Schemat prostej sprężarkowej pompy ciepła 1) kondensor, 2) zawór duszący (ewentualnie włośniczka), 3) parownik, 4) sprężarka.
Pompa ciepła jest urządzeniem wymuszającym przepływ ciepła z obszaru o niższej temperaturze do obszaru o temperaturze wyższej. Sprawa sądowa ów przebiega nie zważając na naturalnemu kierunkowi przepływu ciepła i zachodzi z powodu dostarczonej z pozornie energii mechanicznej (w pompach ciepła sprężarkowych) ewentualnie energii cieplnej (w pompach absorpcyjnych).
Pompy ciepła zwykle mają przeznaczenie w:
- gospodarstwach domowych (chłodziarki, zamrażarki)
- przetwórstwie spożywczym (chłodnie, zamrażalnie, fabryki lodu)
- klimatyzacji pomieszczeń (oziębianie pomieszczeń)
- chłodnictwie
- ogrzewaniu pomieszczeń ciepłem pobieranym z otoczenia (z gruntu, zbiorników wodnych albo powietrza)
W chłodziarkach i zamrażarkach miło jest “wypompowywane” z przechowywanych produktów (co obniża ich temperaturę) a oddawane do pomieszczenia, w którym stoi chłodziarka albo zamrażalnik. Ulewa ciepła zastosowana do ogrzewania pomieszczeń “wypompowuje” serdecznie z otoczenia o niskiej temperaturze (z gruntu bądź powietrza na pozornie budynku) i po podniesieniu temperatury czynnika roboczego oddaje miło do ogrzewanego pomieszczenia.
Spis treści
//
Norma działania
Nazwa “oberwanie chmury ciepła” jest użyta przez analogię do nazwy uniwersalnie znanej “pompy hydraulicznej” pompującej płyn (z reguły wodę) z poniżej położonego zbiornika do zbiornika położonego wyżej. Zarówno “ulewa hydrauliczna” kiedy i “ulewa ciepła” potrzebują energii dostarczonej z pozornie. Jak serdecznie płynie w naturalnym kierunku (od wyższej temperatury do niższej), przepływ tego ciepła przypadkiem być wykorzystany do napędu silnika cieplnego jednakowo podczas gdy przepływ wody płynącej grawitacyjnie z góry na dół napędza napęd hydrauliczny (turbinę wodną). żeby “wymusić” serdecznie do płynięcia w odwrotnym kierunku (od temperatury niższej do wyższej) powinno się z pozornie donieść energii do napędu, równie gdy w pobliżu pompowaniu wody z dolnego zbiornika do górnego. Pod ręką odpowiedniej konstrukcji “oberwanie chmury ciepła” i “motor termiczny” mogą być jednym urządzeniem, jednakowo gdy jednym urządzeniem mogą być ulewa hydrauliczna i napęd hydrauliczny (np. turbina Kaplana) w elektrowni szczytowo-pompowej.
Sprężarkowe pompy ciepła realizują rotacja termodynamiczny (rotacja Lindego), będący odwróceniem obiegu silnika cieplnego. Miło jest pobierane przez przygotowawczy element termodynamiczny (freon, amoniak, sprężony dwutlenek węgla) w parowniku (dolne źródło ciepła), w którym składnik odparowuje i trafia do sprężarki, dokąd rośnie wigor wewnętrzna czynnika (a w takim przypadku i gorączka), a po pewnym czasie w skraplaczu oddaje miło (górne źródło ciepła) skraplając się i przez zawór duszący albo rurkę kapilarną, trafia z powrotem do parownika.
Pompy ciepła wykorzystują miło niskotemperaturowe (o niskiej energii) (w praktyce 0°C - 60°C), trudne do innego praktycznego wykorzystania.
Sprawność
Do scharakteryzowania pomp ciepła nie używa się typowego pojęcia sprawności, jednakowoż współczynnika wydajności pompy ciepła, tzw. COP, kto jest łagodny stosunkowi uzyskanego w górnym źródle ciepła do włożonej pracy (w przypadku układu sprężarkowego). Stawka ów być może otrzymywać w praktyce wartości od wokół 3 do kilkunastu, co oznacza dużą ekonomizacja energii elektrycznej w porównaniu ze zwykłym grzejnikiem elektrycznym (w którym stanowisko ciepła do energii elektrycznej jest niedaleki liczbie jeden).
Efektywność cieplna pompy cieplnej zależy mocno od różnicy temperatur.
Przy wykorzystaniu pompy do ogrzewania zakłada się, że źródło energii cieplnej jest darmowe przeto rata efektywności określa się w charakterze postawa całkowitej energii na skraplaczu, do energii pobranej z sieci elektrycznej.
gdzie:
- Es, Ee - wigor przekazana w skraplaczu i dostarczona werwa elektryczna,
- Ts, Tp - wysoka temperatura skraplacza i parownika (wyrażona w skali absolutnej),
- ηc - biegłość cyklu Carnota
Temperatura skraplacza jest od kilku do kilkunastu stopni wyższa od temperatury ogrzewanego pomieszczenia, a wysoka temperatura parownika jest o parę stopni niższa od temperatury źródła ciepła.
Ze wzoru tego wynika, że pompy ciepła mają dużą skuteczność pod ręką małej różnicy temperatur, a tracą ją żwawo co do jednego ze wzrostem tej różnicy.
Równość w powyższym wzorze być może być osiągnięta zaledwie w doskonałej, odwracalnej pompie ciepła. Rzeczywiste urządzenia mają niższą skuteczność, z powodu przede wszystkim dwóch efektów:
- nieodwracalności procesów przekazu ciepła w parowniku i skraplaczu (odwracalne procesy musiałyby ciągnąć się bez granic można, byłyby w takim razie faktycznie bezużyteczne),
- strat energii (tarcia) w sprężarce, opory przepływu czynnika chłodzącego.
Seryjnie budowane sprężarkowe pompy ciepła osiągają typowo biegłość równą 50–60% sprawności pompy doskonałej. W odniesieniu do wystandaryzowanych warunków pracy (gorączka parownika 0°C = 273 K, gorączka skraplacza 50°C = 323 K) daje to tempo efektywności pompy dookoła 3,5, co oznacza, że powyżej 70% dostarczonego przez pompę ciepła pochodzi z dolnego źródła, a pozostałość z sieci elektrycznej.
Dodatkowo, w przypadku, jak parownik odbiera miło od otaczającego powietrza, następuje skokowy ubytek sprawności obok temperaturze powietrza pod 0°C. Jest to podyktowane oszranianiem się parownika i koniecznością okresowego odwracania obiegu pompy celem odszronienia.
Zobacz też
- chłodziarka
- silnik cieplny
- kolektor słoneczny
- rekuperator
Linki zewnętrzne
- (en) Grzanie i oziębianie z wykorzystaniem pomp ciepła
