| muratordom.pl » Dom Ekologiczny » Budowanie ekologiczne » Z naturalną energią - pompy ciepła

Z naturalną energią - pompy ciepła

Do ogrzewania domów i podgrzewania wody użytkowej wykorzystują ciepło gruntu, wody lub powietrza, za które nie trzeba płacić. Są więc tanie w eksploatacji i ekologiczne.

Pompy ciepła to jedne z najnowocześniejszych urządzeń grzewczych. Odbierają ciepło z otoczenia – gruntu, wody lub powietrza – i dostarczają je do instalacji c.o. i c.w.u., ogrzewając wodę, albo do instalacji wentylacyjnej, ogrzewając powietrze nawiewane do pomieszczeń. Przekazywanie ciepła z zimnego otoczenia do instalacji, w której temperatura jest wyższa, jest możliwe dzięki doprowadzeniu do pompy energii napędowej. W najpopularniejszych, stosowanych powszechnie sprężarkowych pompach ciepła jest to energia elektryczna napędzająca sprężarkę pompy. Podwyższenie temperatury płynu pośredniczącego w wymianie ciepła następuje w wyniku zachodzących w pompie ciepła przemian termodynamicznych zgodnie z zasadą, na której opiera się działanie lodówek i klimatyzatorów.

Autor: Fraunhofer- Institut Solare Energiesysteme ISE

Urządzenia wykorzystujące odnawialne źródła energii, takie jak pompy ciepła, są przyszłością systemów grzewczych

Efektywna

O efektywności pompy ciepła świadczy współczynnik wydajności grzejnej (COP). Jest to stosunek ilości ciepła uzyskanego w skraplaczu pompy do zużytej energii napędowej. Zależy on nie tylko od konstrukcji pompy, ale przede wszystkim od temperatury, jaka ma być uzyskana w odbiorniku ciepła (instalacji grzewczej), oraz temperatury źródła, z którego pompa pobiera ciepło. Zgodnie z rozporządzeniem ministra gospodarki w sprawie wymagań w zakresie efektywności energetycznej wartość współczynnika COP dla sprężarkowych pomp ciepła nie może być mniejsza niż 2,4. To oznacza, że z każdej kilowatogodziny energii elektrycznej zużytej do napędu pompy otrzymamy nie mniej niż 2,4 kWh ciepła. Producenci pomp czerpiących ciepło z gruntu lub wody informują, że współczynnik COP ich urządzeń wynosi najczęściej od 3 do 5. Mniejszą efektywność mają w naszym klimacie powietrzne pompy ciepła.

Ekologiczna

 Pompa ciepła często nazywana jest urządzeniem ekologicznym. Rzeczywiście, nie emituje do środowiska zanieczyszczeń, a wykorzystywane przez nią ciepło to w istocie energia słoneczna zgromadzona w gruncie, wodzie lub powietrzu. W miejscu, w którym pracuje pompa, nie dochodzi do degradacji środowiska. Jedynym efektem jej działania jest obniżenie o kilka stopni Celsjusza temperatury ośrodka, z którego czerpie ciepło. Trzeba jednak pamiętać, że do napędu pompy jest używana energia elektryczna, a ta jest w naszym kraju wytwarzana w wyniku spalania węgla, co powoduje duże zanieczyszczenie atmosfery. Dlatego dopóki nie powstaną u nas ekologiczne elektrownie, pompy ciepła trudno będzie w skali makro uznać za urządzenia przyjazne dla środowiska. Pocieszające może być to, że ogrzewając dom pompą ciepła, zużywa się kilkakrotnie mniej prądu, niż gdyby ogrzewało się go piecami i grzejnikami elektrycznymi.

Skąd czerpią energię

Z gruntu. W przypadku pomp ciepła wykorzystujących ciepło z gruntu musi być ono doprowadzone do parownika pompy przez specjalną instalację. W małych układach jej rury są jednocześnie parownikiem pompy – krąży w nich, a następnie odparowuje czynnik roboczy (dlatego nazywa się je pompami z bezpośrednim odparowaniem). Instalacja ta jest nazywana wymiennikiem gruntowym. Od jego doboru i wykonania w największym stopniu zależy poprawna praca pompy.Może być zrobiony z rur miedzianych albo z tworzywa sztucznego (PCW, PE, PP lub PB) układanych w gruncie w postaci kolektorówpoziomych – w jednej lub dwóch płaszczyznach albo w formie spirali. W niektórych przypadkach stosuje się też kolektory pionowe. Poziome wymienniki gruntowe układa się na głębokości 1-2 m, gdzie temperatura zmienia się od 11-17°C w lecie do 0-5°C zimą. Temperatura w dużym stopniu zależy od właściwości fizycznych gleby, dlatego przed wykonaniem wymiennika powinno się ją zbadać. Zbyt optymistyczne założenia dotyczące temperatury gruntu wokół wymiennika mogą sprawić, że wydajność pompy będzie niedostateczna. Najlepsze warunki do pozyskiwania ciepła są w gruncie mokrym, gliniastym. Gęstość strumienia ciepła, od której zależy efektywność wymiennika gruntowego, wynosi w nim 40-50 W/m2, a w gruncie suchym tylko 10-30 W/m2, czyli nawet pięciokrotnie mniej. Aby pompa ciepła mogła osiągnąć moc 10 kW, łączna długość rur wymiennika powinna wynosić około 470 m. Ze względu na opory przepływu długość jednej pętli nie może być zbyt duża. Dla rur o średnicy 1 cala może wynosić maksymalnie około 200 m, dla rur o średnicy 1,5 cala – do 350 m. Jeśli na działce nie ma dostatecznie dużo miejsca do ułożenia rur w płaszczyźnie poziomej, można zrobić kolektory pionowe. Wymaga to wywiercenia w ziemi kilku otworów o głębokości 10-100 m oddalonych od siebie co najmniej o 5 m i włożenia do każdego po jednej pętli rury. Potrzebny jest do tego specjalistyczny sprzęt, dlatego zrobienie takiego wymiennika jest droższe niż poziomego. Jest to opłacalne na działkach o bardzo niskim poziomie wód gruntowych.

Z wody. Pompa ciepła typu woda-woda jest stosowana rzadziej niż gruntowa. Wprawdzie teoretycznie działa efektywniej, ale pozyskiwanie ciepła z wody jest bardziej kłopotliwe. Woda gruntowa przez cały rok ma temperaturę około 10°C. Aby ją wykorzystać jako dolne źródło pompy ciepła, trzeba wywiercić studnię czerpną o wydajności co najmniej 1,5 m3/h i zainstalować pompę, która będzie z niej przetłaczać wodę do drugiej studni zwanej chłonną. Po drodze woda musi omywać parownik pompy ciepła, ogrzewając w nim czynnik roboczy. Jeśli chłonność jednej studni jest niewystarczająca, należy wywiercić ich kilka, a to podnosi koszt inwestycji. Ważne jest, aby woda ze studni czerpnej nie była zbyt twarda, bo osadzający się na wymienniku kamień ogranicza wymianę ciepła. Jeżeli będzie zawierać dużo żelaza i manganu, szybko zniszczy pompę i wymiennik. Po pewnym czasie eksploatacji może też spaść wydajność studni. Do zasilania pompy ciepła można wykorzystać także wodę powierzchniową (z rzeki lub jeziora), ale ponieważ jej temperatura waha się między 0 a 10°C, może się zdarzyć, że parownik zamarznie i w konsekwencji unieruchomi pompę. Poza tym aby uzyskać niezbędną ilość ciepła, trzeba przepompowywać stosunkowo duży strumień wody. Do osiągnięcia mocy 10 kW jest potrzebny strumień ponad 2 m3/h wody o temperaturze 5oC. Zużycie energii do napędu pompy wymuszającej taki przepływ wpływa niekorzystnie na sprawność układu.

Z powietrza. Powietrzne pompy ciepła są najmniej kłopotliwe. Do pozyskiwania ciepła nie potrzebują żadnej zewnętrznej instalacji. Powietrze z otoczenia jest po prostu zasysane do wnętrza urządzenia przez wentylator i bezpośrednio omywa parownik, oddając ciepło czynnikowi roboczemu krążącemu w obiegu wewnętrznym pompy. Ze względu na niską temperaturę powietrza taka pompa w naszym klimacie sprawdza się przede wszystkim jako urządzenie przeznaczone do podgrzewania wody użytkowej przez cały rok. W czasie dużych mrozów jej efektywność maleje do tego stopnia, że zużywa tyle prądu co zwykły elektryczny bojler. Stosowanie jej do ogrzewania pomieszczeń może być opłacalne jedynie w rejonach o umiarkowanym klimacie, gdzie liczba bardzo mroźnych dni w ciągu roku jest niewielka. Jak najbardziej uzasadnione wydaje się za to korzystanie z urządzeń typu powietrze/powietrze, którymi są popularne klimatyzatory, ale w wersji mogącej pracować także jako pompa ciepła. Ich efektywność oczywiście także maleje wraz ze spadkiem temperatury na dworze i w czasie dużego mrozu ich praca jest nieekonomiczna.

Moc pompy

Zależy od wielu czynników, przede wszystkim od właściwości dolnego źródła i parametrów pracy instalacji grzewczej. Nie można zatem dokładnie stwierdzić, jaką moc grzewczą ma konkretne urządzenie. Za każdym razem trzeba ją określić, wykonując obliczenia oparte na pewnych założeniach. Nie oznacza to jednak, że w praktyce moc będzie dokładnie taka, jak wyszło z obliczeń. Co więcej, może się ona zmieniać podczas eksploatacji urządzenia. Warto wiedzieć, że w zależności od rodzaju gruntu jego wydajność cieplna wynosi od 10 do 50 W/m² – najmniejsza jest wtedy, gdy ziemia jest sucha i piaszczysta, największa – gdy jest mokra. Ważne jest też nasłonecznienie gruntu – nie powinien być zacieniony. Często się zdarza, że ziemia z czasem wysycha (na przykład gdy obok powstają wykopy pod nowe budynki) i wtedy wydajność pompy, która przez dłuższy czas dobrze się spisywała, zmniejsza się. Również pompy pobierające ciepło z wody po pewnym czasie mogą sprawiać problemy. Gdy zmienią się warunki gruntowo-wodne, wydajność studni może się okazać za mała. Praktyka pokazuje, że w przypadku studni chłonnych jest to wręcz regułą.

Oszczędne w praktyce

Do ogrzewania domów energooszczędnych najczęściej wybiera się urządzenia wykorzystujące...

zobacz więcej
zamknij
Przeczytaj dodatkowo:
Materiały na dom energooszczędny - izolacja dachu

Powinna być grubsza niż izolacja ścian. Dlaczego? Przede wszystkim dlatego, że koszt jej wykonania jest...

Ekologia w stylu high-tech

Współczesne domy ekologiczne nie przypominają już chat krytych słomą. W tej dziedzinie częściej mamy...

Ogrzewanie nie byle jakie

Wprawdzie do ogrzewania domu energooszczędnego nie potrzeba dużo energii, ale i tak warto zadbać o to, by jak...

Domy ekologiczne we Francji. Francuzi stawiają na...

Główna ekologiczna zasada Francuzów to zwarta bryła domu i okna od południa. Francuzi coraz...

Ekologia w budownictwie

Niektóre materiały i technologie budowlane są nazywane ekologicznymi, bo nie szkodzą środowisku, inne...

Dom z certyfikatem LEED. Sprawdź, czy twój dom...

Zielony dom – cóż to takiego? Odpowiedź daje amerykański system ekologicznej i energetycznej...

Żaden utwór zamieszczony w serwisie nie może być powielany i rozpowszechniany lub dalej rozpowszechniany w jakikolwiek sposób (w tym także elektroniczny lub mechaniczny) na jakimkolwiek polu eksploatacji w jakiejkolwiek formie, włącznie z umieszczaniem w Internecie - bez pisemnej zgody ZPR Media S.A.. Jakiekolwiek użycie lub wykorzystanie utworów w całości lub w części z naruszeniem prawa tzn. bez zgody ZPR Media S.A. jest zabronione pod groźbą kary i może być ścigane prawnie.