Pompy ciepła
i kolektory słoneczne
Bogusław Białko
Temperatura im wyższa, tym efektywniejsza PC i bardziej użyteczna Wahania roczne, miesięczne, dobowe
Pojęcie koherentności źródła:
• duże zmiany temperatury
• spójność z zapotrzebowaniem
Źródła ciepła
Koherencja źródła
Koherentne źródło ciepła – to takie którego charakterystyka zmian wydajności cieplnej w okresie grzewczym jest zgodna z charakterystyką zmian zapotrzebowania na ciepło.
Sztuczne – efekt procesu technologicznego (temperatura 290-350 K, czasem wyższa, nie zależy od pory roku)
Większość naturalnych źródeł ciepła jest niekoherentnych (powietrze, woda, grunt) Koszty – inwestycje, ujęcia oraz eksploatacja
Dla 20 kW:
Powietrze 1 250 €
Woda ze studni 2 500 € Grunt 500 €
Energia słoneczna 750 €
Koszty głębokich odwiertów 5 000 €/1 m Trudno jest określić koszty źródeł sztucznych.
Źródła ciepła
Sztuczne – efekt procesu technologicznego (temperatura 290-350 K, czasem wyższa, nie zależy od pory roku)
Większość naturalnych źródeł ciepła jest niekoherentnych (powietrze, woda, grunt) Koszty – inwestycje, ujęcia oraz eksploatacja
Dla 20 kW:
Powietrze 2 450 €
Woda ze studni 1 100 € Grunt 950 €
Energia słoneczna 250 €
Koszty głębokich odwiertów 2 000 €/1 m Trudno jest określić koszty źródeł sztucznych.
Źródła ciepła
• nieograniczona pojemność cieplna (odnawialne),
• możliwie wysoka i stała temperatura,
• bez zanieczyszczeń i czynników korozyjnych,
• jak najtańsze pozyskiwanie,
• dostępność,
• koherentność źródła.
Takie źródło nie istnieje !
Cechy źródeł ciepła
PC wtórne (energia odpadowa)
PC pierwotne (energia odnawialna)
Powietrze
Gazy odlotowe
Spaliny:
• ze spalania gazów,
• ze spalania paliw ciekłych,
• ze spalania paliw stałych.
Kondensat
Para
Woda
Powietrze atmosferyczne Grunt
Woda:
• gruntowa
• powierzchniowa
• głębinowa
• miejska
Promieniowanie słoneczne Energia geotermiczna
Energia wiatru Energia otoczenia
Źródła ciepła
Wody powierzchniowe mogą stanowić dolne źródło dużych pomp ciepła. Wykorzystuje się zasoby
energetyczne wód, większych rzek i jezior.
Energia zawarta w wodach powierzchniowych pochodzi z wymiany ciepła między wodą a powietrzem
atmosferycznym i gruntem.
Nawet rzeki o małych przepływach przenoszą stosunkowo znaczne zasoby energii.
Można pobierać np. 1/5 przepływu rzeki przy spadku temperatur substancji źródła o 5 K.
Poboru energii można dokonywać wielokrotnie na długości rzeki.
Wody powierzchniowe
Wody powierzchniowe
Rzeka Przepływ m3/s Strumień energii MW*
średni roczny minimalny średni roczny minimalny Wisła
Nadwilanówka 624 320 3012 1340
Wisła
Wisła 1,64 0,09 6,9 0,38
Rabka
Rabka 0,90 0,17 3,8 0,71
Bzura
Łęczyca 3,44 0,84 14,5 353
Utrata
Utrata 2,59 0,63 10,9 2,65
Krutynia
Borowski Las 0,57 0,11 2,4 0,46
*przy założeniu spadku temperatury o 1 K
Wody powierzchniowe
Roczne rozkłady temperatur wód powierzchniowych
Wody powierzchniowe
Wody podziemne
Wody podziemne
Największe samowypływowe źródła termalne z eksploatowane w Polsce
Nazwa odwiertu Głębokość m
Temperatura
°C
Przepływ m3/h
Strumień energii MW
Zakopane IG-4 1550-1560 39,0 170,0 7,7
Lądek 2 700 45,5 113,0 6,0
Koło IG-3 1773—1796 59,0 80,0 5,5
Cieplice 2 750 63,3 43,8 3,2
Środa IG-2 1012-1020 40,0 40,0 1,9
Wody podziemne
Wody podziemne
W wierzchniej, około dziesięciometrowej warstwie gruntu, jest akumulowana energia cieplna pochodząca wyłącznie od energii słonecznej i wymiany ciepła z atmosferą; w głębszych warstwach ziemi (powyżej 20m) akumulowana jest energia pochodząca zarówno z promieniowania słonecznego, jak i od wnętrza ziemi.
O przydatności gruntu jako źródła ciepła decyduje jego struktura (gliniasta, piaszczysta, żwirowa) i wilgotność (im większa, tym korzystniejsze warunki
wymiany ciepła). Energia cieplna gruntu jest przekazywana do nośnika energii w gruntowych wymiennikach ciepła (kolektorach). Kształt i położenie wymiennika mają istotny wpływ na proces wymiany ciepła.
Grunt
Odchylenia temperatury gruntu do temperatury średniorocznej
Grunt
Grunt
Grunt
Grunt
Grunt
Grunt
Wymiennik typu U Przepływ przeciwbieżny Przepływ koncentryczny
