Chłodnictwo i pompy ciepła wyd. 2023

Chłodnictwo i pompy ciepła wyd. 2023

wydanie III rozszerzone

Kolejne wydanie bestsellerowej książki dr. inż. Mariana Rubika ?Chłodnictwo i pompy ciepła? już w sprzedaży! W niniejszym trzecim wydaniu książki nowością jest rozdział pt. ?Wybrane zagadnienia eksploatacji oraz obsługi instalacji chłodniczych i pomp ciepła?.

Spis treści

Przedmowa do trzeciego wydania / 10
Wykaz ważniejszych oznaczeń / 13

1. Teoretyczne podstawy chłodnictwa / 14
1.1. Pojęcia podstawowe / 14
1.2. Teoretyczne podstawy chłodnictwa / 17

2. Obiegi sprężarkowych chłodziarek i pomp ciepła / 25
2.1. Chłodziarki gazowe / 25
2.2. Parowe chłodziarki i pompy ciepła / 31
2.2.1. Teoretyczne obiegi chłodziarek i pomp ciepła / 31
2.2.2. Metody zmniejszania strat dławienia / 37
2.2.3. Rzeczywiste obiegi chłodziarek i pomp ciepła / 46
2.2.4. Obiegi kaskadowe i nadkrytyczne / 48
2.2.5. Obiegi ze sprężarkami strumienicowymi / 54
2.3. Komputerowe wspomaganie obliczeń obiegów chłodniczych / 60

3. Sorpcyjne chłodziarki i pompy ciepła / 62
3.1. Podstawy teoretyczne / 62
3.2. Amoniakalne, absorpcyjne chłodziarki i pompy ciepła / 68
3.3. Bromolitowe, absorpcyjne chłodziarki i pompy ciepła / 77
3.4. Chłodziarki adsorpcyjne /82

4. Inne technologie chłodzenia i ogrzewania / 84
4.1. Termoelektryczne chłodziarki i pompy ciepła / 84
4.2. Inne technologie chłodziarek i pomp ciepła / 88
4.3. Układy poligeneracyjne / 92

5. Czynniki chłodnicze, nośniki chłodu i oleje smarowe / 107
5.1. Czynniki chłodnicze / 107
5.1.1. Historia rozwoju czynników chłodniczych i ich oznaczanie / 108
5.1.2. Wybrane właściwości czynników chłodniczych / 113
5.1.3. Wpływ czynników chłodniczych na środowisko globalne i lokalne / 118
5.1.4. Regulacje prawne dotyczące stosowania czynników chłodniczych / 126
5.1.5. Wpływ polityki energetyczno-klimatycznej UE na technikę chłodniczą / 130
5.2. Nośniki chłodu / 136
5.3. Oleje smarowe / 144

6. Elementy składowe chłodziarek i pomp ciepła / 149
6.1. Sprężarki / 149
6.1.1. Rozwiązania konstrukcyjne / 149
6.1.2. Napędy sprężarek i regulacja prędkości obrotowej wału / 171
6.2. Wymienniki ciepła / 176
6.2.1. Wpływ procesów wymiany ciepła w wymiennikach na efektywność energetyczną chłodziarek i pomp ciepła / 176
6.2.2. Klasyfikacja i konstrukcja wymienników ciepła / 179
6.2.3. Charakterystyki statyczne wymienników ciepła / 198
6.3. Elementy rozprężne / 202
6.4. Przewody: materiały, połączenia i prowadzenie rur, wykrywanie nieszczelności / 211
6.5. Armatura i urządzenia pomocnicze / 225
6.5.1. Armatura / 225
6.5.2. Filtry-odwilżacze czynnika chłodniczego / 228
6.5.3. Wzierniki / 230
6.5.4. Odolejacze / 232
6.5.5. Zbiorniki ciekłego czynnika / 233
6.5.6. Wyłączniki ciśnieniowe i temperaturowe (presostaty i termostaty) / 234
6.5.7. Filtry / 235
6.5.8. Tłumiki drgań i hałasów / 236
6.6. Regulatory i sterowniki / 238

7. Regulacja sprężarkowych urządzeń chłodniczych i pomp ciepła / 249
7.1. Samoregulacja w sprężarkowych urządzeniach chłodniczych / 249
7.2. Regulacja wydajności sprężarek chłodniczych i grzejnych / 251
7.2.1. Regulacja dwustanowa (włącz/wyłącz) / 251
7.2.2. Regulacja przez zmianę liczby pracujących cylindrów w sprężarkach tłokowych lub?liczby sprężarek w zespołach wielosprężarkowych / 255
7.2.3. Regulacja przez zmianę prędkości obrotowej wału sprężarek / 256
7.2.4. Regulacja upustowa / 262
7.2.5. Regulacja przez dławienie ciśnienia pary w przewodzie ssawnym / 262
7.2.6. Inne metody regulacji wydajności / 264
7.2.7. Porównanie metod regulacji wydajności pod względem energetycznym / 265
7.3. Regulacja wymienników ciepła / 266
7.3.1. Parowacze / 266
7.3.2. Skraplacze / 267

8. Zespoły (agregaty) chłodnicze/grzewcze / 270
8.1. Sprężarkowe zespoły (agregaty) chłodnicze / 270
8.2. Sprężarkowe zespoły (agregaty) skraplające / 272
8.3. Kompletne zespoły (agregaty) chłodnicze/grzewcze / 275
8.3.1. Sprężarkowe wytwornice wody lodowej / 276
8.3.2. Absorpcyjne wytwornice wody lodowej / 292
8.3.3. Ocena cech użytkowych wytwornic wody lodowej / 294

9. Systemy chłodzenia/ogrzewania obiektów / 300
9.1. Systemy bezpośrednie / 301
9.1.1. Urządzenia do bezpośredniego chłodzenia/ogrzewania / 301
9.1.2. Systemy VRV (VRF) / 313
9.1.3. Ograniczenia w stosowaniu bezpośrednich systemów chłodzenia/ogrzewania / 322
9.2. Systemy pośrednie / 323
9.3. Systemy z pętlą wodną (WLHP ? WET) / 334
9.4. Instalacje nośników chłodu / 336

10. Wyparne chłodzenie wody i powietrza / 339
10.1. Wyparne chłodzenie wody / 339
10.1.1. Obliczenia cieplne otwartej chłodni wieżowej / 339
10.1.2. Budowa chłodni wieżowych / 343
10.1.3. Jakość wody w układach chłodzenia i metody jej korekcji / 349
10.2. Wyparne chłodzenie powietrza / 352

11. Pompy ciepła / 355
11.1. Chłodziarka a pompa ciepła ? podobieństwa i różnice / 355
11.2. Klasyfikacja, oznaczanie, budowa i charakterystyki pomp ciepła / 359
11.2.1. Klasyfikacja i oznaczanie / 359
11.2.2. Budowa pomp ciepła / 361
11.2.3. Charakterystyki sprężarkowych pomp ciepła / 367
11.3. Pompy ciepła w systemach ogrzewania i klimatyzacji / 377
11.3.1. Dolne źródła pomp ciepła i instalacje do pozyskiwania ciepła niskotemperaturowego / 378
11.3.2. Współpraca sprężarkowych pomp ciepła z instalacjami odbiorczymi / 398
11.4. Energetyczne, ekologiczne i ekonomiczne aspekty stosowania pomp ciepła / 406
11.4.1. Aspekty energetyczne / 407
11.4.2. Aspekty ekologiczne / 409
11.4.3. Aspekty ekonomiczne  425
11.5. Pompy ciepła w Polsce / 434

12. Niezawodność i trwałość instalacji chłodniczych i pomp ciepła / 447
12.1. Informacje ogólne i podstawowe definicje / 447
12.2. Niezawodność i trwałość instalacji chłodniczych i pomp ciepła / 450
12.2.1. Informacje ogólne / 450
12.2.2. Agregaty sprężarkowe / 452
12.2.3. Wymienniki ciepła / 458
12.2.4. Elementy rozprężne / 460
12.2.5. Rurociągi czynnika chłodniczego / 461
12.2.6. Czynniki chłodnicze / 465
12.2.7. Urządzenia sterujące (sterowniki) / 466
12.3. Niezawodność i trwałość mebli chłodniczych / 467
12.4. Ogólne zalecenia dotyczące zapewnienia niezawodności i trwałości instalacji chłodniczych i pomp ciepła / 468
Bibliografia do rozdz. 12 470

13. Wybrane aspekty wymiany ciepła w przeponowych wymiennikach urządzeń chłodniczych
i pomp ciepła / 472
13.1. Uwagi ogólne / 472
13.2. Sprawność wymienników ciepła / 472
13.3. Intensyfikacja procesów wymiany ciepła / 478
13.3.1. Intensyfikacja konwekcyjnych procesów wymiany ciepła / 483
13.3.2. Intensyfikacja wymiany ciepła w procesach przemian fazowych / 489
13.4. Skutki intensyfikacji procesów w wymiennikach ciepła / 506
Bibliografia do rozdz. 13 508

14. Wybrane zagadnienia eksploatacji oraz obsługi instalacji chłodniczych i pomp ciepła / 510
14.1. Definicje i zagadnienia ogólne / 510
14.2. Bezpieczeństwo eksploatacji urządzeń/instalacji chłodniczych i pomp ciepła / 513
14.3. Eksploatacja i obsługa urządzeń chłodniczych w systemach klimatyzacji / 522
14.3.1. Ogólne zasady obsługi, eksploatacji i kontroli urządzeń chłodniczych / 522
14.3.2. Rozruch, eksploatacja i obsługa sprężarkowych wytwornic wody lodowej (WWL) oraz?instalacji wody lodowej / 524
14.4. Czynniki chłodnicze/robocze i oleje w instalacjach chłodniczych / 535
14.5. Eksploatacja i obsługa elementów instalacji wody lodowej i obiegowej / 541
14.5.1. Rurociągi / 541
14.5.2. Armatura odcinająca, odpowietrzniki, zawory spustowe, filtry, separatory / 543
14.5.3. Urządzenia i armatura zabezpieczająca / 543
14.5.4. Sprzęgła hydrauliczne i zbiorniki buforowe / 545
14.5.5. Pompy obiegowe / 546
14.6. Okresowa kontrola bezpośrednich systemów chłodzenia budynków / 548
14.6.1. Procedura kontroli / 550
14.6.2. Zalecenia dotyczące zakresu kontroli / 556
14.6.3. Kontrola urządzeń chłodniczych i klimatyzacyjnych / 558
14.7. Instalacje z pompami ciepła ? najczęstsze zakłócenia w eksploatacji, ich prawdopodobne przyczyny i sposoby usuwania / 560
14.7.1. Informacje wstępne / 560
14.7.2. Zakłócenia spowodowane błędnym doborem mocy grzewczej pompy ciepła / 563
14.7.3. Zakłócenia w eksploatacji instalacji dolnego źródła ciepła / 564
Bibliografia do rozdz. 14 / 569

15. Przykłady obliczeniowe / 571
Bibliografia / 598

Załączniki: wykresy i tablice właściwości czynników chłodniczych, roztworów roboczych i nośników chłodu/ciepła / 604

Wykaz firm oraz instytucji, których materiały techniczne wykorzystano w książce / 642

Przedmowa do trzeciego wydania

Przedstawiam Szanownym Czytelnikom trzecie wydanie książki ?Chłodnictwo i pompy ciepła?, ukazujące się po trzech latach od wydania pierwszego. Tak szybkie wznowienie książki technicznej stanowi bez wątpienia sukces nie tylko autora, ale i Wydawcy, tj. Grupy MEDIUM. Dziękuję wszystkim pracownikom wydawnictwa, a szczególnie p. Bogusławie Wiewiórowskiej-Paradowskiej, p. Agnieszce Orysiak oraz panom: Michałowi Grodzkiemu i Waldemarowi Jońcowi za życzliwość i wyrozumiałość podczas żmudnej pracy edytorskiej. Oczywiście sukces ten nie byłby możliwy bez udziału szerokiego grona Czytelników i nabywców tej publikacji, która w dobie wszechwładnie panującego internetu oraz mediów społecznościowych, gdy zanika czytelnictwo i z mieszkań usuwane są regały, a książki stały się przeżytkiem lub tłem na wizji ?zdalnych? wykładowców lub telewizyjnych celebrytów, nadal cieszy się zainteresowaniem.

Nasuwa się zatem pytanie: jakie są przyczyny tak dużego zainteresowania tą książką? Niewątpliwie jedną z nich jest tytuł, w którym znalazło się wyrażenie pompy ciepła. Urządzenia te, i to nie tylko grzewcze, za sprawą europejskiej (Fit for 55) i światowej polityki klimatyczno-energetycznej zmierzającej do uzyskania w stosunkowo krótkim czasie neutralności klimatycznej w wyniku ograniczenia zużycia paliw kopalnych oraz zastąpienia ich odnawialnymi zasobami ciepła i energii, stają się również w Polsce podstawowym elementem instalacji w budynkach nowych i modernizowanych. Sprzedaż pomp ciepła wzrosła w Europie w 2021 r. o rekordowe 34% (wg danych EHPA z 12 lipca 2022 r.). W 21 krajach europejskich sprzedano 2,18 mln sztuk tych urządzeń ? prawie 560 tys. więcej niż w 2020 r. W rezultacie całkowita liczba pomp ciepła zainstalowanych w UE wyniosła 16,98?mln, co stanowi ok. 14% całego rynku urządzeń grzewczych. Pompy ciepła eksploatowane na terenie Unii umożliwiły ograniczenie emisji CO2 o ponad 44 mln ton ? to nieco więcej niż roczna emisja dwutlenku węgla w Irlandii.

W Polsce pompy ciepła znalazły w 2022 r. ponad 200 tys. nabywców (p. rys. 11.95), co stawia nas w europejskiej czołówce, gdyż liczba sprzedanych urządzeń odniesiona do 1000 obywateli naszego kraju była większa niż w przypadku dwóch kluczowych rynków pomp ciepła ? Niemiec i Wielkiej Brytanii. W niedalekiej przyszłości nasz kraj, za sprawą dwóch firm wiodących w branży nowoczesnych urządzeń grzewczych i chłodniczych, stanie się dużym producentem pomp ciepła w Europie. Firma ­Viessmann w lipcu 2022 r. rozpoczęła w Legnicy budowę nowoczesnej fabryki pomp ciepła o powierzchni ok. 50 000 m2 ? jej koszt wyniesie ok. 200?mln euro, a po rozpoczęciu produkcji w 2023 r. zatrudnienie znajdzie przy niej ponad 1700 osób. Z kolei firma Daikin Europe N.V. zbuduje na terenie Łódzkiej Specjalnej Strefy Ekonomicznej (w gminie Ksawerów) największą w Europie fabrykę pomp ciepła, o powierzchni hal produkcyjnych 110 000 m2. Wartość tej inwestycji wyniesie ponad 300?mln euro, a po uruchomieniu produkcji w lipcu 2024 r. pracę w nowym zakładzie podejmie ponad 1000 osób.

Rozwój rynku pomp ciepła w Polsce przyspiesza również dzięki rządowym programom wsparcia, zmierzającym do dekarbonizacji i elektryfikacji budownictwa oraz zastąpienia pompami ciepła konwencjonalnych urządzeń grzewczych. Obok programów funkcjonujących już od kilku lat pojawiają się nowe ? 19 lipca 2022 r. ruszył program ?Czyste Powietrze Plus?, w ramach którego na wymianę starych kotłów i pieców węglowych oraz kompleksową termomodernizację beneficjenci otrzymają dofinansowanie o 10 tys. zł wyższe niż w dotychczasowym programie ?Czyste Powietrze?, a w przypadku osób o niskich dochodach kwota dotacji może wzrosnąć nawet do 70 tys. zł. Ponadto 21 lipca 2022 r. NFOŚiGW uruchomił program ?Ciepłe Mieszkanie?, w którym przewidziano dofinansowanie wymiany tzw. kopciuchów i poprawę efektywności energetycznej lokali mieszkalnych w budynkach wielorodzinnych. Budżet tego programu wynosi 1,4 mld zł, a przeciętna wysokość dotacji przypadająca na jeden lokal uzależniona będzie od dochodów beneficjenta i wyniesie od 15 tys. do nawet 37,5 tys. zł.

Świadczy to o rosnącym znaczeniu pomp ciepła na rynku ekologicznych źródeł ciepła i, co zrozumiałe, coraz większym zainteresowaniu społeczeństwa tymi urządzeniami. A także wyjaśnia sukces niniejszej książki, wydanej we właściwym czasie i miejscu. I to pomimo pewnej niekonsekwencji w działaniu jej autora, który w zakończeniu przedmowy do pierwszego wydania już niejako pożegnał się z Czytelnikami. Jednak po roku, dzięki ich zainteresowaniu, ukazało się drugie wydanie, w którym rozwinąłem myśl sformułowaną przy okazji pierwszej edycji: ?pisząc tę książkę, starałem się uwzględnić dwa stwierdzenia: Ludwiga Boltzmanna ? Nie ma nic bardziej praktycznego niż dobra teoria oraz Feliksa Feldheima ? Wiedza jest skarbem, a praktyka jest kluczem do niego?. Zatem nauka (teoria) i praktyka są naturalnymi sprzymierzeńcami i uzupełniając się wzajemnie, przynoszą Czytelnikom korzyści. Nauka wynika z praktyki, a dobra praktyka z teorii. Aby ułatwić pracę przyszłym inżynierom i przyspieszyć nabycie umiejętności praktycznych oraz wykazać ścisły związek między teorią i praktyką, w książce przytoczono w miarę możliwości ?wzięte z życia? przykłady, stanowiące ilustrację często błahych i prozaicznych błędów popełnianych w trakcie projektowania, budowy i eksploatacji urządzeń oraz instalacji. Liczba tych przykładów była jednak stosunkowo niewielka z powodu ograniczeń dotyczących pierwotnej objętości książki. Natomiast w jej drugiej edycji znalazły się rozdziały dotyczące niezawodności urządzeń oraz intensyfikacji procesów wymiany ciepła i masy w urządzeniach chłodniczych i pompach ciepła, przykłady obliczeniowe, a także dodatkowe materiały pomocnicze w formie załączników.

W niniejszym trzecim wydaniu książki nowością jest rozdział pt. ?Wybrane zagadnienia eksploatacji oraz obsługi instalacji chłodniczych i pomp ciepła? ? jego tematyka nawiązuje bezpośrednio do przedstawionych powyżej sentencji. Użytkowanie urządzeń oraz instalacji dostarcza bowiem wielu przydatnych informacji, stanowiących pewną namiastkę praktyki. Już w V wieku p.n.e. Protagoras z Abdery stwierdził, że Nie liczy się teoria bez praktyki ani praktyka bez teorii! Eksploatacja instalacji, których okres życia (LC) jest kilkadziesiąt razy dłuższy niż czas potrzebny do ich zaprojektowania i wykonania, umożliwia praktyczną ocenę przyjętych rozwiązań projektowych, technologicznych i materiałowych zarówno pod względem technicznym, jak i ekologicznym. Urządzenia chłodnicze, grzewcze (pompy ciepła) i klimatyzacyjne, a mówiąc ogólnie: instalacje budowlane stanowią równocześnie znaczącą część majątku narodowego i ich poprawna eksploatacja oraz każda racjonalna modernizacja lub modyfikacja mogą przynieść znaczne korzyści energetyczne i ekologiczne, nie wspominając już o ekonomicznych. Współczesne urządzenia są projektowane i budowane tak, aby zapewnić bezpieczną i niezawodną eksploatację pod warunkiem ich poprawnej obsługi, serwisu i konserwacji, a są to czynności wykonywane (lub przynajmniej powinny) przez osoby odpowiednio przygotowane. I to właśnie ten nieelegancko brzmiący czynnik ludzki stanowi słabe, a według wyników niektórych badań najsłabsze ogniwo w cyklu życia urządzeń i instalacji. Ludzie odpowiadają bezpośrednio za ponad 40% poważnych wypadków stanowiących zagrożenie dla życia i zdrowia użytkowników instalacji, a także jakości przechowywanych produktów. Przyczyną tego jest przede wszystkim nieprzygotowanie personelu, jego niefrasobliwość, nieznajomość wymagań zawartych w instrukcjach obsługi oraz lekceważenie warunków bhp ? a czasem wszystkie te czynniki się kumulują, doprowadzając niektórych fachowców do pychy zawodowej. Zagadnienia te stanowią treść nowego, czternastego rozdziału..."

Marian Rubik
Pomiechówek, luty 2023 r.

rok wydania: 2023, wydanie trzecie rozszerzone
ISBN: 978-83-64094-66-8
ilość stron: 642
format:16x23 cm
oprawa: miękka