Rysunek 1 przedstawia wpływ temperatury źródła górnego na efektywność energetyczną dobranej w projekcie sprężarkowej pompy ciepła. Wynika z niego, że im wyższa jest temperatura źródła górnego przy danej temperaturze źródła ciepła dolnego (grunt), tym mniejsza jest jej moc grzewcza, natomiast rośnie pobór mocy napędowej sprężarki Nt. W konsekwencji tego obniża się współczynnik wydajności grzewczej COP urządzenia. Dzieje się tak dlatego, ponieważ zmianie tej temperatury towarzyszy wzrost bądź spadek ciśnienia skraplania odpowiadający żądanej temperaturze zasilania instalacji źródła górnego.

Rys. 1. Wpływ temperatury źródła górnego na efektywność energetyczną COP pompy ciepła Dimplex SI 14TU w zależności od zmian temperatury dolnego źródła ciepła (źródło: Dimplex)

Wzrost ciśnienia skraplania

Wzrost ciśnienia skraplania z poziomu pk do pk’ pociąga za sobą szereg zmian wielkości charakterystycznych obiegu termodynamicznego pompy ciepła, a mianowicie (rys. 2):

  • spadek jednostkowej wydajności grzewczej skraplacza qk’,
  • wzrost jednostkowej teoretycznej pracy sprężania lt’,
  • wzrost temperatury tłoczenia ttl’,
  • spadek stopnia dostarczania sprężarki λ na skutek wzrostu stosunku pk’/po (sprężu).

Rys. 2. Wpływ wzrostu ciśnienia skraplania na działanie SPC, gdzie (1-2-3-4) przemiany termodynamiczne w obiegu chłodniczym przy ciśnieniu skraplania pk, zaś (1’-2’-3’-4’) przy ciśnieniu pk’ (źródło: Dimplex)

Wzrost ciśnienia skraplania od wartości pk do pk’ powoduje wzrost jednostkowej teoretycznej pracy sprężania lt’, z uwagi na zwiększenie sprężu pk’/po, w wyniku czego rośnie ilość energii koniecznej do napędu sprężarki, a zatem rosną również koszty eksploatacyjne urządzenia. Ponadto

maleje wartość wydajności chłodniczej jednostkowej qo’ oraz jednostkowa wydajność grzewcza skraplacza qk’, co prowadzi do zmniejszenia energii cieplnej pozyskiwanej z dolnego źródła ciepła, jakim jest powietrze atmosferyczne. Konsekwencją zmiany qk’ oraz lt’ jest spadek wartości współczynnika wydajności grzewczej COP pompy ciepła. Przy wzroście ciśnienia skraplania wzrasta również temperatura tłoczenia czynnika ttl, co przyczynia się do pogorszenia warunków eksploatacji sprężarki.

Obniżenie ciśnienia skraplania

Obniżenie ciśnienia skraplania z pk do pk’’ pociąga za sobą szereg zmian parametrow obiegu chłodniczego pompy ciepła, a mianowicie (rys. 3):

  • wzrost jednostkowej wydajności grzewczej skraplacza qk’’,
  • spadek jednostkowej teoretycznej pracy sprężania lt’’,
  • spadek temperatury tłoczenia ttl’’,
  • wzrost stopnia dostarczania sprężarki λ na skutek spadku stosunku pk’’/po (sprężu).

Rys. 3. Wpływ obniżenia ciśnienia skraplania na działanie SPC, gdzie (1-2-3-4) przemiany termodynamiczne w obiegu chłodniczym przy ciśnieniu skraplania pk, zaś (1’’-2’’-3’’-4’’) przy ciśnieniu pk’’ (źródło: Dimplex)

Obniżenie ciśnienia skraplania od wartości pk do pk’’ powoduje spadek jednostkowej teoretycznej pracy sprężania lt’’ z uwagi na zmniejszenie sprężu pk’’/po, w wyniku czego maleje ilość energii koniecznej do napędu sprężarki, a zatem maleją również jej koszty eksploatacyjne. Ponadto rośnie wartość jednostkowej wydajności chłodniczej qo’’ oraz jednostkowa wydajność grzewcza skraplacza qk’’, co prowadzi do zwiększenia energii cieplnej pozyskiwanej z dolnego źródła ciepła, jakim jest powietrze atmosferyczne. Konsekwencją zmiany qk’’ oraz lt’’ jest wzrost wartości współczynnika wydajności grzewczej COP pompy ciepła. Przy obniżeniu ciśnienia skraplania maleje również temperatura tłoczenia czynnika ttl’’, co przyczynia się do polepszenia warunków eksploatacji sprężarki.

Z powyższej analizy wynika, że sprawność działania i efektywność energetyczna pompy ciepła jest tym wyższa, im niższa jest wymagana temperatura zasilania instalacji grzewczej.

Opracował:
Adam Koniszewski
Glen Dimplex Polska