Zastosowanie odnawialnych źródeł energii. PC „na ścieki”

Rozróżniamy cztery najpopularniejsze systemy pracy pomp ciepła:
* system powietrze/woda,
* system powietrze/powietrze,
* system glikol/woda,
* system woda/woda.
Jednym z najpopularniejszych obecnie systemów jest system glikol/woda. W systemie glikol/woda „dolnym źródłem” jest najczęściej wymiennik gruntowy, przez który przepływa solanka (mieszanka płynu niezamarzającego, zwykle glikolu, z wodą), która podlega ciągłym procesom ogrzewania – w wymienniku, i schładzania – w parowniku. Rozwiązanie konstrukcyjne „dolnego źródła” należy do instalatora. W zależności od zapotrzebowania budynku na ciepło i rodzaju wymiennika udział kosztów inwestycyjnych „dolnego źródła” w całkowitych kosztach centrali grzewczej jest tutaj bardzo duży i dla tak popularnych w ostatnim czasie wymienników gruntowych pionowych (sond ziemnych) przekracza 50%. Zdarzają się w związku z tym sytuacje, gdy inwestor chcąc obniżyć koszty inwestycji, zamawia zbyt mały wymiennik, co grozi sukcesywnym wychładzaniem gruntu otaczającego wymiennik: musi mieć on możliwość regeneracji w okresie letnim. Poprawnie wykonany wymiennik (a więc przy założeniu rocznego czasu pracy sprężarek poniżej 2400 godzin) jest systemem pewnym technicznie i charakteryzującym się niskimi kosztami eksploatacji.

Osadniki ścieków Krótką charakterystykę najpopularniejszego rodzaju „dolnego źródła” dla pomp ciepła podałem, żeby podkreślić zalety wykorzystania ciepła w ściekach komunalnych przesyłanych do oczyszczalni ścieków. Oprócz korzyści technicznych i finansowych liczy się tutaj także aspekt ekologiczny, co przy stworzonych możliwościach dofinansowania nabiera coraz większego znaczenia. Osadniki ścieków, zwane reaktorami biologicznymi, można traktować jak wymiennik gruntowy poziomy o dużym nasączeniu wodą i wyższej, stabilnej temperaturze. Ponieważ temperatura ścieków nie spada poniżej +10şC, temperatura solanki na wlocie do parownika pompy ciepła będzie wynosić co najmniej +3şC. Wartości te są podane z dużym marginesem bezpieczeństwa, gdyż współczynnik wymiany ciepła z gruntu nasączonego wodą jest niższy od współczynnika wymiany woda/woda.
Wymiennik wykonać można z rur PEHD stosowanych w przepompowniach ścieków i przymocować do ścian reaktorów. Najczęściej mamy do czynienia z dwoma reaktorami biologicznymi działającymi zamiennie, dlatego też należy zaprojektować podwójny, poziomy wymiennik gruntowy złożony każdy z maksymalnie 16 stumetrowych pętli. Solanka jest doprowadzana do pompy ciepła jednym przewodem PE od kolektora zbiorczego, do którego należy podłączyć poszczególne pętle. Dzięki wykorzystaniu ciepła ze ścieków praktycznie niemożliwe jest wychłodzenie dolnego źródła.

Istniejące oczyszczalnie ścieków Najczęściej kompleksy lokalnych oczyszczalni ścieków zaopatrywane są w czynnik grzewczy – wodę o parametrach 90/70şC z kotłowni opartej na kotle zasilanym gazem ziemnym doprowadzanym z sieci zewnętrznej. Moc grzewcza takiego kotła nie przekracza 150 kW.
Przed oparciem instalacji grzewczej wyłącznie na pompach ciepła należy dostosować jej parametry do wymagań urządzenia, tzn. niższych parametrów grzewczych oraz mniejszej różnicy temperatur. Jest to możliwe dopiero po sezonie grzewczym, więc nie należy początkowo usuwać kotła grzewczego, który będzie działał w układzie biwalentnym z pompą ciepła i który w późniejszym okresie może służyć jako zapasowe źródło ciepła.

Dobór pompy ciepła Pompa ciepła przetwarzać będzie ciepło zawarte w reaktorach biologicznych na wyższy poziom temperatury. Należy dobrać pompę ciepła glikol/woda o wymaganej mocy grzewczej dla parametrów grzewczych 55/45şC i minimalnych parametrów „dolnego źródła” 3/0şC. Centralę wyposażyć należy w zbiornik buforowy wody grzewczej i zasobnik ciepłej wody użytkowej, ogrzewany pompą ciepła poprzez wymiennik płytowy. Urządzenie powinno mieć możliwość pracy równoległej z istniejącym kotłem gazowym, która nie będzie uzależniona od mocy grzewczej pompy ciepła, lecz od parametrów instalacji grzejnikowej.

Dobór „dolnego źródła ciepła” Trasa połączenia z centralą grzewczą oraz szczegółowe rozwiązania techniczne uwzględniające możliwości montażowe i konstrukcyjne powinny być tematem projektu wykonawczego sporządzonego przez biuro projektów współpracujące ściśle z dostawcą pompy ciepła. Do obliczeń można przyjąć współczynnik efektywności COP od 4,0 do 4,2 przy założeniu temperatur na wejściu do parownika +3şC, a wyjściu ze skraplacza wody grzewczej o temperaturze +55şC.

Ciepła woda użytkowa Na ogół kotłownie wyposażone są w pojemnościowy niewielki podgrzewacz ciepłej wody z wężownicą przystosowaną do kotła gazowego. Ponieważ powierzchnia jej wymiany jest za mała do pompy ciepła, do instalacji należy dobrać zasobnik bez wężownicy połączony z pompą ciepła poprzez wymiennik płytowy. Istniejący podgrzewacz można wykorzystać do okresowego przegrzewu w celu dezynfekcji instalacji poprzez istniejące zasilanie z kotła gazowego.

Energia elektryczna Do rozdzielni elektrycznej w centrali grzewczej należy doprowadzić zasilanie do napędu silników sprężarek i pomp obiegowych. Przy założeniu mocy grzewczej pompy ciepła od 100 do 150 kW, zapotrzebowanie na moc elektryczną wyniesie od 35 do 40 kW, a prąd zabezpieczenia przy uwzględnieniu prądu rozruchowego sprężarek od 150 do 300 A (informacje oparto na podstawie danych technicznych pomp ciepła Alpha-InnoTec).

Koszty
* Koszty ogrzewania
Koszty ogrzewania pompą ciepła w stosunku do ogrzewania kotłem gazowym zależą od cen odpowiednich nośników energii i są trudne do oszacowania, jednakże przy obecnych cenach oszczędności wyniosą ponad 50%. Przy założeniu zapotrzebowania mocy grzewczej od 100 do 150 kW odpowiada to rocznej kwocie od 35 tysięcy do 50 tysięcy złotych.
* Koszty inwestycyjne
Ze względu na niższe koszty wykonania wymiennika „dolnego źródła” ogólne koszty inwestycyjne są niższe niż w systemach gruntowych i wynoszą wraz z pompą ciepła od 100 do 150 kW ok. 270 tysięcy do 350 tysięcy złotych.
Mirosław Kozłow
Fot. z archiwum Hydro-Tech

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf  pdf

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij