POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Maszyn Roboczych i Transportu

(1)

POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Maszyn Roboczych i Transportu

Praca doktorska

Badanie powietrznych pomp ciepła

mgr inż. Marek GAZIŃSKI

Promotor : dr hab. inż. Krzysztof BIEŃCZAK

Poznań, 2015

(2)

Badanie powietrznych pomp ciepła

______________________________________________________________________

Marek Gaziński - Praca doktorska PP 2015 str. 2/184

Spis treści:

1. WSTĘP ... 5

1.1. Wprowadzenie ... 5

1.2. Wzrost zastosowań pomp ciepła na ś wiecie ... 8

1.3. Wzrost zastosowań pomp ciepła w ostatnich latach w Polsce ... 18

2. AKTUALNE PROBLEMY W BUDOWIE I ZASTOSOWANIACH POMP CIEPŁA ... 21

2.1. Dolne ź ródło ciepła ... 21

2.1.1. Podział dolnych ź ródeł energii ... 21

2.1.2. Ciepło z gruntu ... 21

2.1.3. Ciepło z cieczy ... 23

2.1.4. Ciepło z powietrza ... 28

2.1.5. Ciepło ze słońca ... 31

2.1.6. Porównanie ź ródeł ciepła... 33

2.2. Zastosowania pomp ciepła ... 35

2.2.1. Moż liwoś ci zastosowań pomp ciepła ... 35

2.2.2. Zastosowania w budynkach mieszkalnych i uż ytecznoś ci publicznej ... 36

2.2.3. Zastosowania pomp ciepła w przemyś le - stan aktualny i potencjał wzrostu 41 3. ANALIZA PROBLEMU I CEL PRACY ... 50

4. DOBÓR METODY BADAŃ I STANOWISKA BADAWCZE ... 52

4.1. Metoda badań i oceny pomp ciepła działających w zmiennych warunkach eksploatacyjnych ... 52

4.1.1. Bilans energii jako podstawa do oceny technicznej urządzeń realizujących obieg lewobież ny ... 52

4.1.2. Przeznaczenie stanowisk badawczych ... 55

4.2. Stanowisko do badań efektywnoś ci powietrznej pomp ciepła do ogrzewania wody ... 57

4.2.1. Założ enia i schemat ideowy ... 57

4.2.2. Dostosowanie instalacji co budynku do niskotemperaturowego ź ródła ciepła 58 4.2.3. Charakterystyka ź ródła ciepła ... 59

4.2.4. Układ pomiarowy stanowiska badawczego ... 61

4.2.5. Metodyka badań ... 62

4.2.6. Przeprowadzenie badań i uzyskane wyniki ... 63

4.3. Stanowisko do badań pomp ciepła o mocy do 70 kW mocy grzejnej. ... 74

4.3.1. Przeznaczenie stanowiska ... 74

4.3.2. Schemat ideowy i moż liwoś ci badawcze ... 75

(3)

Badanie powietrznych pomp ciepła

______________________________________________________________________

Marek Gaziński - Praca doktorska PP 2015 str. 3/184

4.3.3. Przykładowe wyniki badań ... 76

4.4. Stanowisko badawcze do badań pompy ciepła w centrali klimatyzacyjnej. ... 77

4.4.1. Opis stanowiska badawczego ... 77

4.4.2. Przykładowe wyniki badań i ich analiza ... 79

4.5. Wnioski z badań eksperymentalnych ... 82

5. WPŁYW CZYNNIKA CHŁODNICZEGO I KONFIGURACJI OBIEGU NA EFEKTYWNOŚ Ć ... 84

5.1. Czynniki chłodnicze stosowane w pompach ciepła ... 84

5.2. Konfiguracja obiegu chłodniczego ... 93

5.3. Spręż arki ... 95

5.3.1. Spręż arki do powietrznych pomp ciepła ... 95

5.3.2. Spręż arki z wtryskiem cieczy i pary ... 97

5.3.3. Spręż arki ze zmienną prędkoś cią obrotową ... 105

5.3.4. Spręż arki na CO

2

... 108

5.4. Podsumowanie ... 110

6. METODY OCENY ROZWIĄZAŃ KONSTRUKCYJNYCH POMP CIEPŁA ... 112

6.1. Sprawnoś ć Lorentza ... 112

6.1.1. Dlaczego sprawnoś ć Lorentza a nie COP ... 112

6.1.2. Definicja sprawnoś ci Lorentza ... 112

6.1.3. Przykładowe zastosowanie ... 114

6.2. Zastosowanie sprawnoś ci wymienników do doboru skraplaczy i parowników ... 117

6.2.1. Sprawnoś ć wymienników ... 117

6.2.2. Zalety metody wyznaczania sprawnoś ci cieplnej wymienników ... 121

6.2.3. Metoda wyznaczania sprawnoś ci wymienników na podstawie badań ... 122

6.2.4. Zastosowanie sprawnoś ci do oceny wymienników w badanej pompie ciepła ... 125

6.3. Wnioski dotyczące rozwiązań konstrukcyjnych i przedstawionych metod oceny ... 129

7. OCENA SPRAWNOŚ CI POMP CIEPŁA WYBRANYCH PRODUCENTÓW ... 130

7.1. Pompa ciepła do ogrzewania firmy LG ... 130

7.2. Pompa ciepła do ogrzewania firmy Daikin ... 133

7.3. Pompa ciepła do ogrzewania firmy Samsung ... 138

7.4. Podsumowanie badań sprawnoś ci pomp ciepła ... 138

8. PODSUMOWANIE I WNIOSKI ... 139

9. LITERATURA ... 144

10. ... ZAŁĄCZNIKI 160 10.1. Załącznik 1. Dane katalogowe pomp ciepła LG do 16 kW ... 160

10.2. Załącznik 2. Dane katalogowe pomp ciepła Daikin ... 161

10.3. Załącznik 3. Dane katalogowe pomp ciepła Daikin od 11 do 16 kW... 162

10.4. Załącznik 4. Dane katalogowe pomp ciepła Daikin Alterma HT 16 ... 163

10.5. Załącznik 5. Dane katalogowe pomp ciepła Clint CHA/K/wp 131 ... 164

10.6. Załącznik 6. Dane katalogowe pomp ciepła Clint typ CHA/K/WP 242 ... 165

10.7. Załącznik 7. Dane katalogowe pomp ciepła Versati ... 166

(4)

Badanie powietrznych pomp ciepła

______________________________________________________________________

Marek Gaziński - Praca doktorska PP 2015 str. 4/184 10.8. Załącznik 8. Przykładowe zestawienie wyników badań Pompy ciepła Daikina typ

ERHQ008A ... 168

10.9. Załącznik 9. Przykładowe zestawienie wyników badań z podziałem godzinowym pompy ciepła Gree typ GRS-CQ 14PD rok 2014 miesiąc czerwiec ... 169

10.10. Załącznik 10. Dane pierwotne uzyskane z rejestratora wyników pomiarów ... 170

10.11. Załącznik 11. Dane z podziałem ze względu na dni, rok 2013 miesiąc maj ... 171

10.12. Załącznik 12. Dane techniczne pompy ciepła Mitsubishi Electric Ecodan ... 172

10.13. Załącznik 13. Fragment zestawienia pomp ciepła z Niemiec z potwierdzonymi certyfikatem wynikami badań COP oraz wydajnoś ci grzejnej ... 173 11. ... SPIS RYSUNKÓW 174

12. ... SPIS TABLIC

184

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

(53)

(54)

(55)

(56)

(57)

(58)

(59)

(60)

(61)

(62)

(63)

(64)

(65)

(66)

(67)

(68)

(69)

(70)

(71)

(72)

(73)

(74)

(75)

(76)

(77)

(78)

(79)

(80)

(81)

(82)

(83)

(84)

(85)

(86)

(87)

(88)

(89)

(90)

(91)

(92)

(93)

(94)

(95)

(96)

(97)

(98)

(99)

(100)

(101)

(102)

(103)

(104)

(105)

(106)

(107)

(108)

(109)

(110)

(111)

(112)

(113)

(114)

(115)

(116)

(117)

(118)

(119)

(120)

(121)

(122)

(123)

(124)

(125)

(126)

(127)

(128)

(129)

(130)

(131)

(132)

(133)

(134)

(135)

(136)

(137)

(138)

(139)

(140)

(141)

(142)

(143)

(144)

(145)

(146)

(147)

(148)

(149)

(150)

(151)

(152)

(153)

(154)

(155)

(156)

(157)

(158)

(159)

(160)

(161)

(162)

(163)

(164)

(165)

(166)

(167)

(168)

(169)

(170)

(171)

(172)

(173)

(174)

Badanie powietrznych pomp ciepła

______________________________________________________________________

Marek Gaziński - Praca doktorska PP 2015 str. 174/184

11. S PIS R YSUNKÓW

Rys. 1. Rozwój zastosowań pomp ciepła w Niemczech [BWP/BA] ... 8

Rys. 2. Zanieczyszczenia powietrza w wybranych miastach ... 9

Rys. 3. Stężenia średnioroczne PM10 w wybranych miastach Europy w 2008 r. na tle wartości

normatywnej [12] ... 9

Rys. 4. Przeciętna liczba dni z przekroczeniami stężeń dobowych PM10 w wybranych miastach

Europy w 2011 r. na tle wartości normatywnej [12] ... 10

Rys. 5. Porównanie emisji zanieczyszczeń przez różne źródła ciepła ... 11

Rys. 6. Liczba pomp ciepła zainstalowanych w 2008 roku w wybranych krajach Europy [14] 12

Rys. 7. Ilość montowanych pomp ciepła na świecie ( w tysiącach sztuk) [15] ... 12

Rys. 8. Rynek pomp ciepła w Szwajcarii w latach 1982-2011 [16] ... 13

Rys. 9. Struktura wytwarzania ciepła w Szwajcarii w 2011r. według : a ) źródła ciepła b)

wytworzonego przez pompy ciepła według ich typu [16] ... 13

Rys. 10. Podział źródeł ciepła do ogrzewania budynków w Finlandii [17] ... 14

Rys. 11. Wykres zainstalowanych pomp ciepła w Finlandii w latach 1996-2012: a) w sztukach

z podziałem na źródła ciepła, b) wartość zainstalowanych typów pomp ciepła. Kolory pomp

ciepła : niebieski – powietrze-powietrze, żółty powietrze-woda, czerwony – odzysk z powietrza

wylotowego, zielony - gruntowe [17]... 14

Rys. 12 Ilość sprzedanych pomp ciepła w Niemczech w latach 2006- 2011, kolor niebieski -

powietrzne pompy ciepła, kolor brązowy – gruntowe pompy ciepła [11] ... 15

Rys. 13. Ilość sprzedanych pomp ciepła na cele c.w.u. w Europie [19] ... 15

Rys. 14. Ilość pomp ciepła w poszczególnych krajach Europy z podziałem ze względu na dolne

źródło ciepła [19] ... 16

Rys. 15. Podział europejskiego rynku pomp ciepła ze względu na źródło ciepła w latach a) 2012

[14] b)2013 [19] ... 16

Rys. 16. Ilość sprzedanych pomp ciepła do odzysku ciepła z powietrza wywiewanego w Szwecji

w latach 1994-2013 [21] ... 17

(175)

Badanie powietrznych pomp ciepła

______________________________________________________________________

Marek Gaziński - Praca doktorska PP 2015 str. 175/184 Rys. 17. Ilość sprzedanych pomp ciepła powietrze-woda w Szwecji w latach 1994-2012 [22] 17 Rys. 18 Sprzedaż wszystkich rodzajów pomp ciepła ( do ogrzewania jak i do c.w.u.) w Polsce

w latach 2000-2009 [23] ... 18

Rys. 19. Ilość pomp ciepła montowanych w latach 2010 - 2014 [24] ... 18

Rys. 20. Sprzedaż pomp ciepła w Europie, lata- 2011 oraz 2013 [19] ... 19

Rys. 21. Struktura montowanych pomp ciepła w Polsce w latach 2013 i 2014 [24] ... 19

Rys. 22. Poziomy gruntowy wymiennik jako dolne źródło dla pompy ciepła a ) idea, b ) w trakcie montażu [5] ... 22

Rys. 23. a) Sondy gruntowe pobierające ciepło z głębi gruntu b) przekroje najczęściej stosowanych sond [25] ... 22

Rys. 24. Metoda wykorzystania wody gruntowej przez pompy ciepła [43] ... 24

Rys. 25.Kolektor płaski umieszczony w jeziorze [43] ... 25

Rys. 26. Pompy ciepła zainstalowane w pompowni wody wodociągowe w Wągrowcu ... 25

Rys. 27. Przykład wymiennika ciepła do odbioru ciepła ze ścieków kanalizacyjnych [49] ... 26

Rys. 28. Przykład wymiennika dla pomp ciepła mającego jako dolne źródło ścieki [50] ... 27

Rys. 29 Przemysłowa pompa ciepła o mocy 2,9 MW zastosowana przy współpracy z innym źródłem ciepła [55] ... 27

Rys. 30.Powietrzna pompa ciepła: a) pompa ciepła typu Split, b) pompa ciepła monoblokowa wewnętrzna [43] ... 28

Rys. 31.Centrale wentylacyjne z odzyskiem przy pomocy pompy ciepła i wymiennika krzyżowego- schemat działania latem [57] ... 28

Rys. 32. Centrale wentylacyjne z odzyskiem przy pomocy PC i wymiennika krzyżowego schemat działania zimą [57] ... 29

Rys. 33. Czerpnia wymiennika gruntowego [43] ... 29

Rys. 34. Pompa ciepła w centrali nawiewno-wywiewnej ... 30

Rys. 35. Zastosowanie powietrznej pompy ciepła do zasilania nagrzewnicy w centrali

(176)

Badanie powietrznych pomp ciepła

______________________________________________________________________

Marek Gaziński - Praca doktorska PP 2015 str. 176/184

klimatyzacyjnej: a) schemat ideowy, b) widok instalacji ... 31

Rys. 36. Współpraca pompy ciepła z kolektorem słonecznym [43] ... 32

Rys. 37. Wykorzystanie energii słonecznej jako dolnego źródła ciepła: a) przykład układania kolektora glikolowego na połaci dachu powyżej izolacji termicznej dachu, b) pompa ciepła glikol\woda firmy Hoval-Carrier [2] ... 32

Rys. 38. Widok parowników bezwentylatorowych, 1980r. [2] ... 33

Rys. 39. Pompa ciepła „Grimm Machine”, 1980r. [2]... 33

Rys. 40. Porównanie wpływu temperatury otoczenia na temperaturę dolnego źródła ciepła: 1- powietrzne zewnętrzne, 2-wody powierzchniowe, 3- wody gruntowe, 4- grunt na głębokości 1,8m. [64] ... 34

Rys. 41. Rozwój zastosowań pomp ciepła we Francji [38] ... 37

Rys. 42. Pompa ciepła w domku jednorodzinnym - główne elementy instalacji: a)jednostka zewnętrzna b)zbiornik c.w.u. c) jednostka wewnętrzna d) opomiarowana jednostka wewnętrzna e) rozdzielacz podłogowy ... 37

Rys. 43. Struktura sprzedaży pomp ciepła w Europie ... 38

Rys. 44. Rozwój zastosowań pomp ciepła we Francji [38] ... 38

Rys. 45. Powietrzna pompa ciepła firmy Hoval Herzog [2] ... 39

Rys. 46. Powietrzna pompa ciepła napędzana silnikiem diesla [2] ... 40

Rys. 47. Widok jednostki zewnętrznej układu GMV IV ... 40

Rys. 48. Zakres temperatur i typów ciepła w poszczególnych branżach przemysłu na przykładzie Japonii [98] ... 42

Rys. 49. Zapotrzebowanie na ciepło w przemyśle z podziałem na wymagane temperatury i branże w Niemczech [103] ... 43

Rys. 50. Instalacja chłodniczo- grzejna w zakładach drobiarskich w Kanadzie [106] ... 44

Rys. 51. Wykres zużycia energii w Japonii w latach 1973-2009 [99] ... 44

Rys. 52. Schemat budowy pompy ciepła dla generatora pary o temperaturze 165°C [99] ... 45

(177)

Badanie powietrznych pomp ciepła

______________________________________________________________________

Marek Gaziński - Praca doktorska PP 2015 str. 177/184 Rys.53. Jedna z sześciu 30 MW promieniowych sprężarek pomp ciepła zamontowanych

w systemie ciepłowniczym w Sztokholmie [2] ... 46

Rys. 54. Jedna z czterech pomp ciepła o mocy 440 kW na stacji kolejowej w Lucernie zamontowanej w 1984 r. [2] ... 46

Rys. 55. Sprężarki promieniowe pompy ciepła do suszenia cukru w cukrowni Arberg: a) pierwszy montaż w 1945 r. b) po modernizacji w 1984 r. [2] ... 47

Rys. 56. Instalacja chłodnicza w mleczarni w układzie klasycznym [55]. ... 47

Rys. 57. Instalacja chłodnicza w mleczarni z zastosowaniem pompy ciepła [55] ... 48

Rys. 58. Przemysłowa pompa ciepła firmy Friotherm ... 48

Rys. 59. Hala zakładu przemysłu spożywczego o bardzo dużych zyskach ciepła. ... 49

Rys. 60. wpływ różnicy temperatury źródeł ciepła na współczynnik wydajności grzejnej – linia czarna oraz układ grzejno-chłodniczy linia niebieska [110] ... 49

Rys. 61. Pompa ciepła na stanowisku badawczym produkcji: a) Daikin, b) Gree ... 55

Rys. 62. Monoblokowa pompa ciepła CHA/K/WP 131 na stanowisku badawczym [122] ... 56

Rys. 63. Widok stanowiska badawczego pompy ciepła typu powietrze-powietrze. 1 – sprężarka , 2 – skraplacz , 3 – chłodnica ... 56

Rys. 64. Schemat ideowy stanowiska badawczego, LC – licznik ciepła, Zd – zasilenie obiektu, Zb – zasilenie technologii, Pb- powrót z technologii, Pd- powrót z obiektu, T – regulator temperatury ... 57

Rys. 65. Zawory przełączające: a) wybór- kocioł albo pompa ciepła na cele c.w.u., b) zasilanie pompy ciepła c.w.u. albo c.o. ... 58

Rys. 66. Zainstalowany nowy grzejnik w salonie oraz grzejnik zdemontowany ... 58

Rys. 67. Zainstalowany zasobnik ciepła i część wewnętrzna pompy ciepła ... 59

Rys. 68. Regulator temperatury c.w.u. z wyświetlaczem temperatury ... 60

Rys. 69.Szafka zasilająca z układem logicznym wyboru źródła ciepła ... 60

Rys. 70. Porównanie jednostek wewnętrznych pompy ciepła a) Daikin b) Gree ... 60

(178)

Badanie powietrznych pomp ciepła

______________________________________________________________________

Marek Gaziński - Praca doktorska PP 2015 str. 178/184

Rys. 71.Pomiar pobieranej energii cieplnej, temperatury zasilania i powrotu ... 61

Rys. 72. Licznik energii elektrycznej pobieranej przez pompę ciepła ... 61

Rys. 73. Czujnik temperatury i wilgotności powietrza zewnętrznego ... 61

Rys. 74. Centrala rejestrująca dane z pomiarów ... 62

Rys. 75 Przykładowy wykres dla zimowych dni kiedy pompa ciepła nie wystarcza na ogrzanie budynku i grzeje tylko c.w.u. ... 64

Rys. 76. Przykładowy wykres ilości wytworzonego ciepła przez pompę ciepła oraz temperatury otoczenia ... 64

Rys. 77. Przykładowa zmiana temperatur w ciągu miesiąca ... 65

Rys. 78. Przebieg zmian średniej dziennej temperatury na powierzchni parownika w analogicznym okresie jak na rys.77 ... 65

Rys. 79. Przykładowa produkcja ciepła i jego zużycie ... 65

Rys. 80. Zależność COP pompy ciepła od temperatury otoczenia w okresie luty-czerwiec ... 66

Rys. 81. Przebieg zmian temperatury otoczenia, ciepła na cele c.w.u. oraz czasu pracy pompy ciepła na cele c.w.u.. Linią czarną oznaczono trend danych zmian ... 66

Rys. 82. Przebieg zmian charakterystycznych temperatur i COP pompy ciepła. ... 67

Rys. 83. Przebieg zmian ilości wytworzonego ciepła i COP pompy ciepła ... 67

Rys. 84. Struktura zużycia ciepła w okresie od lutego do czerwca 2011r. ... 68

Rys. 85. Ilość kWh ciepła na cele ogrzewania budynku uzyskana miesięcznie z pompy ciepła ... 68

Rys. 86. Ilość kWh ciepła na cele ogrzewania basenu dostarczona co miesiąc przez pompę ciepła ... 69

Rys. 87. Ilość kWh ciepła wytworzonego przez pompę ciepła w poszczególnych miesiącach przeznaczona na c.w.u. ... 69

Rys. 88. Całkowite ilości kWh ciepła wytworzona miesięcznie w pompie ciepła w badanym

okresie ... 70

(179)

Badanie powietrznych pomp ciepła

______________________________________________________________________

Marek Gaziński - Praca doktorska PP 2015 str. 179/184 Rys.89.Ilość kWh dostarczonego ciepła przez pompę ciepła w budynku w latach 2011- 2014 70

Rys. 90. Struktura zużycia ciepła wytworzonego w pompie przez budynek ... 71

Rys. 91. Średnioroczny współczynnik COP uzyskane na stanowisku badawczym ... 71

Rys. 92. Zależność COP powietrznej pompy Daikin typ ERHQ008A na podstawie badań przeprowadzonych w okresie: luty 2011- marzec 2012 ... 72

Rys. 93. Wyniki badań współczynnika COP pompy ciepła Gree ... 72

Rys. 94. Wykres COP pompy ciepła Gree uzyskany na podstawie wyników badań w latach 2012 - 2014 ... 73

Rys. 95. Porównanie zmienności COP pompy ciepła Gree i Daikin na podstawie badań na tym samym obiekcie w różnych latach ... 73

Rys. 96. Pompa ciepła na stanowisku badawczym: a CHA/K/WP 242 [122], b Alterma HT . 74 Rys. 97. Schemat ideowy stanowiska badawczego MPC – monoblokowa pompa ciepła, PPC - parownik pompy ciepła, SPC - skraplacz pompy ciepła ... 75

Rys. 98. Porównanie zmierzonej doświadczalnie wydajności grzejnej dla pompy Clint typ CHA/K/WP 131 z danymi producenta ... 76

Rys. 99. Schemat ideowy wraz z rozmieszczeniem punktów pomiarowych: 1- czujnik temperatury powietrza zewnętrznego, 2- czujnik temperatury za wymiennikiem krzyżowym, 3- czujnik temperatury wyrzutu powietrza, 4- czujnik temperatury lamel parownika, 7- przetwornik stężenia CO 2 w kanale wywiewnym, 8- przetwornik temperatury i wilgotności powietrza za wymiennikiem krzyżowym, 9- przetwornik temperatury i wilgotności powietrza w kanale nawiewnym, 10- przetwornik temperatury i wilgotności powietrza w kanale wywiewnym ... 77

Rys. 100. Schemat obiegu lewobieżnego instalacji wbudowanej w centralę klimatyzacyjną ... 78

Rys. 101. Przemiany powietrza zimą w centrali klimatyzacyjnej ... 79

Rys. 102.Przemiany powietrza w wybranym dniu wiosennym ... 80

Rys. 103. Przemiany powietrza w wybranym dniu letnim ... 80

Rys. 104. Przemiany powietrza w wybranym dniu jesiennym ... 81

Rys. 105. Zakazy wprowadzania na rynek czynników w zależności od GWP [137] ... 85

(180)

Badanie powietrznych pomp ciepła

______________________________________________________________________

Marek Gaziński - Praca doktorska PP 2015 str. 180/184 Rys. 106. Porównanie wydajności chłodniczej i parametrów pracy R410A i R32 pracujących w układzie ze sprężarką spiralną [142]... 86 Rys. 107. Porównanie stężeń zapalnych w powietrzu wybranych czynników chłodniczych [137]

... 86 Rys. 108. Porównanie wydajności chłodniczej (Q 0 ) i współczynnika wydajności chłodniczej (COP w instalacji ze sprężarką półhermetyczną. [142] ... 87 Rys. 109. Porównanie parametrów nasycenia czynników R290, R1270 i R22 [142] ... 87 Rys. 110. Porównanie wydajności grzejnej wybranych czynników dla pomp ciepła: a- COP, b- COP danego czynnika w stosunku do R410a ... 88 Rys. 111. Wymagane prawem UE zmniejszenie kontyngentów CO 2 na import oraz produkcję czynników chłodniczych ... 89 Rys. 112. Właściwa wydajność chłodnicza wybranych czynników ... 89 Rys. 113. Porównane ciśnienia nasycenia wybranych czynników chłodniczych ... 90 Rys. 114. Zestawienie porównawcze wydajności grzejnej najczęściej rozpatrywanych czynników chłodniczych. Kolorem zielonym zaznaczono czynniki o GWP poniżej 1000 ,a czerwonym czynniki zabronione. ... 91 Rys. 115. Wydajność COP w zależności od rodzaju czynnika oraz temperatury skraplania.

Przyjęta różnica temperatur pomiędzy temperaturą skraplania a parowania wynosi 45°C oraz

różnica 5°C na wymienniku regeneracyjnym [146] ... 92

Rys. 116. Ocena czynników chłodniczych przyszłości [148] ... 93

Rys. 117.Obieg chłodniczy z wymiennikiem regeneracyjnym: a- schemat instalacji, b-

przedstawienie obiegu na wykresie T-s [144]... 93

Rys. 118 Schemat ideowy powietrznej pompy ciepła z zastosowaniem kaskady [156] ... 94

Rys. 119. Wydajność grzewcza sprężarek z czynnikiem chłodniczym R410: a- SH140-4, b- C-

SBP205H38Q ... 96

Rys. 120. Zakres działania sprężarek w zależności od rodzaju wykonania: a- według [167], b-

sprężarki Copeland typoszeregu ZH R410A ... 98

Rys. 121 Schemat ideowy i przebieg procesów na wykresie ciśnienie- entalpia w urządzeniu,

w którym zastosowano sprężarkę umożliwiającą wtrysk pary suchej [167] ... 98

(181)

Badanie powietrznych pomp ciepła

______________________________________________________________________

Marek Gaziński - Praca doktorska PP 2015 str. 181/184

Rys. 122. Porty wtrysku cieczy (z lewej) oraz porty wtrysku pary czynnika (z prawej)w spirali

nieruchomej w spręż arkach spiralnych firmy Copeland [147] ... 99

Rys. 123. Porównanie obiegów : a- z wtryskiem pary przegrzanej, b- z wtryskiem pary mokrej

... 99

Rys. 124. Wartości COP wybranych sprężarek dla wybranych parametrów pracy ... 100

Rys. 125. Wartości COP wybranych sprężarek dla wybranych parametrów pracy. ... 101

Rys. 126. Porównanie zakresu zastosowań sprężarek typu: a- ZH15K1P-TFM Copeland, b-

CSBP170H38Q Sanyo ... 102

Rys. 127. COP wybranych sprężarek przy zmiennej temperaturze parowania przy temperaturze

skraplania 40°C ... 103

Rys. 128. Moce grzewcze wybranych sprężarek przy zmiennej temperaturze parowania przy

temperaturze skraplania 40°C ... 103

Rys. 129. Wydajność grzewcza oraz COP pompy ciepła Ecodan PUHZ-SHW230YKA ... 104

Rys. 130. Zależność współczynnika wydajności grzejnej COP od temperatury otoczenia i

temperatur wody grzejnej [77] ... 105

Rys. 131 Regulacja wydajności przez zmianę prędkości obrotowej: a) - widok sprężarki

półhermetycznej HGX 34 produkcji Bock ze zintegrowaną przetwornicą częstotliwości

i sterownikiem [177] b) - zależność zmiany COP oraz wydajności chłodniczej i mocy silnika

sprężarki przy zmianie prędkości obrotowej [147] ... 106

Rys. 132 Wpływ zmiany obrotów na wydajność sprężarki oraz współczynnik wydajności EER

niskotemperaturowej sprężarki: a- Copeland model 4MA-22X dla temperatury parowania -27°C

i skraplania 55°C dla R404A; dochłodzenie 5°C, przegrzanie 10°C, b - Frascold model S5-33Y

dla temperatury parowania -27°C i skraplania 55°C dla R404A; dochłodzenie 5°C, przegrzanie

10°C ... 106

Rys. 133. Porównanie wpływu zmiany prędkości obrotowej na działanie sprężarek

półhermetycznych; -27/55°C, Δt d = 5°C, Δt po = 10°C ... 107

Rys. 134. Zastosowanie sprężarek Copeland w układzie kaskadowym – CO 2 w układzie

niskotemperaturowym, HFC w wysokotemperaturowym ... 109

Rys. 135. Przemysłowa pompa ciepła z zastosowaniem obiegu nadkrytycznego z CO2

zastosowana w zakładach mleczarskich, znajdujących się w Kanadzie; a) - schemat instalacji

(182)

Badanie powietrznych pomp ciepła

______________________________________________________________________

Marek Gaziński - Praca doktorska PP 2015 str. 182/184

przemysłowej, b) - obieg na wykresie p-h [106] ... 110

Rys. 136. Ilustracja wielkości fizycznych w obiegu lewobieżnym pompy ciepła. ... 113

Rys. 137. Zależność sprawności Lorentza obiegów chłodniczych w dla różnych czynników w zależności od temperatury parowania dla temperatury skraplania 50 °C ... 115

Rys. 138. Sprawność Lorentza wybranych sprężarek w zależności od temperatury parowania dla temperatury skraplania 40°C ... 116

Rys. 139. Sprawność Lorentza pompy ciepła Mitsubishi Ecodan: kolorami zaznaczono różne temperatury wody na wypływie z pompy ciepła ... 116

Rys. 140 przykładowy przebieg temperatur w wymienników przeciwprądowym ... 117

Rys. 141. Zależność sprawności wymiennika ciepła od N oraz SPC przeciwprądu [188] ... 119

Rys. 142 Zależność sprawności wymiennika od N oraz SPC dla współprądu [188] ... 120

Rys. 143. zależność sprawności wymiennika o przepływie krzyżowym od N oraz SPC: a) czynniki nie mieszają się b) jeden czynnik miesza się [188] ... 121

Rys. 144. Obieg czynnika chłodniczego na wykresie P-h ... 123

Rys. 145. Przyrost sprawności pompy ciepła w zależności od wzrostu wartości N skraplacza ... 127

Rys. 146. Wpływ wzrostu liczby jednostek przenikania ciepła N na wymaganą powierzchnię skraplacza oraz uzyskaną w skutek tego obniżkę temperatury skraplania ( linia niebieska) ... 128

Rys. 147. Wpływ wzrostu liczba jednostek przenikania ciepła N na sprawność skraplacza ( linia niebieska) oraz COP. ... 129

Rys. 148. Sprawność typoszeregu pomp ciepła firmy LG w zależności od mocy cieplnej ... 130

Rys. 149. Sprawność pomp ciepła firmy LG w zależności od temperatury otoczenia ... 131

Rys. 150. Sprawność typoszeregu pomp ciepła firmy LG w zależności od stosunku temperatur górnego do dolnego źródła ciepła ... 132

Rys. 151. Sprawność typoszeregu pomp ciepła firmy LG w zależności od różnicy temperatur górnego do dolnego źródła ciepła ... 132

Rys. 152. Zależność sprawności od wydajności dla mniejszych pomp ciepła Daikin ... 133

(183)

Badanie powietrznych pomp ciepła

______________________________________________________________________

Marek Gaziński - Praca doktorska PP 2015 str. 183/184

Rys. 153. Zależność sprawności od wydajności grzejnej dla większych pomp ciepła Daikin 133

Rys. 154. Zależność sprawności od wydajności dla obu typoszeregów pomp ciepła Daikina 134

Rys. 155. Sprawność mniejszych pomp ciepła z firmy Daikin w zależności od stosunku

temperatur górnego do dolnego źródła ciepła ... 134

Rys. 156. Sprawność typoszeregu pomp ciepła firmy Daikin w zależności od stosunku temperatur

górnego do dolnego źródła ciepła ... 135

Rys. 157. COP rzeczywiste pompy ciepła firmy Daikin na podstawie badań w okresie styczeń -

maj oraz sprawność pompy ciepła ... 136

Rys. 158. Porównanie sprawności pompy ciepła Daikin model EKHVH008 wg. danych

producenta z badaniami własnymi ... 137

Rys. 159. Widok parownika pompy ciepła z widoczną wadą – widoczny brak zaszronienia

w okolicy jednej z rur ... 137

Rys. 160. Sprawność pompy ciepła firmy Samsung o mocy 16 kW w zależności od różnicy

temperatur górnego i dolnego źródła. ... 138

(184)