Porównanie gruntowych pomp ciepła pod względem właściwości technicznych i efektywności grzewczej

• Autorzy: Gawryluk Nikon

Identyfikatory

DOI

10.15199/9.2023.9.5

Warianty tytułu

EN

Comparison of Ground Source Heat Pumps in The Context of Technical Properties and Heating Efficiency

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Polityka klimatyczna Unii Europejskiej oraz coraz szybsze tempo dekarbonizacji europejskiej gospodarki stwarza nowe możliwości dla wielu młodych ludzi podejmujących studia techniczne związane z OZE. Wiele renomowanych firm wytwarzających urządzenia grzewcze wykorzystujące paliwa kopalne podjęło już decyzję o zmianie profilu i rozpoczęciu produkcji pomp ciepła. Nowoczesne budynki powinny być ekologiczne, a dekarbonizacja gospodarki ma być wspierana przez energetykę jądrową, o której coraz więcej informacji pojawia się w mediach. Wykorzystanie ciepła z gruntu, połączone z zasilaniem sprężarek zieloną energią elektryczną, jest realnym sposobem transformacji energetycznej ogrzewnictwa zapewniającym także skuteczną eksploatację autonomicznych budynków, które mogą także funkcjonować bez zasilania z sieci elektrycznej. Magazynowanie energii w postaci wodoru lub w bateriach elektrycznych wymaga minimalizacji jej zużycia, a właśnie gruntowe pompy ciepła umożliwiają największe ograniczenie zużycia energii pobieranej z sieci. Jednak wciąż praktyczna wiedza o gruntowych pompach ciepła jest domeną niewielu specjalistów z firm instalacyjnych o wieloletniej tradycji lub pracowników naukowych. Cel. Głównym celem autora artykułu było to, aby znajdujące się w nim informacje były zrozumiałe i przydatne dla każdego adepta technologii gruntowych pomp ciepła. Treść artykułu powinna w prosty sposób przybliżyć problematykę właściwego doboru gruntowych pomp ciepła przez osoby nie posiadające gruntownej wiedzy w tej dziedzinie. Publikacja, oprócz podania, w przystępnej formie podstawowych informacji, ma umożliwić i zachęcić, szczególnie studentów, do dalszego samodzielnego kształcenia z wykorzystaniem dostępnej bibliografii. Metody. Artykuł został przygotowany tak, aby umożliwić poznanie i zrozumienie zasady działania gruntowych pomp ciepła. Na podstawie studium przypadku ‒ hali produkcyjno-magazynowej, wykonano analizę porównawczą 3 rodzajów odbiorników ciepła stanowiących górne źródle ciepła. Porównano wpływ głębokości pionowego, gruntowego wymiennika ciepła na parametry pracy pompy ciepła oraz przedstawiono bilanse energetyczne analizowanego układu. Wnioski i odniesienie do praktyki. Dolne źródło ciepła ma największy wpływ na niezawodną i efektywną eksploatację instalacji gruntowej pompy ciepła. Poprawnie zwymiarowany wymiennik gruntowy zapewnia wysoką wydajność układu, a równocześnie błędy popełnione w fazie projektowania lub doboru wymiennika mogą być przyczyną jego trwałego uszkodzenia, a także zanieczyszczenia wód gruntowych. Zastosowanie odpowiednich odbiorników ciepła (górnego źródła) ogranicza koszty eksploatacji budynku, a jednocześnie przy ich doborze należy zwrócić uwagę na praktyczne aspekty eksploatacji instalacji, takie jak przerwy w zapotrzebowaniu na ciepło, zapotrzebowanie na chłód, komfort cieplny użytkowników budynku czy możliwości finansowe inwestora.

EN

The climate policy of the European Union and the increasing pace of decarbonization of the European economy create new opportunities for many young people pursuing technical studies related to renewable energy sources. Many renowned companies producing heating devices that use fossil fuels have already decided to change their profile and start producing heat pumps. Modern buildings should be ecological, and decarbonization of the economy should be supported by nuclear energy, which is increasingly being discussed in the media. The use of heat from the ground, combined with the supply of compressors with green electrical energy, is a real way of energy transformation in heating, also ensuring effective operation of autonomous buildings that can function without power from the electricity grid. Energy storage in the form of hydrogen or electric batteries requires minimizing its consumption, and ground source heat pumps enable the greatest reduction in energy consumption from the grid. However, practical knowledge of ground source heat pumps is still the domain of a few specialists from installation companies with many years of tradition or scientific workers. Objective. The main goal of the article was for the information contained within it to be understandable and useful for every novice of ground source heat pump technology. The content of the article should provide basic information in a simple way to approach the issue of proper selection of ground source heat pumps for people who do not have in-depth knowledge in this field. In addition to providing basic information in an accessible format, the publication should allow and encourage, especially students, to further self-education using the available bibliography. Methods. The article was prepared to enable understanding of the principles of operation of ground source heat pumps. Based on a case study of a production-storage hall, a comparative analysis of three types of heat receivers serving as the upper source of heat was performed. The impact of the depth of the vertical ground heat exchanger on the heat pump’s performance parameters was compared, and energy balances of the analyzed system were presented. Conclusions and practical implications. The lower source of heat has the greatest impact on reliable and efficient operation of ground source heat pump installations. A correctly dimensioned ground heat exchanger ensures high system efficiency, while errors made in the design or selection of the exchanger can cause its permanent damage and groundwater pollution. The use of appropriate heat receivers (upper sources) reduces building operation costs, but at the same time, practical aspects of installation operation should be considered when selecting them, such as breaks in heat demand, cooling demand, user thermal comfort, or investor’s financial capabilities.

Słowa kluczowe

PL

pompa ciepła; wymiennik gruntowy; dolne źródło ciepła; górne źródło ciepła; gruntowa pompa ciepła

EN

heat pumps; ground heat exchanger; lower heat source; upper heat source; ground water heat pump

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja
• Rocznik: 2023
• Tom: T. 54, nr 9
• Strony: 31--38
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz. tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Gawryluk Nikon

• Zelga Instalacje

Bibliografia

• [1] Strona Internetowa Polskiej Organizacji Rozwoju Technologii Pomp Ciepła. [Online] [Zacytowano: 26 04 2023.] https://portpc.pl/port-pc2022-rok-pomp-ciepla-w-polsce/.
• [2] Gawryluk Nikon i Zelek Władysław. 2023. „Błędy montażowe w instalacjach z pompami ciepła”. Grupa Medium. Rynek Instalacyjny, Tom 04, strony 60-63.
• [3] Strona internetowa Głównego Urzędu Statystycznego. [Online] [Zacytowano: 17 04 2023.] https://stat.gov.pl/metainformacje/slownik-pojec/pojecia-stosowane-w-statystyce-publicznej/3257,pojecie.html.
• [4] Wikipedia. [Online] [Zacytowano: 2023 04 17.] https://pl.wikipedia.org/wiki/Pompa_ciep%C5%82a.
• [5] Strona internetowa Państwowego Gospodarstwa Wodnego Wody Polskie. [Online] [Zacytowano: 2023 04 17.] https://www.wody.gov.pl/nasze-dzialania/oplaty-za-uslugi-wodne.
• [6] Rubik Marian. Chłodnictwo i pompy ciepła. Warszawa: Grupa Medium, 2020. strony 381-388.
• [7] Wytyczne projektowania, wykonania i odbioru instalacji z pompami ciepła. Część 1: Dolne źródła ciepła. Kraków: Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp Ciepła, 2021. Tom 1.
• [8] Ustawa z dnia 9 czerwca 2011 r. - Prawo geologiczne i górnicze (t.j. Dz. U. z 2023 r. poz. 633).
• [9] Jędral Waldemar. „Pompy Wirowe”. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2014, strony 354-364.
• [10] Stefanowicz Ewelina, Piechurski Krzysztof i Szulgowska-Zgrzywa Małgorzata. 2017. „Czynniki robocze dolnych źródeł gruntowych pomp ciepła”. Rynek Instalacyjny. 2017, Tom 10/2017, strony 24-30.
• [11] Toscano Giuseppe i inni. 2013. “Natural and enhanced biodegradation of propylene glycol in airport soil”. Environmental science and pollution research international. 21. 10.1007/s11356-013-1952-y.
• [12] Złotkowski Albert. Rozprawa doktorska. [red.] Gonet Andrzej. „Opracowanie wieloetapowego testu reakcji termicznej otworowych wymienników ciepła”. Kraków: Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Kwiecień 2019, strony 23-25.
• [13] Sapińska-Śliwa Aneta, Śliwa Tomasz i Leśniak Patryk. 2019. „Efektywna przewodność cieplna i opór termiczny otworowych wymienników ciepła o różnych konstrukcjach”. AGH DRILLING, OIL, GAS. 2019, Tom 36, 2, str. 16.
• [14] Rozporządzenie delegowane Komisji (UE) nr 811/2013 z dnia 18 lutego 2013 r . Dz. U. UE. L. z 2013 r. Nr 239, str. 1 z późn. zm.
• [15] PN-EN 14511-2:2023-02. Klimatyzatory, agregaty chłodzące ciecz i pompy ciepła do ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń oraz agregaty procesowe, ze sprężarkami o napędzie elektrycznym - Część 2: Warunki badań.
• [16] Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp Ciepła. 2020. „Wytyczne projektowania, wykonania i odbioru instalacji z pompami ciepła. Część 7: Wytyczne projektowania, doboru, montażu i uruchomienia instalacji z pompami ciepła w budynkach jednorodzinnych i wielorodzinnych. Tom 7, strony 35-37.
• [17] Narowski Piotr. 2022. „TLM2000 – Typowe lata meteorologiczne dla Polski wyznaczone na podstawie danych meteorologicznych i klimatycznych z lat 2001-2020”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja. 52 (9):7-20. DOI: DOI: 10.15199/9.2022.9.1
• [18] Rubik Marian. 2020. „Chłodnictwo i pompy ciepła”. Grupa Medium, strony 394-402.
• [19] PN-EN 12828+A1:2014-05 Instalacje ogrzewcze w budynkach - Projektowanie wodnych instalacji centralnego ogrzewania.