Ogrzewanie domów z zastosowaniem pomp ciepła

kategoria: budownictwo jednorodzinne, ogrzewanie, pompy ciepła | 0 Comments

To już kolejna pozycja Wojciecha Oszczaka, tak jak poprzednio autor ciekawie opisuje temat alternatywnych źródeł ogrzewania.

Poniżej krótki opis “Ogrzewanie domów z zastosowaniem pomp ciepła”.

Omówienie sposobów wykorzystania energii odnawialnej pobieranej z gruntu, rzek, jezior lub otaczającego powietrza, do ogrzewania pomieszczeń oraz wody użytkowej w budownictwie jednorodzinnym. Praktyczne sposoby realizacji ekologicznych instalacji grzewczych, w których zastosowano pompy ciepła. Zasady obliczania i konstruowania własnych instalacji grzewczych (dla osób bardziej zaawansowanych technicznie). Diagnostyka i naprawy pomp ciepła. Liczne porady praktyczne i wskazówki dla zainteresowanych pozyskiwaniem ciepła z otoczenia. Książka, przystępnie napisana i bogato zilustrowana, uzupełniona informacjami dotyczącymi obowiązujących przepisów i norm.

Ogrzewanie podłogowe

kategoria: budownictwo jednorodzinne, ogrzewanie, pompy ciepła | 0 Comments

Ogrzewanie podłogowe to jeden ze sposobów na rozprowadzenie ciepła po pomieszczeniu, obok ogrzewania nadmuchowego i zwykłych grzejników. Ostatnio sporo się na temat tego ogrzewania mówi i pisze, warto więc wiedzieć na jego temat cokolwiek więcej.

Ogrzewanie podłogowe może być elektryczne lub wodne. W tym pierwszym przypadku w podłodze zostają umieszczone przewody grzejne (lub specjalne maty grzejne). W drugim przypadku w podłodze umieszcza się przewody, którymi przepływa ciepła woda.

Ten pierwszy przypadek należy traktować jak zwykłe ogrzewanie elektryczne. Podobnie jak ogrzewanie akumulacyjne pozwala na wykorzystanie dobrodziejstw taryfy nocnej, bo ma dość dużą bezwładność cieplną. Mimo wszystko jest jednak dość drogie.

W drugim przypadku najczęściej mamy do czynienia z wykorzystywaniem ciepłej wody, której źródłem są pompa ciepła bądź kocioł kondensacyjny. Pompa ciepła dobrze pracuje tylko gdy produkuje ciepłą wodę o dość niskiej temperaturze a kocioł kondensacyjny swoją bardzo wysoką sprawność osiąga dopiero przy niskiej temperaturze czynnika.

Dlaczego ogrzewanie podłogowe może wykorzystywać czynnik grzewczy o niskiej temperaturze? Ilość przekazanego ciepła jest iloczynem między innymi różnicy temperatur i powierzchni oddawania ciepła. W przypadku grzejników jest ona dość mała, równa powierzchni kaloryfera. W przypadku ogrzewania podłogowego jest znacznie większa, bo jest to powierzchnia całej podłogi.

Dodatkowo, warto wspomnieć, że ludzkie ciało lubi ciepło “od spodu”, tzn. od stóp. Dla naszego komfortu wskazana jest ciepła podłoga i chłodne powietrze wokół głowy. Z tego względu ogrzewanie podłogowe jest znacznie bardziej komfortowe niż gorące grzejniki.

Warto wspomnieć, że dzięki temu, że ciepła podłoga zapewnia nam komfort cieplny, można nieco obniżyć temperaturę w pomieszczeniu. To z kolei zmniejsza straty ciepła przez ściany, okna i wentylację a więc pozwala na oszczędności.

Najciekawiej wygląda sprawa podłączenia ogrzewania podłogowego do pompy ciepła. Dobrze zaprojektowana pompa może być tańsza niż kocioł centralnego ogrzewania, do dobrego działania wymaga ona jednak właśnie ogrzewania podłogowego. W przypadku tego typu urządzeń im wyższa różnica temperatur między poborem ciepła (wymiennik gruntowy) a jego oddawaniem (czynnik grzewczy w centralnym ogrzewaniu) tym więcej energii musi zostać zużyte do przepompowania ciepła. Z tego wynika wyższy koszt użytkowania takiej instalacji a więc mniejsze oszczędności.

Ogrzewanie podłogowe to generalnie rzecz biorąc szansa na oszczędności, ale czy warto je sobie zainstalować to już każdy powinien ocenić we własnym zakresie, biorąc pod uwagę nie tylko koszty ale i inne preferencje.

Krzysztof Lis, magister inżynier mechanik specjalności energetyka cieplna

Pompa ciepła OCTOPUS

kategoria: pompy ciepła | 0 Comments

Opis budowy i działania pompy ciepła

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 pompy ciepła

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.

Dlaczego? 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. 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.

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.

Źródło: pompy ciepła octopus

Pompa ciepła

kategoria: ogrzewanie, pompy ciepła | 0 Comments

Pompa ciepła jest urządzeniem wymuszającym przepływ ciepła z obszaru o niższej temperaturze do obszaru o temperaturze wyższej. Proces ten przebiega wbrew naturalnemu kierunkowi przepływu ciepła i zachodzi dzięki dostarczonej z zewnątrz energii mechanicznej (w pompach ciepła sprężarkowych) lub energii cieplnej (w pompach absorpcyjnych).

Pompy ciepła najczęściej mają zastosowanie w:

gospodarstwach domowych (chłodziarki, zamrażarki)
przetwórstwie spożywczym (chłodnie, zamrażalnie, fabryki lodu)
klimatyzacji pomieszczeń (chłodzenie pomieszczeń)
chłodnictwie
ogrzewaniu pomieszczeń ciepłem pobieranym z otoczenia (z gruntu, zbiorników wodnych lub powietrza)

W chłodziarkach i zamrażarkach ciepło jest “wypompowywane” z przechowywanych produktów (co obniża ich temperaturę) a oddawane do pomieszczenia, w którym stoi lodówka lub zamrażarka. Pompa ciepła zastosowana do ogrzewania pomieszczeń “wypompowuje” ciepło z otoczenia o niskiej temperaturze (z gruntu lub powietrza na zewnątrz budynku) i po podniesieniu temperatury czynnika roboczego oddaje ciepło do ogrzewanego pomieszczenia.

Zasada działania

Nazwa “pompa ciepła” jest użyta przez analogię do nazwy powszechnie znanej “pompy hydraulicznej” pompującej ciecz (najczęściej wodę) z niżej położonego zbiornika do zbiornika położonego wyżej. Zarówno “pompa hydrauliczna” jak i “pompa ciepła” potrzebują energii dostarczonej z zewnątrz. Kiedy ciepło płynie w naturalnym kierunku (od wyższej temperatury do niższej), przepływ tego ciepła może być wykorzystany do napędu silnika cieplnego podobnie jak przepływ wody płynącej grawitacyjnie z góry na dół napędza silnik hydrauliczny (turbinę wodną). Aby “zmusić” ciepło do płynięcia w odwrotnym kierunku (od temperatury niższej do wyższej) należy z zewnątrz dostarczyć energii do napędu, podobnie jak przy pompowaniu wody z dolnego zbiornika do górnego. Przy odpowiedniej konstrukcji “pompa ciepła” i “silnik cieplny” mogą być jednym urządzeniem, podobnie jak jednym urządzeniem mogą być pompa hydrauliczna i silnik hydrauliczny (np. turbina Kaplana) w elektrowni szczytowo-pompowej.

Sprężarkowe pompy ciepła realizują obieg termodynamiczny (obieg Lindego), będący odwróceniem obiegu silnika cieplnego. Ciepło jest pobierane przez roboczy czynnik termodynamiczny (freon, amoniak, sprężony dwutlenek węgla) w parowniku (dolne źródło ciepła), w którym czynnik odparowuje i trafia do sprężarki, gdzie rośnie energia wewnętrzna czynnika (a więc i temperatura), a następnie w skraplaczu oddaje ciepło (górne źródło ciepła) skraplając się i przez zawór dławiący lub rurkę kapilarną, trafia z powrotem do parownika.

Pompy ciepła wykorzystują ciepło niskotemperaturowe (o niskiej energii) (w praktyce 0°C - 60°C), trudne do innego praktycznego wykorzystania.

Sprawność

Do scharakteryzowania pomp ciepła nie używa się typowego pojęcia sprawności, lecz współczynnika wydajności pompy ciepła, tzw. COP, który jest równy stosunkowi uzyskanego w górnym źródle ciepła do włożonej pracy (w przypadku układu sprężarkowego). Współczynnik ten może przyjmować w praktyce wartości od około 3 do kilkunastu, co oznacza dużą oszczędność energii elektrycznej w porównaniu ze zwykłym grzejnikiem elektrycznym (w którym stosunek ciepła do energii elektrycznej jest bliski liczbie jeden).

Efektywność cieplna pompy cieplnej zależy silnie od różnicy temperatur.

Przy wykorzystaniu pompy do ogrzewania zakłada się, że źródło energii cieplnej jest darmowe dlatego współczynnik efektywności określa się jako stosunek całkowitej energii na skraplaczu, do energii pobranej z sieci elektrycznej.

$COP_g = \frac {E_s} {E_e} \leq \frac {T_s} {T_s-T_p} = \frac{1}{\eta_c}$

gdzie:

$E s$ , $E e$ - energia przekazana w skraplaczu i dostarczona energia elektryczna,
$T s$ , $T p$ - temperatura skraplacza i parownika (wyrażona w skali absolutnej),
$η c$ - sprawność cyklu Carnota

Temperatura skraplacza jest od kilku do kilkunastu stopni wyższa od temperatury ogrzewanego pomieszczenia, a temperatura parownika jest o kilka stopni niższa od temperatury źródła ciepła.Ze wzoru tego wynika, że pompy ciepła mają dużą efektywność przy małej różnicy temperatur, a tracą ją szybko wraz ze wzrostem tej różnicy.

Równość w powyższym wzorze może być osiągnięta wyłącznie w doskonałej, odwracalnej pompie ciepła. Rzeczywiste urządzenia mają niższą efektywność, z powodu przede wszystkim dwóch efektów:

nieodwracalności procesów przekazu ciepła w parowniku i skraplaczu (odwracalne procesy musiałyby biec nieskończenie wolno, byłyby więc praktycznie bezużyteczne),
strat energii (tarcia) w sprężarce i oporów przepływu czynnika chłodzącego.

Seryjnie budowane sprężarkowe pompy ciepła osiągają typowo sprawność równą 50–60% sprawności pompy doskonałej. W odniesieniu do wystandaryzowanych warunków pracy (temperatura parownika 0°C = 273 K, temperatura skraplacza 50°C = 323 K) daje to współczynnik efektywności pompy około 3,5, co oznacza, że ponad 70% dostarczonego przez pompę ciepła pochodzi z dolnego źródła, a reszta z sieci elektrycznej.

Dodatkowo, w przypadku, gdy parownik odbiera ciepło od otaczającego powietrza, następuje skokowy spadek sprawności przy temperaturze powietrza poniżej 0°C. Jest to spowodowane oszranianiem się parownika i koniecznością okresowego odwracania obiegu pompy celem odszronienia.

Źródło: Wikipedia

Kłopoty z wentylacją grawitacyjną

kategoria: klimatyzacja, kominy, ogrzewanie, rekuperacja | 0 Comments

Tradycyjny, grawitacyjny system wentylacji mieszkań polega na usuwaniu zużytego powietrza za pomocą kanałów w formie przewodów kominowych. Kanały takie murowane są w sposób identyczny jak kanały spalinowe kominów przeznaczonych do kominków lub pieców CO.

Nawet laik zauważy, że tego typu instalacja wentylacyjna nie zawsze działa poprawnie. Czasami kratka wentylacyjna zamiast wysysać powietrze np. z łazienki powoduje… nawiewanie zimnego powietrza do środka. Czasem powietrze w takim pomieszczeniu “ani drgnie” i tworzy się zaduch. Na ścianach pojawiają się skropliny a za nimi pleśń.

temperatura wewnątrz domu musi być wyższa niż na zewnątrz
na zewnątrz powinien wiać lekki wiatr
okna i drzwi powinny być “rozszczelnione”, aby zapewnić dopływ świeżego powietrza
konstrukcja kanałów wentylacyjnych na dachu powinna być tak zaprojektowana, aby ograniczyć możliwości “wstecznego” wdmuchiwania powietrza. Efekt ten można uzyskać m.in. stosując specjalne (wcale nie tanie!) osłony przeciwwiatrowe kanałów wentylacji grawitacyjnej.

Intensywność i skuteczność działania wentylacji grawitacyjnej zależy od spełnienia wszystkich powyższych warunków!

gdy temperatura na zewnątrz maleje względem temperatury w mieszkaniu, wzrasta intensywność wentylacji w sposób liniowy (tzn. wzrost dwukrotny różnicy temperatury wewnątrz i na zewnątrz powoduje dwukrotny wzrost wentylacji)
gdy na dworze zaczyna wiać silny wiatr to intensywność wentylacji rośnie w kwadracie zmiany prędkości wiatru, tzn. dwukrotny wzrost prędkości wiatru powoduje czterokrotny wzrost intensywności wentylacji (łatwo zauważalny efekt “wycia” w kominach podczas silnych wiatrów - prędkość powietrza w kanale wentylacyjnym znacznie przekracza wówczas 5m/s!)

Powyższe zależności nasuwają istotne spostrzeżenia: zimą, gdy z zasady chcemy a nawet powinniśmy ograniczyć wentylację (ucieczka ciepła kanałami wentylacyjnymi!) praktycznie nie istnieje możliwość jej kontrolowania. Ucieczka powietrza oraz wraz z nim ciepła zachodzi w sposób niekontrolowany, gdy tylko nastąpi rozszczelnienie okien lub drzwi. Efekt ten potęgowany jest podczas mrozów (bardzo duża różnica temperatur powoduje zwiększenie “ciągu” w kanale wentylacyjnym) oraz podczas silnych wiatrów (szczególnie gdy komin nie posiada osłon przeciwwiatrowych). W efekcie następuje ogromna ucieczka ciepła, co powoduje szybkie wychłodzenie mieszkania i co gorsza nadmierne jego wysuszenie. Ucieczkę ciepła można oczywiście zmniejszyć zatykając kanały wentylacyjne oraz uszczelniając okna. W takim wypadku występują jednak dość nieprzyjemne skutki uboczne: od wykraplania się wilgoci na szybach i ścianach, poprzez silny zaduch w mieszkaniu i zagrzybienie ścian, aż do ryzyka zatrucia tlenkiem węgla w niewentylowanych pomieszczeniach, gdzie pracuje kuchnia gazowa lub piec.

Latem proces wentylowania mieszkań za pomocą tradycyjnej wentylacji grawitacyjnej zachodzi tylko podczas wietrznej pogody. Gdy nie wieje wiatr i jest ciepło, naturalna wentylacja zawodzi zupełnie. Porównywalne temperatury wewnątrz i na zewnątrz domu lub co gorsza wyższa temperatura zewnętrzna od temperatury wewnątrz wytłumiają do zera efekt “ciągu” kominkowego. Wilgoć i nieprzyjemne zapachy nie są usuwane praktycznie wcale.
Efekt ten znali dawni konstruktorzy budynków: kamienic czy pałaców. Połączenie rodzaju konstrukcji oraz właściwości stosowanych niegdyś materiałów budowlanych, np. w przypadku przedwojennych kamienic, było tak przemyślane, aby częściowo niwelowane były niekorzystne skutki letniego braku, czy zimowej nadmiernej i niekontrolowanej wentylacji. Stosowane niegdyś grube, pełne mury, wapienne tynki, drewniane okna, a przede wszystkim bardzo wysokie kondygnacje - połączenie wszystkich tych cech funkcjonowało jak swoisty akumulator ciepła, zapewniając korzystny mikroklimat panujący wewnątrz domu. Niestety do dziś ogrzewanie takich mieszkań bywa niezwykle kosztowne. Nowoczesne technologie budowlane zapewniają znaczne ograniczenie kosztów ogrzewania, jednak wymagają również stosowanie innych niż tradycyjne sposobów wentylowania budynków…

Źródło: www.rekuperacja.pl

Pompy ciepła

Kategorie