|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 02/2005
Ogrzewanie domów i obiektów użyteczności publicznej pompami ciepła oraz kolektorami słonecznymi
|
|
|
Dziś jest już możliwe komfortowe ogrzewanie naszych mieszkań bez emisji dwutlenku węgla i w pełnej neutralności do efektu cieplarnianego. Zarówno ogrzewanie pomieszczeń, jak i pozyskiwanie gorącej wody na potrzeby gospodarczo-sanitarne może być tanie oraz wysoce efektywne z odnawialnych nośników energii. W tym celu wskazane jest korzystanie z dwóch źródeł ciepła.
|
Spośród różnych technologii coraz większe zainteresowanie zyskują pompy ciepła oraz płaskie i rurowe kolektory słoneczne. Są to bowiem relatywnie tanie rozwiązania techniczno-technologiczne, a w dodatku cechuje je wysoki stopień niezawodności eksploatacyjnej.
Pompa ciepła
Jest to instalacja, która dostarcza ciepło i tym znamienna, że oddaje (dostarcza) więcej energii użytecznej niż pobiera. Dowodem tego może być ogrzewanie domku z mocą grzewczą w wysokości 20 kW, przy poborze energii elektrycznej dla napędu sprężarki z sieci jedynie 6 kW.
Można odnieść wrażenie, że pompa ciepła działa w sprzeczności z pierwszym prawem termodynamiki, według której energii nie można wytworzyć lub zużyć, a jedynie przemienić z jednej postaci w inną. Suma energii w ramach określonych przemian pozostaje zawsze niezmienną. W praktyce część energii użytecznej zostaje bezpowrotnie stracona. Strat tych nie da się jednak uniknąć.
W przypadku pompy ciepła główną część energii pobiera się z otoczenia: z powietrza, ziemi lub wody (gruntowej, z rzek lub jezior i mórz, ale najefektywniej z kolektorów kanalizacyjnych). Te źródła energii są praktycznie dla indywidualnych odbiorców niewyczerpalne.
Istota działania pompy ciepła jest bardzo prosta, a ilustruje ją rys. 3. Jej wynalazcą był angielski matematyk i fizyk Wiliam Thompson, znany jako lord Kelvin. Samo określenie pompa ciepła jest skrótem myślowym na pobieranie ciepła z niższego poziomu (którym jest otaczające nas środowisko o niższej temperaturze) i przenoszenie na wyższy poziom (w wyższej temperaturze). W rzeczywistości przenosi się ciepło z ziemi, z głębokości poniżej 1,5 m, z otaczającego nas powietrza lub z dna jeziora, wód gruntowych itp. I poprzez pompę ciepła wykorzystuje się do ogrzewania domu oraz wody dla celów sanitarno-gospodarczych (rys. 4). Im wyższa jest temperatura źródła, tym korzystniejszy jest efekt energetyczny układu. Jeżeli przykładowo woda gruntowa ma temperaturę 8 st. C, to ciecz płynąca przez kaloryfery domu osiąga bez trudu 65 st. C.
W przypadku pompy ciepła (według rys. 3) za sprężarką gazu znajduje się skraplacz czynnika roboczego. Czynnikiem roboczym jest określony gaz (dogodnym i tanim bywa propan) o temperaturze wrzenia w granicach od 20 do –50 st. C, pod normalnym ciśnieniem. Skraplacz jest typowym wymiennikiem ciepła, w którym ciepło kondensacji (proces egzotermiczny) czynnika roboczego zostaje przekazane przez ścianki metalowe rurek wodzie krążącej w instalacji centralnego ogrzewania budynku oraz grzejników wody dla celów gospodarczych i sanitarnych. Ze skraplacza (wymiennika ciepła) przez zawór redukcji ciśnienia (określany powszechnie jako zawór dławiący) ciekły czynnik roboczy po rozprężeniu z ciśnienia ok. 15 barów do 1 bara przepływa do odparowalnika (będącego drugim wymiennikiem ciepła na rys. 3), a zainstalowanego na odrębnym obiegu wody, tym razem krążącej przez ośrodek z którego pobierane jest ciepło (przykładowo z ziemi lub wody gruntowej według rys. 4).
Należy podkreślić, że pompa ciepła – przez odpowiednie połączenia aparaturowe – może latem pełnić rolę urządzenia klimatyzacyjnego, chłodząc pomieszczenia, które były ogrzewane w okresie zimowym.
Obecnie pompy ciepła znajdują coraz szersze zastosowanie w przemyśle tak ze względów ekonomicznych, jak i ochrony środowiska.
Kolektory słoneczne
Do atmosfery naszej planety dopływa ze Słońca energia, której strumień przewyższa wszystkie zainstalowane instalacje energetyczne na Ziemi ok. 25 tysięcy razy. Gęstość tego strumienia energii osiąga na powierzchni naszej planety wielkość 1,395 kW/m kw. (jako tzw. stała słoneczna). Z promieniowania słonecznego przenikającego przez atmosferę prawie 30 proc. odbija się od powierzchni w postaci promieniowania widzialnego oraz nadfioletowego, a ok. 45 proc. ulega najpierw pochłanianiu, a po jakimś czasie reemitowaniu w postaci promieniowania podczerwonego.
Jedynie ok. 25 proc. promieniowania słonecznego dochodzącego do Ziemi, wywołuje parowanie akwenów wodnych, wiatry, fale, prądy morskie i zapewnia fotosyntezę krążących w przyrodzie CO2+H2O, dzięki czemu trwa życie na naszej planecie.
W dni słoneczne gęstość promieniowania dla a wysokości kątowej Słońca 90, 30 oraz 20 st. wynosi odpowiednio 900, 750 i 600 W/kw.
W działaniu systemów energetyki solarnej do najważniejszych parametrów zalicza się natężenie promieniowania (W/m kw.) oraz suma tego promieniowania na przestrzeni roku (kWh/m kw.). Te wartości dla głównych regionów kraju wynoszą:
-
dla pasa nadmorskiego oraz dla pasa wschodniego 950 kWh/m kw. rocznie;
-
dla pozostałej części kraju 900 kWh/m kw. Rocznie.
Dla wykorzystania energii promieniowania słonecznego, do ogrzewania budynków względnie wody użytkowej (basenów kąpielowych, gorącej wody sanitarno-gospodarczej, itp.) stosuje się kolektory słoneczne (według rys. 5). Są to urządzenia, które pochłaniają promieniowanie słoneczne przemieniając je w ciepło i przekazują nośnikowi ciepła.
Wśród różnorakich ich konstrukcji do najczęściej stosowanych należą płaskie oraz rurowo-próżniowe (rys. 6), w których czynnikiem roboczym są woda (ewentualnie z dodatkiem substancji obniżającej jej temperaturę zamarzania) lub powietrze…
Dokończenie znajdziesz w wydaniu papierowym. Zamów prenumeratę miesięcznika ENERGIA GIGAWAT w cenie 108 zł za cały rok, 54 zł - za pół roku lub 27 zł - za kwartał. Możesz skorzystać z formularza, który znajdziesz tutaj
Zamów prenumeratę
|
|
|
|
