Pompy ciepła opis budowy i działania

Drukuj



Pompy ciepła szwedzkiej firmy OCTOPUS - Opis budowy i działania.

Pompa ciepła jest urządzeniem grzewczym niskotemperaturowym, którego zasadę działania oparto na odkrytych zjawiskach i przemianach fizycznych, oraz właściwościach pewnych gazów.
W dużym uproszczeniu to odwrócona lodówka, która zamiast chłodzić odzyskuje energię z otoczenia i oddaje ją do instalacji grzewczej budynku.

Urządzenie to składa się z czterech podstawowych elementów tworzących obieg termodynamiczny. Są to; parownik, kompresor, skraplacz i zawór rozprężny. W całym układzie krąży gaz R 290, który posiada zdolność wrzenia w niskich temperaturach. W takim zestawieniu, po uruchomieniu urządzenia zachodzą w sposób ciągły cztery procesy. Pierwszy to odbiór ciepła z otoczenia (na parowniku - radiatory), następny to sprężanie w kompresorze, potem oddanie ciepła w skraplaczu (wymienniku), a dalej rozprężanie realizowane na zaworze rozprężnym. 


Zasada działania

Czynnik chłodniczy (gaz) w formie cieczy przepływa przez sieć miedzianych rurek otoczonych potężnymi aluminiowymi powierzchniami (radiatorami) ułatwiającymi przyjmowanie energii z zewnątrz. Powierzchnia radiatorów zastępuje około 800 m bieżących rury ułożonej poziomo pod powierzchnią ziemi do pobierania ciepła, w przypadku takiego typu pompy cieplnej.

Gaz przepływając przez magistralę otoczoną radiatorami ulega podgrzaniu pobierając ciepło z zewnątrz. Tu należy przypomnieć, iż ujemna temperatura nie oznacza braku tej energii. To nadal jest energia cieplna. Znaczącym czynnikiem energetycznym jest zawartość pary wodnej w powietrzu (wilgotność powietrza) i wiatr.

zasady01Dlaczego? Wytłumaczenie jest proste. Wilgoć w powietrzu ( w postaci gazu, lub opadów atmosferycznych ), osiadając ( skraplając się ) na powierzchni radiatorów oddaje tam swoje ciepło. Dzieje się to tak szybko, iż następnym stanem skupienia jest po prostu szadź lub lód. ( Zdjęcie obok ). Następuje szybki transfer energii do przepływającego w rurach czynnika. Wynikiem takiej przemiany jest jego nagrzanie i przejście z cieczy do stanu lotnego. Jako gaz trafia on do kompresora (sprężarki), gdzie podnoszone jest jego ciśnienie. W momencie otwarcia zaworu ekspansyjnego sprężony gwałtownie ogrzewa się i gorący trafia do wymiennika cieplnego o dużej wydajności. Tam oddaje swoją energię (ciepło). Ogrzewając wodę, znów przechodzi w stan ciekły. Woda krążąc w systemie centralnego ogrzewania oddaje energię cieplną do budynku. W chwili gdy ubędzie jej ponad zadane wartości, powyżej opisany proces rozpoczyna się od nowa.


zasady02



Budowa


Pompa ciepła składa się z grupy radiatorów stojących na zewnątrz, oraz sprężarki, która w zależności od opcji może znajdować się przy radiatorach .....












... lub w pomieszczeniu. Urządzenia połączone są ze sobą miedzianymi rurkami ? 22 mm. Schematycznie przedstawione jest to na rys. oraz zdjęciach z realizacji.





działanie pompy ciepła





                Zdjęcia z realizacji

zasady04

szkola w Danii
 
 
 
 
 
altmp02


Istnieją cztery podstawowe prawa, które umożliwiają pobieranie ciepła z powietrza:

  1. Aby jakąś ciecz doprowadzić do wrzenia i zamienić w parę, potrzebna jest energia cieplna.
  2. Kiedy para przechodzi ponownie w ciecz, oddaje ona tyle samo energii cieplnej ile pobrała podczas parowania.
  3. Gdy sprężamy gaz, temperatura rośnie wraz z ciśnieniem.
  4. Gdy zwiększamy ciśnienie nad ciecz, rośnie jej temperatura wrzenia.


Jeżeli pompę cieplną zasilamy elektrycznością, to pobór mocy wynosi 6 W na każdy stopień różnicy pomiędzy absorberem a wymiennikiem ciepła.
Przykład uzyskania 1 Kw. energii cieplnej.

Temperatura na absorberze wynosi -10oC, a w wymienniku ciepła +40 stopni C, oznacza to wartość bezwzględnej różnicy 50 stopni, a więc 50 x 6 W = 300 W pobranej energii produkuje 1 000 W energii cieplnej.

Ogrzewanie.

  1. Pompa ciepła Octopus włączy się tylko wtedy, gdy temperatura w obiekcie spadnie poniżej żądanej temperatury.
  2. Wytworzone zyski cieplne w pomieszczeniu powodują, że pompa ciepła Octopus nie włączy się. Do tych zysków należą: przebywające osoby, energia elektryczna zasilająca urządzenia, prowadzone prace wytwarzające ciepło, a także nasłonecznienie itp.
  3. Do nowego pomieszczenia względnie wychłodzonego po przestoju wprowadzane jest ciepło przy pomocy pompy ciepła Octopus. Ciepło jest przekazywane do całego obiektu wraz z wyposażeniem, i tak długo wtłaczane, aż temperatura wewnątrz osiągnie żądaną wartość. Po osiągnięciu żądanej temperatury pompa ciepła pracuje jeszcze przez 500 sekund, a następnie się wyłączy.
  4. Po wyłączeniu się pompy ciepła Octopus obiekt wychładza się. Gdy temperatura obniża się np.0.1 stopnia pompa ciepła Octopus włączy się ponownie po 500 sekundach. Od czasu wyłączenia się do czasu włączenia pompy ciepła Octopus, ciepło z obiektu w ilości X przeszło do powietrza zewnętrznego /przenikanie przez ściany, okna, dach itp./. Po włączeniu się Octopus dostarczy taką samą ilość X ciepła do obiektu z powietrza zewnętrznego, jaką budynek wcześniej stracił. Zatem pompa ciepła Octopus nie powoduje ubytku ciepła w przyrodzie, tylko odbiera z otoczenia taką samą ilość ciepła, którą wcześniej utracił obiekt. W związku z tym nigdy nie może zabraknąć ciepła w czasie pracy pompy ciepła Octopus.
  5. Podczas pracy pompy ciepła Octopus nigdy nie wiemy, jaka jest w danej chwili temperatura wody w instalacji centralnego ogrzewania. Na przykład: Dla nowo wybudowanego domu z instalacją tradycyjną grzejnikową, pompa ciepła pracuje ze swoją mocą tak długo, aż woda obiegowa centralnego ogrzewania osiągnie temperaturę np. + 55 stopni tj. najwyższą. Po uzyskaniu żądanej temperatury wewnątrz domu pompa ciepła wyłącza się. Woda w instalacji centralnego ogrzewania jest w ciągłym ruchu, coraz bardziej wychładzając się. Czujnik temperatury pokojowej włączy pompę ciepła ponownie, gdy temperatura wewnątrz spadnie o 0,1 stopnia poniżej zadanej. Załóżmy, że temperatura wody w instalacji co. w tym czasie spadnie do +35 stopni, po włączeniu się ponownie pompy ciepła ta sama woda co. osiągnie temperaturę tylko o 1,2,3,4, stopnie wyższą i może okazać się, że podgrzanie wody co. do np. +39 stopni spowoduje, iż stracone ciepło w budynku zostało już uzupełnione ciepłem pobranym z zewnątrz. W konsekwencji czujnik temperatury wyłączy pompę ciepła. Stąd wniosek, że podczas pracy pompy ciepła Octopus nie wiemy, jaka będzie w danej chwili temperatura wody w instalacji co.- ona po prostu sama się reguluje.
  6. Zainstalowana na zewnątrz pompa ciepła OCTOPUS, w której znajduje się gaz chłodniczy R290 pozwala na pobieranie ciepła z otoczenia aż do chwili, gdy na radiatorze wystąpi temperatura minus 43 stopni C. Stan ten może wystąpić przy temperaturze zewnętrznej około minus 35 stopni C. W wyniku odbierania ciepła z powietrza, na radiatorze powietrze to ochładza się i jako cięższe opada w dół, robiąc miejsce dla nowej porcji cieplejszego powietrza. Taki obieg naturalny powietrza jest zachowany w czasie pracy pompy ciepła OCTOPUS. Temperatura na radiatorze pompy ciepła -43 stopni C powoduje, że czynnik chłodniczy R290 nie ulega odparowaniu, a pompa ciepła OCTOPUS przestaje pobierać ciepło. Wówczas wymagane jest inne źródło ogrzewania. Tym źródłem może być np. wbudowana w instalację co. grzałka elektryczna OCTOPUSA, która w godzinach "szczytowych" zapewni tą energię.
  7. Efektywność pozyskania ciepła uzależniona jest od rodzaju wewnętrznej instalacji centralnego ogrzewania. Dla instalacji cieplnej wyposażonej w powszechnie znane grzejniki z 1kW energii elektrycznej pobranej przez sprężarkę możemy uzyskać 3,3 Kw. energii cieplnej. Natomiast dla ogrzewania podłogowego firmy Octopus z 1 Kw. energii elektrycznej uzyskamy 5,2 - 5,5 Kw. energii cieplnej.

Pozyskanie ciepłej wody użytkowej

Temperaturę wody + 55 stopni otrzymamy wówczas, gdy sprężarka wytworzy ciśnienie ok. 20 barów. Uzyskanie tak wysokiego ciśnienia przez sprężarkę pociąga za sobą wzrost zużycia energii elektrycznej, tym samym proces pozyskania ciepła jest mniej ekonomiczny. Ponadto musimy pamiętać, że magazynowana c.w.u. powinna być okresowo przegrzewana celem dezynfekcji. Firma Octopus Energi stosuje w swoich rozwiązaniach wstępne podgrzanie wody zimnej z wodociągu poprzez zamontowanie wymiennika ciepła woda-woda w powrót centralnego ogrzewania. W ten sposób całorocznie pozyskamy gratis ok. 12 stopni, a w okresie letnim poprzez włączenie tylko pompy obiegowej zabierzemy temperaturę pokojową do zbiornika c.w.u. tym samym wychładzamy pomieszczenia.
Ochrona Środowiska.

Dotychczas znane nam pompy ciepła pobierające ciepło ze środowiska wodnego prowadzą do ochładzania wód podziemnych lub powierzchniowych. Dodatkowo zrzut wody, z której odbierane jest ciepło powoduje, że woda po przejściu przez pompę ciepła jest odpadem technologicznym w rozumieniu prawa.

W Szwecji montaż takiej pompy odbywa się pod kontrolą urzędnika ochrony środowiska, uwzględniając sposób i miejsce zrzutu wody.

W Polsce za odprowadzenie takiej wody do rzeki, jeziora czy też kanalizacji pobierane są również odpowiednie opłaty.

Na początku dwudziestego wieku Mats Bäckström zbadał, że 1 m2 gruntu może oddać:

* 5,7 W energii cieplnej ..................................... pozyskiwanej przez 10 godzin
* 0,56 W  .......................................................... przy pozyskiwaniu przez 1000 godzin
* 0,33 W ........................................................... przy pobieraniu w ciągu 3000 godzin
* 0,23 W energii cieplnej .................................. pozyskiwanej w ciągu 6000 godzin (250 dni)

Stąd wniosek, że pobieranie ciepła z ziemi przez 250 dni w roku w stosunku do 10 godzin powoduje spadek pozyskiwania ciepła z gruntu o 2478 %. W związku z tym pompy ciepła pobierające ciepło z gruntu ochładzają ten grunt co powoduje degradację środowiska.

Pompa OCTOPUS nie powoduje ubytku ciepła w przyrodzie. Pobiera go tylko tyle, ile potrzebuje budynek i tylko tyle, ile oddał on do otoczenia. Nie może zatem zabraknąć ciepła pobieranego z otoczenia podczas jej pracy. WŚRÓD OBECNIE ISTNIEJĄCYCH ROZWIĄZAŃ NA RYNKU GRZEWCZYM, OCTOPUS JEST NAJBARDZIEJ PRZYJAZNĄ POMPĄ DLA LUDZI I ŚRODOWISKA W KTÓRYM ŻYJĄ.

Zalety pompy ciepła OCTOPUS:

  1. Tania eksploatacja. Z obliczeń wynika, że pozyskanie 1 Kw. energii cieplnej z energii elektrycznej nie przekroczy 0,09 grosza.
  2. Niskie koszty obsługi, konserwacji i przeglądów.
  3. Brak kotłowni oraz komina.
  4. Dolne źródło dla pompy ciepła OCTOPUS jest częścią składową pompy. Inwestor nie musi go dodatkowo wykonać.
  5. Pompa ciepła OCTOPUS zajmuje teren, który dla pompy ciepła 48X jest kwadratem 1.0x1.0m, natomiast dla pompy 81X jest prostokątem 1.0x2.5m. Miejsce zainstalowania pompy ciepła może być oddalone od budynku ca 50 m. Możemy ją również zamontować na dachu, lub ścianie budynku.
  6. Prosta instalacja centralnego ogrzewania.
  7. Możliwość pracy z każdą instalacją nowo realizowaną i istniejącą, która uwzględnia uwarunkowania zawarte w niniejszym opracowaniu.
  8. Pompa ciepła OCTOPUS została skonstruowana tak, aby obiekt sam dostosowywał się do zmieniających się warunków atmosferycznych.
  9. Pompa ciepła OCTOPUS charakteryzuję się prostotą automatyki i sterowania. Do ustawienia mamy tylko temperaturę wewnętrzną w mieszkaniu oraz uchyb do jakiej wartości może spaść ta temperatura. Pompa ciepła nie posiada sterownika pogodowego i nie ustawiamy krzywej grzania.
  10. Pompa ciepła OCTOPUS może być zamontowana do istniejących i nowych instalacji, od domu jednorodzinnego poprzez budownictwo ogólne, kościoły, baseny kąpielowe, markety, hale przemysłowe, boiska sportowe itp. Systemy instalacji współpracujące z pompą ciepła OCTOPUS mogą być różne. Ich rozwiązania wynikają z inwencji projektanta.
  11. Możliwa jest zmiana systemu ogrzewania poprzez strefowe przyłączanie, które w realizacji istniejących dużych obiektów pozwolą na etapową zmianę ogrzewania.

UNIKATOWE ROZWIĄZANIE TECHNICZNE CZYNI TĘ POMPĘ WYJĄTKOWĄ I JEST PRAWNIE CHRONIONE