Na návrhu a inštalácii solárnych systémov si treba dať ... - iDB Journal

idbjournal.sk

Na návrhu a inštalácii solárnych systémov si treba dať ... - iDB Journal

podmienkach čiastočne aj pri použití nízkoteplotných vykurovacích

telies.

Uvedený vplyv použitia vykurovacieho systému na výrobu tepla

tepelným čerpadlom je vidieť z kvantitatívnych hodnôt COP pre

jednotlivé systémy, vypočítaných pre tepelné čerpadlo voda – voda

s teplotou vodného zdroja 5 °C, uvedených v tabuľke (prevzaté

z http://www.heatpumpcentre.org).

Vykurovací systém

COP

Konvenčné radiátory 60/50 °C 2,5

Nízkoteplotné radiátory 45/35 °C 3,5

Podlahový veľkoplošný systém 35/30 °C 4,0

Možnosti aplikácií tepelných čerpadiel v priemysle

V súčasnosti je v priemyselnej oblasti inštalovaných relatívne veľmi

málo systémov tepelných čerpadiel. Možno však predpokladať, že

v blízkej budúcnosti sa tepelné čerpadlá stanú v tejto oblasti oveľa

významnejším zdrojom tepelnej energie najmä preto, že sa budú

neustále zvyšovať ekologické požiadavky na výrobu tepelnej energie;

potom sa priemyselné tepelné čerpadlá stanú významnou technológiou

znižujúcou škodlivé emisie pri výrobe tepla. Zavádzanie tepelných

čerpadiel bude v budúcnosti podporovať aj čoraz intenzívnejší

proces termodynamickej optimalizácie priemyselných procesov

a identifikácie možností na spätné získavanie tepla, ako aj zavádzanie

kogeneračnej výroby tepla, chladu a elektrickej energie.

efektívnosti (COP viac ako 2) aj teploty využiteľného tepelného

toku.

• Tepelné transforméry sú v princípe absorpčné tepelné čerpadlá,

ktoré transformujú odpadové tepelné toky (dodávaním tepla

do výparníka a generátora obehu) na vyššiu teplotnú hladinu získavanú

z absorbéra. Nie je teda potrebný vysokoteplotný tepelný

tok do generátora. Tieto zariadenia dosahujú teplotu získavaného

tepelného toku až 150 °C s teplotným rozdielom cca 50 °C,

ale energetická efektívnosť pri týchto podmienkach je pomerne

malá (COP cca 0,45 až 0,5).

Priemyselné tepelné čerpadlá sa využívajú najmä v nasledujúcich

aplikáciách (čiastočne prevzaté z http://heatpumpcentre.org):

• Priestorové vykurovanie skleníkov, priemyselných hál a podobne.

Výhodné je najmä využitie priemyselných odpadových tepelných

tokov, ktoré nemôžu byť použité priamo. Najčastejšie sa aplikujú

parné kompresorové obehy s pohonom elektrickou energiou.

• Ohrev a chladenie vody v rozmedzí medzi 40 a 90 °C pri čistiacich,

hygienických a iných procesy. Väčšinou sa využívajú parné

kompresorové obehy, ale tiež absorpčné a tepelné transforméry.

• Výroba vodnej pary so stredne vysokým a vysokým tlakom

s teplotou od 100 °C na rôzne priemyselné účely. Súčasné

vysokoteplotné tepelné čerpadlá môžu produkovať vodnú paru

do cca 150 °C (existujú prototypy až do 300 °C). Využívajú sa

najmä mechanické parné rekompresné systémy a kaskádové

systémy parných kompresorových tepelných čerpadiel.

• Sušiace procesy pri nízkej a stredne vysokej teplote (do 100 °C).

Hlavné aplikácie sú sušenie dreva, reziva, papiera, celulózy

a niektorých potravinových produktov. Používajú sa mechanické

parné rekompresné systémy a uzavreté parné kompresorové

systémy.

• Vyparovacie a destilačné procesy v chemickom a potravinárskom

priemysle. Vzhľadom na potrebu len malých teplotných rozdielov

sa dosahuje vysoká energetická efektívnosť (COP v rozmedzí

od 6 do 30) pomocou mechanických parných rekompresných

systémov aj klasických uzavretých parných kompresorových

systémov.

Ilustračný obrázok

Priemyselné tepelné čerpadlá umožňujú využívať veľa variácií

v oblasti druhov pohonnej energie, typov zapojení a prevádzkových

podmienok jednotlivých systémov, sú teda všeobecne navrhované

s ohľadom na špecifické podmienky jednotlivých aplikácií, a teda

ide o unikátne systémy. Hlavné typy priemyselných tepelných čerpadiel

sú nasledujúce (čiastočne prevzaté z http://heatpumpcentre.

org):

• Mechanické parné rekompresné systémy, označované ako otvorené

systémy tepelných čerpadiel, kde je para z priemyselného

procesu komprimovaná na vyšší tlak a teplotu a teplo sa získava

pri jej kondenzácii. Pri polootvorených systémoch je teplo

z rekomprimovanej pary získavané pomocou výmenníka tepla.

Energetická efektívnosť takýchto systémov dosahuje vysoké hodnoty

(COP 10 až 30), pretože jeden z výmenníkov tepla klasického

systému tepelného čerpadla (výparník alebo kondenzátor)

je eliminovaný a teplotný rozdiel je relatívne malý. Súčasné systémy

existujú so zdrojom tepla s teplotou 70 až 80 °C a dodávané

teplo má teplotu v rozmedzí 110 až 150 °C. Najčastejšou

pracovnou látkou je voda.

• Parné kompresorové tepelné čerpadlá, ktoré môžu pracovať

s maximálnou teplotou pracovnej látky do 120 °C.

• Absorpčné tepelné čerpadlá – v súčasnosti pracujú najmä s dvojicou

pracovných látok lítiumbromid – voda pri výstupnej teplote

maximálne do 100 °C a teplotnom rozdiele medzi kondenzátorom

a výparníkom maximálne 65 °C. Hodnoty COP sa pohybujú

v rozmedzí od 1 do 1,4; ako už bolo uvedené, na základe vývoja

v tejto oblasti možno očakávať podstatné zvýšenie energetickej

Energetická a ekonomická

efektívnosť tepelných čerpadiel

Energetickú aj ekonomickú efektívnosť tepelných čerpadiel nemožno

ako pri chladiacich zariadeniach vyjadriť kvantitatívnymi hodnotami

dosahovanej spotreby primárnej energie, resp. hodnotami celkových

ročných nákladov na vyrobenú energiu, pretože ide o alternatívny

systém výroby tepelnej energie oproti bežne používaným spôsobom.

Rozdiely dosahovaných energetických a ekonomických parametrov

systému tepelného čerpadla treba vyjadriť v porovnaní s konkrétnym

bežne používaným spôsobom výroby tepelnej energie na danom

mieste a v danom čase inštalácie tepelného čerpadla.

Použitie tepelného čerpadla z hľadiska používateľa môže byť efektívne

(užitočné) len vtedy, ak sú celkové ročné náklady na výrobu

jednotkového množstva tepelnej energie menšie ako náklady na

porovnávaný klasický spôsob výroby tepla a ak je návratnosť investície

výrazne menšia ako jeho životnosť. Dosiahnutie úspor primárnej

energie tepelným čerpadlom v porovnaní s klasickou výrobou

tepla ešte nijako nezaručuje dosiahnutie ekonomickej efektívnosti

inštalácie, ale je (ako bude ďalej vysvetlené) len jej základným

predpokladom.

Energetická efektívnosť

Energetickú efektívnosť výroby tepelnej energie tepelným čerpadlom

možno vyjadriť kvantitou vyrobenej tepelnej energie na jednotku

dodávanej pohonnej energie do systému (čo je mechanický príkon

kompresora alebo tepelný príkon generátora v prípade absorpčného

cyklu). Tento pomer nazývame výkonové číslo a označujeme

ho COP (z angl. coefficient of performance). Je zrejmé, že čím

väčšiu hodnotu COP systém dosahuje, tým viac užitočnej tepelnej

energie na jednotku dodávanej pohonnej energie vyrobí a je teda

energeticky efektívnejší. To však platí len pri porovnaní systémov

tepelných čerpadiel s rovnakým druhom pohonnej energie (teda

48 2/2013 Systémy pre OZE

More magazines by this user
Similar magazines