pompy ciepła.pdf

Pomoce projektowe

Pompy ciep∏a

do centralnego ogrzewania i podgrzewania wody

TM 60-1...110-1

TE 60-1...170-1

Moc grzewcza od 6 kW do 17 kW

Ciep∏o, które polubisz

Spis treÊci

1 Podstawy ........................................................ 3

1.1 Wprowadzenie................................................. 3

1.2 Polityka energetyczna – warunki ogólne ......... 3

1.3 Zasada dzia∏ania.............................................. 4

1.4 Wspó∏czynnik efektywnoÊci, COP,

wspó∏czynnik pracy......................................... 5

1.5 Tryby eksploatacji pomp ciep∏a....................... 6

1.5.1 Monowalentny tryb eksploatacji ..................... 6

1.5.2 Biwalentny tryb eksploatacji ........................... 6

1.5.3 Monoenergetyczny tryb eksploatacji............... 6

1.6 èród∏a ciep∏a ................................................... 7

1.6.1 Grunt............................................................... 7

1.6.2 Powietrze ...................................................... 11

1.7 System oddawania i rozdzielania ciep∏a........ 12

1.7.1 System grzewczy / ogrzewanie pod∏ogowe... 12

1.7.2 Zasobnik buforowy........................................ 12

1.7.3 Minimalna iloÊç wody w obiegu .................... 12

1.8

2.5.1 Opis i zakres dostawy ................................... 36

2.5.2 Wymiary konstrukcyjne i przy∏àczeniowe ...... 37

2.5.3 Dane techniczne............................................ 38

Oszcz´dnoÊç energii dzi´ki stosowaniu

pomp ciep∏a .................................................. 13

3 Projektowanie i wymiarowanie pomp ciep∏a .39

3.1 Program obliczeniowy VPW 2100.................. 39

3.1.1 Rejestracja .................................................... 39

3.1.2 Wprowadzanie danych .................................. 40

3.1.3 Przyk∏ad ........................................................ 41

3.1.3.1 Wynik obliczenia wraz z wykorzystaniem

energii ........................................................... 41

3.1.3.2 Roczne zu˝ycie energii .................................. 42

3.1.3.3 Roczne koszty eksploatacji............................ 43

3.2 Procedura post´powania przy obliczeniach

szacunkowych ............................................... 44

3.3 Szacunkowe okreÊlenie zapotrzebowania

na ciep∏o budynku ........................................ 45

3.3.1 Budynki istniejàce ......................................... 45

3.3.2 Budynki nowe................................................ 45

3.3.3 Dodatkowa moc na przygotowanie c.w.u. ..... 45

3.3.4 Moc dodatkowa w okresie wy∏àczeƒ pràdu

przez zak∏ad energetyczny ............................ 46

3.4 Wybór dolnego êród∏a ciep∏a ........................ 47

3.4.1 Przyk∏ad sondy gruntowej ............................. 47

3.4.2 Przyk∏ad kolektora gruntowego..................... 50

3.5 OkreÊlenie trybu pracy pompy ciep∏a ........... 54

3.5.1 Tryb monowalentny....................................... 54

3.5.2 Tryb monoenergetyczny ................................ 55

3.5.3 Wybór pompy ciep∏a ..................................... 56

3.5.4 Urzàdzenia TM …-1........................................ 56

3.5.5 Urzàdzenia TE …-1 ........................................ 56

3.5.6 PojemnoÊç membranowego naczynia

wzbiorczego w obiegu solankowym .............. 57

3.5.7 PojemnoÊç pojemnika zbiorczego

w obiegu solankowym ................................... 57

3.5.8 Izolacja cieplna.............................................. 57

3.5.9 Komponenty solarne ..................................... 57

3.6 Przyk∏adowe projekty (wybór hydrauliki)...... 58

3.6.1 Przeglàd ........................................................ 58

3.6.2 Instalacje standardowe ................................. 59

3.6.3 Instalacje niestandardowe ............................ 67

2 System pomp ciep∏a Junkers ....................... 16

2.1 Przeglàd systemu .......................................... 16

2.2 Pompy ciep∏a Junkers ................................... 17

2.2.1 Sterowanie .................................................... 20

2.2.2 Czujniki temperatury..................................... 21

2.2.3 Spr´˝arka ...................................................... 22

2.2.4 Skraplacz (kondensator) ............................... 23

2.2.5 Zawór rozpr´˝ny ............................................ 23

2.2.6 Parownik ....................................................... 23

2.2.7 Pompy ........................................................... 23

2.2.8 Czujnik ciÊnieniowy....................................... 24

2.2.9 Filtr osuszajàcy.............................................. 24

2.2.10 Wziernik ........................................................ 24

2.2.11 Filtr zanieczyszczeƒ....................................... 24

2.2.12 Zestaw nape∏niajàcy ...................................... 25

2.2.13 Odpowietrznik g∏ówny .................................. 25

2.2.14 Dogrzewacz (grza∏ka elektryczna) ................ 25

2.2.15 Zawór trójdrogowy ........................................ 26

2.2.16 Zasobnik c.w.u. wykonany ze stali

szlachetnej, z zasobnikiem buforowym

(tylko w urzàdzeniach TM …-1) ..................... 26

2.3 TM 60-1 … 110-1 ........................................... 27

2.3.1 Budowa i zakres dostawy.............................. 27

2.3.2 Wymiary monta˝owe i przy∏àczeniowe.......... 28

2.3.3 Dane techniczne urzàdzeƒ ............................ 29

2.3.4 Charakterystyki urzàdzeƒ.............................. 30

2.4 TE 60-1 … 170-1 ............................................ 31

2.4.1 Budowa i zakres dostawy.............................. 31

2.4.2 Wymiary monta˝owe i przy∏àczeniowe.......... 32

2.4.3 Dane techniczne urzàdzeƒ ............................ 33

2.4.4 Charakterystyki urzàdzeƒ.............................. 34

2.5

4 Za∏àcznik ...................................................... 69

4.1 Ocena ekonomicznoÊci ................................. 69

4.2 Normy i przepisy ........................................... 72

4.3 Wskazówki dotyczàce bezpieczeƒstwa ......... 74

4.3.1 Informacje ogólne ......................................... 74

4.3.2 Uwagi dotyczàce zasobników........................ 74

4.4 Procedura uzyskiwania zezwoleƒ .................. 75

4.5

Wykonawcy ................................................... 76

4.6

Adresy firm wiertniczych............................... 76

Zasobniki c.w.u. do pomp ciep∏a .................. 36

4.7

Teksty ofertowe............................................. 77

Podstawy

1 Podstawy

1.1 Wprowadzenie

W ubieg∏ych latach odnotowano dynamiczny wzrost

liczby nowo zainstalowanych elektrycznych pomp

ciep∏a. Statystyka Niemieckiego Stowarzyszenia Pomp

Ciep∏a BWP (Bundesverband für Wärmepumpen)

wykazuje liczb´ 51461 nowych instalacji w 2006 roku,

czyli ponad dziesi´ciokrotnie wi´cej ni˝ w roku 1999.

Wià˝e si´ to z jednej strony z tym, ˝e pompa ciep∏a

wyjàtkowo dobrze spe∏nia ustawowe wymagania

w zakresie technik energooszcz´dnych. Z drugiej strony,

jeÊli chodzi o komfort i koszty eksploatacji, wykazuje

wyraêne zalety w porównaniu z konwencjonalnymi

systemami grzewczymi.

1.2 Polityka energetyczna –

warunki ogólne

W zu˝yciu energii przez budynki mieszkalne decydu-

jàcà rol´ odgrywa udzia∏ energii cieplnej: 86 % potrzeb

energetycznych gospodarstw domowych przypada na

ogrzewanie i podgrzewanie wody (rys. 1). Potrzeby te

pokrywane sà w wi´kszoÊci przez gaz i olej (dotyczy

rynku niemieckiego). Poniewa˝ dost´pnoÊç kopalnych

êróde∏ energii jest ograniczona czasowo, konieczne jest

korzystanie z alternatywnych êróde∏ energii. Znaczàcà

rol´ mogà przy tym odgrywaç w przysz∏oÊci odnawialne

êród∏a energii, a w szczególnoÊci pompy ciep∏a. Przede

wszystkim dlatego, ˝e w naszych szerokoÊciach geogra-

ficznych poda˝ i popyt na energi´ geotermicznà sà do

siebie idealnie dopasowane, co w przypadku korzystania

z energii s∏onecznej jest mo˝liwe jedynie warunkowo.

W Niemczech od roku 1977 ustawodawca w wielu

rozporzàdzeniach w sprawie izolacji cieplnych okreÊla∏

wartoÊci graniczne zu˝ycia energii i wreszcie w obowià-

zujàcym od 01.02.2002 rozporzàdzeniu w sprawie

oszcz´dzania energii (EnEV) stworzy∏ regulacj´, która

ogranicza roczne zapotrzebowanie na energi´ pierwot-

nà wykorzystywanà do ogrzewania pomieszczeƒ

i podgrzewania wody – w zale˝noÊci od typu budynku –

do 80–140 kWh na 1 m 2 ogrzewanej powierzchni

u˝ytkowej.

Dla porównania nale˝y podaç, ˝e w obecnie eksploato-

wanych budynkach roczne zapotrzebowanie na energi´

pierwotnà wykorzystywanà do ogrzewania pomieszczeƒ

i podgrzewania wody wynosi od 600 kWh/(m 2 ·a) przy

bezpoÊrednim ogrzewaniu elektrycznym lub nocnym

ogrzewaniu zasobnikowym w budynkach wymagajàcych

remontu, do 50 kWh/(m 2 ·a) w przypadku budynków

pasywnych.

250

200

150

100

2 %

Dom jednorodzinny

Dom szeregowy

Dom wielorodzinny

Eksploatowane budynki mieszkalne

Rozporządzenie w sprawie izolacji cieplnych, 2002

Dom niskoenergetyczny

6 720 616 608 - 01.1o

12 %

Rys. 2

11 %

75 %

ogrzewanie pomieszczeń

urządzenia AGD

ciepła woda

oświetlenie

Źródło: BMWI

7 181 465 272-01.1O

Rys. 1

Podstawy

1.3 Zasadadzia∏ania

Zasada dzia∏ania (rys. 3)

W obiegu zamkni´tym znajduje si´ czynnik roboczy,

wrzàcy w niskiej temperaturze, który na zmian´ jest

odparowywany, spr´˝any, skraplany i rozpr´˝any.

• Parownik ➀

W parowniku znajduje si´ ciek∏y czynnik ch∏odniczy

pod niskim ciÊnieniem. Ma on ni˝szà temperatur´

ni˝ temperatura êród∏a ciep∏a. Dlatego ciep∏o p∏ynie

od êród∏a ciep∏a do czynnika ch∏odniczego, przez co

dochodzi do parowania czynnika ch∏odniczego.

Funkcje pompy ciep∏a

Podobnie jak woda nie mo˝e p∏ynàç do góry, tak i ciep∏o

mo˝e byç przekazywane tylko w jednym kierunku – od

cia∏a cieplejszego (êród∏a ciep∏a) do cia∏a ch∏odniejsze-

go (ch∏odnica). Tak wi´c, aby móc wykorzystaç ciep∏o

otoczenia, np. ciep∏o gruntu, powietrza lub wód grunto-

wych, do celów zwiàzanych z ogrzewaniem i podgrzewa-

niem wody, konieczne jest „przepompowanie” tego

ciep∏a na wy˝szy poziom.

• Spr´˝arka ➁

Czynnikch∏odniczy w postaci gazu jest zag´szczany

w spr´˝arce i ogrzewa si´ przy tym tak silnie, ˝e

temperatura czynnika ch∏odniczego po spr´˝eniu jest

wy˝sza od temperatury wymaganej do ogrzewania

i podgrzania wody. Tak˝e energia nap´dowa spr´˝arki

jest zamieniana w ciep∏o i przekazywana czynnikowi

ch∏odniczemu.

• Skraplacz ➂

Bardzo goràcy i znajdujàcy si´ pod wysokim ciÊnie-

niem czynnik ch∏odniczy oddaje w skraplaczu ca∏e

swoje ciep∏o, a wi´c zarówno ciep∏o êród∏a ciep∏a,

jak i energi´ nap´dowà spr´˝arki, do systemu grzew-

czego (ch∏odnicy). W procesie tym czynnik ch∏odniczy

szybko si´ sch∏adza i ponownie przyjmuje postaç

ciek∏à.

• Zawór rozpr´˝ny ➃

Nast´pnie czynnik ch∏odzàcy przep∏ywa przez zawór

rozpr´˝ny z powrotem do parownika. W zaworze

nast´puje rozpr´˝enie do ciÊnienia wyjÊciowego.

Obieg czynnika ch∏odniczego jest obiegiem zamkni´tym.

Obieg czynnika ch∏odniczego umo˝liwia „przepompo-

wanie” ciep∏a na wy˝szy poziom temperatur.

Najwa˝niejszym elementem pompy ciep∏a jest obieg

czynnika ch∏odniczego nap´dzany przez spr´˝ark´.

Pod wzgl´dem budowy jest on identyczny z obiegiem

czynnika ch∏odniczego w ch∏odziarkach domowych,

odznacza si´ tak˝e podobnà niezawodnoÊcià. Inne jest

jednak zadanie obiegu: w przypadku ch∏odziarek pro-

dukty spo˝ywcze w∏o˝one do ich wn´trza pozbawiane

sà ciep∏a, które oddawane jest do otoczenia poprzez

wymiennik umieszczony z ty∏u ch∏odziarki. W przypadku

pompy ciep∏a otoczenie (woda, grunt, powietrze) pozba-

wiane sà ciep∏a, które jest doprowadzane do systemu

grzewczego.

Przykład zastosowania czynnika chłodniczego R407C

Doprowadzenie ciepła

ze źródła ciepła,

np. gruntu

Energia napędowa

(elektryczna)

Przekazanie ciepła

do systemu grzewczego

75 %

25 %

100 %

+2°C

-2°C

+27°C

+35°C

0°C (2,8 bar)

88°C (23,5 bar)

-4,5°C (2,8 bar)°C

7 181 465 272-04.1O

Rys. 3 Obieg czynnika ch∏odniczego pompy ciep∏a na przyk∏adzie R407C

Parownik

Skraplacz

Spr´˝arka

Zawór rozpr´˝ny

Podstawy

1.4 Wspó∏czynnik efektywnoÊci, COP,

wspó∏czynnik pracy

Stosunek energii cieplnej uzyskanej do energii elek-

trycznej pobranej przez spr´˝ark´ okreÊlany jest mia-

nem wspó∏czynnika efektywnoÊci ε (epsilon).

W przyk∏adzie ogrzewanie pod∏ogowe osiàga

o 36 % wy˝szy wspó∏czynnik efektywnoÊci ni˝

grzejniki.

Jako wartoÊç szacunkowà wspó∏czynnika efektywnoÊci

ε dla obecnie produkowanych urzàdzeƒ mo˝na przyjàç:

ε = 0,5 · T = 0,5 · ∆T + T 0

T – T 0 ∆T

Jako ˝elazna regu∏a obowiàzuje: o 1°C mniej-

sza ró˝nica temperatury mi´dzy ch∏odnicà

a êród∏em ciep∏a = o 2,5 % wy˝szy wspó∏czyn-

nik efektywnoÊci!

Wspó∏czynnik efektywnoÊci (Epsilon) jest zmierzonà

bàdê obliczonà liczbà dla pomp ciep∏a pracujàcych

w okreÊlonych warunkach, podobnie jak w przypadku

znormalizowanego zu˝ycia paliwa dla pojazdów. Wspó∏-

czynnik przedstawia stosunek energii cieplnej uzyskanej

do energii elektrycznej pobranej przez spr´˝ark´ i jest

oznaczany tak˝e jako COP (ang. Coefficient Of Perfor-

mance).

temperatura (bezwzgl´dna) ch∏odnicy [K]

T 0

temperatura (bezwzgl´dna) êród∏a ciep∏a [K]

Wspó∏czynnik efektywnoÊci pompy ciep∏a

jest silnie uzale˝niony od ró˝nicy temperatur

pomi´dzy êród∏em ciep∏a a ch∏odnicà.

Przyk∏ad:

Jak wysoki jest wspó∏czynnik efektywnoÊci pompy cie-

p∏a przy zastosowaniu ogrzewania pod∏ogowego o tem-

peraturze zasilania 35°C i grzejników o temperaturze

50°C , przy temperaturze êród∏a ciep∏a wynoszàcej 0°C ?

➀ Ogrzewanie pod∏ogowe:

T = 35 ° C = (273 + 35 ) K = 308 K

T 0 = 0 ° C = (273 + 0 ) K = 273 K

∆ T = T – T 0 = (308 – 273) K = 35 K

ε = COP =

P H

P el

gdzie:

P H : energia cieplna uzyskana z dolnego êród∏a ciep∏a [kW]

P el : energia elektryczna pobrana [kW]

Aby mo˝na by∏o orientacyjnie porównywaç ze sobà

ró˝ne pompy ciep∏a, w normie DIN EN 255 lub DIN

EN 14511 okreÊlono warunki, np. rodzaj i temperatu-

r´ odniesienia êród∏a ciep∏a, dla których ustalane sà

wspó∏czynniki efektywnoÊci. Oprócz tego przy podawa-

niu wartoÊci COP zgodnie z DIN 255 lub DIN EN 14511

uwzgl´dniana jest tak˝e moc nap´dowa pomp.

Z obliczeƒ wynika:

ε = 0,5 · T = 0,5 · 308 K = 4,4

∆T 35 K

➁ Grzejniki:

T = 50 ° C = (273 + 50 ) K = 323 K

T 0 = 0 ° C = (273 + 0 ) K = 273 K

∆ T = T – T 0 = (323 – 273) K = 50 K

Z obliczeƒ wynika:

ε = 0,5 · T = 0,5 · 323 K = 3,2

∆T 50 K

Pompy ciep∏a solanka/woda

B0/W35

B0/W50

B5/W50

Pompy ciep∏a woda/woda

W10/W35

W10/W50

W15/W50

Pompy ciep∏a powietrze/woda

A7/W35

A7/W50

A15/W50

Tab. 1

Pierwszy z symboli oznacza êród∏o ciep∏a, drugi zasila-

nie instalacji z urzàdzenia, przy czym: „B“ oznacza

solank´ (ang. brine), „W“ wod´ (ang. water), „A“

powietrze (ang. air). Stojàce przy symbolach liczby

oznaczajà odpowiednio temperatur´ dolnego i górnego

êród∏a ciep∏a w °C.

Przyk∏ad:

A7/W35 opisuje punkty znamionowe pracy pompy

ciep∏a typu powietrze/woda o temperaturze dolnego

êród∏a ciep∏a wynoszàcej 7°C i temperaturze na wyjÊciu

z urzàdzenia wynoszàcej 35°C (na zasilaniu systemu

grzewczego).

COP

ε = 0,5 x ε c

T o = 273 K

Δ T=35 K / ε =4,4

Δ T=50 K / ε =3,2

70 Δ T

7 181 465 272-05.2O

Rys. 4

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: