SPIS TREŚCI

System grzewczy domu jednorodzinnego

z zastosowaniem pompy ciepła

1. Wstęp

1.1. Pompa ciepła

1.2. Systemy grzewcze budynku

1.3. Cel i zakres pracy

2. Charakterystyka urządzenia

2.1. Zasada działania

2.2. Czynnik roboczy

2.3. Gruntowe pompy ciepła (solanka - woda)

2.4. Wodne pompy ciepła (powietrze - woda)

2.5. Powietrzne pompy ciepła (woda - woda)

3. Wytyczne do projektu

3.1.Straty ciepła w domu jednorodzinnym

3.2.Ocena stanu cieplnego domu jednorodzinnego

3.3.Źródła ciepła w pobliżu budynku

4. Układ pompy ciepła

4.1.Charakterystyka agregatu urządzenia

4.2.Rodzaje wymienników ciepła

4.3.Dobór wymienników ciepła

4.4.Zasada instalacji całego układu

5. Projekt instalacji pompy ciepła

5.1.Kryteria doboru instalacji pompy ciepła

5.2.Dobór parametrów początkowych

5.3.Algorytm postępowania

5.4.Opracowanie wyników obliczeniowych

5.5.Dobór urządzeń pomocniczych

6. Sprawdzenie wyników obliczeń

6.1.Poprawnie dobrana instalacja pompy ciepła

6.2.Błędnie dobrana instalacja pompy ciepła

6.3.Właściwa eksploatacja pompy ciepła

6.4.Najczęstsze awarie i zużycia instalacji

7.Podsumowanie

   Literatura

   Załączniki

1. Wstęp

1.1.  Pompa ciepła

Pompy ciepła są obecnie, obok kolektorów słonecznych, najbardziej popularnymi systemami grzewczymi budynków mieszkalnych. Są tym samym, najnowocześniejszymi urządzeniami gromadzącymi energię bez konieczności użycia pieca i paliw – potrzebny jest jedynie prąd elektryczny. Ilości doprowadzanej energii elektrycznej, są niemal kilka razy niższe od otrzymanej energii cieplnej. Zainteresowanie nimi, z roku na rok, staje się coraz większe, a co za tym idzie, powoli stają się stałym elementem rynku urządzeń grzewczych. Powodem ich coraz większej popularności, jest niezaprzeczalnie posiadana przez nie wszechstronność grzewcza, a także niski koszt eksploatacji urządzeń wchodzących w skład całej instalacji. Pompy ciepła, charakteryzują się zatem funkcją ogrzewania budynku, możliwością jego chłodzenia, a także możliwością podgrzewania ciepłej wody użytkowej.

Zasada ich działania, nie należy do bardzo skomplikowanych i prosty jej schemat pokazuje rys.1.1. Pompy ciepła pozwalają na wykorzystanie zakumulowanej w gruncie, wodzie a także w powietrzu energii słonecznej. Pobierając ciepło z otoczenia, podnoszą tym samym jego temperaturę oraz oddają je systemowi grzewczemu. A zatem można stwierdzić, iż działają na tej samej zasadzie co typowa lodówka czy też klimatyzator. Jednakże, do ich celów nie należy odbieranie ciepła, od produktów znajdujących się wewnątrz lodówki, lecz  dostarczenie ciepła, czyli to, co lodówka wykonuje na wymienniku umieszczonym z tyłu obudowy.  

Rys.1.1. Schemat zasady działania pompy ciepła [1]

Ogrzewanie pompą ciepła składa się z czterech podstawowych elementów: naturalnego źródła ciepła, właściwego typu pompy ciepła, systemu rozdzielającego oraz akumulacyjnego. W zamkniętym obiegu pompy ciepła medium robocze (np. solanka) przejmuje zadanie przekazywania i transportowania ciepła. Właściwy odzysk ciepła ze środowiska zachodzi w parowniku instalacji. Wykorzystuje się do tego właściwość płynnego środka chłodzącego, który wrze i paruje również przy panujących ujemnych temperaturach, gromadząc przy tym pobraną energię. Objętość środka chłodniczego, który przyjmuje postać parową, zostaje następnie zmniejszona w sprężarce. Wzrasta przy tym znacznie ciśnienie, a przez to również jego własna temperatura. Gorący środek chłodniczy kolejno płynie dalej do skraplacza, wymiennika ciepła, w którym ciepło odzyskane ze środowiska zostaje w naturalny sposób przekazane systemowi grzewczemu. Środek chłodniczy, który przez ochłodzenie wrócił to swojej początkowej ciekłej postaci, może po obniżeniu ciśnienia i temperatury w zaworze rozprężnym, znowu pobierać ciepło z otoczenia. Wówczas obieg zaczyna się od się powtarzać od początku.

Pompy ciepła o mocy od kilku do kilkunastu kilowatów, służą gównie do ogrzewania typowych domów jednorodzinnych o średniej powierzchni mieszkalnej wynoszącej 175 m2. Znaczna większość z nich pobiera ciepło z powietrza atmosferycznego, oraz współpracuje z innymi systemami grzewczymi np. z elektrycznym bądź centralnym. Latem działają jak typowy klimatyzator. Jeżeli chodzi natomiast o pompy ciepła małej mocy (rzędu kilku kilowatów), świetnie nadają się do podgrzewania stosunkowo małych ilości wody użytkowej.

Jednakże, stosowanie ich nie ogranicza się jedynie do samego ogrzewania budynków mieszkalnych, ale także do np. ogrzewania magazynów oraz hal przemysłowych czy też wody w basenie kąpielowym. Tutaj moc urządzenia wynosi nie mniej, niż kilkanaście kilowatów. Duże pompy ciepła, których moc wynosi nawet do kilku megawatów, coraz częściej znajdują zastosowanie w przemyśle, do ogrzewania osiedli a także przy tym wody użytkowej. 

Pompy ciepła posiadają sprawność taką samą nawet po kilkudziesięciu latach jej eksploatacji, w przeciwieństwie do kotłów które spalają paliwo, których sprawność z czasem zostaje trwale obniża. Technika spalania różnych paliwa w temperaturze do ok. 2000°C dla potrzeby uzyskania stosunkowo niskiej temperatury pomieszczeń i wody użytkowej staje się techniką przestarzałą a także mało efektywną. Także pomimo najnowszych technologii, wysoka temperatura pieca wciąż powoduje postawanie straty ciepła wydalanego przez komin (strata kominowa).

Zasoby paliw kopalnianych stale się kurczą, a tym samym ich cena coraz bardziej idzie do góry. W związku z tym uzyskiwanie energii ze spalanego paliwa będzie z biegiem lat coraz bardziej drożeć. Średni roczny koszt ogrzewania domów jednorodzinnych został przedstawiony na rys. 1.2. Jak widać nawet stosowanie tak popularnej dziś biomasy nie należy do najtańszych. Najkorzystniejszym rozwiązaniem wydaje się zainwestowanie w nowe technologie.

Rys.1.2. Koszt rocznego ogrzewania domu jednorodzinnego o powierzchni 135 m2 [1]

Cena prądu, który jest w minimalnym stopniu używany w pompie ciepła, jedynie do napędów urządzeń elektrycznych, według prognoz będzie rosnąć najwolniej. W obiekcie wyposażonym w pompę nie potrzeba budować pomieszczenia na opał, doprowadzać paliwa, budować komina. Instalacja nie posiada: pieca, spalania w wysokiej temperaturze, kurzu, sadzy i spalin wydalanych do atmosfery. A co za tym, idzie nie ma żadnej straty kominowej

Pompa ciepła okazuje się być stosunkowo bezpiecznym urządzeniem bezobsługowym, nie zawierającym szkodliwych, łatwopalnych czy wybuchowych substancji, nie wymagającym żadnych paliwa kopalnianych.

Wyposażona w odpowiednią instalację pozwala zapewnić takż...