Co to jest pompa ciepła?

Pompa ciepła jest urządzeniem wymuszającym przepływ ciepła z obszaru o niższej temperaturze do obszaru o temperaturze wyższej. Proces ten przebiega wbrew naturalnemu kierunkowi przepływu ciepła i zachodzi dzięki dostarczonej z zewnątrz energii mechanicznej (w pompach ciepła sprężarkowych) lub energii cieplnej (w pompach absorpcyjnych).

Pompy ciepła najczęściej mają zastosowanie w:

      •    gospodarstwach domowych
      •    fabrykach, przedsiębiorstwach, hotelach i pensjonatach
      •    instytucjach publicznych
      •    rolnictwie
      •    wszędzie tam, gdzie istanieje zapotrzebowanie na ciepło, które mozna pobrać z otoczenia (z gruntu, zbiorników wodnych lub powietrza)

W chłodziarkach i zamrażarkach ciepło jest "wypompowywane" z przechowywanych produktów (co obniża ich temperaturę) i oddawane jest do pomieszczenia, w którym stoi lodówka lub zamrażarka. Pompa ciepła zastosowana do ogrzewania pomieszczeń "wypompowuje" ciepło z otoczenia o niskiej temperaturze (z gruntu lub powietrza na zewnątrz budynku) i po podniesieniu temperatury czynnika roboczego oddaje ciepło do ogrzewanego pomieszczenia.
 

Teoria Pompy ciepła

Pompy ciepła przemieniają ciepło o niskiej temperaturze (nawet w zimie przy temperaturach poniżej 0°C) w ciepło o wysokiej temperaturze.
Odbywa się to w zamkniętym procesie obiegowym, poprzez stałą zmianę stanu fizycznego czynnika roboczego (parowanie, sprężanie, skraplanie, rozprężanie). W ten sam sposób np. lodówka pozbywa sie ciepła ze swego wnętrza i oddaje je póżniej na zewnątrz.

Pompy ciepła pobierają z otoczenia - gruntu, wody, powietrza - zmagazynowane ciepło słoneczne i oddają je wraz z energią napędową w formie ciepła do obwodów wody ciepłej lub grzewczej.

Rys.: Obieg termodynamiczny pompy ciepła o typowym przebiegu temperatury i ciśnienia. Czynnik roboczy R134a, punkt pracy: L7/W50.
 

Współczynnik efektywności

e = moc grzewcza / moc napędowa = (moc pierwotna (otoczenia) + moc napędowa) / moc napędowa g
Współczynnik efektywności [e] określa oddaną moc grzewczą w stosunku do zastosowanej mocy napędowej.
Współczynnik efektywności o wielkości 4 określa więc, że jedna część użytej mocy elektrycznej zostanie przemieniona w cztery części wykorzystywalnej mocy grzewczej. Współczynnik efektywności jest wartością chwilową.
Energia użytkowa dostarczona w ciągu całego sezonu grzewczego w stosunku do dostarczonej elektrycznej energii napędowej daje nam roczny współczynnik efektywności. Ponadto należy rozróżnić pomiędzy współczynnikiem efektywności pompy ciepła i całkowitym współczynnikiem efektywności instalacji.
 

Obieg Carnota

Obieg termodynamiczny pomp ciepła odbywa się w zasadzie w odwrotnym cyklu Carnota.
W ten sposób możemy obliczyć współczynnik efektywności także poprzez różnicę temperatur pomiędzy żródłem ciepła (parownik) a górnym żródłem ciepła (skraplacz).
ec = T / (T - Tu) = T / DT
ec = współczynnik sprawności wg Carnota
Tu = Temperatura otoczenia, z którego pobierane jest ciepło (źródła dolnego)
T = Temperatura otoczenia, do którego oddawane jest ciepło (źródła górnego)
DT = Różnica temperatur pomiędzy cieplejszą i zimniejszą stroną (źródłami górnym i dolnym)
Graficzne przedstawienie wartości zmiennych T i S (entropia) w obiegu Carnota wygląda następująco:

nergia pobrana z otoczenia: powierzchnia "a".
Energia napędowa sprężarki: powierzchnia "b".
Całkowita oddana energia: powierzchnia "a" + "b".
S = entropia = energia wewnętrzna.

4 - 1: parowanie    1 - 2: sprężanie (wzrost temperatury)
2 - 3: skraplanie    3 - 4: rozprężanie
Przykład:
Tu = 0°C = 273 K, T = 50°C = 323 K
ec = T / (T - Tu) = 323 / 323-273 = 6,46
Obieg idealny nie jest możliwy. Dlatego też współczynniki efektywności dla rzeczywistego cyklu pomp ciepła (wraz z wszelkimi stratami) będą mniejsze. Z powodu strat termicznych, mechanicznych i elektrycznych jak również z powodu zapotrzebowania energii pomocniczych odbiorników prądu efektywnie osiągnięty współczynnik efektywności [e] jest mniejszy niż [ec].
Dla obliczeń przybliżonych można założyć, że e jest równe 0,5 × ec.

Rys.: Wykres zależności T-S. Wykres składa się z dwóch adiabat (S = const) oraz dwóch izoterm (T = const)
 

Wzrost temperatury określa współczynnik efektywności

W każdym przypadku współczynnik efektywności jest uzależniony od różnicy temperatur pomiędzy źródłem ciepła a systemem rozdzielającym ciepło: im mniejsza jest różnica temperatury, tym efektywniej pracuje każda pompa ciepła. Z tego powodu optymalne zaprojektowanie całej instalacji jest takie ważne.
 

Czynniki robocze

Jako czynniki robocze stosowane są substancje, które parują w niskich temperaturach, a jednocześnie posiadają wysoki wewnętrzny współczynnik ciepła.

Firma OCHSNER stosuje seryjnie R 134 a oraz R 407 C. Oba te bezpieczne czynniki robocze są niepalne i nietrujące. Stosowany z nimi olej estrowy jest biologicznie rozkładalny. Istnieje więc możliwość bezpiecznego ustawienia urządzenia w dowolnych pomieszczeniach. W przypadku pomp ciepła z palnymi czynnikami roboczymi należy mieć na uwadze obowiązujące ograniczenia co do ich zastosowania i umiejscowienia.

Sterowanie pompami ciepła firmy OCHSNER

Firma OCHSNER w sterowaniu funkcjami Państwa instalacji domowej stawia na inteligencję. Ponieważ w pompach ciepła z funkcjami ogrzewania, chłodzenia, przygotowywania c.w.u. i wentylacji najistotniejsze części są takie same.
 

Menedżer klimatu mieszkalnego
O-Tronic® classic

Szczególnie przyjazny dla użytkownika, wbudowany w górną część pompy ciepła, steruje temperaturą pokojową w zależności od temperatury zewnętrznej praktycznie bez wahań, przygotowaniem ciepłej wody oraz systemem wentylacyjnym.

Ustawianie poprzez klasyczny, obrotowy przełącznik, wyświetlacz trybów pracy, temperatury oraz stanów pracy systemu , steruje systemem zabezpieczeń pompy ciepła oraz posiada wskaźnik diagnozy.
 
Opcje: Komunikacja poprzez PC, modem, BUS, możliwość podłączenia większej ilości obwodów mieszających , źródeł ciepła, kompensacja temperaturowa pomieszczenia.

Menedżer klimatu mieszkalnego
O-Tronic® easy

Z nowym sterownikiem O-Tronic firmy OCHSNER obsługa systemu staje się przyjemnością. Z dziecinną łatwością uzyskają Państwo dobre samopoczucie i oszczędności!

Poprzez nowo opracowaną przez firmę Ochsner „samooptymalizację” sterowania następuje całkowicie automatyczna optymalizacja klimatu mieszkalnego i kosztów ogrzewania. Dwie w tym celu opracowane techniki sterowania zostały oddane do opatentowania.

Czytelne napisy

Duży wyświetlacz sterownika O-Tronic easy informuje Państwa w zrozumiałych słowach i rysunkach o stanie pracy systemu. Dlatego też ustawienia są banalnie proste, również bez instrukcji. O-Tronic easy steruje również temperaturą pokojową w zależności od temperatury zewnętrznej.

To znaczy, że czujniki zewnętrzne dbają również o to ,by przy wahaniach temperatury zewnętrznej, temperatura w pomieszczeniu była stała. „Fizyka budynku” i zachowanie się systemu rozdziału ciepła będą również uwzględniane w algorytmie sterowania.  Dalej możliwe jest każdorazowo przy zastosowaniu hydraulicznego rozdziału (sprzęgło hydrauliczne) sterowanie temperaturą pojedynczego pomieszczenia lub sterowanie strefami grzewczymi. Oprócz specjalnych funkcji pompy ciepła steruje O-Tronic na życzenie także funkcjami chłodzenia, przygotowywania c.w.u. lub wentylacji pomieszczeń. To powoduje że można nazwać O-Tronic menedżerem klimatu mieszkalnego.

Komunikacja bez granic

    * Złącze i połączenie kablowe dla wizualizacji obiegu grzewczego przy użyciu komputera i Notebook’a
    * Możliwość sterowania poprzez PC lub Notebook
    * Możliwość sterowania poprzez modem telefoniczny
    * Możliwość komunikacji sieciowej (system BUS) dla integracji z centralnym systemem sterowania.
    * Możliwość zdalnego serwisowania pompy ciepła z centrali w zakładzie produkcyjnym.