnych dolnych źródeł ciepła do zastosowania w każdym rozważanym rozwiązaniu. W artykule aspekty te są zaprezentowane w kontekście zastosowania pomp ciepła jako źródeł zasilania w ciepło budynków jednorodzinnych i wielorodzinnych. Analizie poddano efektywność pracy pomp z czterema różnymi dolnymi źródłami.

 

 

 2013-05-18-2

Schemat zastosowania pompy ciepła powietrze-woda wykorzystującej powietrze zewnętrzne 

 

 

Charakterystyka dolnych źródeł ciepła (DZC)

 

     Dolne źródło pomp ciepła winno charakteryzować się następującymi właściwościami:

  • dużą pojemnością cieplną,
  • możliwie wysoką i stałą temperaturą w funkcji czasu,
  • łatwą dostępnością i co się z tym wiąże – jak najniższymi kosztami instalacji,
  • niską korozyjnością i brakiem zanieczyszczeń powodujących powstawanie osadów.

 

     Podstawowym parametrem mającym wpływ na efektywność pomp ciepła jest temperatura DZC i jej wahania (źródła naturalne). Temperatura zależy od rodzaju DZC i pory roku oraz jest zmienna w mniejszym czy większym stopniu w funkcji czasu. Większość źródeł ciepła jest niekoherentna (naturalne), tzn. przy szczytowym zapotrzebowaniu na energię ich wydajność jest stała lub wręcz maleje. Najbardziej koherentne są wody gruntowe, mniej grunt i wody powierzchniowe, a najmniej powietrze zewnętrzne.

 

     Ważną rolę w efektywności DZC odgrywa akumulacyjność cieplna (pojemność cieplna) źródła; jeżeli jest ona odpowiednio duża to odbiór ciepła nie zakłóca stanu równowagi cieplnej źródła. Z efektywnością ekonomiczną wiążą się nakłady inwestycyjne na DZC. W zależności od rodzaju dolnego źródła są one bardzo zróżnicowane i w dużym stopniu rzutują na opłacalność całego przedsięwzięcia, jakim jest pompa ciepła.

 

     Moc cieplną (moc parownika) Q0, jaką można pozyskać z dolnego źródła ciepła oblicza się ze wzoru:

2013-05-18-3

gdzie:
Qg – moc grzejna pompy ciepła (moc oddawana w skraplaczu), kW
COP – znamionowy współczynnik wydajności grzejnej pompy ciepła podawany przez producentów.

 

 

Powietrze atmosferyczne jako DZC

 

     Jego zaletą jest łatwa dostępność bez ograniczeń ilościowych przy niskich nakładach inwestycyjnych. Działanie pompy ciepła nie zakłóca równowagi cieplnej otoczenia (rys. 1). Główne wady tego rozwiązania to małe wartości współczynnika przejmowania ciepła, co ma bezpośredni wpływ na współczynnik przenikania ciepła w parownikach pomp, oraz duże wahania temperatury powietrza, dobowe i sezonowe. Wymusza to konstruowanie parowników o znacznie rozbudowanych powierzchniach lamelowych. Niekorzystne jest też to, że powietrze ma małą pojemność cieplną, przez co parownik musi przetłaczać duże strumienie objętości powietrza, a napęd wentylatora pochłania więcej energii. Praca wentylatorów dodatkowo zwiększa poziom hałasu całego zespołu pompy ciepła.

 

     Efektywne wykorzystanie pomp ciepła, w których powietrze stanowi dolne źródło, możliwe jest tylko w zakresie temperatury zewnętrznej 3-5ºC. Przy niższej temperaturze pompy ciepła oczywiście mogą pracować (np. do temperatury -15°C), ale zwiększenie częstotliwości odszraniania wymaga dostarczenia dodatkowej energii, co powoduje, że współczynniki wydajności grzejnej są bardzo niskie. Dlatego zaleca się układy biwalentne, wykorzystujące dodatkowe źródło ciepła (np. kocioł gazowy). Średnioroczny współczynnik wydajności grzejnej pompy ciepła COP z parownikiem zasilanym powietrzem atmosferycznym, stosowanej w systemach niskotemperaturowych, wynosi 2-2,5. [3]

 

     (...)

 

O gruncie i wodzie jako dolnych źródłach ciepła można przeczytać w PI 05/2013, a w drugiej części artykułu zostanie przedstawiona szczegółowa analiza techniczno-ekonomiczna zastosowania pomp ciepła dla budynku jedno- i wielorodzinnego w porównaniu z kosztami zastosowania kotłów gazowych.

 


 

pi