Rodzaje pomp ciepła z uwagi na możliwości aplikacyjne w procesach produkcyjnych
Ocena użytkowników: / 0
SłabyŚwietny 
Data dodania: 14.05.2018

Pompy ciepła, z uwagi na możliwość pozyskiwania wysokiej jak też niskiej temperatury, są stosowane coraz częściej w zakładach przemysłowych, zarówno jako urządzenia grzewczo-klimatyzacyjne, jak i urządzenia wspomagające procesy technologiczne w czasie produkcji gotowych wyrobów. Najefektywniejsze wykorzystanie pomp ciepła ma miejsce zwłaszcza podczas procesów, w których istnieje równoczesne zapotrzebowanie na chłód i ciepło. 

 

Możliwości aplikacyjne pomp ciepła są szerokie i związane z realizowanymi procesami technologicznymi. Pompy ciepła już obecnie są stosowane szeroko w przemyśle: 

 

  • logistycznym; 
  • morskim i przetwórstwa owoców morza; 
  • przechowalniczym; 
  • browarniczym;
  • mleczarskim; 
  • farmaceutycznym i biotechnologicznym; 
  • energetycznym.

 

 

Można by przytoczyć również inne gałęzie przemysłu, w których rozważa się aplikację pomp ciepła jako urządzeń pozwalających na efektywne dostarczanie ciepła i chłodu do procesów technologicznych. Z racji różnych rozwiązań dostępnych pomp ciepła, ich elastyczność w aplikacji do różnych procesów technologicznych jest duża. Bardzo często instalacje pomp ciepła są projektowane i wykonywane specjalnie pod realizowany proces technologiczny – w tym przypadku dobiera się często różne typy obiegów termodynamicznych, według których ciepło może być „pompowane”.

 

 

Pompy ciepła nadkrytyczne Rozwiązania nadkrytyczne najczęściej oparte są na CO2 jako czynniku roboczym. Jest to czynnik, który w ostatnim czasie powszechnie wykorzystywany jest w instalacjach chłodniczych w supermarketach, jak również w przemyśle mleczarskim i browarniczym. Układy nadkrytyczne pozwalają osiągać wysokie parametry wody grzewczej i jednocześnie realizować procesy chłodnicze, przy różnych konfi guracjach obiegów zainstalowanych w supermarketach. Na rysunku 1. przedstawiono interpretację obiegu chłodniczego nadkrytycznego wykorzystującego czynnik CO2. Nadkrytyczna pompa ciepła pozwala pozyskiwać wysokie parametry wody grzewczej (nawet do 90°C).

 

Przykładem takiej pompy ciepła jest na przykład Mayekawa Eco Cute „unimo W/W”.

 

 

2018 02 58 1

Rys.1. Pompa ciepła – obieg nadkrytyczny oparta na czynniku CO2

 

 

Wykres (rys. 1.) przedstawia interpretację dwóch obiegów, które może realizować opisywana pompa ciepła. W przypadku podgrzewu wody w skraplaczu w zakresie przyrostu entalpii (3-4’), uzyskuje się większą efektywność energetyczną niż podczas realizacji procesu odparowania (1’-2). W związku z tym, jeśli ta pompa ciepła ma pracować jako układ chłodniczy, zasadne jest stosowanie dodatkowego wymiennika ciepła (lub chłodnicy wentylatorowej), pozwalającego dochłodzić czynnik do niższych parametrów termicznych.

 

 

Pompy ciepła podkrytyczne

 

Pompy ciepła stosowane w układzie podkrytycznym stosowane są obecnie najczęściej w praktyce grzewczej. Ich efektywność energetyczna zależy od tego, jak skonfi gurowane jest dolne źródło ciepła i przy jakiej temperaturze realizowany jest proces skraplania. Zakładając, że pompa ciepła pracuje przy stałej temperaturze skraplania np. 90°C (rys. 2a.), gdy dolnym źródłem ciepła jest na przykład chłodnica wentylatorowa umieszczona na zewnątrz budynku, to zimą proces odparowania musi być realizowany w temperaturze niższej niż temperatura powietrza (linia niebieska). W związku z tym wzrasta praca techniczna wymagana do napędu sprężarki. W przypadku, gdy mamy jako dolne źródło ciepła wymiennik gruntowy, system odzysku ciepła lub zbiornik wodny, parametry termiczne parownika pozwalają na zmniejszenie mocy pobieranej przez sprężarkę.

 

 

2018 02 59 1

Rys. 2. Pompa ciepła podkrytyczna i jej parametry eksploatacyjne
a) stała temperatura skraplania,
b) stała temperatura odparowania

 

 

Przy realizacji przez pompę ciepła procesu skraplania przy różnych temperaturach, przy założeniu stałej temperatury odparowania, to wraz ze wzrostem temperatury skraplania maleje moc chłodnicza oraz wzrasta zapotrzebowanie na pracę techniczną potrzebną do napędu sprężarki (rys. 2b. – linia niebieska).

 

Jednym z ciekawszych rozwiązań w podkrytycznej pompie ciepła jest zastosowanie regeneracyjnego wymiennika ciepła, w celu zwiększenia temperatury wody grzewczej (rys. 3a.). Taki wymiennik pozwala na obniżenie wartości ciśnienia skraplania oraz umożliwia zwiększenie różnicy entalpii w procesie odparowania – w efekcie zwiększa się również możliwość pozyskiwania chłodu z produktów żywnościowych. Na rysunku 3b. przedstawiono interpretację obiegu pompy ciepła z zastosowanym wymiennikiem regeneracyjnym.

 

 

2018 02 59 2

Rys. 3. Pompa ciepła z regeneracyjnym wymiennikiem ciepła
a) parametry teoretyczne pompy ciepła,
b) interpretacja obiegu na wykresie p-h 

 

 

Stosowane są również rewersyjne pompy ciepła, w których istnieje możliwość zmiany parownika w skraplacz oraz skraplacza w parownik. Te układy pracują według obiegów termodynamicznych przedstawionych na rysunku 2. i są szeroko stosowane w klimatyzacji i wentylacji do odzysku ciepła zimą oraz dostarczania chłodu w okresie letnim.

 

 

Układy lewobieżne dwu- i wielostopniowe

 

(...)

 

 

Przykład układu pompy ciepła jako systemu grzewczo- -chłodzącego w urządzeniach wyparnych stosowanych w przemyśle spożywczym

 

(...)

 

 

Podsumowanie

 

Pompy ciepła spotykane w przemyśle są projektowane z uwagi na realizowany proces technologiczny. Ich rozwiązania mogą się powtarzać, jak to jest w przypadku rozwiązań związanych z ogrzewaniem i klimatyzacją, gdzie jest duży typoszereg pomp ciepła dostępnych urządzeń produkowanych seryjnie.

 

Spotykane są również rozwiązania mniej typowych pomp ciepła, które dedykowane są tylko do procesu technologicznego związanego z określoną produkcją. Obiegi te są projektowane z podstawowych elementów występujących w pompach ciepła oraz z elementów, które są spotykane w realizowanym procesie technologicznym. Przykładem takiej pompy ciepła może być układ przedstawiony w niniejszym artykule, gdzie system pompy ciepła może być zintegrowany bezpośrednio z wyparką lub na sposób pośredni w zależności od rodzaju zastosowanego typu urządzenia wyparnego.

 

 

 

 dr inż. Robert MATYSKO
– Instytut Maszyn Przepływowych
Polska Akademia Nauk

 

 

Reklama

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2018

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

  • Pompy ciepła 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2015

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2016

  • Pompy ciepła 2014

  • Pompy ciepła 2012

  • Pompy ciepła 2013

Reklama

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.