{"id":8534,"date":"2020-03-03T17:41:03","date_gmt":"2020-03-03T16:41:03","guid":{"rendered":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/artykul\/ogrzewanie-powierzchni-zewnetrznych-za-pomoca-pomp-ciepla\/"},"modified":"2022-11-16T12:11:23","modified_gmt":"2022-11-16T11:11:23","slug":"heating-external-surfaces-with-heat-pumps","status":"publish","type":"artykul","link":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/article\/heating-external-surfaces-with-heat-pumps\/","title":{"rendered":"Heating external surfaces with heat pumps"},"content":{"rendered":"\n
\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

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

Zim\u0105 jeste\u015bmy zmuszeni wyeliminowa\u0107 lub przynajmniej z\u0142agodzi\u0107 wady zwi\u0105zane z gromadzeniem si\u0119 \u015bniegu i lodu na chodnikach, schodach, podjazdach, parkingach, dachach, placach czy boiskach sportowych. Problem jest na tyle powa\u017cny, \u017ce mo\u017ce prowadzi\u0107 zar\u00f3wno do uszkodzenia powierzchni, jak i stanowi\u0107 zagro\u017cenie w trakcie eksploatacji [1]. Na przyk\u0142ad w przypadku eksploatacji boiska sportowego w sezonie zimowym, wa\u017cne jest zapewnienie odpowiednich warunk\u00f3w do uprawy trawy i zmniejszenia ryzyka kontuzji zawodnik\u00f3w w przypadku upadku [1, 3, 4].<\/p>\n

Istnieje wiele sposob\u00f3w usuwania \u015bniegu i lodu z rozwa\u017canych powierzchni, w tym chemiczne, mechaniczne lub przy wykorzystaniu instalacji grzewczej. Metody mechaniczne lub r\u0119czne nie zawsze pozwalaj\u0105 na ca\u0142kowite usuni\u0119cie \u015bniegu i lodu, podczas gdy substancje chemiczne cz\u0119sto maj\u0105 negatywny wp\u0142yw na \u015brodowisko. Najbardziej efektywne jest zastosowanie instalacji grzewczej. Ze wzgl\u0119du na rodzaj no\u015bnika energii istniej\u0105 dwa podstawowe systemy podgrzewania zewn\u0119trznych powierzchni, tj. systemy elektryczne i cieczowe. Pierwszy z nich wykorzystuje elementy grzejne wykonane z drutu oporowego. Drugi to system ogrzewania wody. Oba rozwi\u0105zania s\u0105 niezwykle skuteczne, trwa\u0142e i przyjazne dla \u015brodowiska naturalnego i maj\u0105 na celu przyspieszenie topnienia \u015bniegu, lodu, suszenia powierzchni oraz utrzymanie sta\u0142ej temperatury powierzchni i gruntu, niezale\u017cnie od warunk\u00f3w zewn\u0119trznych. Wyb\u00f3r rodzaju instalacji grzewczej zale\u017cy od instalatora, a cz\u0119sto decyduj\u0105 o tym czynniki ekonomiczne. W niniejszej publikacji rozwa\u017cono sposoby ogrzewania parkingu dla samochod\u00f3w osobowych [1, 5, 6].<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

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

Opis mo\u017cliwych rozwi\u0105za\u0144 grzewczych<\/strong><\/p>\n

System grzewczy umo\u017cliwia ogrzewanie powierzchni pod wieloma rodzajami nawierzchni, m.in. pod muraw\u0119, asfalt, beton, chodnik czy kamie\u0144 naturalny. W zale\u017cno\u015bci od przeznaczenia powierzchni, instalacja mo\u017ce by\u0107 wykonana na ca\u0142ej powierzchni lub w strategicznych, np. najcz\u0119\u015bciej wykorzystywanych miejscach. W przypadku ogrzewanych podjazd\u00f3w do gara\u017cu, pierwsza opcja dzia\u0142a w sytuacjach cz\u0119stego i intensywnego u\u017cytkowania, podczas gdy w przypadku umiarkowanego, prywatnego u\u017cytku, wystarczy ogrzewa\u0107 tylko cz\u0119\u015b\u0107 powierzchni, np. dwa pasy, po kt\u00f3rych poruszaj\u0105 si\u0119 ko\u0142a samochodu. W przypadku ogrzewania parkingu dla samochod\u00f3w, nale\u017cy wykona\u0107 instalacj\u0119 w taki spos\u00f3b, aby wyznaczone stanowiska parkingowe by\u0142y widoczne w ka\u017cdych warunkach pogodowych, tj. najlepiej pod ca\u0142\u0105 powierzchni\u0105 placu.<\/p>\n

Instalacje tego typu maj\u0105 za zadanie zabezpiecza\u0107 przed powstawaniem oblodzenia i zaleganiem \u015bniegu. Aby dzia\u0142anie systemu by\u0142o efektywne, modu\u0142 steruj\u0105cy powinien umo\u017cliwia\u0107 w\u0142\u0105czenie instalacji przed wyst\u0105pieniem opad\u00f3w lub pojawieniem si\u0119 oblodzenia. Pob\u00f3r mocy i czas potrzebny do poprawnego dzia\u0142ania systemu mo\u017ce by\u0107 zbyt wysoki, je\u015bli wyst\u0119puj\u0105 bardzo niskie temperatury i obfite opady \u015bniegu. W praktyce bywa, \u017ce u\u017cytkownicy wracaj\u0105 w\u00f3wczas do metod tradycyjnych i od\u015bnie\u017caj\u0105 place r\u0119cznie.<\/p>\n

\u00a0<\/p>\n

\u00a0<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n

\n \n
\n
\n \n \"Rys. <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Rys. 1.
\nPrzekr\u00f3j systemu ogrzewania\npowierzchni wykonanej\nz kostki brukowej: 1 \u2013 warstwa\nwierzchnia (kostka brukowa),\n2 \u2013 podsypka piaskowo\n\u2013 cementowa, 3 \u2013 przewody\ngrzewcze, 4 \u2013 grunt\nutwardzony, 5 \u2013 czujnik temperatury\ni wilgoci <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

\u00a0<\/p>\n

Elektryczny system ogrzewania<\/p>\n

W elektrycznych systemach grzewczych stosowane s\u0105 elementy grzejne wykonane z drutu oporowego. Przewody grzejne izolowane przeciwwilgociowo powinny mie\u0107 wysok\u0105 odporno\u015b\u0107 na uszkodzenia mechaniczne. Zasilane s\u0105 napi\u0119ciem 240 lub 400V. Stosuje si\u0119 przewody zmiennooporowe, kt\u00f3re dostosowuj\u0105 moc grzewcz\u0105 do warunk\u00f3w zewn\u0119trznych, albo trwalsze i szybciej nagrzewaj\u0105ce si\u0119 przewody sta\u0142ooporowe. Zamiast kabli grzejnych mo\u017cna stosowa\u0107 r\u00f3wnie\u017c maty grzejne [6].<\/p>\n


Praca systemu podgrzewania opiera si\u0119 o system automatyki wyposa\u017cony w szereg czujnik\u00f3w mierz\u0105cych temperatur\u0119 powietrza, gleby, kabla grzewczego oraz wilgotno\u015bci ogrzewanej powierzchni. Ca\u0142o\u015b\u0107 pod\u0142\u0105czona jest do stacji zasilaj\u0105co- steruj\u0105cej. Jest to stosunkowo wygodny i wzgl\u0119dnie prosty spos\u00f3b monta\u017cu [5].<\/p>\n

Moc grzewcza systemu zale\u017cy m.in. od potrzeb indywidualnych, warunk\u00f3w klimatycznych, usytuowania i rodzaju ogrzewanej powierzchni. Najog\u00f3lniej mo\u017cna przyj\u0105\u0107 dla warunk\u00f3w klimatycznych jakie panuj\u0105 w Polsce, \u017ce zainstalowana moc ogrzewanej powierzchni powinna wynosi\u0107 w przedziale od 200 do 400 W\/m2 [7].<\/p>\n

Cieczowy system ogrzewania<\/p>\n

W cieczowych systemach ogrzewania wykorzystuje si\u0119 przewody cieplne wype\u0142nione ciecz\u0105 niezamarzaj\u0105c\u0105, np. mieszanin\u0105 wody z glikolem. Montuje si\u0119 je p\u0119tlami na podobnej zasadzie jak w przypadku instalacji elektrycznych. Przewody grzejne uk\u0142adane s\u0105 w warstwach sypkich, np. piasek zmieszany z betonem, lub ubity grunt, na kt\u00f3rych wyst\u0119puje kostka brukowa lub asfalt. Grubo\u015b\u0107 wszystkich warstw nad przewodem nie powinna przekracza\u0107 25 cm w przypadku przykrycia przewod\u00f3w gruntem, lub 10cm w przypadku stosowania warstwy piasku. Zaleca si\u0119 6 cm grubo\u015b\u0107 warstwy wyko\u0144czonej p\u0142ytami kamiennymi je\u015bli przewody uk\u0142ada si\u0119 w zaprawie betonowej. Na rysunku 1 przedstawiono przekr\u00f3j systemu ogrzewania powierzchni wykonanej z kostki brukowej [17].<\/p>\n

W ka\u017cdym systemie cieczowym, pompa obiegowa wymusza przep\u0142yw czynnika grzewczego. Instalacja tworzy uk\u0142ad zamkni\u0119ty z odpowiednio dobranym \u017ar\u00f3d\u0142em ciep\u0142a. Tak jak w przypadku systemu elektrycznego, za w\u0142a\u015bciw\u0105 prac\u0119 instalacji odpowiedzialny jest system automatyki wyposa\u017cony w czujniki mierz\u0105ce temperatur\u0119 powietrza, gleby oraz czynnika grzewczego. Na podstawie danych z czujnik\u00f3w, system steruj\u0105cy dobiera odpowiednie parametry pracy pompy obiegowej oraz uk\u0142adu mieszaj\u0105cego, tak, aby zapewni\u0107 zadane warunki na podgrzewanej powierzchni. Systemy podgrzewania powierzchni zewn\u0119trznych nie wymagaj\u0105 wysokiej temperatury roboczej, a wi\u0119c ciekawym rozwi\u0105zaniem jest zastosowanie pompy ciep\u0142a jako \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a. Dolnym \u017ar\u00f3d\u0142em ciep\u0142a mo\u017ce by\u0107 ciep\u0142o z gruntu, wody lub powietrza. Zastosowanie pompy ciep\u0142a z wymiennikiem gruntowym charakteryzuje si\u0119 du\u017c\u0105 efektywno\u015bci\u0105 i w odpowiednich warunkach pozwala znacznie obni\u017cy\u0107 koszty eksploatacji instalacji grzewczej wzgl\u0119dem elektrycznej instalacji grzewczej [1, 8-10].<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

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

Opis systemu ogrzewania parkingu<\/strong><\/p>\n

W dalszej cz\u0119\u015bci niniejszej publikacji przedstawiono koncepcj\u0119 podgrzewania parkingu dla samochod\u00f3w z wykorzystaniem cieczowego systemu ogrzewania. Przyj\u0119to, \u017ce b\u0119dzie to nowo budowany obiekt. \u0179r\u00f3d\u0142em ciep\u0142a b\u0119dzie pompa ciep\u0142a z wymiennikiem gruntowym w wilgotnej glebie gliniastej. Na rysunku 2 przedstawiono schemat instalacji pompy ciep\u0142a z wymiennikiem gruntowym umieszczonym poni\u017cej strefy przemarzania gruntu. Ogrzewana powierzchnia parkingu wynosi 3000 m2. Instalacja grzewcza b\u0119dzie sk\u0142ada\u0107 si\u0119 m.in. z pompy ciep\u0142a, pomp obiegowych, zawor\u00f3w zwrotnych, filtr\u00f3w, naczy\u0144 wzbiorczych, zawor\u00f3w bezpiecze\u0144stwa oraz wymiennika ciep\u0142a. Instalacja b\u0119dzie pobiera\u0107 ciep\u0142o z wilgotnej gleby gliniastej za pomoc\u0105 wymiennika poziomego. Wymiennik poziomy b\u0119dzie stanowi\u0107 rura PEX u\u0142o\u017cona w spos\u00f3b meandryczny w wykopie. Z uwagi na grunt gliniasty wykop mo\u017ce by\u0107 wykonany np. za pomoc\u0105 koparki \u0142a\u0144cuchowej. Wydajno\u015b\u0107 poboru ciep\u0142a z gruntu zak\u0142ada si\u0119 na poziomie qe = 30 W\/m2. Ciep\u0142o przekazywane b\u0119dzie do g\u00f3rnego \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a, kt\u00f3ry tworz\u0105 rury grzewcze u\u0142o\u017cone w uk\u0142adzie Tichelmann\u2019a.<\/p>\n

Na podstawie informacji literaturowych przyj\u0119to jednostkow\u0105 moc instalacji grzejnej (Qj) na poziomie 200 W\/m2. Strumie\u0144 ciep\u0142a doprowadzony do p\u0119tli grzewczych obliczono zgodnie ze wzorem [8]<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

gdzie:<\/p>\n

Qj \u2013 wydajno\u015b\u0107 mocy \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a, W\/m2;<\/p>\n

A \u2013 ogrzewana powierzchnia, m2.<\/p>\n

Na podstawie danych obliczeniowych dla analizowanego rozwi\u0105zania oraz danych technicznych dost\u0119pnych w katalogach producent\u00f3w dobrano przyk\u0142adow\u0105 pomp\u0119 ciep\u0142a o mocy grzewczej 305 kW [11]. Ilo\u015b\u0107 ciep\u0142a jak\u0105 nale\u017cy pobra\u0107 z gruntu obliczono ze wzoru [8]:<\/p>\n

\u00a0<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n

\n \n
\n
\n \n \"Rys. <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Rys. 2.
\nSchemat instalacji\npompy ciep\u0142a\nz wymiennikiem\ngruntowym:\n1 \u2013 pompa ciep\u0142a,\n2 \u2013 system ogrzewania\nplacu,\n3 \u2013 dolne \u017ar\u00f3d\u0142o\nciep\u0142a, 4 \u2013 wymiennik\nciep\u0142a, 5 \u2013 podgrzewana\ncz\u0119\u015b\u0107\nparkingu,\n6 \u2013 powierzchnia\nwymiennika gruntowego <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n\n
\n
\n \n \"Tabela <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Tabela 1.
Podsumowanie danych obliczeniowych\ndla analizowanego rozwi\u0105zania <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

\u00a0<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

gdzie:<\/p>\n

QPC \u2013 moc grzewcza pompy ciep\u0142a, kW;<\/p>\n

COP \u2013 stopie\u0144 efektywno\u015bci pompy ciep\u0142a \u2013 .<\/p>\n

Wymienniki zaprojektowano, jako poziome z r\u00f3wnoleg\u0142ym prowadzeniem rur. Powierzchni\u0119 gruntowego wymiennika ciep\u0142a obliczono ze wzoru [8, 12]:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

W tabeli 1 przedstawiono dane obliczeniowe i parametry proponowanej pompy ciep\u0142a. Roczny wsp\u00f3\u0142czynnik efektywno\u015bci (SCOP) okre\u015blono na podstawie wytycznych dotycz\u0105cych projektowania, wykonywania i odbioru instalacji z pompami ciep\u0142a [18].<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

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

Ocena efektywno\u015bci ekonomicznej instalacji<\/strong><\/p>\n

Dokonano oceny efektywno\u015bci ekonomicznej analizowanego rozwi\u0105zania [13]. W tabeli 2 i 3 przedstawiono koszt inwestycyjny instalacji z pomp\u0105 ciep\u0142a oraz referencyjnej instalacji elektrycznej. Z uwagi na du\u017c\u0105 akumulacyjno\u015b\u0107 pod\u0142o\u017ca przeanalizowano dwa warianty pracy instalacji elektrycznej. Wariant I, w kt\u00f3rym instalacja grzewcza b\u0119dzie zasilana w 100% zgodnie z taryf\u0105 elektryczn\u0105 jednostrefow\u0105. Wariant II, w kt\u00f3rym instalacja grzewcza b\u0119dzie zasilana zgodnie z taryf\u0105 elektryczn\u0105 dwustrefow\u0105, z za\u0142o\u017ceniem, \u017ce zasilanie b\u0119dzie odbywa\u0107 si\u0119 w 90% w ta\u0144szej strefie nocnej, oraz w 10% w dro\u017cszej strefie dziennej. Zgodnie z informacjami dost\u0119pnymi w literaturze i uzyskanymi od wykonawc\u00f3w przyj\u0119to, \u017ce koszt dolnego i g\u00f3rnego \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a stanowi oko\u0142o 35% wszystkich koszt\u00f3w, natomiast koszty pozosta\u0142ych element\u00f3w instalacji stanowi\u0105 oko\u0142o 20% [13-16]. Obliczenia oceny efektywno\u015bci ekonomicznej wykonano dla czasu u\u017cytkowania instalacji od 400 godzin do 1400 godzin w ci\u0105gu roku. Jednym z ko\u0144cowych wynik\u00f3w oceny efektywno\u015bci by\u0142o obliczenie koszt\u00f3w produkcji ciep\u0142a za pomoc\u0105 pompy ciep\u0142a w warunkach sta\u0142ych w stosunku do koszt\u00f3w produkcji ciep\u0142a tylko przy wykorzystaniu energii elektrycznej w nowo projektowanych instalacjach o identycznej mocy grzewczej (tj. 2x 305 kW) i czasie pracy instalacji (tj. 400 do 1400 godzin).<\/p>\n

Ilo\u015b\u0107 ciep\u0142a u\u017cytkowego dostarczanego w ci\u0105gu roku przez pomp\u0119 ciep\u0142a obliczono na podstawie wzoru [13]:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

gdzie:<\/p>\n

TPC \u2013 czas pracy zainstalowanej pompy ciep\u0142a, h.<\/p>\n

Roczne zu\u017cycie energii elektrycznej potrzebnej do wytworzenia ciep\u0142a u\u017cytkowego przez pomp\u0119 ciep\u0142a [13]:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Roczny koszt wytworzenia ciep\u0142a u\u017cytkowego przez pomp\u0119 ciep\u0142a [13]:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

\u00a0<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n

\n \n
\n
\n \n \"Tabela <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Tabela 2.
Nak\u0142ady inwestycyjne na wodn\u0105 instalacj\u0119\ngrzewcz\u0105 <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n\n
\n
\n \n \"Tabela <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Tabela 3.
Nak\u0142ady inwestycyjne na elektryczn\u0105\ninstalacj\u0119 grzewcz\u0105 <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n\n
\n
\n \n \"Rys. <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Rys. 3.
\nWykres uzyskanych\noszcz\u0119dno\u015bci (NPV) i okresu\nzwrotu z inwestycji\n(SPBT) dla czasu pracy\ninstalacji od 400 do 1400\ngodzin w ci\u0105gu roku <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n\n
\n
\n \n \"Tabela <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Tabela 4.
Dane wst\u0119pne oraz obliczeniowe oceny efektywno\u015bci ekonomicznej analizowanego rozwi\u0105zania,\ngdy czas u\u017cytkowania instalacji wynosi 850 godzin w ci\u0105gu roku <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

\u00a0<\/p>\n

gdzie:<\/p>\n

cel \u2013 koszt energii, PLN\/kWh. Koszt jednostkowy wytworzonego ciep\u0142a obliczono na podstawie wzoru [13]:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Zmniejszenie koszt\u00f3w uzyskania ciep\u0142a na ogrzewanie parkingu za 1 kWh w stosunku do koszt\u00f3w energii elektrycznej obliczono ze wzoru [13]:<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Oszcz\u0119dno\u015bci uzyskane w wyniku eksploatacji instalacji z pomp\u0105 ciep\u0142a w ci\u0105gu roku obliczono ze wzoru [13]:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Okres zwrotu nak\u0142ad\u00f3w poniesionych na realizacj\u0119 inwestycji obliczono ze wzoru [13]:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Do oceny skuteczno\u015bci projektu zastosowano metod\u0119 warto\u015bci bie\u017c\u0105cej netto NPV (z ang. net present value) przy sta\u0142ej stopie dyskontowej. Warto\u015b\u0107 NPV obliczono na podstawie wzoru [19]:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

gdzie:<\/p>\n

N \u2013 czas pracy instalacji, \u2013 ;<\/p>\n

t \u2013 kolejne okresy eksploatacji instalacji, \u2013 ;<\/p>\n

p \u2013 stopa dyskonta, %.<\/p>\n

Dla przyk\u0142adu, w tabeli 4 przedstawiono dane pocz\u0105tkowe oraz dane obliczeniowe oceny efektywno\u015bci ekonomicznej analizowanego rozwi\u0105zania, gdy czas u\u017cytkowania instalacji wynosi 850 godzin w ci\u0105gu roku. W wariancie I instalacja b\u0119dzie zasilana zgodnie z taryf\u0105 elektryczn\u0105 jednostrefow\u0105. W wariancie II instalacja b\u0119dzie zasilana zgodnie z taryf\u0105 elektryczn\u0105 dwustrefow\u0105 w 90% w strefie nocnej, oraz w 10% w strefie dziennej. Przedstawione ceny energii elektrycznej stanowi\u0105 \u015bredni\u0105 ko\u0144cow\u0105 cen\u0119 za energi\u0119 oraz op\u0142aty dystrybucyjne dla odbiorc\u00f3w powy\u017cej 40kW.<\/p>\n

Na rysunku 3 przedstawiono wykres warto\u015bci bie\u017c\u0105cej netto (NPV) oraz czas zwrotu z inwestycji (SPBT) w funkcji czasu pracy instalacji wynosz\u0105cej od 400 do 1400 godzin w ci\u0105gu roku dla dw\u00f3ch wariant\u00f3w.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

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

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

Niniejsza publikacja przedstawia wyniki analizy technicznej koncepcji systemu ogrzewania parkingu samochodowego z wykorzystaniem pompy ciep\u0142a z gruntowym wymiennikiem ciep\u0142a, a tak\u017ce analiz\u0119 ekonomiczn\u0105 jej zastosowania w ustalonych warunkach. Z poznawczego punktu widzenia interesuj\u0105ce by\u0142o zbadanie, czy proponowana instalacja jest wykonalna pod wzgl\u0119dem technicznym i ekonomicznym. Dobrano dwie pompy ciep\u0142a o mocy 2×305 kW. Za\u0142o\u017cono, \u017ce instalacja b\u0119dzie pracowa\u0107 przez 20 lat. Obliczenia oceny efektywno\u015bci ekonomicznej instalacji wykonano dla czasu u\u017cytkowania instalacji w sezonie grzewczym od 400 godzin do 1400 godzin. Ko\u0144cowym rezultatem oceny efektywno\u015bci by\u0142o por\u00f3wnanie koszt\u00f3w wytworzenia ciep\u0142a za pomoc\u0105 pompy ciep\u0142a w stosunku do koszt\u00f3w wytworzenia ciep\u0142a za pomoc\u0105 instalacji elektrycznej. Uwzgl\u0119dniaj\u0105c du\u017c\u0105 akumulacyjno\u015b\u0107 pod\u0142o\u017ca rozwa\u017cono zasilanie uk\u0142ad\u00f3w ogrzewania zgodnie z dwiema taryfami elektrycznymi. W wariancie I zasilanie instalacji w energi\u0119 elektryczn\u0105 odbywa si\u0119 zgodnie z taryf\u0105 elektryczn\u0105 jednostrefow\u0105. W wariancie II zasilanie instalacji w energi\u0119 elektryczn\u0105 odbywa si\u0119 zgodnie z taryf\u0105 elektryczn\u0105 dwustrefow\u0105 w 90% w strefie nocnej, oraz w 10% w strefie dziennej. Obliczono czas zwrotu instalacji (SPBT) i warto\u015b\u0107 bie\u017c\u0105c\u0105 netto (NPV). W ka\u017cdym analizowanym przyk\u0142adzie czas zwrotu instalacji (SPBT) jest kr\u00f3tszy od czasu eksploatacji. Na podstawie wska\u017anika NPV mo\u017cna zauwa\u017cy\u0107, \u017ce w wariancie I w okresie eksploatacji wynosz\u0105cym 20 lat instalacja jest op\u0142acalna powy\u017cej 500 godzin czasu jej u\u017cytkowania (Tpc) w ci\u0105gu ka\u017cdego sezonu grzewczego. Czas zwrotu instalacji w tym przypadku wynosi 6,4 lat. W wariancie II instalacja jest op\u0142acalna powy\u017cej 600 godzin czasu jej u\u017cytkowania (Tpc) w ci\u0105gu ka\u017cdego sezonu grzewczego. Czas zwrotu instalacji w tym przypadku wynosi oko\u0142o 6,3 lat. Zastosowanie taryfy dwustrefowej pozwala zmniejszy\u0107 koszty eksploatacyjne i przesuwa wska\u017aniki op\u0142acalno\u015bci w kierunku ogrzewania elektrycznego oporowego. Wraz ze zwi\u0119kszeniem czasu pracy instalacji w ci\u0105gu roku zmniejsza si\u0119 czas zwrotu nak\u0142ad\u00f3w i wzrasta wska\u017anik NPV.<\/p>\n

Zaproponowana koncepcja instalacji grzewczej z pomp\u0105 ciep\u0142a mo\u017ce by\u0107 w szczeg\u00f3lno\u015bci wykorzystywana w miejscach gdzie wyst\u0119puj\u0105 znaczne opady atmosferyczne a temperatury utrzymuj\u0105 si\u0119 poni\u017cej 0\u00b0C. Zastosowanie systemu grzewczego powierzchni zewn\u0119trznych pozwala zachowa\u0107 nieo\u015bnie\u017con\u0105 i nieoblodzon\u0105 nawierzchni\u0119, a co za tym idzie umo\u017cliwia bezpieczne i komfortowe u\u017cytkowanie. Jest to szczeg\u00f3lnie istotne w przypadku powierzchni o znacznym spadku, gdzie niekorzystne warunki atmosferyczne mog\u0105 utrudni\u0107 lub uniemo\u017cliwi\u0107 poruszanie si\u0119.<\/p>\n

Na podstawie przegl\u0105du literatury oraz wykonanych oblicze\u0144 mo\u017cna stwierdzi\u0107, \u017ce ogrzewanie nawierzchni parkingu dla samochod\u00f3w przy u\u017cyciu pompy ciep\u0142a jest technicznie mo\u017cliwe, oraz mo\u017ce by\u0107 op\u0142acalne. Ponadto zastosowanie pompy ciep\u0142a przyczynia si\u0119 do zwi\u0119kszenia udzia\u0142u odnawialnych \u017ar\u00f3de\u0142 energii, a co za tym idzie poprawy jako\u015bci \u015brodowiska naturalnego.<\/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] K. Nowak, Heating of external surfaces by means of heat pumps, E3S Web of Conferences, Volume 44, 2018<\/p>\n

[2] I. Piegdo\u0144, B. Tch\u00f3rzewska-Cie\u015blak, D. Szpak, ENVIRONMENTAL ENGINEERING V (2017)<\/p>\n

[3] A. Trofimowicz, JCEA, 62 (2015)<\/p>\n

[4] G. Onyszczuk, A. Siuta-Olcha, Polska In\u017cynieria \u015arodowiska pi\u0119\u0107 lat po wst\u0105pieniu do Unii Europejskiej, 3 (Monografie Komitetu In\u017cynierii \u015arodowiska PAN, 60, 2009)<\/p>\n

[5] http:\/\/naszmajster.pl\/podgrzewany-podjazd- -a123.html (29.01.2018)<\/p>\n

[6] J. Strzy\u017cewski, Grzejnictwo elektryczne (Polcen, Warszawa, 2012)<\/p>\n

[7] Systemy ochrony przeciwoblodzeniowej, www.ensto.com (29.01.2018)<\/p>\n

[8] V. Pisarev, Projektowanie instalacji grzewczych z pompami ciep\u0142a (Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzesz\u00f3w, 2013)<\/p>\n

[9] W. Oszczak, Ogrzewanie dom\u00f3w z zastosowaniem pomp ciep\u0142a (WK\u0141, Warszawa, 2009)<\/p>\n

[10] V. Pisarev, S. Rabczak, K. Nowak, Journal of Ecological Engineering 17 (2016)<\/p>\n

[11] Viessmann Products, http:\/\/viessmann.pl (29.01.2018)<\/p>\n

[12] P. Kope\u0107, JCEA, 62 (2015)<\/p>\n

[13] Z. Kusto, Uwarunkowania ekonomicznej efektywno\u015bci pomp ciep\u0142a (IMP PAN, Gda\u0144sk, 2006)<\/p>\n

[14] V. Pisarev, K. Nowak, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Budownictwo i In\u017cynieria \u015arodowiska, 59 (2012)<\/p>\n

[15] V. Pisarev, K. Nowak, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Budownictwo i In\u017cynieria \u015arodowiska, 59 (2012)<\/p>\n

[16] http:\/\/jakbudowac.pl\/Pompa-ciepla-ile-tokosztuje (29.01.2018)<\/p>\n

[17] K. S\u0119kowski, J. Juchnicki, System KAN-therm ogrzewanie powierzchni otwartych (Warszawa, 2004)<\/p>\n

[18] Wytyczne projektowania, wykonania i odbioru instalacji z pompami ciep\u0142a, PORT PC, (2014)<\/p>\n

[19] R. Stachniewicz, Civil and Environmental Engineering, 3 (2012)<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

In unfavourable winter conditions we are forced to eliminate or mitigate the defects associated with the accumulation
\nof snow and ice on pavements, stairs, driveways, parking lots, roofs, squares or sports fields. There are many ways
\nto remove snow and ice from the surfaces under consideration, including chemical, mechanical or heating
\ninstallations. Mechanical or manual methods do not always allow complete removal of snow and ice, while
\nchemicals often have a negative impact on the environment. Electric or water heating is the most effective way of
\ndoing this. The paper presents the results of technical analysis of a parking lot heating system for cars with the use of
\na heat pump with a ground heat exchanger, as well as financial analysis of its application in the established
\nconditions. From the cognitive point of view, it was interesting to examine whether the proposed installation is
\ntechnically and economically feasible.<\/p>\n","protected":false},"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"template":"","meta":[],"tags":[1146,1145,562,1147,1144],"tematyka":[1143],"class_list":["post-8534","artykul","type-artykul","status-publish","hentry","tag-external-surface-heating","tag-ground-heat","tag-heat-pump","tag-parking-heating","tag-renewable-energy-sources","tematyka-cold-and-hot-water-and-heating-systems","has-post-title","has-post-date","has-post-category","has-post-tag","has-post-comment","has-post-author",""],"ptb_metabox":{"ptb_artykul_text_1":["KRZYSZTOF NOWAK"," DANUTA PROSZAK-MI\u0104SIK"],"ptb_artykul_text_2":"10.36119\/15.2020.2.2","ptb_artykul_numer_miesi_cznika":"2\/2020 Instal p. 25-28","ptb_artykul_info_autor":"dr in\u017c. Krzysztof Nowak (https:\/\/orcid.org\/0000-0002-7460-6270) \u2013 Zak\u0142ad Ciep\u0142ownictwa i Klimatyzacji, Politechnika Rzeszowska, Rzesz\u00f3w,\r\ndr in\u017c. Danuta Proszak-Mi\u0105sik (https:\/\/orcid.org\/0000-0003-3974-4835) \u2013 Zak\u0142ad Ciep\u0142ownictwa i Klimatyzacji, Politechnika Rzeszowska,\r\nRzesz\u00f3w. Adres do korespondencji \/ Corresponding author: krzynow@prz.edu.pl","ptb_artykul_orcid":["https:\/\/orcid.org\/0000-0002-7460-6270","https:\/\/orcid.org\/0000-0003-3974-4835"]},"ptb_taxonomy":{"post_tag":[{"term_id":1146,"name":"external surface heating","slug":"external-surface-heating","term_group":0,"term_taxonomy_id":1146,"taxonomy":"post_tag","description":"","parent":0,"count":1,"filter":"raw"},{"term_id":1145,"name":"ground heat","slug":"ground-heat","term_group":0,"term_taxonomy_id":1145,"taxonomy":"post_tag","description":"","parent":0,"count":1,"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":1147,"name":"parking heating","slug":"parking-heating","term_group":0,"term_taxonomy_id":1147,"taxonomy":"post_tag","description":"","parent":0,"count":1,"filter":"raw"},{"term_id":1144,"name":"renewable energy sources","slug":"renewable-energy-sources","term_group":0,"term_taxonomy_id":1144,"taxonomy":"post_tag","description":"","parent":0,"count":9,"filter":"raw"}],"tematyka":[{"term_id":1143,"name":"Cold and hot water and heating systems","slug":"cold-and-hot-water-and-heating-systems","term_group":0,"term_taxonomy_id":1143,"taxonomy":"tematyka","description":"","parent":0,"count":37,"filter":"raw"}]},"ptb_featured_image":null,"builder_content":"

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

Zim\u0105 jeste\u015bmy zmuszeni wyeliminowa\u0107 lub przynajmniej z\u0142agodzi\u0107 wady zwi\u0105zane z gromadzeniem si\u0119 \u015bniegu i lodu na chodnikach, schodach, podjazdach, parkingach, dachach, placach czy boiskach sportowych. Problem jest na tyle powa\u017cny, \u017ce mo\u017ce prowadzi\u0107 zar\u00f3wno do uszkodzenia powierzchni, jak i stanowi\u0107 zagro\u017cenie w trakcie eksploatacji [1]. Na przyk\u0142ad w przypadku eksploatacji boiska sportowego w sezonie zimowym, wa\u017cne jest zapewnienie odpowiednich warunk\u00f3w do uprawy trawy i zmniejszenia ryzyka kontuzji zawodnik\u00f3w w przypadku upadku [1, 3, 4].<\/p>

Istnieje wiele sposob\u00f3w usuwania \u015bniegu i lodu z rozwa\u017canych powierzchni, w tym chemiczne, mechaniczne lub przy wykorzystaniu instalacji grzewczej. Metody mechaniczne lub r\u0119czne nie zawsze pozwalaj\u0105 na ca\u0142kowite usuni\u0119cie \u015bniegu i lodu, podczas gdy substancje chemiczne cz\u0119sto maj\u0105 negatywny wp\u0142yw na \u015brodowisko. Najbardziej efektywne jest zastosowanie instalacji grzewczej. Ze wzgl\u0119du na rodzaj no\u015bnika energii istniej\u0105 dwa podstawowe systemy podgrzewania zewn\u0119trznych powierzchni, tj. systemy elektryczne i cieczowe. Pierwszy z nich wykorzystuje elementy grzejne wykonane z drutu oporowego. Drugi to system ogrzewania wody. Oba rozwi\u0105zania s\u0105 niezwykle skuteczne, trwa\u0142e i przyjazne dla \u015brodowiska naturalnego i maj\u0105 na celu przyspieszenie topnienia \u015bniegu, lodu, suszenia powierzchni oraz utrzymanie sta\u0142ej temperatury powierzchni i gruntu, niezale\u017cnie od warunk\u00f3w zewn\u0119trznych. Wyb\u00f3r rodzaju instalacji grzewczej zale\u017cy od instalatora, a cz\u0119sto decyduj\u0105 o tym czynniki ekonomiczne. W niniejszej publikacji rozwa\u017cono sposoby ogrzewania parkingu dla samochod\u00f3w osobowych [1, 5, 6].<\/p>\n

Opis mo\u017cliwych rozwi\u0105za\u0144 grzewczych<\/strong><\/p>

System grzewczy umo\u017cliwia ogrzewanie powierzchni pod wieloma rodzajami nawierzchni, m.in. pod muraw\u0119, asfalt, beton, chodnik czy kamie\u0144 naturalny. W zale\u017cno\u015bci od przeznaczenia powierzchni, instalacja mo\u017ce by\u0107 wykonana na ca\u0142ej powierzchni lub w strategicznych, np. najcz\u0119\u015bciej wykorzystywanych miejscach. W przypadku ogrzewanych podjazd\u00f3w do gara\u017cu, pierwsza opcja dzia\u0142a w sytuacjach cz\u0119stego i intensywnego u\u017cytkowania, podczas gdy w przypadku umiarkowanego, prywatnego u\u017cytku, wystarczy ogrzewa\u0107 tylko cz\u0119\u015b\u0107 powierzchni, np. dwa pasy, po kt\u00f3rych poruszaj\u0105 si\u0119 ko\u0142a samochodu. W przypadku ogrzewania parkingu dla samochod\u00f3w, nale\u017cy wykona\u0107 instalacj\u0119 w taki spos\u00f3b, aby wyznaczone stanowiska parkingowe by\u0142y widoczne w ka\u017cdych warunkach pogodowych, tj. najlepiej pod ca\u0142\u0105 powierzchni\u0105 placu.<\/p>

Instalacje tego typu maj\u0105 za zadanie zabezpiecza\u0107 przed powstawaniem oblodzenia i zaleganiem \u015bniegu. Aby dzia\u0142anie systemu by\u0142o efektywne, modu\u0142 steruj\u0105cy powinien umo\u017cliwia\u0107 w\u0142\u0105czenie instalacji przed wyst\u0105pieniem opad\u00f3w lub pojawieniem si\u0119 oblodzenia. Pob\u00f3r mocy i czas potrzebny do poprawnego dzia\u0142ania systemu mo\u017ce by\u0107 zbyt wysoki, je\u015bli wyst\u0119puj\u0105 bardzo niskie temperatury i obfite opady \u015bniegu. W praktyce bywa, \u017ce u\u017cytkownicy wracaj\u0105 w\u00f3wczas do metod tradycyjnych i od\u015bnie\u017caj\u0105 place r\u0119cznie.<\/p>

\u00a0<\/p>

\u00a0<\/p>\n \"Rys. <\/a> Rys. 1.
Przekr\u00f3j systemu ogrzewania powierzchni wykonanej z kostki brukowej: 1 \u2013 warstwa wierzchnia (kostka brukowa), 2 \u2013 podsypka piaskowo \u2013 cementowa, 3 \u2013 przewody grzewcze, 4 \u2013 grunt utwardzony, 5 \u2013 czujnik temperatury i wilgoci\n

\u00a0<\/p>

Elektryczny system ogrzewania<\/p>

W elektrycznych systemach grzewczych stosowane s\u0105 elementy grzejne wykonane z drutu oporowego. Przewody grzejne izolowane przeciwwilgociowo powinny mie\u0107 wysok\u0105 odporno\u015b\u0107 na uszkodzenia mechaniczne. Zasilane s\u0105 napi\u0119ciem 240 lub 400V. Stosuje si\u0119 przewody zmiennooporowe, kt\u00f3re dostosowuj\u0105 moc grzewcz\u0105 do warunk\u00f3w zewn\u0119trznych, albo trwalsze i szybciej nagrzewaj\u0105ce si\u0119 przewody sta\u0142ooporowe. Zamiast kabli grzejnych mo\u017cna stosowa\u0107 r\u00f3wnie\u017c maty grzejne [6].<\/p>


Praca systemu podgrzewania opiera si\u0119 o system automatyki wyposa\u017cony w szereg czujnik\u00f3w mierz\u0105cych temperatur\u0119 powietrza, gleby, kabla grzewczego oraz wilgotno\u015bci ogrzewanej powierzchni. Ca\u0142o\u015b\u0107 pod\u0142\u0105czona jest do stacji zasilaj\u0105co- steruj\u0105cej. Jest to stosunkowo wygodny i wzgl\u0119dnie prosty spos\u00f3b monta\u017cu [5].<\/p>

Moc grzewcza systemu zale\u017cy m.in. od potrzeb indywidualnych, warunk\u00f3w klimatycznych, usytuowania i rodzaju ogrzewanej powierzchni. Najog\u00f3lniej mo\u017cna przyj\u0105\u0107 dla warunk\u00f3w klimatycznych jakie panuj\u0105 w Polsce, \u017ce zainstalowana moc ogrzewanej powierzchni powinna wynosi\u0107 w przedziale od 200 do 400 W\/m2 [7].<\/p>

Cieczowy system ogrzewania<\/p>

W cieczowych systemach ogrzewania wykorzystuje si\u0119 przewody cieplne wype\u0142nione ciecz\u0105 niezamarzaj\u0105c\u0105, np. mieszanin\u0105 wody z glikolem. Montuje si\u0119 je p\u0119tlami na podobnej zasadzie jak w przypadku instalacji elektrycznych. Przewody grzejne uk\u0142adane s\u0105 w warstwach sypkich, np. piasek zmieszany z betonem, lub ubity grunt, na kt\u00f3rych wyst\u0119puje kostka brukowa lub asfalt. Grubo\u015b\u0107 wszystkich warstw nad przewodem nie powinna przekracza\u0107 25 cm w przypadku przykrycia przewod\u00f3w gruntem, lub 10cm w przypadku stosowania warstwy piasku. Zaleca si\u0119 6 cm grubo\u015b\u0107 warstwy wyko\u0144czonej p\u0142ytami kamiennymi je\u015bli przewody uk\u0142ada si\u0119 w zaprawie betonowej. Na rysunku 1 przedstawiono przekr\u00f3j systemu ogrzewania powierzchni wykonanej z kostki brukowej [17].<\/p>

W ka\u017cdym systemie cieczowym, pompa obiegowa wymusza przep\u0142yw czynnika grzewczego. Instalacja tworzy uk\u0142ad zamkni\u0119ty z odpowiednio dobranym \u017ar\u00f3d\u0142em ciep\u0142a. Tak jak w przypadku systemu elektrycznego, za w\u0142a\u015bciw\u0105 prac\u0119 instalacji odpowiedzialny jest system automatyki wyposa\u017cony w czujniki mierz\u0105ce temperatur\u0119 powietrza, gleby oraz czynnika grzewczego. Na podstawie danych z czujnik\u00f3w, system steruj\u0105cy dobiera odpowiednie parametry pracy pompy obiegowej oraz uk\u0142adu mieszaj\u0105cego, tak, aby zapewni\u0107 zadane warunki na podgrzewanej powierzchni. Systemy podgrzewania powierzchni zewn\u0119trznych nie wymagaj\u0105 wysokiej temperatury roboczej, a wi\u0119c ciekawym rozwi\u0105zaniem jest zastosowanie pompy ciep\u0142a jako \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a. Dolnym \u017ar\u00f3d\u0142em ciep\u0142a mo\u017ce by\u0107 ciep\u0142o z gruntu, wody lub powietrza. Zastosowanie pompy ciep\u0142a z wymiennikiem gruntowym charakteryzuje si\u0119 du\u017c\u0105 efektywno\u015bci\u0105 i w odpowiednich warunkach pozwala znacznie obni\u017cy\u0107 koszty eksploatacji instalacji grzewczej wzgl\u0119dem elektrycznej instalacji grzewczej [1, 8-10].<\/p>\n

Opis systemu ogrzewania parkingu<\/strong><\/p>

W dalszej cz\u0119\u015bci niniejszej publikacji przedstawiono koncepcj\u0119 podgrzewania parkingu dla samochod\u00f3w z wykorzystaniem cieczowego systemu ogrzewania. Przyj\u0119to, \u017ce b\u0119dzie to nowo budowany obiekt. \u0179r\u00f3d\u0142em ciep\u0142a b\u0119dzie pompa ciep\u0142a z wymiennikiem gruntowym w wilgotnej glebie gliniastej. Na rysunku 2 przedstawiono schemat instalacji pompy ciep\u0142a z wymiennikiem gruntowym umieszczonym poni\u017cej strefy przemarzania gruntu. Ogrzewana powierzchnia parkingu wynosi 3000 m2. Instalacja grzewcza b\u0119dzie sk\u0142ada\u0107 si\u0119 m.in. z pompy ciep\u0142a, pomp obiegowych, zawor\u00f3w zwrotnych, filtr\u00f3w, naczy\u0144 wzbiorczych, zawor\u00f3w bezpiecze\u0144stwa oraz wymiennika ciep\u0142a. Instalacja b\u0119dzie pobiera\u0107 ciep\u0142o z wilgotnej gleby gliniastej za pomoc\u0105 wymiennika poziomego. Wymiennik poziomy b\u0119dzie stanowi\u0107 rura PEX u\u0142o\u017cona w spos\u00f3b meandryczny w wykopie. Z uwagi na grunt gliniasty wykop mo\u017ce by\u0107 wykonany np. za pomoc\u0105 koparki \u0142a\u0144cuchowej. Wydajno\u015b\u0107 poboru ciep\u0142a z gruntu zak\u0142ada si\u0119 na poziomie qe = 30 W\/m2. Ciep\u0142o przekazywane b\u0119dzie do g\u00f3rnego \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a, kt\u00f3ry tworz\u0105 rury grzewcze u\u0142o\u017cone w uk\u0142adzie Tichelmann\u2019a.<\/p>

Na podstawie informacji literaturowych przyj\u0119to jednostkow\u0105 moc instalacji grzejnej (Qj) na poziomie 200 W\/m2. Strumie\u0144 ciep\u0142a doprowadzony do p\u0119tli grzewczych obliczono zgodnie ze wzorem [8]<\/p>

\"\"<\/p>

gdzie:<\/p>

Qj \u2013 wydajno\u015b\u0107 mocy \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a, W\/m2;<\/p>

A \u2013 ogrzewana powierzchnia, m2.<\/p>

Na podstawie danych obliczeniowych dla analizowanego rozwi\u0105zania oraz danych technicznych dost\u0119pnych w katalogach producent\u00f3w dobrano przyk\u0142adow\u0105 pomp\u0119 ciep\u0142a o mocy grzewczej 305 kW [11]. Ilo\u015b\u0107 ciep\u0142a jak\u0105 nale\u017cy pobra\u0107 z gruntu obliczono ze wzoru [8]:<\/p>

\u00a0<\/p>\n \"Rys. <\/a> Rys. 2.
Schemat instalacji pompy ciep\u0142a z wymiennikiem gruntowym: 1 \u2013 pompa ciep\u0142a, 2 \u2013 system ogrzewania placu, 3 \u2013 dolne \u017ar\u00f3d\u0142o ciep\u0142a, 4 \u2013 wymiennik ciep\u0142a, 5 \u2013 podgrzewana cz\u0119\u015b\u0107 parkingu, 6 \u2013 powierzchnia wymiennika gruntowego\n \"Tabela <\/a> Tabela 1.
Podsumowanie danych obliczeniowych dla analizowanego rozwi\u0105zania\n

\u00a0<\/p>

\"\"<\/p>

gdzie:<\/p>

QPC \u2013 moc grzewcza pompy ciep\u0142a, kW;<\/p>

COP \u2013 stopie\u0144 efektywno\u015bci pompy ciep\u0142a \u2013 .<\/p>

Wymienniki zaprojektowano, jako poziome z r\u00f3wnoleg\u0142ym prowadzeniem rur. Powierzchni\u0119 gruntowego wymiennika ciep\u0142a obliczono ze wzoru [8, 12]:<\/p>

\"\"<\/p>

W tabeli 1 przedstawiono dane obliczeniowe i parametry proponowanej pompy ciep\u0142a. Roczny wsp\u00f3\u0142czynnik efektywno\u015bci (SCOP) okre\u015blono na podstawie wytycznych dotycz\u0105cych projektowania, wykonywania i odbioru instalacji z pompami ciep\u0142a [18].<\/p>\n

Ocena efektywno\u015bci ekonomicznej instalacji<\/strong><\/p>

Dokonano oceny efektywno\u015bci ekonomicznej analizowanego rozwi\u0105zania [13]. W tabeli 2 i 3 przedstawiono koszt inwestycyjny instalacji z pomp\u0105 ciep\u0142a oraz referencyjnej instalacji elektrycznej. Z uwagi na du\u017c\u0105 akumulacyjno\u015b\u0107 pod\u0142o\u017ca przeanalizowano dwa warianty pracy instalacji elektrycznej. Wariant I, w kt\u00f3rym instalacja grzewcza b\u0119dzie zasilana w 100% zgodnie z taryf\u0105 elektryczn\u0105 jednostrefow\u0105. Wariant II, w kt\u00f3rym instalacja grzewcza b\u0119dzie zasilana zgodnie z taryf\u0105 elektryczn\u0105 dwustrefow\u0105, z za\u0142o\u017ceniem, \u017ce zasilanie b\u0119dzie odbywa\u0107 si\u0119 w 90% w ta\u0144szej strefie nocnej, oraz w 10% w dro\u017cszej strefie dziennej. Zgodnie z informacjami dost\u0119pnymi w literaturze i uzyskanymi od wykonawc\u00f3w przyj\u0119to, \u017ce koszt dolnego i g\u00f3rnego \u017ar\u00f3d\u0142a ciep\u0142a stanowi oko\u0142o 35% wszystkich koszt\u00f3w, natomiast koszty pozosta\u0142ych element\u00f3w instalacji stanowi\u0105 oko\u0142o 20% [13-16]. Obliczenia oceny efektywno\u015bci ekonomicznej wykonano dla czasu u\u017cytkowania instalacji od 400 godzin do 1400 godzin w ci\u0105gu roku. Jednym z ko\u0144cowych wynik\u00f3w oceny efektywno\u015bci by\u0142o obliczenie koszt\u00f3w produkcji ciep\u0142a za pomoc\u0105 pompy ciep\u0142a w warunkach sta\u0142ych w stosunku do koszt\u00f3w produkcji ciep\u0142a tylko przy wykorzystaniu energii elektrycznej w nowo projektowanych instalacjach o identycznej mocy grzewczej (tj. 2x 305 kW) i czasie pracy instalacji (tj. 400 do 1400 godzin).<\/p>

Ilo\u015b\u0107 ciep\u0142a u\u017cytkowego dostarczanego w ci\u0105gu roku przez pomp\u0119 ciep\u0142a obliczono na podstawie wzoru [13]:<\/p>

\"\"<\/p>

gdzie:<\/p>

TPC \u2013 czas pracy zainstalowanej pompy ciep\u0142a, h.<\/p>

Roczne zu\u017cycie energii elektrycznej potrzebnej do wytworzenia ciep\u0142a u\u017cytkowego przez pomp\u0119 ciep\u0142a [13]:<\/p>

\"\"<\/p>

Roczny koszt wytworzenia ciep\u0142a u\u017cytkowego przez pomp\u0119 ciep\u0142a [13]:<\/p>

\"\"<\/p>

\u00a0<\/p>\n \"Tabela <\/a> Tabela 2.
Nak\u0142ady inwestycyjne na wodn\u0105 instalacj\u0119 grzewcz\u0105\n \"Tabela <\/a> Tabela 3.
Nak\u0142ady inwestycyjne na elektryczn\u0105 instalacj\u0119 grzewcz\u0105\n \"Rys. <\/a> Rys. 3.
Wykres uzyskanych oszcz\u0119dno\u015bci (NPV) i okresu zwrotu z inwestycji (SPBT) dla czasu pracy instalacji od 400 do 1400 godzin w ci\u0105gu roku\n \"Tabela <\/a> Tabela 4.
Dane wst\u0119pne oraz obliczeniowe oceny efektywno\u015bci ekonomicznej analizowanego rozwi\u0105zania, gdy czas u\u017cytkowania instalacji wynosi 850 godzin w ci\u0105gu roku\n

\u00a0<\/p>

gdzie:<\/p>

cel \u2013 koszt energii, PLN\/kWh. Koszt jednostkowy wytworzonego ciep\u0142a obliczono na podstawie wzoru [13]:<\/p>

\"\"<\/p>

Zmniejszenie koszt\u00f3w uzyskania ciep\u0142a na ogrzewanie parkingu za 1 kWh w stosunku do koszt\u00f3w energii elektrycznej obliczono ze wzoru [13]:<\/p>

\"\"<\/a><\/p>

Oszcz\u0119dno\u015bci uzyskane w wyniku eksploatacji instalacji z pomp\u0105 ciep\u0142a w ci\u0105gu roku obliczono ze wzoru [13]:<\/p>

\"\"<\/p>

Okres zwrotu nak\u0142ad\u00f3w poniesionych na realizacj\u0119 inwestycji obliczono ze wzoru [13]:<\/p>

\"\"<\/p>

Do oceny skuteczno\u015bci projektu zastosowano metod\u0119 warto\u015bci bie\u017c\u0105cej netto NPV (z ang. net present value) przy sta\u0142ej stopie dyskontowej. Warto\u015b\u0107 NPV obliczono na podstawie wzoru [19]:<\/p>

\"\"<\/p>

gdzie:<\/p>

N \u2013 czas pracy instalacji, \u2013 ;<\/p>

t \u2013 kolejne okresy eksploatacji instalacji, \u2013 ;<\/p>

p \u2013 stopa dyskonta, %.<\/p>

Dla przyk\u0142adu, w tabeli 4 przedstawiono dane pocz\u0105tkowe oraz dane obliczeniowe oceny efektywno\u015bci ekonomicznej analizowanego rozwi\u0105zania, gdy czas u\u017cytkowania instalacji wynosi 850 godzin w ci\u0105gu roku. W wariancie I instalacja b\u0119dzie zasilana zgodnie z taryf\u0105 elektryczn\u0105 jednostrefow\u0105. W wariancie II instalacja b\u0119dzie zasilana zgodnie z taryf\u0105 elektryczn\u0105 dwustrefow\u0105 w 90% w strefie nocnej, oraz w 10% w strefie dziennej. Przedstawione ceny energii elektrycznej stanowi\u0105 \u015bredni\u0105 ko\u0144cow\u0105 cen\u0119 za energi\u0119 oraz op\u0142aty dystrybucyjne dla odbiorc\u00f3w powy\u017cej 40kW.<\/p>

Na rysunku 3 przedstawiono wykres warto\u015bci bie\u017c\u0105cej netto (NPV) oraz czas zwrotu z inwestycji (SPBT) w funkcji czasu pracy instalacji wynosz\u0105cej od 400 do 1400 godzin w ci\u0105gu roku dla dw\u00f3ch wariant\u00f3w.<\/p>\n

Podsumowanie i wnioski<\/strong><\/p>

Niniejsza publikacja przedstawia wyniki analizy technicznej koncepcji systemu ogrzewania parkingu samochodowego z wykorzystaniem pompy ciep\u0142a z gruntowym wymiennikiem ciep\u0142a, a tak\u017ce analiz\u0119 ekonomiczn\u0105 jej zastosowania w ustalonych warunkach. Z poznawczego punktu widzenia interesuj\u0105ce by\u0142o zbadanie, czy proponowana instalacja jest wykonalna pod wzgl\u0119dem technicznym i ekonomicznym. Dobrano dwie pompy ciep\u0142a o mocy 2x305 kW. Za\u0142o\u017cono, \u017ce instalacja b\u0119dzie pracowa\u0107 przez 20 lat. Obliczenia oceny efektywno\u015bci ekonomicznej instalacji wykonano dla czasu u\u017cytkowania instalacji w sezonie grzewczym od 400 godzin do 1400 godzin. Ko\u0144cowym rezultatem oceny efektywno\u015bci by\u0142o por\u00f3wnanie koszt\u00f3w wytworzenia ciep\u0142a za pomoc\u0105 pompy ciep\u0142a w stosunku do koszt\u00f3w wytworzenia ciep\u0142a za pomoc\u0105 instalacji elektrycznej. Uwzgl\u0119dniaj\u0105c du\u017c\u0105 akumulacyjno\u015b\u0107 pod\u0142o\u017ca rozwa\u017cono zasilanie uk\u0142ad\u00f3w ogrzewania zgodnie z dwiema taryfami elektrycznymi. W wariancie I zasilanie instalacji w energi\u0119 elektryczn\u0105 odbywa si\u0119 zgodnie z taryf\u0105 elektryczn\u0105 jednostrefow\u0105. W wariancie II zasilanie instalacji w energi\u0119 elektryczn\u0105 odbywa si\u0119 zgodnie z taryf\u0105 elektryczn\u0105 dwustrefow\u0105 w 90% w strefie nocnej, oraz w 10% w strefie dziennej. Obliczono czas zwrotu instalacji (SPBT) i warto\u015b\u0107 bie\u017c\u0105c\u0105 netto (NPV). W ka\u017cdym analizowanym przyk\u0142adzie czas zwrotu instalacji (SPBT) jest kr\u00f3tszy od czasu eksploatacji. Na podstawie wska\u017anika NPV mo\u017cna zauwa\u017cy\u0107, \u017ce w wariancie I w okresie eksploatacji wynosz\u0105cym 20 lat instalacja jest op\u0142acalna powy\u017cej 500 godzin czasu jej u\u017cytkowania (Tpc) w ci\u0105gu ka\u017cdego sezonu grzewczego. Czas zwrotu instalacji w tym przypadku wynosi 6,4 lat. W wariancie II instalacja jest op\u0142acalna powy\u017cej 600 godzin czasu jej u\u017cytkowania (Tpc) w ci\u0105gu ka\u017cdego sezonu grzewczego. Czas zwrotu instalacji w tym przypadku wynosi oko\u0142o 6,3 lat. Zastosowanie taryfy dwustrefowej pozwala zmniejszy\u0107 koszty eksploatacyjne i przesuwa wska\u017aniki op\u0142acalno\u015bci w kierunku ogrzewania elektrycznego oporowego. Wraz ze zwi\u0119kszeniem czasu pracy instalacji w ci\u0105gu roku zmniejsza si\u0119 czas zwrotu nak\u0142ad\u00f3w i wzrasta wska\u017anik NPV.<\/p>

Zaproponowana koncepcja instalacji grzewczej z pomp\u0105 ciep\u0142a mo\u017ce by\u0107 w szczeg\u00f3lno\u015bci wykorzystywana w miejscach gdzie wyst\u0119puj\u0105 znaczne opady atmosferyczne a temperatury utrzymuj\u0105 si\u0119 poni\u017cej 0\u00b0C. Zastosowanie systemu grzewczego powierzchni zewn\u0119trznych pozwala zachowa\u0107 nieo\u015bnie\u017con\u0105 i nieoblodzon\u0105 nawierzchni\u0119, a co za tym idzie umo\u017cliwia bezpieczne i komfortowe u\u017cytkowanie. Jest to szczeg\u00f3lnie istotne w przypadku powierzchni o znacznym spadku, gdzie niekorzystne warunki atmosferyczne mog\u0105 utrudni\u0107 lub uniemo\u017cliwi\u0107 poruszanie si\u0119.<\/p>

Na podstawie przegl\u0105du literatury oraz wykonanych oblicze\u0144 mo\u017cna stwierdzi\u0107, \u017ce ogrzewanie nawierzchni parkingu dla samochod\u00f3w przy u\u017cyciu pompy ciep\u0142a jest technicznie mo\u017cliwe, oraz mo\u017ce by\u0107 op\u0142acalne. Ponadto zastosowanie pompy ciep\u0142a przyczynia si\u0119 do zwi\u0119kszenia udzia\u0142u odnawialnych \u017ar\u00f3de\u0142 energii, a co za tym idzie poprawy jako\u015bci \u015brodowiska naturalnego.<\/p>\n

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

[1] K. Nowak, Heating of external surfaces by means of heat pumps, E3S Web of Conferences, Volume 44, 2018<\/p>

[2] I. Piegdo\u0144, B. Tch\u00f3rzewska-Cie\u015blak, D. Szpak, ENVIRONMENTAL ENGINEERING V (2017)<\/p>

[3] A. Trofimowicz, JCEA, 62 (2015)<\/p>

[4] G. Onyszczuk, A. Siuta-Olcha, Polska In\u017cynieria \u015arodowiska pi\u0119\u0107 lat po wst\u0105pieniu do Unii Europejskiej, 3 (Monografie Komitetu In\u017cynierii \u015arodowiska PAN, 60, 2009)<\/p>

[5] http:\/\/naszmajster.pl\/podgrzewany-podjazd- -a123.html (29.01.2018)<\/p>

[6] J. Strzy\u017cewski, Grzejnictwo elektryczne (Polcen, Warszawa, 2012)<\/p>

[7] Systemy ochrony przeciwoblodzeniowej, www.ensto.com (29.01.2018)<\/p>

[8] V. Pisarev, Projektowanie instalacji grzewczych z pompami ciep\u0142a (Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzesz\u00f3w, 2013)<\/p>

[9] W. Oszczak, Ogrzewanie dom\u00f3w z zastosowaniem pomp ciep\u0142a (WK\u0141, Warszawa, 2009)<\/p>

[10] V. Pisarev, S. Rabczak, K. Nowak, Journal of Ecological Engineering 17 (2016)<\/p>

[11] Viessmann Products, http:\/\/viessmann.pl (29.01.2018)<\/p>

[12] P. Kope\u0107, JCEA, 62 (2015)<\/p>

[13] Z. Kusto, Uwarunkowania ekonomicznej efektywno\u015bci pomp ciep\u0142a (IMP PAN, Gda\u0144sk, 2006)<\/p>

[14] V. Pisarev, K. Nowak, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Budownictwo i In\u017cynieria \u015arodowiska, 59 (2012)<\/p>

[15] V. Pisarev, K. Nowak, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Budownictwo i In\u017cynieria \u015arodowiska, 59 (2012)<\/p>

[16] http:\/\/jakbudowac.pl\/Pompa-ciepla-ile-tokosztuje (29.01.2018)<\/p>

[17] K. S\u0119kowski, J. Juchnicki, System KAN-therm ogrzewanie powierzchni otwartych (Warszawa, 2004)<\/p>

[18] Wytyczne projektowania, wykonania i odbioru instalacji z pompami ciep\u0142a, PORT PC, (2014)<\/p>

[19] R. Stachniewicz, Civil and Environmental Engineering, 3 (2012)<\/p>","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/artykul\/8534","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=8534"}],"wp:term":[{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=8534"},{"taxonomy":"tematyka","embeddable":true,"href":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tematyka?post=8534"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}