Efektywności ekoenergetycznej nie jesteśmy w stanie zbudować bez systemów OZE oraz systemów magazynowania energii ze szczególnym uwzględnieniem systemów opartych na pompach ciepła.
Ogrzewanie przez spalanie jest równie stare jak ludzkość. W najbliższych latach prawdopodobnie zacznie być traktowane jak relikt przeszłości. Paliwa pierwotne są zbyt cenne, żeby używać ich do spalania tylko po to, aby ogrzać pomieszczenie do 20oC. – dr R. Jacobs, koordynator European Heat Pumps Summit
W ostatnim dziesięcioleciu nastąpił gwałtowny rozwój technologii budowlano-instalacyjnych. Dodatkowo zwiększyły się wymagania inwestorów w stosunku do wykonawców i projektantów. Istotnym elementem procesu projektowo-budowlanego stała się umiejętność łączenia różnych tradycyjnych technologii grzewczych z technologiami odnawialnych źródeł energii (OZE). W dobie gwałtownego rozwoju technologii OZE dostrzeżono możliwość wykorzystania „darmowej” energii pochodzącej ze środowiska do obniżenia kosztów eksploatacji budynków.
Potrzeby energetyczne ludzkości stale rosną, szczególnie widoczne jest to w branży grzewczej. Postęp cywilizacyjny na przełomie XX i XXI w. doprowadził do spustoszenia zasobów naturalnych, degradacji środowiska naturalnego oraz zanieczyszczenia atmosfery do tego stopnia, że w niektórych miastach w Polsce (np. w Krakowie) zakazano całkowitego spalania paliw stałych w kotłach i piecach w obrębie centrum. Można powiedzieć, że jest to ostatni sygnał dla ludzkości, aby sięgnąć po inne alternatywne źródła energii oraz zmodernizować istniejące systemy grzewcze, aby były jak najmniej uciążliwe dla środowiska. Polityka UE i wprowadzanie restrykcyjnych przepisów odnośnie do systemów grzewczych i promowanie efektywności energetycznej na wszystkich poziomach gospodarki spowodowało większe zainteresowanie systemami opartymi na pompach ciepła. Pompy ciepła „ciągle u nas niedoceniane” to hasło w dobitny sposób oddaje istotę sprawy, jeżeli chodzi o energetykę rozproszoną i dywersyfikację źródeł ciepła, chłodu oraz prądu. Kierunki rozwoju budownictwa oraz przemysłu zostały już określone przez wiele państw zarówno w Europie, jak i na świecie. Efektywności ekoenergetycznej nie jesteśmy w stanie zbudować bez OZE ze szczególnym naciskiem na pompy ciepła. Pompa ciepła sama w sobie nie jest urządzeniem grzewczym, ale transformatorem stanów energetycznych i swoją wielkość zawdzięcza możliwości zagospodarowania różnych rodzajów energii o zróżnicowanych potencjałach energetycznych.
Fot. stock.adobe/Studio Harmony
Pompy ciepła – systematyka, podział i rodzaje
Przytoczone słowa dr. R. Jacobsa są kwintesencją zdefiniowania problematyki związanej z zastosowaniem układów, które w sposób bezemisyjny lub niskoemisyjny wytwarzają energię w postaci ciepła i chłodu, a w przyszłości w układach hybrydowych będą wytwarzały również energię elektryczną. Technologicznie jedynym układem mogącym sprostać temu zadaniu jest właśnie pompa ciepła. Era spalania węgla i paliw kopalnych już dobiegła końca.
Zobacz też:
Pompy ciepła w modernizowanych obiektach
Ciekawa modernizacja szkoły w Holandii
Pierwsza w Polsce szkoła z certyfikatem BREEAM i dachem bagiennym
Pompy ciepła w domach energooszczędnych
Pompa ciepła (ang. heat pump) została zdefiniowana w literaturze technicznej jako maszyna cieplna lub urządzenie chłodnicze do przekazywania energii ciepła lub chłodu na drodze procesów termodynamicznych z ośrodków o niższej temperaturze do ośrodków o wyższej temperaturze. Konwersja energii w pompach ciepła może się odbywać na różnych poziomach egzergetycznych. W trakcie pracy pompy ciepła czynnik chłodniczy przechodzi następujące zmiany stanu:
1-2 Odparowanie – czynnik chłodniczy zaczyna odparowywać w układzie zamkniętym. Energia (entalpia parowania) pozyskiwana jest z otoczenia, np. powietrza na zewnątrz.
2-3 Sprężanie – sprężarka podnosi ciśnienie, a tym samym temperaturę czynnika roboczego, wykorzystując energię napędową dostarczaną z zewnątrz. Entalpia (zawartość energii) wzrasta.
3-4 Skraplanie – czynnik chłodniczy w układzie ulega skropleniu w procesie kondensacji, oddając energię pobraną ze środowiska zwiększoną o energię pochodzącą ze sprężarki.
4-1 Rozprężanie – czynnik chłodniczy ulega rozprężeniu, czyli temperatura i ciśnienie są sprowadzone za pomocą zaworu rozprężnego do poziomu wyjściowego. Po wejściu czynnika roboczego do parownika cały proces odparowania zaczyna się od nowa.
Współczynnik wydajności COP można definiować następująco:
gdzie: h2 – entalpia na początku procesu sprężania – 114 Wh/kg; h3 – entalpia na końcu procesu sprężania/początek przekazywania ciepła – 126 Wh/kg; h4 – entalpia na końcu procesu skraplania/ koniec przekazywania ciepła – 69 Wh/kg. Po obliczeniach i wstawieniu do wzoru:
COP = (126 Wh/kg – 69 Wh/kg)/(126 Wh/kg – 114 Wh/kg) = 4,75
COP dla obiegu chłodniczego pompy ciepła wynosi 4,75.
Najważniejszym parametrem charakteryzującym pompy ciepła jest współczynnik wydajności lub efektywności COP (ang. Coefficient of Performance), jest to stosunek między mocą grzewczą pompy ciepła a niezbędną do napędu sprężarki mocą elektryczną. Zwykle w danych technicznych jest on podawany zgodnie z normą EN 255 dla parametrów 0oC temperatury na wejściu do pompy ciepła z dolnego źródła i 35oC na zasilaniu systemu grzewczego. Im wyższa wartość współczynnika COP pompy ciepła, tym wyższa jest jej efektywność.
W dalszej części artykułu:
- Współczynnik SCOP (SPF) (ang. Seasonal Coefficient of Performance).
- Prawidłowo zaprojektowany układ z pompą ciepła.
- Typy pomp ciepła.
- Pompy ciepła – zasada działania.
mgr inż. MBA Tomasz Mania
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, Wydział Inżynierii Mechanicznej, Katedra Technik Wytwarzania
prezes Polskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła w Gdańsku
wiceprezes Ukraińskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła i Magazynowania Energii
tomasz-mania@wp.pl
Sprawdź: Produkty budowlane
