Menu

Pompy ciepła sorpcyjne

 

 

Sorpcja to proces fizykochemiczny, w których określona ciecz lub gaz wchłaniane są przez inną ciecz (absorpcja) lub też zatrzymywane na powierzchni ciała stałego (adsorpcja). Procesy te następują w określonych warunkach w wyniku oddziaływań fizycznych (ciśnienie, temperatura) i są odwracalne. Przykładami takich procesów, znanych z życia codziennego, są np.:
- zaabsorbowany (rozpuszczony) w wodzie mineralnej kwas węglowy, który po otwarciu butelki (zmniejszenie ciśnienia) ponownie się uwalnia,
- odfiltrowywanie zapachów i szkodliwych gazów z powietrza przez węgiel aktywny (adsorpcja).

 

     Absorpcyjne pompy ciepła pracują zazwyczaj, wykorzystując gaz ziemny, przy czym zamiast sprężarki mechanicznej stosuje się w nich sprężarkę termiczną. Wykorzystują one te same zasady fizyczne, co sprężarkowe pompy ciepła. W absorpcyjnej pompie ciepła niskociśnieniowa para podczas wyjścia z parownika wchłaniana jest przez absorber (ciecz np. wodę), czemu towarzyszy proces wytwarzania ciepła (jest to tzw. "ciepło rozpuszczania"). Roztwór sprężany jest do wysokiego ciśnienia, a następnie przesyłany do warnika (sprężarki termochemicznej) gdzie zostaje podgrzewany do wysokiej temperatury. Dalej pary przechodzą do skraplacza, gdzie po raz kolejny oddawane jest ciepło. Następuje skroplenie czynnika roboczego i roztwór wraca do absorbera przez zawór rozprężny. Aby układ mógł pracować niezbędne jest dostarczenie energii cieplnej do podgrzania warnika oraz wymuszenie obiegu mediów za pomocą pompy mechanicznej. Najpopularniejszym zasadniczym paliwem do napędu tego typu systemów jest gaz ziemny.

 

Rys. Schemat działania absorpcyjnej pompy ciepła.

 

Gazowa pompa ciepła jest wyposażona w bardzo efektywny gazowy silnik, który wykorzystuje zarówno ciepło zewnętrzne, jak również ciepło produkowane przez sam silnik. Z tego powodu jest nadzwyczaj efektywnym energetycznie systemem. Gazowa pompa ciepła wykorzystuje fizyczne właściwości czynnika R410A, który pochłania ciepło otoczenia w czasie parowania i dostarcza ciepło podczas kondensacji. Czynnik jest rozprowadzany przez kompresor, który nieustannie przekształca parę w kondensat zarówno do ogrzewania, jak i chłodzenia. System wymiany ciepła w pompie gazowej wyklucza główny problem, jaki jest w elektrycznych pompach ciepła: spadek efektywności ogrzewania wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej
   Adsorpcyjna pompa ciepła  pracuje z zastosowaniem ciał stałych, np. węgla aktywnego, żelu krzemionkowego (szkliste rodzaje krzemionki) lub zeolitu. Minerał zeolit – w wolnym przekładzie „wrzący kamień” – ma właściwość wsysania pary wodnej, wiązania jej z sobą (adsorpcji) z oddawaniem przy tym ciepła na poziomie temperaturowym do ok. 300°C. Mówi się w takich wypadkach o reakcji egzotermicznej.
Jak w opisanych uprzednio pompach ciepła, pobieranie i oddawanie ciepła w adsorpcyjnej pompie ciepła jest procesem cyklicznym, lecz pompa ta pracuje okresowo. Możliwe wykonanie pompy tego rodzaju przedstawia poniższy rys.  Warunkiem działania adsorpcyjnej pompy ciepła jest system próżniowy. W pierwszej fazie (tzw. fazie desorpcji) do wymiennika ciepła 1, pokrytego żelem krzemionkowym lub zeolitem, doprowadza się ciepło, np. z palnika gazowego 2. Wskutek tego związana z tym ciałem stałym woda zostaje uwolniona jako para i przepływa do drugiego wymiennika ciepła 3. Ten wymiennik ciepła ma podwójną funkcję: w pierwszej fazie oddaje systemowi grzewczemu ciepło powstające przy kondensacji pary wodnej. Faza ta kończy się z chwilą gdy zeolit nie zawiera już wody i został osuszony do pożądanego stopnia, a para została skroplona w drugim wymienniku ciepła. Teraz palnik zostaje wyłączony.
W fazie drugiej wymiennik ciepła 3 działa teraz jako parownik, przekazujący wodzie ciepło ze środowiska. Ponieważ w tej fazie panują w systemie ciśnienia bezwzględne ok. 6 bar, czynnik chłodniczy woda pod wpływem ciepła ze środowiska paruje. Para wodna przepływa z powrotem do wymiennika ciepła 1 i zostaje tam znowu wchłonięta (zaadsorbowana) przez żel krzemionkowy lub zeolit. Ciepło, oddawane przy tym prz
ez żel krzemionkowy lub zeolit jest przekazywane poprzez wymiennik ciepła 1 do systemu grzewczego. Po całkowitym zaadsorbowaniu pary wodnej pełny 

cykl tej pompy ciepła jest zakończony.
Adsorpcyjna pompa ciepła dla ogrzewania domów jedno i dwurodzinnych znajduje się o

becnie w fazie prac badawczo-rozwojowych. Nakład 

techniczny jest tu stosunkowo duży, że względu na konieczność stosowania techniki próżniowej.
Podobnie jak opisana poprzednio absorpcyjna pompa ciepła, również ten rodzaj pompy ciepła stosowany jest już od dłuższego czasu jako maszyny chłodnicze dużej mocy.

 

 

Rys. (po lewej) Pompa zeolitowa Vitosorp-200F firmy Vissmann

 

Gazowa, adsorpcyjna pompa ciepła łączy zalety ogrzewania gazem z wykorzystaniem ciepła z natury. Kombinacja gazowego kotła kondensacyjnego i adsorpcyjnej pompy ciepła obniża zużycie gazu o 25% w stosunku do zwykłej techniki kondensacyjnej. W ten sposób sprawność roczna zwiększa się do 134 % (Hi), a to oznacza zmniejszenie zużycia paliwa i obciążenia środowiska.

 

Poniżej cechy pompy Vitolasorp-200F

- Moduł pompy ciepła: 1,6 do 4,8 kW
- Gazowy kocioł kondensacyjny: 4,8 do 10 kW
- Moc podgrzewu c.w.u.: 15 kW
- Wymagana łączna głębokość odwiertu sondy gruntowej: 50m

 

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});