Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Akumulator wodny jako dolne źródło pompy ciepła

Pompa ciepła
Pompa ciepła
Viessmann

W artykule przedstawiono wyniki analizy termodynamicznej i ekonomicznej współpracy pompy ciepła z wodnym akumulatorem ciepła w budynku jednorodzinnym. Akumulator, izolowany termicznie od otoczenia, stanowi dolne źródło ciepła dla pompy, ładowany jest za pomocą absorberów słonecznych i gromadzi ciepło w okresie letnim. Przez pierwszą część sezonu grzewczego budynek ogrzewany jest poprzez wymianę ciepła pomiędzy akumulatorem ciepła a budynkiem bez udziału pompy ciepła. Dopiero w drugiej części sezonu grzewczego, gdy temperatura wody w akumulatorze się obniża, do ogrzewania włączona zostaje pompa ciepła. Pozwala to osiągnąć bardzo wysoki średni współczynnik wydajności pompy (COP) – 6,37.

Pochodząca od słońca energia cieplna zmagazynowana w ziemi, wodzie lub w powietrzu ma zbyt niską temperaturę, aby mogła być bezpośrednio stosowana do ogrzewania budynków. Do korzystania z ciepła zawartego w ciałach o niskiej temperaturze potrzebne są pompy ciepła. Zadaniem tych pomp jest pobranie z otoczenia niskotemperaturowego ciepła i jego transport przy użyciu energii elektrycznej do ogrzewanych pomieszczeń.

Współczynnik wydajności pompy ciepła, a co za tym idzie, jej koszty eksploatacyjne w bardzo dużym stopniu zależą od temperatury dolnego źródła ciepła. Wybranie dolnego źródła o możliwie wysokiej temperaturze wydatnie zwiększa wydajność pompy.

Zapotrzebowanie budynku na ciepło

Na podstawie wykresu temperatur zewnętrznych [1] przyjęto, że sezon grzewczy trwa od 7 października (279. dzień roku) do 24 kwietnia (115. dzień następnego roku), czyli 202 dni. Na rys. 1 przedstawiono określony na podstawie pomiarów, aproksymowany sinusoidą, przebieg zmian temperatury powietrza zewnętrznego w sezonie grzewczym dla rozpatrywanego budynku jednorodzinnego.

Obliczenia przeprowadzono dla budynku mieszkalnego o powierzchni 140 m2. Zapotrzebowanie na ciepło dla jego jednostkowej powierzchni grzewczej w zależności od temperatury powietrza zewnętrznego przedstawia rys. 2. Natomiast na rys. 3 pokazano kształtowanie się jednostkowej mocy cieplnej dopływającej do budynku w  poszczególnych miesiącach sezonu grzewczego.

Przyjęte na podstawie norm jednostkowe zapotrzebowanie na moc cieplną w trakcie całego sezonu grzewczego wynosi 3800 W/m2, zatem średnie dobowe zapotrzebowanie na moc cieplną to 19 W/m2. Jeżeli przyjmiemy, że sezon grzewczy trwa 2424 godzin, jednostkowe zapotrzebowanie na ciepło wynosi 46 kWh/m2/rok. Taka wartość zapotrzebowania na energię klasyfikuje budynek jako niskoenergetyczny. Rozpatrywany budynek ma 140 m2, zatem całkowite zapotrzebowanie na ciepło potrzebne do jego ogrzania wynosi 6440 kWh/rok.

Określenie objętości akumulatora ciepła

Budynek ogrzewany jest za pomocą pompy ciepła, której dolnym źródłem ciepła jest zbiornik akumulacyjny. W akumulatorze w sezonie letnim woda podgrzewana jest za pomocą kolektorów słonecznych. Ponieważ nie można dopuścić, by woda w zbiorniku osiągnęła stan wrzenia, przyjęto, że górna granica temperatury wody w magazynie ciepła nie może przekroczyć 90°C [2]. Bilans ciepła dla absorberów, akumulatora ciepła i odbiorników określa równanie:

gdzie:
qps – lokalne zasoby energii słońca,
h – sprawność absorbera, czyli stosunek energii promieniowania słońca do ciepła dostarczanego przez absorber,
qstr – ciepło tracone na skutek rozproszenia na przewodach i w akumulatorze,
qbp – zapotrzebowanie budynku na ciepło dla celów grzewczych oraz do wytwarzania ciepłej wody użytkowej.

Znajomość tych wielkości pozwala określić qak, czyli wielkość ciepła dostarczoną do akumulatora. Na rys. 4 pokazano obniżanie się temperatury wody w akumulatorach ciepła o różnej objętości na skutek poboru ciepła do celów grzewczych, bez uwzględnienia strat do otoczenia. Jak widać, spadek temperatury wody uzależniony jest od wielkości akumulatora.

Temperatura wody w akumulatorze obniża się nie tylko w następstwie poboru ciepła przez pompę do celów grzewczych, ale również w wyniku strat ciepła do otoczenia. Straty te są uzależnione od współczynnika przenikania ciepła przez ściany akumulatora. Na rys. 5 pokazano obniżanie się temperatury wody w zbiorniku akumulacyjnym o objętości 110 m3 i różnych współczynnikach przenikania ciepła U przez ścianki – bez poboru ciepła, czyli jedynie na skutek strat ciepła do otoczenia.

 

 

Na podstawie zmian bieżącego zapotrzebowania na ciepło ogrzewanego obiektu, czyli poboru ciepła z akumulatora oraz strat ciepła do otoczenia, określono przebieg obniżania się temperatury w akumulatorze ciepła o objętości 110 m3, będącego dolnym źródłem ciepła (rys. 6).

Rys. 7 przedstawia zależność objętości akumulatora ciepła od współczynnika przenikania ciepła przez jego ściany, niezbędnej do zgromadzenia wymaganej ilości ciepła do celów grzewczych rozpatrywanego budynku. W tab. 1 podano parametry techniczne różnych akumulatorów ciepła. Magazyny ciepła mają takie objętości i współczynniki przenikania ciepła przez ściany, aby mogły zmagazynować i utrzymać ciepło wystarczające na cały sezon grzewczy danego budynku.

Dla rozpatrywanego obiektu wybrano wodny akumulator ciepła o objętości 110 m3 i współczynniku przenikania ciepła przez ścianki U wynoszącym 0,1. Akumulator o takich parametrach może zgromadzić 11 450 kWh (39 600 000 kJ) ciepła w wodzie o temperaturze początkowej, tzn. przed rozpoczęciem akumulacji, wynoszącej 5°C (woda została schłodzona do tej temperatury na skutek poboru ciepła przez pompę ciepła podczas poprzedniego sezonu grzewczego). Ilość zakumulowanego ciepła jest większa od rocznego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania. Jest to konieczne ze względu na straty do otoczenia, które w tym wypadku wynoszą ok. 4500 kWh.

Określenie zapotrzebowania na energię elektryczną do zasilania pompy ciepła

Ilość zgromadzonego w akumulatorze ciepła pozwala przez blisko połowę sezonu grzewczego ogrzewać obiekt bez udziału pompy ciepła, korzystając z wymiany ciepła pomiędzy akumulatorem a ogrzewanym obiektem, wymuszonej tylko pompą obiegową. Mniej więcej w połowie sezonu grzewczego technika ogrzewania obiektu ulegnie zmianie. Temperatura wody w akumulatorze na tyle się obniży, że do procesu ogrzewania obiektu włączona zostanie pompa ciepła, dla której akumulator będzie dolnym źródłem ciepła.

   15.09.2011

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Zdradzamy sposób na projektowanie instalacji najwyższej jakości »

projektowanie

 



Z jakiego powodu tworzywa sztuczne zdominowały rynek wod-kan » Jak bez problemowo przeprowadzić iniekcję mikropali, kotew i gwoździ gruntowych »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go dziś »

 


Czy można dobrze odseparować wodę kanalizacyjną od gruntowej »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jak zabezpieczyć wentylatory dachowe »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Przedłuż certyfikat HVAC bez wychodzenia z firmy »

szkolenia hvac

 



Czy łatwo zainstalować podwieszaną toaletę » Z jakego powodu ta pompa wyprzedza przyszłość »
podwieszana toaleta pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
9/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Dofinansowanie ogrzewania i fotowoltaiki
  • - Eksploatacja gruntowych pomp ciepła
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl