W niniejszemu artykule opisano system odzyskiwania energii cieplnej, która w rozwiązaniach konwencjonalnych nie jest wykorzystywana i tracona bezpowrotnie do otoczenia. System składa się z indywidualnych pomp ciepła woda – powietrze połączonych między sobą zamkniętym obiegiem wodnym. Woda krążąca w tym obiegu spełnia funkcję czynnika przenoszącego energię, będąc źródłem ciepła „dolnym” lub „górnym” dla zainstalowanych pomp ciepła. W dalszej części publikacji przedstawiono także możliwości i przykłady zastosowania tego systemu.
(...) 

Idea systemu odzyskiwania ciepła
     W ciągu wielu lat rozwoju systemów ogrzewania, klimatyzacji i wentylacji budynków tworzone były układy i urządzenia pozwalające na optymalizowanie rozdziału dostarczanej do pomieszczeń energii cieplnej i powietrza. Pomieszczenia w budynku ze względu na swoje położenie względem stron świata oraz różny rodzaj przeznaczenia i pracy, charakteryzują się niejednakowym obciążeniem cieplnym. Aby bezpowrotnie nie tracić nadmiaru energii cieplnej z pomieszczeń, które z racji swej funkcji mają jej w nadmiarze, opracowano System Odzyskiwania Ciepła (SOC) bazujący na pompach ciepła woda – powietrze.
     System ten w swej ideowej prostocie ma za zadanie przekazywanie energii cieplnej pomiędzy pomieszczeniami budynku. W tym celu utworzono „zamknięty obieg wody”, który dla pomp ciepła woda – powietrze zainstalowanych w systemie, jest w zależności od potrzeb źródłem „dolnym” lub „górnym”. Mówić inaczej, SOC składa się z indywidualnych urządzeń połączonych miedzy sobą wodnym obiegiem zamkniętym, gdzie woda spełnia funkcje czynnika nośnego energii (rys. 1).
     Urządzenie pracujące w cyklu chłodzenia, przekazuje nadmiar ciepła z pomieszczenia, a ciepło to jest absorbowane przez wodę obiegu zamkniętego, czyli źródło „górne”. Pompa ciepła pracująca w cyklu chłodzenia, automatycznie kontroluje i reguluje wilgotność powietrza, której nadmiar jest odprowadzany w postaci (skroplin) skondensowanej pary wodnej.
     Cykl grzania jest procesem, w którym woda obiegu zamkniętego (źródło „dolne”), oddaje poprzez pompę ciepło powietrzu znajdującemu się w pomieszczeniu. W wymianie ciepła aktywnym pośrednikiem w jego transporcie jest czynnik roboczy znajdujący się w urządzeniu.
     SOC bazujący na pompie ciepła oprócz zapewnienia dobrego rozdziału energii cieplnej na poszczególne pomieszczenia budynku zapewnia wzajemne przekazywanie wyprodukowanych w pomieszczeniach nadwyżek i niedoborów w taki sposób, aby jak najmniejszą ilość energii uzupełniać z zewnątrz. W okresach przejściowych zapotrzebowanie na energię cieplną budynków jest bliskie zeru.

Zasada działania
     Rozważając typowy budynek, w którym pomieszczenia zewnętrzne – szczytowe (mające styczność ze ścianami zewnętrznymi) są bardziej temperaturowo zależne od warunków pogodowych niż pomieszczenia ze strefy wewnętrznej, można wyodrębnić trzy podstawowe fazy zachowania budynku. Systemu Odzyskiwania Ciepła (SOC) pracuje wówczas w trzech różnych wariantach:
● temperatura zewnętrzna – bardzo niska,
● temperatura zewnętrzna – bardzo wysoka,
● zbalansowane zużycie energii. (...)

     W sytuacji, kiedy cały budynek wymaga ogrzania, ciepło musi być dostarczone z dolnego źródła ciepła (zamkniętego obiegu wodnego) i rozprowadzone do pomieszczeń przez indywidualne urządzenia (pompy ciepła). Zamknięty obieg wodny (dolne źródło) wykorzystuje wówczas do ogrzania zewnętrzne urządzenia energetyczne (piece, bojlery, zewnętrzne systemy energetyczne) lub źródła geotermalne.
     W upalne dni, kiedy cały budynek potrzebuje chłodzenia, ciepło zostanie pobrane z pomieszczeń przez indywidualne pompy ciepła i przekazane do systemu wody obiegowej. Gdy nie ma potrzeby ogrzania innych pomieszczeń, nadmiar ciepła jest „usuwany” z wody za pomocą chłodnic.
     Szczególnie w okresie wiosennym i jesiennym istnieje potrzeba jednoczesnego grzania pomieszczeń zewnętrznych i chłodzenia pomieszczeń wewnętrznych. Zakładając, że ilość ciepła pobranego z wewnątrz budynku jest równa ilości ciepła oddanego pomieszczeniom szczytowym, wówczas bez konieczności uruchamiania źródła ciepła i chłodnic, nadmiar ciepła pobranego z pomieszczeń wewnętrznych (chłodzonych) jest przeniesiony do pomieszczeń zewnętrznych (wymagających ciepła). Należy zauważyć, że w takich przypadkach zostaje osiągnięta równowaga cieplna budynku. Wariant ten demonstruje najwyższą wydajność systemu i jest doskonałym przykładem oszczędności energii. (...)

Możliwości zastosowania systemu
(...)

     Rysunek 3 przedstawia przykładowy fragment schematu instalacji wody technologicznej w systemie odzyskiwania ciepła, zaprojektowany dla obiektu typu supermarket. W prezentowanym układzie do schładzania wody obiegu zamkniętego, zastosowano dodatkowo pośredni obieg glikolowy. Nadmiar odzyskanego ciepła, wykorzystywany jest ponadto na potrzeby wentylacji bytowej. Poniżej przedstawiono algorytm pracy instalacji wodnej prezentowanego systemu pomp ciepła (rys. 4), który zapewnia utrzymanie temperatury wody obiegu zamkniętego w ściśle określonym przedziale.

Podsumowanie
     Koncepcję systemu odzyskiwania ciepła cechuje możliwość zapewnienia niezawodnej, zdecentralizowanej, pełnej klimatyzacji budynków o dużej liczbie pomieszczeń. Wykorzystywane w systemie pompy ciepła woda – powietrze, są pod względem wydajności lepsze od pomp typu powietrze – powietrze. Istnieje duża elastyczność w doborze dolnego źródła, gdyż system może być zasilany energią elektryczną, kotłem olejowym, gazowym lub ze źródeł niekonwencjonalnych takich jak: energia słoneczna, geotermalna, energia wiatru oraz biomasy. Prostota systemu bazującego na fabrycznie zmontowanych modułach, skraca czas montażu oraz nie stwarza problemów zamiany indywidualnych urządzeń. Każdy moduł wyposażony jest w termostat, co pozwala użytkownikowi danego pomieszczenia na dostosowanie warunków klimatycznych według jego indywidualnych potrzeb. Stosując pompy ciepła eliminuje się system kanałów powietrznych.
     SOC bazującego na powietrzno – wodnych pompach ciepła plasuje się na czele rozwiązań energooszczędnych. Dzięki wodnej pętli dolnego źródła ciepła zachowana jest wysoka sprawność pomp ciepła, a przez to eksploatacja staje się opłacalna w każdej porze roku. System ten pozwala na zminimalizowanie strat wynikających z wewnętrznych różnic obciążeń cieplnych budynku oraz na wykorzystanie zysków ciepła produkowanych wewnątrz.

LITERATURA
[1] ATC Sp. z o.o. Poznań: Materiały informacyjne.
[2] Climate Master: Materiały informacyjne.
[3] ZALEWSKI W.: Pompy ciepła. Podstawy teoretyczne i przykłady zastosowań. Politechnika Krakowska, 1999 r 

wydanie 1-2/2008 

CZYTAJ CAŁOŚĆ, ZAMÓW PRENUMERATĘ:

TRADYCYJNĄ                         E-WYDANIE