Pompy ciepła

Tajemnica technologii pomp ciepła: dlaczego absorpcja jest kluczowa?

Autor Janusz Kamiński
Janusz Kamiński23.12.20237 min.
Tajemnica technologii pomp ciepła: dlaczego absorpcja jest kluczowa?
banner

Absorpcyjna pompa ciepła to innowacyjne urządzenie grzewczo-chłodzące, które zamiast tradycyjnej sprężarki elektrycznej wykorzystuje zjawisko absorpcji do transportu ciepła. Technologia ta zyskuje coraz większą popularność, gdyż pozwala na efektywne wykorzystanie ciepła odpadowego oraz taniego gazu ziemnego jako źródła napędowego. W artykule wyjaśnimy zasadę działania absorpcyjnej pompy ciepła oraz przedstawimy jej liczne zalety względem konwencjonalnych, elektrycznych odpowiedników.

Kluczowe wnioski:
  • Absorpcyjna pompa ciepła osiąga wysoką wydajność przy niskich kosztach eksploatacji.
  • Technologia absorpcyjna pozwala na wykorzystanie taniego ciepła odpadowego i gazu ziemnego.
  • Urządzenie zapewnia aktywną klimatyzację bez obciążania sieci elektrycznej.
  • Montaż absorpcyjnej pompy ciepła to ekologiczna inwestycja przynosząca wymierne oszczędności.
  • Rosnąca popularność tej technologii to szansa dla domowych budżetów i ochrony środowiska.

Dlaczego pompy ciepła oparte na absorpcji zyskują na popularności?

Obecnie najpopularniejszym rodzajem pomp ciepła są urządzenia ze sprężarką elektryczną. Jednak mają one pewne wady - ich budowa jest skomplikowana, a do prawidłowego działania wymagają chłodzenia sprężarki, co uniemożliwia wykorzystanie ciepła odpadowego.

W związku z tym w technice pomp ciepła zaczęto stosować absorpcyjny cykl termodynamiczny. Zamiast sprężania mechanicznego wykorzystuje się w nim zjawisko absorpcji oraz sprężanie termiczne do podnoszenia temperatury czynnika roboczego.

Technika absorpcyjna pozwala na bardzo dobre wykorzystanie energii pierwotnej dostarczanej w postaci ciepła. Urządzenia absorpcyjne mogą osiągać wysoką wydajność przy stosunkowo niskich kosztach eksploatacji.

Coraz częściej w ogrzewnictwie i klimatyzacji montowane są więc absorpcyjne pompy ciepła typu powietrze-woda zasilane gazem ziemnym. Rosnąca popularność tej technologii to szansa zarówno dla domowych budżetów, jak i dla ochrony środowiska.

Zasada działania absorpcyjnych pomp ciepła

W absorpcyjnej pompie ciepła zamiast sprężarki mechanicznej zastosowano układ cieczowy, w którym zachodzi wchłanianie (absorpcja) jednego gazu przez inną ciecz.

Parametry termodynamiczne czynnika są podnoszone dzięki zjawisku absorpcji oraz sprężania termicznego, co pozwala na transport ciepła z dolnego źródła do górnego źródła.

Jak działa pompa ciepła oparta na absorpcji amoniaku?

Sercem absorpcyjnej pompy ciepła jest układ czynnik-rozpuszczalnik. Najczęściej stosowana jest para amoniak-woda.

W parowniku amoniak (czynnik) odbiera ciepło od dolnego źródła (powietrze, glikol, woda), zmieniając stan skupienia z ciekłego na gazowy. Następnie w absorberze następuje absorpcja – gazowy amoniak rozpuszcza się w wodzie (rozpuszczalnik), uwalniając ciepło, które zostaje wykorzystane do ogrzewania lub chłodzenia budynku.

Absorpcja i sprężanie termiczne zastępują mechaniczne sprężanie w tradycyjnej sprężarce elektrycznej, co pozwala efektywnie transportować ciepło przy niewielkim zużyciu energii.

Później mieszanina pompowana jest do generatora, gdzie dostarczone zostaje ciepło z zewnętrznego źródła (np. gazu). Powoduje to ponowne odparowanie amoniaku, który wpływa znów do skraplacza i cykl absorpcyjny zaczyna się od nowa.

Czytaj więcej: Piotr Żyła robi przemyślane inwestycje - jaka technologia zastąpiła jego stary kocioł?

Co dzieje się w parowniku pompy ciepła absorpcyjnej?

Parownik pełni kluczową rolę w każdej pompie ciepła, również absorpcyjnej.

To w nim następuje zamiana stanu skupienia czynnika (najczęściej amoniaku) z ciekłego na gazowy. Jest to możliwe, ponieważ czynnikowe w parowniku pompy absorpcyjnej odbiera ciepło od dolnego źródła (powietrze, woda, glikol).

W typowej konstrukcji pompy ciepła powietrze-woda parownik umieszczony jest w części zewnętrznej urządzenia i kontaktuje się z powietrzem. Wlot powietrza zewnętrznego napędza dmuchawę i kieruje strumień wzdłuż wężownicy.

W zależności od dolnego źródła temperatury w parowniku odparowany czynnik (np. amoniak) może osiągać różne parametry. Im niższa temperatura dolnego źródła tym niższe ciśnienie i temperatura wrzenia czynnika. Przegrzanie czynnika w stanie gazowym (maksymalne do ok. 120°C) wpływa na poprawę sprawności cyklu absorpcyjnego.

Gdzie następuje absorpcja w pompie ciepła i jakie ciepło się uwalnia?

Tajemnica technologii pomp ciepła: dlaczego absorpcja jest kluczowa?

Po odparowaniu w parowniku, gazowy czynnik chłodniczy (najczęściej amoniak) transportowany jest do absorbera. Tam następuje kluczowe dla całego procesu zjawisko absorpcji.

Wchłaniany jest przez ciecz (najczęściej wodę) i ulega rozpuszczeniu. W momencie absorpcji wydzielane jest ciepło, określane jako ciepło rozpuszczania.

To właśnie ciepło absorpcji jest następnie wykorzystywane do ogrzewania lub chłodzenia budynku. W przypadku trybu grzania kierowane jest do instalacji grzewczej, natomiast w trybie chłodzenia przekazywane jest np. do systemu klimakonwektorów.

Rozpuszczalnik w absorpcyjnej pompie ciepła

Jak już wspomniano, w charakterze rozpuszczalnika w absorpcyjnych pompach ciepła najczęściej wykorzystuje się wodę. Dla amoniaku woda jest doskonałym absorbentem.

Roztwór amoniaku i wody charakteryzuje się dużą pojemnością cieplną i niskimi kosztami, co przekłada się na wysoką efektywność ekonomiczną całego urządzenia.

Jakie medium robocze i rozpuszczalniki stosuje się w absorpcyjnych pompach ciepła?

W absorpcyjnych pompach ciepła powszechnie stosuje się następujące pary czynnik-rozpuszczalnik:

  • amoniak (NH3) - woda (H2O)
  • woda - chlorek litu (LiCl)
  • woda - bromek litu (LiBr)

Jak już wspomniano, najpopularniejszy jest układ amoniak-woda. W pompach ciepła do celów ogrzewania budynków korzysta się głównie z amoniaku ze względu na jego dobre właściwości termodynamiczne oraz niską cenę.

Wady i zalety różnych par czynnik-rozpuszczalnik

Najważniejszą zaletą pary woda-LiBr jest bardzo niska temperatura wrzenia roztworu wodnego, co pozwala na pracę w niskich temperaturach. Minusem jest wysoka cena.

Układ woda-LiCl cechuje średnia wydajność, niska cena i brak konieczności stosowania specjalnych zabezpieczeń korozyjnych. Wadą jest ograniczenie maksymalnej temperatury do ok. 140°C.

Para amoniak-woda łączy w sobie niski koszt, dobrą wydajność oraz możliwość pracy w szerokim zakresie temperatur.

Gdzie jeszcze oprócz ogrzewnictwa stosuje się chłodnie absorpcyjne?

Technika absorpcyjna wykorzystywana jest powszechnie w:

  • Chłodnictwie przemysłowym
  • Małych lodówkach turystycznych
  • Klimatyzacji

Szerokie zastosowanie znalazły chłodziarki i chłodnie absorpcyjne. Ze względu na prostą budowę bez ruchomych elementów od wielu lat montuje się je na kempingach oraz w przyczepach turystycznych.

Coraz częściej spotyka się również absorpcyjne urządzenia klimatyzacyjne. Ich zaletą jest możliwość zasilania gazem ziemnym, dzięki czemu nie obciążają one sieci elektroenergetycznej.

Jaka jest wydajność gazowych pomp ciepła absorpcyjnych typu powietrze-woda?

Typowa wydajność (współczynnik COP) gazowej, absorpcyjnej pompy ciepła powietrze-woda mieści się w zakresie od 1,4 do 1,8. Oznacza to, że na 1 kW energii zużytej do napędu pompy, uzyskuje się 1,4-1,8 kW energii cieplnej przekazywanej do instalacji grzewczej.

Jest to nieco mniej w porównaniu z elektrycznymi odpowiednikami, których współczynnik COP sięga zwykle 2,5-5. Niemniej przy obecnych cenach gazu ziemnego, całkowite koszty eksploatacji absorpcyjnej pompy ciepła są porównywalne z pompami tradycyjnymi.

Wpływ temperatury dolnego źródła na COP

Istotny wpływ na wartość współczynnika wydajności COP w absorpcyjnej pompie ciepła ma temperatura dolnego źródła. Im niższa temperatura powietrza zewnętrznego, tym COP jest niższy. Dla temperatur ujemnych sprawność zwykle nie przekracza 1,2.

Z tego względu absorpcyjne pompy ciepła osiągają optymalną wydajność przy pracy w układzie hybrydowym, gdzie w okresach najniższych temperatur wspomagane są dodatkowym źródłem ciepła.

Jakie zalety mają absorpcyjne pompy ciepła zasilane gazem względem elektrycznych?

Absorpcyjne pompy ciepła zasilane gazem ziemnym mają liczne zalety w porównaniu do tradycyjnych, elektrycznych urządzeń:

  • Niższe koszty eksploatacji przy obecnych cenach gazu
  • Możliwość wykorzystania taniego ciepła odpadowego
  • Brak obciążenia sieci elektroenergetycznej w szczytach zapotrzebowania

Stosując absorpcyjną pompę ciepła zyskujemy niezależność energetyczną i oszczędności przy jednoczesnym poszanowaniu środowiska poprzez recykling ciepła odpadowego.

Technologia absorpcyjna ma więc same zalety i odpowiada na najważniejsze wyzwania związane z transformacją energetyczną budownictwa.

banner

Oceń artykuł

rating-fill
rating-fill
rating-fill
rating-fill
rating-fill
Ocena: 0.00 Liczba głosów: 0

5 Podobnych Artykułów:

  1. Podłączenie pieca gazowego - montaż i podłączenie kotła gazowego
  2. Pompa ciepła odwierty - najlepsze rozwiązanie do budowy ogrzewania
  3. Atakujące ceny fotowoltaiki w 2024! Panele od 19zł/Wp? Sprawdź!
  4. Rewolucyjne wykorzystanie niedopałków na Litwie - czy Polacy podążą za tendencją?
  5. Czy importowane panele z Azji zagrażają przyszłości branży fotowoltaicznej w Europie?
Autor Janusz Kamiński
Janusz Kamiński

Jako doświadczony budowniczy i doradca w zakresie efektywności energetycznej domów, koncentruję się na łączeniu nowoczesnych technologii, takich jak pompy ciepła, oraz fotowoltaika, z tradycyjnymi metodami budowy. Ukończyłem Budownictwo na Politechnice Krakowskiej i rozszerzyłem swoją wiedzę o zarządzanie projektami budowlanymi. Jako członek Polskiego Stowarzyszenia Budownictwa Ekologicznego, regularnie publikuję artykuły w branżowych czasopismach. Moje praktyczne podejście do budowy przyniosło mi zaufanie klientów, którzy cenią moje skuteczne i ekonomiczne rozwiązania.

Udostępnij post

Napisz komentarz

Polecane artykuły