pompy ciepła, ZACHOMIKOWANE#, Doc, a] PRACE HYDRAULICZNE W DOMU
[ Pobierz całość w formacie 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
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
2
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
50
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
3
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
1
Parownik
3
Skraplacz
2
Spr´˝arka
4
Zawór rozpr´˝ny
4
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).
i
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
i
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).
T
temperatura (bezwzgl´dna) ch∏odnicy [K]
T
0
temperatura (bezwzgl´dna) êród∏a ciep∏a [K]
i
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).
ε
COP
ε
= 0,5 x
ε
c
T
o
= 273 K
9
8
7
Δ
T=35 K /
ε
=4,4
6
5
Δ
T=50 K /
ε
=3,2
4
3
2
1
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Δ
T
7 181 465 272-05.2O
Rys. 4
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]