POMPY CIEPŁA - w zgodzie z naturą

POMPY CIEPŁA - w zgodzie z naturą
Czy w nowym tysiącleciu w naszych krajobrazach nadal będą dominowały kominy, mocno
dymiące kominy? Czym ogrzewać nasze domy, biura, hale, świątynie ... by nie niszczyć
środowiska? Czy można inaczej? Czy można w zgodzie z naturą?
Od setek lat jedynym i powszechnie stosowanym sposobem pozyskiwaniem ciepła był proces
spalania. Zaczynając od węgla i drewna na gazie i oleju kończąc. Aby się ogrzać i pozyskać
ciepłą wodę spalamy praktycznie wszystko. Chociaż rozwiązanie to nie jest zbyt ekonomiczne
nadal jest dominującym w większości krajów europejskich. Wielkie minusy tego procesu to;
ogromne straty energii, która wraz z wydanymi na nią pieniędzmi ulatuje bezpowrotnie przez
komin, degradacja środowiska, w którym żyjemy oraz bezpowrotne spalenie surowców, z
których dziś robi się praktycznie większość przedmiotów codziennego użytku.
Poza tym z pozyskanego w ten sposób 1 Kw. energii, wykorzystuje się zaledwie 60 - 85 %, reszta
sukcesywnie dokłada się do pogłębiania efektu cieplarnianego.
Nowe tysiąclecie, wraz z najnowszymi możliwościami technicznymi i technologicznymi
przyniosło wiele innych, wręcz rewolucyjnych rozwiązań. Jednym z najbardziej przyjaznych zarówno dla środowiska jak i finansów - jest system grzewczy OCTOPUS. W jego skład wchodzi
pompa ciepła pozyskująca energię z otoczenia oraz system ogrzewania podłogowego.
Tutaj z 1 kW energii elektrycznej otrzymujemy, aż 5,2 razy więcej energii cieplnej.
Oznacza to, że za ogrzanie tej samej powierzchni wzorcowej wydamy kilka razy mniej.
Wystarcza praktycznie to, co inne rozwiązania - wykorzystujące proces spalania - wypuszczają
przez komin. OCTOPUS wpisuje się w krajobraz i działa w zgodzie z naturą. Bez kopania i
odwiertów. Energię pobiera z powietrza.
Pompy ciepła opis budowy i działania
Pompa ciepła jest urządzeniem grzewczym niskotemperaturowym, którego zasadę działania
oparto na odkrytych zjawiskach i przemianach fizycznych, oraz właściwościach pewnych gazów.
W dużym uproszczeniu to odwrócona lodówka, która zamiast chłodzić odzyskuje energię z
otoczenia i oddaje ją do instalacji grzewczej budynku. Urządzenie to składa się z czterech
podstawowych elementów tworzących obieg termodynamiczny. Są to; parownik, kompresor,
skraplacz i zawór rozprężny. W całym układzie krąży gaz R 290, który posiada zdolność wrzenia
w niskich temperaturach. W takim zestawieniu, po uruchomieniu urządzenia zachodzą w sposób
ciągły cztery procesy. Pierwszy to odbiór ciepła z otoczenia (na parowniku - radiatory), następny
to sprężanie w kompresorze, potem oddanie ciepła w skraplaczu (wymienniku), a dalej
rozprężanie realizowane na zaworze rozprężnym.
Zasada działania Czynnik chłodniczy (gaz) w formie cieczy przepływa przez sieć miedzianych
rurek otoczonych potężnymi aluminiowymi powierzchniami (radiatorami) ułatwiającymi
przyjmowanie energii z zewnątrz. Powierzchnia radiatorów zastępuje około 800 m bieżących
rury ułożonej poziomo pod powierzchnią ziemi do pobierania ciepła, w przypadku takiego typu
pompy cieplnej. Gaz przepływając przez magistralę otoczoną radiatorami ulega podgrzaniu
pobierając ciepło z zewnątrz. Tu należy przypomnieć, iż ujemna temperatura nie oznacza braku
tej energii. To nadal jest energia cieplna. Znaczącym czynnikiem energetycznym jest zawartość
pary wodnej w powietrzu (wilgotność powietrza) i wiatr.
Dlaczego? Wytłumaczenie jest proste. Wilgoć w powietrzu (w postaci gazu, lub opadów
atmosferycznych), osiadając (skraplając się) na powierzchni radiatorów oddaje tam swoje ciepło.
Dzieje się to tak szybko, iż następnym stanem skupienia jest po prostu szadź lub lód. (Zdjęcie
obok). Następuje szybki transfer energii do przepływającego w rurach czynnika. Wynikiem takiej
przemiany jest jego nagrzanie i przejście z cieczy do stanu lotnego. Jako gaz trafia on do
kompresora (sprężarki), gdzie podnoszone jest jego ciśnienie. W momencie otwarcia zaworu
ekspansyjnego sprężony gwałtownie ogrzewa się i gorący trafia do wymiennika cieplnego o
dużej wydajności. Tam oddaje swoją energię (ciepło). Ogrzewając wodę, znów przechodzi w stan
ciekły. Woda krążąc w systemie centralnego ogrzewania oddaje energię cieplną do budynku. W
chwili gdy ubędzie jej ponad zadane wartości, powyżej opisany proces rozpoczyna się od nowa.
Budowa:
Pompa ciepła składa się z grupy radiatorów stojących na zewnątrz, oraz sprężarki, która w
zależności od opcji może znajdować się przy radiatorach lub w pomieszczeniu. Urządzenia
połączone są ze sobą miedzianymi rurkami 22 mm. Schematycznie przedstawione jest to na rys.
oraz zdjęciach z realizacji.
Zdjęcia z realizacji
Istnieją cztery podstawowe prawa, które umożliwiają pobieranie ciepła z powietrza:
1. Aby jakąś ciecz doprowadzić do wrzenia i zamienić w parę, potrzebna jest energia cieplna.
2. Kiedy para przechodzi ponownie w ciecz, oddaje ona tyle samo energii cieplnej ile pobrała
podczas parowania.
3. Gdy sprężamy gaz, temperatura rośnie wraz z ciśnieniem.
4. Gdy zwiększamy ciśnienie nad ciecz, rośnie jej temperatura wrzenia.
Jeżeli pompę cieplną zasilamy elektrycznością, to pobór mocy wynosi 6 W na każdy stopień
różnicy pomiędzy absorberem a wymiennikiem ciepła. Przykład uzyskania 1 Kw. energii
cieplnej. Temperatura na absorberze wynosi -10oC, a w wymienniku ciepła +40 stopni C,
oznacza to wartość bezwzględnej różnicy 50 stopni, a więc 50 x 6 W = 300 W pobranej energii
produkuje 1 000 W energii cieplnej.
Ogrzewanie.
1. Pompa ciepła Octopus włączy się tylko wtedy, gdy temperatura w obiekcie spadnie poniżej
żądanej temperatury.
2. Wytworzone zyski cieplne w pomieszczeniu powodują, że pompa ciepła Octopus nie włączy
się. Do tych zysków należą: przebywające osoby, energia elektryczna zasilająca
urządzenia, prowadzone prace wytwarzające ciepło, a także nasłonecznienie itp.
3. Do nowego pomieszczenia względnie wychłodzonego po przestoju wprowadzane jest ciepło
przy pomocy pompy ciepła Octopus. Ciepło jest przekazywane do całego obiektu wraz z
wyposażeniem, i tak długo wtłaczane, aż temperatura wewnątrz osiągnie żądaną wartość.
Po osiągnięciu żądanej temperatury pompa ciepła pracuje jeszcze przez 500 sekund, a
następnie się wyłączy.
4. Po wyłączeniu się pompy ciepła Octopus obiekt wychładza się. Gdy temperatura obniża się
np.0.1 stopnia pompa ciepła Octopus włączy się ponownie po 500 sekundach. Od czasu
wyłączenia się do czasu włączenia pompy ciepła Octopus, ciepło z obiektu w ilości X
przeszło do powietrza zewnętrznego /przenikanie przez ściany, okna, dach itp./. Po
włączeniu się Octopus dostarczy taką samą ilość X ciepła do obiektu z powietrza
zewnętrznego, jaką budynek wcześniej stracił. Zatem pompa ciepła Octopus nie
powoduje ubytku ciepła w przyrodzie, tylko odbiera z otoczenia taką samą ilość ciepła,
którą wcześniej utracił obiekt. W związku z tym nigdy nie może zabraknąć ciepła w
czasie pracy pompy ciepła Octopus.
5. Podczas pracy pompy ciepła Octopus nigdy nie wiemy, jaka jest w danej chwili temperatura
wody w instalacji centralnego ogrzewania. Na przykład: Dla nowo wybudowanego domu
z instalacją tradycyjną grzejnikową, pompa ciepła pracuje ze swoją mocą tak długo, aż
woda obiegowa centralnego ogrzewania osiągnie temperaturę np. + 55 stopni tj.
najwyższą. Po uzyskaniu żądanej temperatury wewnątrz domu pompa ciepła wyłącza się.
Woda w instalacji centralnego ogrzewania jest w ciągłym ruchu, coraz bardziej
wychładzając się. Czujnik temperatury pokojowej włączy pompę ciepła ponownie, gdy
temperatura wewnątrz spadnie o 0,1 stopnia poniżej zadanej. Załóżmy, że temperatura
wody w instalacji co. w tym czasie spadnie do +35 stopni, po włączeniu się ponownie
pompy ciepła ta sama woda co. osiągnie temperaturę tylko o 1,2,3,4, stopnie wyższą i
może okazać się, że podgrzanie wody co. do np. +39 stopni spowoduje, iż stracone ciepło
w budynku zostało już uzupełnione ciepłem pobranym z zewnątrz. W konsekwencji
czujnik temperatury wyłączy pompę ciepła. Stąd wniosek, że podczas pracy pompy ciepła
Octopus nie wiemy, jaka będzie w danej chwili temperatura wody w instalacji co.- ona po
prostu sama się reguluje.
6. Zainstalowana na zewnątrz pompa ciepła OCTOPUS, w której znajduje się gaz chłodniczy
R290 pozwala na pobieranie ciepła z otoczenia aż do chwili, gdy na radiatorze wystąpi
temperatura minus 43 stopni C. Stan ten może wystąpić przy temperaturze zewnętrznej
około minus 35 stopni C. W wyniku odbierania ciepła z powietrza, na radiatorze
powietrze to ochładza się i jako cięższe opada w dół, robiąc miejsce dla nowej porcji
cieplejszego powietrza. Taki obieg naturalny powietrza jest zachowany w czasie pracy
pompy ciepła OCTOPUS. Temperatura na radiatorze pompy ciepła -43 stopni C
powoduje, że czynnik chłodniczy R290 nie ulega odparowaniu, a pompa ciepła
OCTOPUS przestaje pobierać ciepło. Wówczas wymagane jest inne źródło ogrzewania.
Tym źródłem może być np. wbudowana w instalację co. grzałka elektryczna
OCTOPUSA, która w godzinach "szczytowych" zapewni tą energię.
7. Efektywność pozyskania ciepła uzależniona jest od rodzaju wewnętrznej instalacji centralnego
ogrzewania. Dla instalacji cieplnej wyposażonej w powszechnie znane grzejniki z 1kW
energii elektrycznej pobranej przez sprężarkę możemy uzyskać 3,3 Kw. energii cieplnej.
Natomiast dla ogrzewania podłogowego Octopus z 1 Kw. energii elektrycznej uzyskamy
5,2 - 5,5 Kw. energii cieplnej.
Pozyskanie ciepłej wody użytkowej
Temperaturę wody + 55 stopni otrzymamy wówczas, gdy sprężarka wytworzy ciśnienie ok. 20
barów. Uzyskanie tak wysokiego ciśnienia przez sprężarkę pociąga za sobą wzrost zużycia
energii elektrycznej, tym samym proces pozyskania ciepła jest mniej ekonomiczny. Ponadto
musimy pamiętać, że magazynowana c.w.u. powinna być okresowo przegrzewana celem
dezynfekcji. Octopus Energi stosuje w swoich rozwiązaniach wstępne podgrzanie wody zimnej z
wodociągu poprzez zamontowanie wymiennika ciepła woda-woda w powrót centralnego
ogrzewania. W ten sposób całorocznie pozyskamy gratis ok. 12 stopni, a w okresie letnim
poprzez włączenie tylko pompy obiegowej zabierzemy temperaturę pokojową do zbiornika c.w.u.
tym samym wychładzamy pomieszczenia.
Ochrona Środowiska.
Dotychczas znane nam pompy ciepła pobierające ciepło ze środowiska wodnego prowadzą do
ochładzania wód podziemnych lub powierzchniowych. Dodatkowo zrzut wody, z której
odbierane jest ciepło powoduje, że woda po przejściu przez pompę ciepła jest odpadem
technologicznym w rozumieniu prawa. W Szwecji montaż takiej pompy odbywa się pod
kontrolą urzędnika ochrony środowiska, uwzględniając sposób i miejsce zrzutu wody. W Polsce
za odprowadzenie takiej wody do rzeki, jeziora czy też kanalizacji pobierane są również
odpowiednie opłaty. Na początku dwudziestego wieku Mats Bäckström zbadał, że 1 m2 gruntu
może oddać: * 5,7 W energii cieplnej pozyskiwanej przez 10 godzin * 0,56 W przy
pozyskiwaniu przez 1000 godzin * 0,33 W przy pobieraniu w ciągu 3000 godzin * 0,23 energii
cieplnej pozyskiwanej w ciągu 6000 godzin (250 dni) Stąd wniosek, że pobieranie ciepła z ziemi
przez 250 dni w roku w stosunku do 10 godzin powoduje spadek pozyskiwania ciepła z gruntu o
2478 %. W związku z tym pompy ciepła pobierające ciepło z gruntu ochładzają ten grunt co
powoduje degradację środowiska. Pompa OCTOPUS nie powoduje ubytku ciepła w przyrodzie.
Pobiera go tylko tyle, ile potrzebuje budynek i tylko tyle, ile oddał on do otoczenia. Nie może
zatem zabraknąć ciepła pobieranego z otoczenia podczas jej pracy. WŚRÓD OBECNIE
ISTNIEJĄCYCH ROZWIĄZAŃ NA RYNKU GRZEWCZYM, OCTOPUS JEST
NAJBARDZIEJ PRZYJAZNĄ POMPĄ DLA LUDZI I ŚRODOWISKA W KTÓRYM ŻYJĄ.
Zalety pompy ciepła OCTOPUS:
1. Tania eksploatacja. Z obliczeń wynika, że pozyskanie 1 Kw. energii cieplnej z energii
elektrycznej nie przekroczy 0,09 grosza.
2. Niskie koszty obsługi, konserwacji i przeglądów.
3. Brak kotłowni oraz komina.
4. Dolne źródło dla pompy ciepła OCTOPUS jest częścią składową pompy. Inwestor nie musi go
dodatkowo wykonać.
5. Pompa ciepła OCTOPUS zajmuje teren, który dla pompy ciepła 48X jest kwadratem 1.0x1.0m,
natomiast dla pompy 81X jest prostokątem 1.0x2.5m. Miejsce zainstalowania pompy
ciepła może być oddalone od budynku ca 50 m. Możemy ją również zamontować na
dachu, lub ścianie budynku.
6. Prosta instalacja centralnego ogrzewania.
7. Możliwość pracy z każdą instalacją nowo realizowaną i istniejącą, która uwzględnia
uwarunkowania zawarte w niniejszym opracowaniu.
8. Pompa ciepła OCTOPUS została skonstruowana tak, aby obiekt sam dostosowywał się do
zmieniających się warunków atmosferycznych.
9. Pompa ciepła OCTOPUS charakteryzuję się prostotą automatyki i sterowania. Do ustawienia
mamy tylko temperaturę wewnętrzną w mieszkaniu oraz uchyb do jakiej wartości może
spaść ta temperatura. Pompa ciepła nie posiada sterownika pogodowego i nie ustawiamy
10.
11.
krzywej grzania.
Pompa ciepła OCTOPUS może być zamontowana do istniejących i nowych instalacji, od
domu jednorodzinnego poprzez budownictwo ogólne, kościoły, baseny kąpielowe,
markety, hale przemysłowe, boiska sportowe itp. Systemy instalacji współpracujące z
pompą ciepła OCTOPUS mogą być różne. Ich rozwiązania wynikają z inwencji
projektanta.
Możliwa jest zmiana systemu ogrzewania poprzez strefowe przyłączanie, które w
realizacji istniejących dużych obiektów pozwolą na etapową zmianę ogrzewania.
UNIKATOWE ROZWIĄZANIE TECHNICZNE CZYNI TĘ POMPĘ WYJĄTKOWĄ I JEST
PRAWNIE CHRONIONE
Andrzej Daniłowski
TRANSAST SP. Z O.O.