Energetyczna analiza porównawcza zastosowania powietrznej, gruntowej i hybrydowej pompy ciepła w instalacji grzewczej

• Autorzy: Sekret Robert

Identyfikatory

DOI

10.15199/9.2025.2.1

Warianty tytułu

EN

Energy Comparative Analysis of the Use Of An Air, Ground And Hybrid Heat Pump in a Heating System

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono efekt energetyczny integracji prototypowego akumulatora ciepła wykorzystującego ciepło przemiany fazowej woda-lód jako dodatkowego hybrydowego niskotemperaturowego źródła ciepła w powietrznej pompie ciepła (HSHP). Do ładowania akumulatora ciepła wykorzystano ciepło odpadowe z wentylacji i ścieków szarych. Przeprowadzono analizę porównawczą systemu HSHP z dwoma klasycznymi rozwiązaniami - powietrzną pompą ciepła (ASHP) i gruntową pompą ciepła (GSHP). Wyniki wskazały, że w systemie HSHP zapotrzebowanie na energię elektryczną było o 21% i 11% niższe niż odpowiednio w systemach ASHP i GSHP. Dodatkową zaletą opracowanego rozwiązania było wykorzystanie 58% ciepła odpadowego z budynku, co stanowiło 34% pokrycia zapotrzebowania na ciepło.

EN

This paper presents the effects of the integration of a prototype heat accumulator using water–ice latent heat as an additional hybrid low-temperature heat source for an air source heat pump (HSHP). The waste heat from ventilation and gray wastewater was used to charge the studied heat accumulator. A comparative analysis of the HSHP system with two classic solutions - an air source heat pump system (ASHP) and a ground source heat pump (GSHP) - was performed. The results indicated that the HSHP system had 21% and 11% lower electricity demand than ASHP and the GSHP, respectively. An additional benefit of the developed solution was the utilization of 58% of the waste heat of the building, which accounted for 34% heating demand coverage.

Słowa kluczowe

PL

magazynowanie ciepła; ciepło przemiany fazowej; PCM; lód; pompa ciepła; ciepło odpadowe; ogrzewanie budynków

EN

thermal energy storage; latent heat; PCM; ice; heat pump; waste heat; building heating

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja
• Rocznik: 2025
• Tom: T. 56, nr 2
• Strony: 3--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Sekret Robert

• Katedra Zaawansowanych Technologii Energetycznych, Wydział Infrastruktury i Środowiska, Politechnika Częstochowska

• https://orcid.org/0000-0003-4694-2717

Bibliografia

• [1] Majuri P. 2018. „Technologies and environmental impacts of ground heat exchangers in Finland”. Geothermics. 73 (2018) 124-132, https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2017.08.010.
• [2] Xu J., R.Z. Wang, Y. Li. 2014. „Review of available technologies for seasonal thermal energy storage”, Sol. Energy 103 (2014) 610-638, https://doi.org/10.1016/j.solener.2013.06.006.
• [3] Meng X., Z. Han, H. Hu, H. Zhang, X. Li. 2021. „Studies on the performance of ground source heat pump affected by soil freezing under groundwater seepage”, Journal of Building Engineering 33 (2021) 101632, https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101632.
• [4] Lundh M., J.O. Dalenbäck. 2008. „Swedish solar heated residential area with seasonal storage in rock: Initial evaluation”. Renew. Energy 33 (2008) 703-711, https://doi.org/10.1016/j.renene.2007.03.024.
• [5] Gholamibozanjani G., M. Farid. 2020. „A comparison between passive and active PCM systems applied to buildings”. Renew. Energy 162 (2020) 112-123, https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.08.007.
• [6] Borri E, G. Zsembinszki, L. F. Cabeza. 2021. „Recent developments of thermal energy storage applications in the built environment: A bibliometric analysis and systematic review”, Appl. Therm. Eng. 189 (2021) 116666, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.116666.
• [7] Bottarelli M, E. Baccega, S. Cesari, G. Emmi. 2022. „Role of phase change materials in backfilling of flat-panels ground heat exchanger”. Renew. Energy 189 (2022) 1324-1336, https://doi.org/10.1016/j. renene.2022.03.061.
• [8] Waquas A., Z.U. Din. 2013. „Phase change material (PCM) storage of free cooling of buildings – A review, Renew. Sustain.” Energy Rev. 18 (2013) 607-625, https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.10.034.
• [9] E. Oró E., A. De Gracia, A. Castell, M.M. Farid, L.F. Cabeza. 2012. „Review on phase change materials (PCMs) for cold thermal energy storage applications”. Appl. Energy 99 (2012) 513-533, https://doi. org/10.1016/j.apenergy.2012.03.058.
• [10] Moreno P, C. Solé, A. Castell, L.F. Cabeza. 2013. „The use of phase change materials in domestic heat pump and air-conditioning system for short term storage: A review, Renew. Sustain”. Energy Rev. 39 (2013) 1-13, https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.062.
• [11] J. Cai J., H. Zhou, Z. Shi, H. Chen, T. Zhang. 2021. „Analysis and optimization on the performance of a heat pump water heater with solar-air dual series source”. Case Studies in Therm. Eng. 28 (2021) 101577, https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101577.
• [12] Xu J., Y. Zhao, Z. Quan, G. Wang, J. 2018. Wang, Air–water dualsource heat pump system with new composite evaporator, Appl. Therm. Eng. 141 (2018) 483-493, https://doi.org/10.1016/j.applther maleng.2017.11.128.
• [13] Nam Y, R. Ooka, Y. Shiba. 2010. “Development of dual-source hybrid heat pump system using groundwater and air”. Energy Build. 42 (2010) 909-916. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2009.12.013.
• [14] Corberan J.M., A. Cazorla-Marín, J. Marchante-Avellaneda, C. Montagud. 2018. “Dual source heat pump, a high efficiency and cost-effective alternative for heating, cooling and DHW production.” Int. J. Low-Carbon Technol. 13 (2018) 161-176, https://doi.org/10.1093/ijlct/ cty008.
• [15] Guo X, Z. Ma, J. Ma, J. Zhang. 2019. “Experimental study on the performance of a novel in–house heat pump water heater with freezing latent heat evaporator and assisted by domestic drain water.” Appl. Energy 235 (2019) 442-450, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.10.094.