{"id":6263,"date":"2019-11-11T10:56:36","date_gmt":"2019-11-11T09:56:36","guid":{"rendered":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/artykul\/koncepcja-pompy-ciepla-ze-skraplaczem-dwuczlonowym\/"},"modified":"2022-11-16T12:25:57","modified_gmt":"2022-11-16T11:25:57","slug":"heat-pump-concept-with-two-part-condenser","status":"publish","type":"artykul","link":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/article\/heat-pump-concept-with-two-part-condenser\/","title":{"rendered":"Heat pump concept with two-part condenser"},"content":{"rendered":"\n
\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

Wst\u0119p<\/strong><\/p>

G\u0142\u00f3wnym celem pompy ciep\u0142a jest produkcja energii do ogrzewania o mo\u017cliwie wysokich parametrach [1,2]. Niemniej z uwagi na realizacj\u0119 najcz\u0119\u015bciej lewo bie\u017cnego obiegu Lindego w typowym skraplaczu przed w\u0142a\u015bciwym procesem skraplania czynnika ch\u0142odniczego nast\u0119puje och\u0142adzanie gor\u0105cych par czynnika ch\u0142odniczego powsta\u0142ych podczas spr\u0119\u017cania gazu ch\u0142odniczego w spr\u0119\u017carce. W wyniku tego efektu g\u00f3rny wymiennik ciep\u0142a wi\u0119kszo\u015b\u0107 swojej powierzchni wymiany ciep\u0142a wykorzystuje do och\u0142odzenia czynnika, natomiast pozosta\u0142a cz\u0119\u015b\u0107 realizuje proces kondensacji gazu och\u0142odzonego do stanu nasycenia. Proces och\u0142adzania gor\u0105cego gazu w wymienniku charakteryzuje si\u0119 du\u017co mniejszymi wsp\u00f3\u0142czynnikami przejmowania ciep\u0142a w por\u00f3wnaniu z procesem kondensacji, st\u0105d te\u017c proces ten wymaga znacznej powierzchni wymiany ciep\u0142a, kt\u00f3ra jest r\u00f3wnie\u017c konieczna dla samego procesu kondensacji. W wyniku takiego przebiegu procesu w jednym urz\u0105dzeniu okre\u015blanym jako skraplacz, realizowane s\u0105 w istocie dwie przemiany, przy czym przemiana skraplania jako bardziej efektywna zajmuje mniej powierzchni wymiennika. Ponadto trudno jest wykorzysta\u0107 ciep\u0142o przegrzanego gazu po spr\u0119\u017carce do cel\u00f3w wymagaj\u0105cych wy\u017cszych temperatur, natomiast ciep\u0142o skraplania do pozosta\u0142ych cel\u00f3w, gdzie wymagania odno\u015bnie do poziomu temperatury nie s\u0105 tak rygorystyczne, szczeg\u00f3lnie \u017ce obydwa procesy zachodz\u0105 w jednym urz\u0105dzeniu i nie mo\u017cna z ca\u0142\u0105 pewno\u015bci\u0105 stwierdzi\u0107 jaka cz\u0119\u015b\u0107 wymiennika realizuje jedn\u0105 z wymienionych przemian. Dlatego powsta\u0142a idea rozdzielenia tych dw\u00f3ch proces\u00f3w i umieszczenia ich w osobnych urz\u0105dzeniach.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Wymiennik ciep\u0142a przegrzania oraz skraplania<\/strong><\/p>\n

Zalet\u0105 rozdzielenia procesu skraplania od procesu och\u0142adzania gazu ch\u0142odniczego jest mo\u017cliwo\u015b\u0107 odzysku ciep\u0142a o stosunkowo wysokiej temperaturze od gazu po spr\u0119\u017carce i doprowadzenie jego parametr\u00f3w w pobli\u017ce lub na krzyw\u0105 nasycenia. Pozwala to na zmniejszenie wymiar\u00f3w skraplacza, przy jednoczesnym optymalnym wykorzystaniu \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a przegrzania, a p\u00f3\u017aniej ciep\u0142a skraplania dla proces\u00f3w nie wymagaj\u0105cych zbyt wysokich temperatur, np. do ogrzewania lub wentylacji. Na rysunku 1 przedstawiono obieg Lindego realizowany przez pomp\u0119 ciep\u0142a z odr\u0119bnymi wymiennikami dla przegrzania i skraplania.<\/p>\n

G\u0142\u00f3wna r\u00f3\u017cnica w por\u00f3wnaniu z tradycyjnym obiegiem pompy ciep\u0142a polega na wyposa\u017ceniu uk\u0142adu w dodatkowy wymiennik ciep\u0142a, kt\u00f3ry och\u0142adza czynnik od wysokiej temperatury po spr\u0119\u017caniu do temperatury r\u00f3wnej lub bliskiej temperaturze skraplania (przemiana 2-3 na rys. 1). Przemiana 3-4 odbywa si\u0119 przy sta\u0142ej temperaturze czynnika ch\u0142odniczego, doprowadzaj\u0105c go do stanu cieczy lekko przech\u0142odzonej [3].<\/p>\n

Ka\u017cdy z czynnik\u00f3w ch\u0142odniczych wykazuje inne zachowanie je\u015bli chodzi o wielko\u015b\u0107 ciep\u0142a oddawanego na drodze och\u0142adzania i skraplania. Dla por\u00f3wnania wykonano przyk\u0142adowe obliczenia wielko\u015bci ciep\u0142a przegrzania Q1 i ciep\u0142a skraplania Q2 dla wybranych czynnik\u00f3w ch\u0142odniczych: R-134a, R-410A, R-422D, R-717. Dla potrzeb analizy przyj\u0119to jednakowe warunki pocz\u0105tkowe dla wszystkich czynnik\u00f3w ch\u0142odniczych zak\u0142adaj\u0105c temperatur\u0119 parowania To = 1oC oraz temperatur\u0119 skraplania Tskr = 45oC. Wyniki oblicze\u0144 zestawiono w tabeli 1.<\/p>\n

Podano r\u00f3wnie\u017c wymagany strumie\u0144 czynnika ch\u0142odniczego m. Poniewa\u017c wymienniki po\u0142\u0105czone s\u0105 szeregowo oznacza to, \u017ce ten sam strumie\u0144 pop\u0142ynie przez dwa wymienniki, co rzutuje bezpo\u015brednio na wydajno\u015b\u0107 obu wymiennik\u00f3w. Inaczej, moc jednego wymiennika okre\u015bla moc drugiego wymiennika i zale\u017cy ona jedynie od rodzaju czynnika ch\u0142odniczego i parametr\u00f3w pracy dolnego i g\u00f3rnego \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a. Zak\u0142adaj\u0105c pocz\u0105tkowo indywidualne wydajno\u015bci cieplne wymiennik\u00f3w, nale\u017cy je w dalszej kolejno\u015bci skorygowa\u0107 o rzeczywiste zachowanie si\u0119 uk\u0142adu, co poci\u0105ga za sob\u0105 sytuacj\u0119 kiedy nale\u017cy przyjmowa\u0107 przep\u0142yw czynnika ch\u0142odz\u0105cego skraplacz, dla kt\u00f3rego warto\u015b\u0107 ta wychodzi najwi\u0119ksza a nast\u0119pnie przeliczy\u0107 drugi wymiennik. W sytuacji takiej jeden z wymiennik\u00f3w b\u0119dzie przewymiarowany w stosunku do rzeczywistych wymaga\u0144 wynikaj\u0105cych z zapotrzebowania na energi\u0119 o r\u00f3\u017cnym<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n

\n \n
\n
\n \n \"Heat <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n
\n
\n \n \"Figure <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Figure 1
Linde circuit of heat pump with two parts\ncondenser <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n\n
\n
\n \n \"Tabel <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Tabel 1
Power of condensing heat exchanger Q2 and superheating heat exchanger Q1 <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

poziomie temperatury (dla c.w. o wysokiej temperaturze oraz c.o. o temperaturze ni\u017cszej). Jest to sytuacja wymagaj\u0105ca od u\u017cytkownika zapewnienia odbioru ciep\u0142a dodatkowego wynikaj\u0105cego z r\u00f3\u017cnicy pomi\u0119dzy warto\u015bci\u0105 uzyskan\u0105 na przewymiarowanym wymienniku ciep\u0142a, a projektowym zapotrzebowaniem na ciep\u0142o. Mo\u017cna zauwa\u017cy\u0107, \u017ce iloraz ciep\u0142a przegrzania i ciep\u0142a skraplania przyjmuje r\u00f3\u017cne warto\u015bci dla ka\u017cdego czynnika ch\u0142odniczego, st\u0105d te\u017c ka\u017cdy przypadek nale\u017cy rozpatrywa\u0107 indywidualnie, poniewa\u017c brak jest widocznych prostych zale\u017cno\u015bci pomi\u0119dzy tymi wielko\u015bciami. Temperatura po spr\u0119\u017caniu T2 stanowi indykator czynnika ch\u0142odniczego pozwalaj\u0105cy ustali\u0107 przysz\u0142e jego zastosowanie. Poniewa\u017c dla jednego z analizowanych czynnik\u00f3w temperatura jest zbyt niska, aby mo\u017cna by\u0142o przygotowa\u0107 ciep\u0142\u0105 wod\u0119 o temperaturze np. 55oC, st\u0105d te\u017c czynnik taki nie nadaje si\u0119 do zastosowania w pompach ciep\u0142a wytwarzaj\u0105cych ciep\u0142o dla potrzeb c.w. Bior\u0105c pod uwag\u0119 mo\u017cliwo\u015b\u0107 okresowej dezynfekcji wody w zasadzie tylko amoniak NH3 (R-717) nadaje si\u0119 do tego celu, natomiast w pozosta\u0142ych przypadkach nale\u017ca\u0142oby zastosowa\u0107 grza\u0142ki elektryczne lub podnie\u015b\u0107 temperatur\u0119 skraplania, co wi\u0105\u017ce si\u0119 z obni\u017ceniem efektywno\u015bci dzia\u0142ania uk\u0142adu poprzez obni\u017cenie wsp\u00f3\u0142czynnika wydajno\u015bci grzewczej COP (tab. 1). Ze wzgl\u0119d\u00f3w ekonomicznych najlepiej nie dopuszcza\u0107 do konieczno\u015bci obni\u017cania COP, niemniej warto\u015bci w granicach 3,5 do 4,0 s\u0105 jeszcze do zaakceptowania [4]<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Mo\u017cliwe aplikacje pompy ciep\u0142a z dwoma wymiennikami ciep\u0142a g\u00f3rnego<\/strong><\/p>\n

Pompy ciep\u0142a mog\u0105 dzia\u0142a\u0107 w zasadzie we wszystkich mo\u017cliwych z technicznego punktu widzenia ga\u0142\u0119ziach gospodarki. Na szerok\u0105 skal\u0119 pompy ciep\u0142a znajduj\u0105 zastosowanie w budownictwie przemys\u0142owym, szczeg\u00f3lnie do system\u00f3w odzysku ciep\u0142a technologicznego, ale r\u00f3wnie\u017c do ogrzewania. W budownictwie mieszkalnym szczeg\u00f3lne zastosowanie znajduj\u0105 jako uk\u0142ady do ogrzewania mieszka\u0144 oraz przygotowywania c.w. W budownictwie energooszcz\u0119dnym oraz w budynkach pasywnych z wentylacj\u0105 mechaniczn\u0105 lub klimatyzacj\u0105, gdzie istnieje znacz\u0105ce zapotrzebowanie na energi\u0119 do ogrzewania dla wentylacji, pompa ciep\u0142a jest rozwi\u0105zaniem bardzo wszechstronnym \u2013 pozwala na wytwarzanie ciep\u0142a dla pokrycia wszystkich potrzeb cieplnych budynku oraz umo\u017cliwia jednoczesn\u0105 lub naprzemienn\u0105 produkcj\u0119 ciep\u0142a lub ch\u0142odu dla klimatyzacji. W nowoczesnym<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n

\n \n
\n
\n \n \"Figure <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Figure 2
Example of\nheat pump heat\nexchanger for condensing\nand superheating\nproces in central heating\nand hot water <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

budownictwie bardzo cz\u0119sto znajduj\u0105 si\u0119 instalacje zasilane czynnikiem grzewczym o stosunkowo niskiej temperaturze, jak np. ogrzewanie pod\u0142ogowe, \u015bcienne, klimatyzacja, a jednocze\u015bnie jest konieczno\u015b\u0107 przygotowania c.w., gdzie temperatury powinny by\u0107 na poziomie znacznie wy\u017cszym. St\u0105d konieczno\u015b\u0107 poszukiwania rozwi\u0105za\u0144 maj\u0105cych na celu scentralizowanie uk\u0142adu do wytwarzania ciep\u0142a i ch\u0142odu, najlepiej w jednym kompaktowym urz\u0105dzeniu. Najcz\u0119\u015bciej stosowane s\u0105 tzw. gruntowe pompy ciep\u0142a, pobieraj\u0105ce ciep\u0142o z gruntu za pomoc\u0105 instalacji dolnego \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a wykorzystuj\u0105cej niezamarzaj\u0105cy czynnik po\u015bredni. Rzadziej, lecz zyskuj\u0105ce coraz wi\u0119ksz\u0105 popularno\u015b\u0107 s\u0105 pompy ciep\u0142a powietrzne, o mniejszej wydajno\u015bci energetycznej w por\u00f3wnaniu z pompami gruntowymi, niemniej eliminuj\u0105ce konieczno\u015b\u0107 wykonania drogiej inwestycyjnie instalacji dolnego \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a [5]. Przyk\u0142ad tego typu instalacji bazuj\u0105cej na pompie ciep\u0142a z wymiennikiem ciep\u0142a przegrzania oraz skraplania przedstawiono na rysunku 2. Pompa ciep\u0142a pobiera ciep\u0142o z gruntu, nast\u0119pnie dostarcza je do dw\u00f3ch zasobnik\u00f3w ciep\u0142a, odpowiednio zasobnika o wysokiej temperaturze (z wymiennika ciep\u0142a przegrzania) dla przygotowania c.w. oraz do zasobnika obs\u0142uguj\u0105cego system ogrzewania pod\u0142ogowego oraz wentylacji (z wymiennika ciep\u0142a skraplania). Uk\u0142ad zaprojektowano tak, aby pracowa\u0142 z priorytetem c.w. W czasie kiedy produkowana jest ciep\u0142a woda zasilana mo\u017ce by\u0107 pocz\u0105tkowo z wymiennika ciep\u0142a skraplania i jednocze\u015bnie z wymiennika ciep\u0142a przegrzania, tj. zasobnik c.w. zasilany jest pocz\u0105tkowo \u201eni\u017csz\u0105 temperatur\u0105\u201d.<\/p>\n

Po dogrzaniu wody do ni\u017cszej temperatury obieg prze\u0142\u0105cza si\u0119 za pomoc\u0105 zaworu tr\u00f3jdrogowego w swoje pierwotne po\u0142o\u017cenie realizuj\u0105c swoj\u0105 podstawow\u0105 funkcj\u0119 \u2013 \u0142aduj\u0105c zasobnik dla potrzeb ogrzewania i wentylacji. Dzi\u0119ki temu mo\u017cliwy jest stosunkowo kr\u00f3tki okres przygotowywania c.w.<\/p>\n

Podobne rozwi\u0105zania stosowane s\u0105 przez producent\u00f3w nowoczesnych pomp ciep\u0142a szczeg\u00f3lnie dla potrzeb przygotowania ciep\u0142ej wody oraz konieczno\u015bci okresowej dezynfekcji uk\u0142adu za pomoc\u0105 wysokiej temperatury.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Wst\u0119pna ocena dotycz\u0105ca efektywno\u015bci dzia\u0142ania skraplacza dwucz\u0142onowego na przyk\u0142adzie stanowiska badawczego<\/strong><\/p>\n

G\u0142\u00f3wnym celem badania jest ustalenie zale\u017cno\u015bci pomi\u0119dzy teoretycznym, a rzeczywistym procesem przekazywania ciep\u0142a w wymienniku ciep\u0142a przegrzania oraz wymienniku ciep\u0142a skraplania dla wybranych czynnik\u00f3w ch\u0142odniczych. Proces wymiany ciep\u0142a w wymienniku ciep\u0142a przegrzania zachodzi na skutek odbierania ciep\u0142a od wymiennika przez przep\u0142ywaj\u0105c\u0105 wod\u0119 lub powietrze, kt\u00f3re jest ch\u0142odzone w wymienniku. O ile mo\u017cliwe jest ustalenie teoretyczne wymiar\u00f3w samego wymiennika, o tyle istnieje uzasadnione pytanie o zachowanie si\u0119 uk\u0142adu w warunkach rzeczywistych z uwagi na mnogo\u015b\u0107 proces\u00f3w nieodwracalnych, kt\u00f3rych trudno unikn\u0105\u0107, a kt\u00f3re s\u0105 k\u0142opotliwe do uwzgl\u0119dnienia w obliczeniach samego wymiennika. Wyj\u015bciem z tej sytuacji jest przewymiarowywanie wymiennik\u00f3w, na og\u00f3\u0142 si\u0119gaj\u0105ce warto\u015bci 20-30% w stosunku do wielko\u015bci wynikaj\u0105cych z teoretycznych zale\u017cno\u015bci [8]. Stanowisko badawcze ma za zadanie ustali\u0107 rzeczywist\u0105 d\u0142ugo\u015b\u0107 wymiennik\u00f3w w procesie ch\u0142odzenia pary przegrzanej i skraplania oraz okre\u015bli\u0107 mo\u017cliwo\u015bci predykcji ich przysz\u0142ych wymiar\u00f3w na bazie opracowanego modelu teoretycznego i weryfikacji eksperymentalnej. Schemat stanowiska przedstawiono na rys. 4. G\u0142\u00f3wnymi elementami stanowiska s\u0105 dwa wymienniki ciep\u0142a g\u00f3rnego pompy ciep\u0142a ch\u0142odzone wod\u0105, umieszczone w prze\u017aroczystej rurze. Wymienniki wykonane s\u0105 z rur miedzianych jako pionowe 3 przewody, w kt\u00f3rych w odst\u0119pach ok. 10 cm umieszczone s\u0105 na ca\u0142ej wysoko\u015bci czujniki temperatury.<\/p>\n

Wydajno\u015b\u0107 grzewcza stanowiska wnosi ok. 1300 W. Ciep\u0142o dla parownika produkowane jest przez grza\u0142k\u0119 elektryczn\u0105 nawini\u0119t\u0105 na parownik wykonany w kszta\u0142cie walca. Na ka\u017cdym z obieg\u00f3w wymiennika ciep\u0142a skraplania i przegrzania zainstalowano liczniki ciep\u0142a umo\u017cliwiaj\u0105ce okre\u015blenie rzeczywistych wielko\u015bci ciep\u0142a jakie s\u0105 oddawane do czynnika ch\u0142odz\u0105cego, kt\u00f3rym jest woda wodoci\u0105gowa. Sczytywanie danych pomiarowych odbywa si\u0119<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n

\n \n
\n
\n \n \"Figure <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Figure 4
Schema of test stage for aumont of heat received from condensing and superheating proces of\nR-410A <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n\n
\n
\n \n \"Figure <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Figure 5
Designed view of measurement test stage of het pump with two-parts condenser <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

poprzez aplikacj\u0119 producenta miernik\u00f3w, do kt\u00f3rych podpi\u0119te s\u0105 czujniki temperatury znajduj\u0105ce si\u0119 zar\u00f3wno w uk\u0142adzie pompy ciep\u0142a jak i instalacji wodnej ch\u0142odz\u0105cej oraz z czujnik\u00f3w ci\u015bnienia zbieraj\u0105cych odczyty z charakterystycznych punk\u00f3w uk\u0142adu ch\u0142odniczego. Uk\u0142ad zaprojektowany zosta\u0142 dla czynnika ch\u0142odniczego R-410A dla przyj\u0119tych temperatur dolnego i g\u00f3rnego \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a na poziomie odpowiednio: temperatura odparowania 5oC i temperatura skraplania 40oC. Ca\u0142kowita powierzchnia wymiany ciep\u0142a dla przegrzania przy za\u0142o\u017ceniu, \u017ce b\u0119dzie on ch\u0142odzony wod\u0105 wyznaczona zosta\u0142a na poziomie 0,34 m2. Wykonano wymiennik sk\u0142adaj\u0105cy si\u0119 z 3 rur miedzianych o \u015brednicy 35 mm i d\u0142ugo\u015bci ka\u017cdej z rur 1,5 m. Ca\u0142o\u015b\u0107 umieszczono w prze\u017aroczystym p\u0142aszczu wodnym z rury PVC o \u015brednicy 100 mm. Identyczny wymiennik wykonano dla ciep\u0142a skraplania. Ca\u0142e stanowisko umieszczono na stela\u017cu aluminiowym o wymiarach 0,8 x 0,8 m. Po spr\u0119\u017carce, gor\u0105cy czynnik ch\u0142odniczy przep\u0142ywa do wymiennika ciep\u0142a przegrzania, gdzie przep\u0142yw wody ch\u0142odz\u0105cej ustalany jest na takim poziomie, aby uzyska\u0107 najni\u017csz\u0105 temperatur\u0119 r\u00f3wn\u0105 temperaturze skraplania. Nast\u0119pnie czynnik ch\u0142odniczy och\u0142odzony do stanu nasycenia przep\u0142ywa do kolejnego wymiennika ciep\u0142a skraplania, gdzie proces oddawania ciep\u0142a do wody ch\u0142odz\u0105cej odbywa si\u0119 przy sta\u0142ej temperaturze. Wielko\u015b\u0107 sta\u0142ej temperatury w wymienniku ciep\u0142a skraplania oznacza warto\u015b\u0107 temperatury skraplania procesu rzeczywistej wymiany ciep\u0142a i ta warto\u015b\u0107 stanowi o ko\u0144cowej temperaturze poprzedniego procesu zachodz\u0105cego w wymienniku ciep\u0142a przegrzania. Jest to pomiar wymagaj\u0105cy ci\u0105g\u0142ej korekty zar\u00f3wno momentu ko\u0144ca procesu w wymienniku ciep\u0142a przegrzania na podstawie temperatury skraplania zmierzonej w wymienniku ciep\u0142a skraplania [6]. Poziom odpowiedniej temperatury uzyskuje si\u0119 poprzez regulacj\u0119 strumienia wody przep\u0142ywaj\u0105cej przez wymienniki. Widok pogl\u0105dowy stanowiska przedstawiono na rysunku 5. Najwi\u0119kszym elementem stanowiska s\u0105 dwa wymienniki ciep\u0142a g\u00f3rnego ch\u0142odzone wod\u0105. Obok spr\u0119\u017carki znajduje si\u0119 zbiornik na wod\u0119 z odp\u0142ywu z wymiennik\u00f3w ciep\u0142a przegrzania oraz skraplania, sk\u0105d jest ona wypompowywana przez pomp\u0119 p\u0142ywakow\u0105 do systemu kanalizacji budynku. Stanowisko znajduje si\u0119 w fazie testowania poprawno\u015bci jego dzia\u0142ania i regulacji oraz opracowywania szczeg\u00f3\u0142owego harmonogramu, programu pomiarowego. Problemem mo\u017ce by\u0107 utrzymanie stabilnych warunk\u00f3w pomiarowych w trakcie bada\u0144 z uwagi na zmienne parametry powietrza w pomieszczeniu, zmienne napi\u0119cie zasilania, kt\u00f3re wp\u0142ywa na moc spirali grzejnej nawini\u0119tej na parownik i konieczno\u015bci ci\u0105g\u0142ej regulacji tego elementu pompy ciep\u0142a. Ponadto uk\u0142ad stabilizuje si\u0119 po czasie ok 3-4 godzin i dopiero po tym okresie mo\u017cliwy jest odczyt wielko\u015bci pomiarowych. Dane z uk\u0142adu s\u0105 uzyskiwane dzi\u0119ki zainstalowanym czujnikom temperatury oraz ci\u015bnienia i przekazywane przez uk\u0142ady firmy Apator do uk\u0142ad\u00f3w RS. Na podstawie zbieranych wynik\u00f3w mo\u017cliwe jest przeprowadzanie oblicze\u0144 niezb\u0119dnych wielko\u015bci fizycznych (entalpia, entropia) bazuj\u0105c na r\u00f3wnaniu gaz\u00f3w Martina-Hou \u2013 wykorzystywane jest w tym celu oprogramowanie firmy Solvay pod nazw\u0105 Solkane. Nast\u0119pnie na ich podstawie mo\u017cna okre\u015bli\u0107 wielko\u015bci energetyczne obiegu, jak np. wsp\u00f3\u0142czynnik wydajno\u015bci grzewczej COP.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Podsumowanie<\/strong><\/p>\n

Pompy ciep\u0142a, w kt\u00f3rych mo\u017cliwe jest odzyskiwanie w spos\u00f3b zorganizowany ciep\u0142a przegrzania po spr\u0119\u017caniu gazu, stosowane s\u0105 stosunkowo cz\u0119sto, szczeg\u00f3lnie przy wi\u0119kszych instalacjach i pompach dwustopniowych z dwiema lub wi\u0119ksz\u0105 liczb\u0105 spr\u0119\u017carek. Pe\u0142ni\u0105 w\u00f3wczas funkcj\u0119 ch\u0142odnicy mi\u0119dzystopniowej czynnika ch\u0142odniczego, stanowi\u0105c nie tylko \u017ar\u00f3d\u0142o ciep\u0142a o wzgl\u0119dnie wysokiej temperaturze, ale przede wszystkim pozwalaj\u0105 na obni\u017cenie wielko\u015bci energii niezb\u0119dnej do spr\u0119\u017cania. W zaproponowanym rozwi\u0105zaniu pompy ciep\u0142a jednostopniowej wymiennik w postaci skraplacza jest rozdzielony z uwagi na specyfik\u0119 procesu zachodz\u0105cego podczas oddawania ciep\u0142a. Rozdzielenie procesu przegrzania pary czynnika ch\u0142odniczego od procesu skraplania umo\u017cliwia efektywne wykorzystanie pompy ciep\u0142a do wytwarzania ciep\u0142a o r\u00f3\u017cnych poziomach temperatur, co mo\u017ce przyczyni\u0107 si\u0119 do popytu na tego typu rozwi\u0105zania w budownictwie energooszcz\u0119dnym [7].<\/p>\n

Szczeg\u00f3lne miejsce zajmuj\u0105 rozwi\u0105zania pomp ciep\u0142a w budownictwie mieszkaniowym, kt\u00f3re s\u0105 w stanie przygotowa\u0107 ciep\u0142\u0105 wod\u0119 o wymaganej przepisami temperaturze bez konieczno\u015bci dogrzewania grza\u0142kami elektrycznymi, a cz\u0119sto umo\u017cliwiaj\u0105 kr\u00f3tkotrwa\u0142e podwy\u017cszenie temperatury czynnika grzewczego do poziomu wymaganego podczas dezynfekcji uk\u0142adu c.w. Dok\u0142adne poznanie zachowania w warunkach rzeczywistych czynnika ch\u0142odniczego realizuj\u0105cego przemiany w wymiennikach ciep\u0142a przegrzania i skraplania stanowi istotny obszar bada\u0144, szczeg\u00f3lnie w aspekcie wielko\u015bci samych wymiennik\u00f3w, a szczeg\u00f3lnie z uwagi na wielo\u015b\u0107 nowych czynnik\u00f3w ch\u0142odniczych wprowadzanych na rynek pod k\u0105tem konieczno\u015bci dostosowania si\u0119 do wymaga\u0144 UE w zakresie ochrony \u015brodowiska.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

L I T E R AT U R A<\/p>\n

[1] Chua K.J., Chou S.K., Yang W.M., Advances in heat pump systems: A review. Applied Energy, 87, 2010, p. 3611-3624.<\/p>\n

[2] Rabczak S., Proszak-Mi\u0105sik D. \u201dEffect of the type of heat sources on carbon dioxide emission\u201d, Journal of Ecological Engineering, vol. 17, issue 5, pp. 186-191, (2016)<\/p>\n

[3] Rabczak S., Termiczne r\u00f3wnania stanu w analizie nowych czynnik\u00f3w ch\u0142odniczych, Rozprawa doktorska, Wydzia\u0142 In\u017cynierii \u015arodowiska, Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej, 2007.<\/p>\n

[4] Staniszewski D., Targa\u0144ski W., Odzysk ciep\u0142a w instalacjach ch\u0142odniczych i klimatyzacyjnych, IPPU MASTA Gda\u0144sk, 2007;<\/p>\n

[5] Rubik M., Pompy ciep\u0142a. Poradnik, Technika cieplna w budownictwie, Warszawa 2006;<\/p>\n

[6] M. Mironowicz, M., N. Szmolke, D. Skoruppa, Rozwi\u0105zania dolnych \u017ar\u00f3de\u0142 ciep\u0142a dla pomp ciep\u0142a, INSTAL, nr 10, 2014, s. 10-15<\/p>\n

[7] Zalewski W., Pompy ciep\u0142a spr\u0119\u017carkowe, sorpcyjne i termoelektryczne, IPPU MASTA Gda\u0144sk, 2001;<\/p>\n

[8] Rosi\u0144ski M., Odzyskiwanie ciep\u0142a w wybranych technologiach in\u017cynierii \u015brodowiska, Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej, 2012;<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Energy optimisation is now an area around which most of the research work and its technical applications are
\nconcentrated. Typical heat pump systems transfer heat from the upper heat exchanger to the environment in the
\nprocess of initially cooling down the superheated vapour of the refrigerant and then simply condensing. These two
\nprocesses take place in one heat exchanger. The paper presents the possibility of separate acquisition of overheating
\nand condensation heat from the upper exchanger of the heat pump. This solution allows to use the heat pump as
\na device for heat production with two different temperature levels, which allows for a more versatile use of the
\ndevice, e.g. for hot water production and at the same time for low-temperature central heating. The idea of this type
\nof heat pump system was presented, as well as schematics showing the possibilities of its application in the building
\nindustry. The analysis resulting from the transformation of the received heat for the needs of preparing hot water of
\nconventionally high temperature and for the needs of ventilation or heating, where lower temperatures of the heating
\nmedium are sufficient. Calculations of power of two-part condensers for selected refrigerants were made and the
\nconcept of heat pump allowing for heat production with two different temperature levels was presented.
\nA preliminary research stand for determining the actual heat quantities obtained from individual upper heat
\nexchangers for a selected refrigerant is presented. The basic assumptions necessary to carry out the measurements
\nare discussed.<\/p>\n","protected":false},"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"template":"","meta":[],"tags":[561,563,562,564],"tematyka":[424],"class_list":["post-6263","artykul","type-artykul","status-publish","hentry","tag-condenser","tag-heat-exchange","tag-heat-pump","tag-superheat-heat","tematyka-sources-of-heat-and-electricity","has-post-title","has-post-date","has-post-category","has-post-tag","has-post-comment","has-post-author",""],"ptb_metabox":{"ptb_artykul_text_1":["S\u0141AWOMIR RABCZAK","PAWE\u0141 KUT"],"ptb_artykul_numer_miesi_cznika":"5\/2019 instal p. 15-18","ptb_artykul_info_autor":"dr in\u017c. S\u0142awomir Rabczak (rabczak@prz.edu.pl), mgr in\u017c. Pawe\u0142 Kut \u2013 Politechnika Rzeszowska, Zak\u0142ad Ciep\u0142ownictwa i Klimatyzacji"},"ptb_taxonomy":{"post_tag":[{"term_id":561,"name":"condenser","slug":"condenser","term_group":0,"term_taxonomy_id":561,"taxonomy":"post_tag","description":"","parent":0,"count":2,"filter":"raw"},{"term_id":563,"name":"heat exchange","slug":"heat-exchange","term_group":0,"term_taxonomy_id":563,"taxonomy":"post_tag","description":"","parent":0,"count":2,"filter":"raw"},{"term_id":562,"name":"heat pump","slug":"heat-pump","term_group":0,"term_taxonomy_id":562,"taxonomy":"post_tag","description":"","parent":0,"count":9,"filter":"raw"},{"term_id":564,"name":"superheat heat","slug":"superheat-heat","term_group":0,"term_taxonomy_id":564,"taxonomy":"post_tag","description":"","parent":0,"count":1,"filter":"raw"}],"tematyka":[{"term_id":424,"name":"Sources of heat and electricity","slug":"sources-of-heat-and-electricity","term_group":0,"term_taxonomy_id":424,"taxonomy":"tematyka","description":"","parent":0,"count":120,"filter":"raw"}]},"ptb_featured_image":null,"builder_content":"

Wst\u0119p<\/strong><\/p>

G\u0142\u00f3wnym celem pompy ciep\u0142a jest produkcja energii do ogrzewania o mo\u017cliwie wysokich parametrach [1,2]. Niemniej z uwagi na realizacj\u0119 najcz\u0119\u015bciej lewo bie\u017cnego obiegu Lindego w typowym skraplaczu przed w\u0142a\u015bciwym procesem skraplania czynnika ch\u0142odniczego nast\u0119puje och\u0142adzanie gor\u0105cych par czynnika ch\u0142odniczego powsta\u0142ych podczas spr\u0119\u017cania gazu ch\u0142odniczego w spr\u0119\u017carce. W wyniku tego efektu g\u00f3rny wymiennik ciep\u0142a wi\u0119kszo\u015b\u0107 swojej powierzchni wymiany ciep\u0142a wykorzystuje do och\u0142odzenia czynnika, natomiast pozosta\u0142a cz\u0119\u015b\u0107 realizuje proces kondensacji gazu och\u0142odzonego do stanu nasycenia. Proces och\u0142adzania gor\u0105cego gazu w wymienniku charakteryzuje si\u0119 du\u017co mniejszymi wsp\u00f3\u0142czynnikami przejmowania ciep\u0142a w por\u00f3wnaniu z procesem kondensacji, st\u0105d te\u017c proces ten wymaga znacznej powierzchni wymiany ciep\u0142a, kt\u00f3ra jest r\u00f3wnie\u017c konieczna dla samego procesu kondensacji. W wyniku takiego przebiegu procesu w jednym urz\u0105dzeniu okre\u015blanym jako skraplacz, realizowane s\u0105 w istocie dwie przemiany, przy czym przemiana skraplania jako bardziej efektywna zajmuje mniej powierzchni wymiennika. Ponadto trudno jest wykorzysta\u0107 ciep\u0142o przegrzanego gazu po spr\u0119\u017carce do cel\u00f3w wymagaj\u0105cych wy\u017cszych temperatur, natomiast ciep\u0142o skraplania do pozosta\u0142ych cel\u00f3w, gdzie wymagania odno\u015bnie do poziomu temperatury nie s\u0105 tak rygorystyczne, szczeg\u00f3lnie \u017ce obydwa procesy zachodz\u0105 w jednym urz\u0105dzeniu i nie mo\u017cna z ca\u0142\u0105 pewno\u015bci\u0105 stwierdzi\u0107 jaka cz\u0119\u015b\u0107 wymiennika realizuje jedn\u0105 z wymienionych przemian. Dlatego powsta\u0142a idea rozdzielenia tych dw\u00f3ch proces\u00f3w i umieszczenia ich w osobnych urz\u0105dzeniach.<\/p>\n

Wymiennik ciep\u0142a przegrzania oraz skraplania<\/strong><\/p>

Zalet\u0105 rozdzielenia procesu skraplania od procesu och\u0142adzania gazu ch\u0142odniczego jest mo\u017cliwo\u015b\u0107 odzysku ciep\u0142a o stosunkowo wysokiej temperaturze od gazu po spr\u0119\u017carce i doprowadzenie jego parametr\u00f3w w pobli\u017ce lub na krzyw\u0105 nasycenia. Pozwala to na zmniejszenie wymiar\u00f3w skraplacza, przy jednoczesnym optymalnym wykorzystaniu \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a przegrzania, a p\u00f3\u017aniej ciep\u0142a skraplania dla proces\u00f3w nie wymagaj\u0105cych zbyt wysokich temperatur, np. do ogrzewania lub wentylacji. Na rysunku 1 przedstawiono obieg Lindego realizowany przez pomp\u0119 ciep\u0142a z odr\u0119bnymi wymiennikami dla przegrzania i skraplania.<\/p>

G\u0142\u00f3wna r\u00f3\u017cnica w por\u00f3wnaniu z tradycyjnym obiegiem pompy ciep\u0142a polega na wyposa\u017ceniu uk\u0142adu w dodatkowy wymiennik ciep\u0142a, kt\u00f3ry och\u0142adza czynnik od wysokiej temperatury po spr\u0119\u017caniu do temperatury r\u00f3wnej lub bliskiej temperaturze skraplania (przemiana 2-3 na rys. 1). Przemiana 3-4 odbywa si\u0119 przy sta\u0142ej temperaturze czynnika ch\u0142odniczego, doprowadzaj\u0105c go do stanu cieczy lekko przech\u0142odzonej [3].<\/p>

Ka\u017cdy z czynnik\u00f3w ch\u0142odniczych wykazuje inne zachowanie je\u015bli chodzi o wielko\u015b\u0107 ciep\u0142a oddawanego na drodze och\u0142adzania i skraplania. Dla por\u00f3wnania wykonano przyk\u0142adowe obliczenia wielko\u015bci ciep\u0142a przegrzania Q1 i ciep\u0142a skraplania Q2 dla wybranych czynnik\u00f3w ch\u0142odniczych: R-134a, R-410A, R-422D, R-717. Dla potrzeb analizy przyj\u0119to jednakowe warunki pocz\u0105tkowe dla wszystkich czynnik\u00f3w ch\u0142odniczych zak\u0142adaj\u0105c temperatur\u0119 parowania To = 1oC oraz temperatur\u0119 skraplania Tskr = 45oC. Wyniki oblicze\u0144 zestawiono w tabeli 1.<\/p>

Podano r\u00f3wnie\u017c wymagany strumie\u0144 czynnika ch\u0142odniczego m. Poniewa\u017c wymienniki po\u0142\u0105czone s\u0105 szeregowo oznacza to, \u017ce ten sam strumie\u0144 pop\u0142ynie przez dwa wymienniki, co rzutuje bezpo\u015brednio na wydajno\u015b\u0107 obu wymiennik\u00f3w. Inaczej, moc jednego wymiennika okre\u015bla moc drugiego wymiennika i zale\u017cy ona jedynie od rodzaju czynnika ch\u0142odniczego i parametr\u00f3w pracy dolnego i g\u00f3rnego \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a. Zak\u0142adaj\u0105c pocz\u0105tkowo indywidualne wydajno\u015bci cieplne wymiennik\u00f3w, nale\u017cy je w dalszej kolejno\u015bci skorygowa\u0107 o rzeczywiste zachowanie si\u0119 uk\u0142adu, co poci\u0105ga za sob\u0105 sytuacj\u0119 kiedy nale\u017cy przyjmowa\u0107 przep\u0142yw czynnika ch\u0142odz\u0105cego skraplacz, dla kt\u00f3rego warto\u015b\u0107 ta wychodzi najwi\u0119ksza a nast\u0119pnie przeliczy\u0107 drugi wymiennik. W sytuacji takiej jeden z wymiennik\u00f3w b\u0119dzie przewymiarowany w stosunku do rzeczywistych wymaga\u0144 wynikaj\u0105cych z zapotrzebowania na energi\u0119 o r\u00f3\u017cnym<\/p>\n \"Heat <\/a>\n \"Figure <\/a> Figure 1
Linde circuit of heat pump with two parts condenser\n \"Tabel <\/a> Tabel 1
Power of condensing heat exchanger Q2 and superheating heat exchanger Q1\n

poziomie temperatury (dla c.w. o wysokiej temperaturze oraz c.o. o temperaturze ni\u017cszej). Jest to sytuacja wymagaj\u0105ca od u\u017cytkownika zapewnienia odbioru ciep\u0142a dodatkowego wynikaj\u0105cego z r\u00f3\u017cnicy pomi\u0119dzy warto\u015bci\u0105 uzyskan\u0105 na przewymiarowanym wymienniku ciep\u0142a, a projektowym zapotrzebowaniem na ciep\u0142o. Mo\u017cna zauwa\u017cy\u0107, \u017ce iloraz ciep\u0142a przegrzania i ciep\u0142a skraplania przyjmuje r\u00f3\u017cne warto\u015bci dla ka\u017cdego czynnika ch\u0142odniczego, st\u0105d te\u017c ka\u017cdy przypadek nale\u017cy rozpatrywa\u0107 indywidualnie, poniewa\u017c brak jest widocznych prostych zale\u017cno\u015bci pomi\u0119dzy tymi wielko\u015bciami. Temperatura po spr\u0119\u017caniu T2 stanowi indykator czynnika ch\u0142odniczego pozwalaj\u0105cy ustali\u0107 przysz\u0142e jego zastosowanie. Poniewa\u017c dla jednego z analizowanych czynnik\u00f3w temperatura jest zbyt niska, aby mo\u017cna by\u0142o przygotowa\u0107 ciep\u0142\u0105 wod\u0119 o temperaturze np. 55oC, st\u0105d te\u017c czynnik taki nie nadaje si\u0119 do zastosowania w pompach ciep\u0142a wytwarzaj\u0105cych ciep\u0142o dla potrzeb c.w. Bior\u0105c pod uwag\u0119 mo\u017cliwo\u015b\u0107 okresowej dezynfekcji wody w zasadzie tylko amoniak NH3 (R-717) nadaje si\u0119 do tego celu, natomiast w pozosta\u0142ych przypadkach nale\u017ca\u0142oby zastosowa\u0107 grza\u0142ki elektryczne lub podnie\u015b\u0107 temperatur\u0119 skraplania, co wi\u0105\u017ce si\u0119 z obni\u017ceniem efektywno\u015bci dzia\u0142ania uk\u0142adu poprzez obni\u017cenie wsp\u00f3\u0142czynnika wydajno\u015bci grzewczej COP (tab. 1). Ze wzgl\u0119d\u00f3w ekonomicznych najlepiej nie dopuszcza\u0107 do konieczno\u015bci obni\u017cania COP, niemniej warto\u015bci w granicach 3,5 do 4,0 s\u0105 jeszcze do zaakceptowania [4]<\/p>\n

Mo\u017cliwe aplikacje pompy ciep\u0142a z dwoma wymiennikami ciep\u0142a g\u00f3rnego<\/strong><\/p>

Pompy ciep\u0142a mog\u0105 dzia\u0142a\u0107 w zasadzie we wszystkich mo\u017cliwych z technicznego punktu widzenia ga\u0142\u0119ziach gospodarki. Na szerok\u0105 skal\u0119 pompy ciep\u0142a znajduj\u0105 zastosowanie w budownictwie przemys\u0142owym, szczeg\u00f3lnie do system\u00f3w odzysku ciep\u0142a technologicznego, ale r\u00f3wnie\u017c do ogrzewania. W budownictwie mieszkalnym szczeg\u00f3lne zastosowanie znajduj\u0105 jako uk\u0142ady do ogrzewania mieszka\u0144 oraz przygotowywania c.w. W budownictwie energooszcz\u0119dnym oraz w budynkach pasywnych z wentylacj\u0105 mechaniczn\u0105 lub klimatyzacj\u0105, gdzie istnieje znacz\u0105ce zapotrzebowanie na energi\u0119 do ogrzewania dla wentylacji, pompa ciep\u0142a jest rozwi\u0105zaniem bardzo wszechstronnym \u2013 pozwala na wytwarzanie ciep\u0142a dla pokrycia wszystkich potrzeb cieplnych budynku oraz umo\u017cliwia jednoczesn\u0105 lub naprzemienn\u0105 produkcj\u0119 ciep\u0142a lub ch\u0142odu dla klimatyzacji. W nowoczesnym<\/p>\n \"Figure <\/a> Figure 2
Example of heat pump heat exchanger for condensing and superheating proces in central heating and hot water\n

budownictwie bardzo cz\u0119sto znajduj\u0105 si\u0119 instalacje zasilane czynnikiem grzewczym o stosunkowo niskiej temperaturze, jak np. ogrzewanie pod\u0142ogowe, \u015bcienne, klimatyzacja, a jednocze\u015bnie jest konieczno\u015b\u0107 przygotowania c.w., gdzie temperatury powinny by\u0107 na poziomie znacznie wy\u017cszym. St\u0105d konieczno\u015b\u0107 poszukiwania rozwi\u0105za\u0144 maj\u0105cych na celu scentralizowanie uk\u0142adu do wytwarzania ciep\u0142a i ch\u0142odu, najlepiej w jednym kompaktowym urz\u0105dzeniu. Najcz\u0119\u015bciej stosowane s\u0105 tzw. gruntowe pompy ciep\u0142a, pobieraj\u0105ce ciep\u0142o z gruntu za pomoc\u0105 instalacji dolnego \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a wykorzystuj\u0105cej niezamarzaj\u0105cy czynnik po\u015bredni. Rzadziej, lecz zyskuj\u0105ce coraz wi\u0119ksz\u0105 popularno\u015b\u0107 s\u0105 pompy ciep\u0142a powietrzne, o mniejszej wydajno\u015bci energetycznej w por\u00f3wnaniu z pompami gruntowymi, niemniej eliminuj\u0105ce konieczno\u015b\u0107 wykonania drogiej inwestycyjnie instalacji dolnego \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a [5]. Przyk\u0142ad tego typu instalacji bazuj\u0105cej na pompie ciep\u0142a z wymiennikiem ciep\u0142a przegrzania oraz skraplania przedstawiono na rysunku 2. Pompa ciep\u0142a pobiera ciep\u0142o z gruntu, nast\u0119pnie dostarcza je do dw\u00f3ch zasobnik\u00f3w ciep\u0142a, odpowiednio zasobnika o wysokiej temperaturze (z wymiennika ciep\u0142a przegrzania) dla przygotowania c.w. oraz do zasobnika obs\u0142uguj\u0105cego system ogrzewania pod\u0142ogowego oraz wentylacji (z wymiennika ciep\u0142a skraplania). Uk\u0142ad zaprojektowano tak, aby pracowa\u0142 z priorytetem c.w. W czasie kiedy produkowana jest ciep\u0142a woda zasilana mo\u017ce by\u0107 pocz\u0105tkowo z wymiennika ciep\u0142a skraplania i jednocze\u015bnie z wymiennika ciep\u0142a przegrzania, tj. zasobnik c.w. zasilany jest pocz\u0105tkowo \u201eni\u017csz\u0105 temperatur\u0105\u201d.<\/p>

Po dogrzaniu wody do ni\u017cszej temperatury obieg prze\u0142\u0105cza si\u0119 za pomoc\u0105 zaworu tr\u00f3jdrogowego w swoje pierwotne po\u0142o\u017cenie realizuj\u0105c swoj\u0105 podstawow\u0105 funkcj\u0119 \u2013 \u0142aduj\u0105c zasobnik dla potrzeb ogrzewania i wentylacji. Dzi\u0119ki temu mo\u017cliwy jest stosunkowo kr\u00f3tki okres przygotowywania c.w.<\/p>

Podobne rozwi\u0105zania stosowane s\u0105 przez producent\u00f3w nowoczesnych pomp ciep\u0142a szczeg\u00f3lnie dla potrzeb przygotowania ciep\u0142ej wody oraz konieczno\u015bci okresowej dezynfekcji uk\u0142adu za pomoc\u0105 wysokiej temperatury.<\/p>\n

Wst\u0119pna ocena dotycz\u0105ca efektywno\u015bci dzia\u0142ania skraplacza dwucz\u0142onowego na przyk\u0142adzie stanowiska badawczego<\/strong><\/p>

G\u0142\u00f3wnym celem badania jest ustalenie zale\u017cno\u015bci pomi\u0119dzy teoretycznym, a rzeczywistym procesem przekazywania ciep\u0142a w wymienniku ciep\u0142a przegrzania oraz wymienniku ciep\u0142a skraplania dla wybranych czynnik\u00f3w ch\u0142odniczych. Proces wymiany ciep\u0142a w wymienniku ciep\u0142a przegrzania zachodzi na skutek odbierania ciep\u0142a od wymiennika przez przep\u0142ywaj\u0105c\u0105 wod\u0119 lub powietrze, kt\u00f3re jest ch\u0142odzone w wymienniku. O ile mo\u017cliwe jest ustalenie teoretyczne wymiar\u00f3w samego wymiennika, o tyle istnieje uzasadnione pytanie o zachowanie si\u0119 uk\u0142adu w warunkach rzeczywistych z uwagi na mnogo\u015b\u0107 proces\u00f3w nieodwracalnych, kt\u00f3rych trudno unikn\u0105\u0107, a kt\u00f3re s\u0105 k\u0142opotliwe do uwzgl\u0119dnienia w obliczeniach samego wymiennika. Wyj\u015bciem z tej sytuacji jest przewymiarowywanie wymiennik\u00f3w, na og\u00f3\u0142 si\u0119gaj\u0105ce warto\u015bci 20-30% w stosunku do wielko\u015bci wynikaj\u0105cych z teoretycznych zale\u017cno\u015bci [8]. Stanowisko badawcze ma za zadanie ustali\u0107 rzeczywist\u0105 d\u0142ugo\u015b\u0107 wymiennik\u00f3w w procesie ch\u0142odzenia pary przegrzanej i skraplania oraz okre\u015bli\u0107 mo\u017cliwo\u015bci predykcji ich przysz\u0142ych wymiar\u00f3w na bazie opracowanego modelu teoretycznego i weryfikacji eksperymentalnej. Schemat stanowiska przedstawiono na rys. 4. G\u0142\u00f3wnymi elementami stanowiska s\u0105 dwa wymienniki ciep\u0142a g\u00f3rnego pompy ciep\u0142a ch\u0142odzone wod\u0105, umieszczone w prze\u017aroczystej rurze. Wymienniki wykonane s\u0105 z rur miedzianych jako pionowe 3 przewody, w kt\u00f3rych w odst\u0119pach ok. 10 cm umieszczone s\u0105 na ca\u0142ej wysoko\u015bci czujniki temperatury.<\/p>

Wydajno\u015b\u0107 grzewcza stanowiska wnosi ok. 1300 W. Ciep\u0142o dla parownika produkowane jest przez grza\u0142k\u0119 elektryczn\u0105 nawini\u0119t\u0105 na parownik wykonany w kszta\u0142cie walca. Na ka\u017cdym z obieg\u00f3w wymiennika ciep\u0142a skraplania i przegrzania zainstalowano liczniki ciep\u0142a umo\u017cliwiaj\u0105ce okre\u015blenie rzeczywistych wielko\u015bci ciep\u0142a jakie s\u0105 oddawane do czynnika ch\u0142odz\u0105cego, kt\u00f3rym jest woda wodoci\u0105gowa. Sczytywanie danych pomiarowych odbywa si\u0119<\/p>\n \"Figure <\/a> Figure 4
Schema of test stage for aumont of heat received from condensing and superheating proces of R-410A\n \"Figure <\/a> Figure 5
Designed view of measurement test stage of het pump with two-parts condenser\n

poprzez aplikacj\u0119 producenta miernik\u00f3w, do kt\u00f3rych podpi\u0119te s\u0105 czujniki temperatury znajduj\u0105ce si\u0119 zar\u00f3wno w uk\u0142adzie pompy ciep\u0142a jak i instalacji wodnej ch\u0142odz\u0105cej oraz z czujnik\u00f3w ci\u015bnienia zbieraj\u0105cych odczyty z charakterystycznych punk\u00f3w uk\u0142adu ch\u0142odniczego. Uk\u0142ad zaprojektowany zosta\u0142 dla czynnika ch\u0142odniczego R-410A dla przyj\u0119tych temperatur dolnego i g\u00f3rnego \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a na poziomie odpowiednio: temperatura odparowania 5oC i temperatura skraplania 40oC. Ca\u0142kowita powierzchnia wymiany ciep\u0142a dla przegrzania przy za\u0142o\u017ceniu, \u017ce b\u0119dzie on ch\u0142odzony wod\u0105 wyznaczona zosta\u0142a na poziomie 0,34 m2. Wykonano wymiennik sk\u0142adaj\u0105cy si\u0119 z 3 rur miedzianych o \u015brednicy 35 mm i d\u0142ugo\u015bci ka\u017cdej z rur 1,5 m. Ca\u0142o\u015b\u0107 umieszczono w prze\u017aroczystym p\u0142aszczu wodnym z rury PVC o \u015brednicy 100 mm. Identyczny wymiennik wykonano dla ciep\u0142a skraplania. Ca\u0142e stanowisko umieszczono na stela\u017cu aluminiowym o wymiarach 0,8 x 0,8 m. Po spr\u0119\u017carce, gor\u0105cy czynnik ch\u0142odniczy przep\u0142ywa do wymiennika ciep\u0142a przegrzania, gdzie przep\u0142yw wody ch\u0142odz\u0105cej ustalany jest na takim poziomie, aby uzyska\u0107 najni\u017csz\u0105 temperatur\u0119 r\u00f3wn\u0105 temperaturze skraplania. Nast\u0119pnie czynnik ch\u0142odniczy och\u0142odzony do stanu nasycenia przep\u0142ywa do kolejnego wymiennika ciep\u0142a skraplania, gdzie proces oddawania ciep\u0142a do wody ch\u0142odz\u0105cej odbywa si\u0119 przy sta\u0142ej temperaturze. Wielko\u015b\u0107 sta\u0142ej temperatury w wymienniku ciep\u0142a skraplania oznacza warto\u015b\u0107 temperatury skraplania procesu rzeczywistej wymiany ciep\u0142a i ta warto\u015b\u0107 stanowi o ko\u0144cowej temperaturze poprzedniego procesu zachodz\u0105cego w wymienniku ciep\u0142a przegrzania. Jest to pomiar wymagaj\u0105cy ci\u0105g\u0142ej korekty zar\u00f3wno momentu ko\u0144ca procesu w wymienniku ciep\u0142a przegrzania na podstawie temperatury skraplania zmierzonej w wymienniku ciep\u0142a skraplania [6]. Poziom odpowiedniej temperatury uzyskuje si\u0119 poprzez regulacj\u0119 strumienia wody przep\u0142ywaj\u0105cej przez wymienniki. Widok pogl\u0105dowy stanowiska przedstawiono na rysunku 5. Najwi\u0119kszym elementem stanowiska s\u0105 dwa wymienniki ciep\u0142a g\u00f3rnego ch\u0142odzone wod\u0105. Obok spr\u0119\u017carki znajduje si\u0119 zbiornik na wod\u0119 z odp\u0142ywu z wymiennik\u00f3w ciep\u0142a przegrzania oraz skraplania, sk\u0105d jest ona wypompowywana przez pomp\u0119 p\u0142ywakow\u0105 do systemu kanalizacji budynku. Stanowisko znajduje si\u0119 w fazie testowania poprawno\u015bci jego dzia\u0142ania i regulacji oraz opracowywania szczeg\u00f3\u0142owego harmonogramu, programu pomiarowego. Problemem mo\u017ce by\u0107 utrzymanie stabilnych warunk\u00f3w pomiarowych w trakcie bada\u0144 z uwagi na zmienne parametry powietrza w pomieszczeniu, zmienne napi\u0119cie zasilania, kt\u00f3re wp\u0142ywa na moc spirali grzejnej nawini\u0119tej na parownik i konieczno\u015bci ci\u0105g\u0142ej regulacji tego elementu pompy ciep\u0142a. Ponadto uk\u0142ad stabilizuje si\u0119 po czasie ok 3-4 godzin i dopiero po tym okresie mo\u017cliwy jest odczyt wielko\u015bci pomiarowych. Dane z uk\u0142adu s\u0105 uzyskiwane dzi\u0119ki zainstalowanym czujnikom temperatury oraz ci\u015bnienia i przekazywane przez uk\u0142ady firmy Apator do uk\u0142ad\u00f3w RS. Na podstawie zbieranych wynik\u00f3w mo\u017cliwe jest przeprowadzanie oblicze\u0144 niezb\u0119dnych wielko\u015bci fizycznych (entalpia, entropia) bazuj\u0105c na r\u00f3wnaniu gaz\u00f3w Martina-Hou \u2013 wykorzystywane jest w tym celu oprogramowanie firmy Solvay pod nazw\u0105 Solkane. Nast\u0119pnie na ich podstawie mo\u017cna okre\u015bli\u0107 wielko\u015bci energetyczne obiegu, jak np. wsp\u00f3\u0142czynnik wydajno\u015bci grzewczej COP.<\/p>\n

Podsumowanie<\/strong><\/p>

Pompy ciep\u0142a, w kt\u00f3rych mo\u017cliwe jest odzyskiwanie w spos\u00f3b zorganizowany ciep\u0142a przegrzania po spr\u0119\u017caniu gazu, stosowane s\u0105 stosunkowo cz\u0119sto, szczeg\u00f3lnie przy wi\u0119kszych instalacjach i pompach dwustopniowych z dwiema lub wi\u0119ksz\u0105 liczb\u0105 spr\u0119\u017carek. Pe\u0142ni\u0105 w\u00f3wczas funkcj\u0119 ch\u0142odnicy mi\u0119dzystopniowej czynnika ch\u0142odniczego, stanowi\u0105c nie tylko \u017ar\u00f3d\u0142o ciep\u0142a o wzgl\u0119dnie wysokiej temperaturze, ale przede wszystkim pozwalaj\u0105 na obni\u017cenie wielko\u015bci energii niezb\u0119dnej do spr\u0119\u017cania. W zaproponowanym rozwi\u0105zaniu pompy ciep\u0142a jednostopniowej wymiennik w postaci skraplacza jest rozdzielony z uwagi na specyfik\u0119 procesu zachodz\u0105cego podczas oddawania ciep\u0142a. Rozdzielenie procesu przegrzania pary czynnika ch\u0142odniczego od procesu skraplania umo\u017cliwia efektywne wykorzystanie pompy ciep\u0142a do wytwarzania ciep\u0142a o r\u00f3\u017cnych poziomach temperatur, co mo\u017ce przyczyni\u0107 si\u0119 do popytu na tego typu rozwi\u0105zania w budownictwie energooszcz\u0119dnym [7].<\/p>

Szczeg\u00f3lne miejsce zajmuj\u0105 rozwi\u0105zania pomp ciep\u0142a w budownictwie mieszkaniowym, kt\u00f3re s\u0105 w stanie przygotowa\u0107 ciep\u0142\u0105 wod\u0119 o wymaganej przepisami temperaturze bez konieczno\u015bci dogrzewania grza\u0142kami elektrycznymi, a cz\u0119sto umo\u017cliwiaj\u0105 kr\u00f3tkotrwa\u0142e podwy\u017cszenie temperatury czynnika grzewczego do poziomu wymaganego podczas dezynfekcji uk\u0142adu c.w. Dok\u0142adne poznanie zachowania w warunkach rzeczywistych czynnika ch\u0142odniczego realizuj\u0105cego przemiany w wymiennikach ciep\u0142a przegrzania i skraplania stanowi istotny obszar bada\u0144, szczeg\u00f3lnie w aspekcie wielko\u015bci samych wymiennik\u00f3w, a szczeg\u00f3lnie z uwagi na wielo\u015b\u0107 nowych czynnik\u00f3w ch\u0142odniczych wprowadzanych na rynek pod k\u0105tem konieczno\u015bci dostosowania si\u0119 do wymaga\u0144 UE w zakresie ochrony \u015brodowiska.<\/p>\n

L I T E R AT U R A<\/p>

[1] Chua K.J., Chou S.K., Yang W.M., Advances in heat pump systems: A review. Applied Energy, 87, 2010, p. 3611-3624.<\/p>

[2] Rabczak S., Proszak-Mi\u0105sik D. \u201dEffect of the type of heat sources on carbon dioxide emission\u201d, Journal of Ecological Engineering, vol. 17, issue 5, pp. 186-191, (2016)<\/p>

[3] Rabczak S., Termiczne r\u00f3wnania stanu w analizie nowych czynnik\u00f3w ch\u0142odniczych, Rozprawa doktorska, Wydzia\u0142 In\u017cynierii \u015arodowiska, Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej, 2007.<\/p>

[4] Staniszewski D., Targa\u0144ski W., Odzysk ciep\u0142a w instalacjach ch\u0142odniczych i klimatyzacyjnych, IPPU MASTA Gda\u0144sk, 2007;<\/p>

[5] Rubik M., Pompy ciep\u0142a. Poradnik, Technika cieplna w budownictwie, Warszawa 2006;<\/p>

[6] M. Mironowicz, M., N. Szmolke, D. Skoruppa, Rozwi\u0105zania dolnych \u017ar\u00f3de\u0142 ciep\u0142a dla pomp ciep\u0142a, INSTAL, nr 10, 2014, s. 10-15<\/p>

[7] Zalewski W., Pompy ciep\u0142a spr\u0119\u017carkowe, sorpcyjne i termoelektryczne, IPPU MASTA Gda\u0144sk, 2001;<\/p>

[8] Rosi\u0144ski M., Odzyskiwanie ciep\u0142a w wybranych technologiach in\u017cynierii \u015brodowiska, Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej, 2012;<\/p>","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/artykul\/6263","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/artykul"}],"about":[{"href":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/artykul"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=6263"}],"wp:term":[{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=6263"},{"taxonomy":"tematyka","embeddable":true,"href":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tematyka?post=6263"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}