COP vs. GUE

Dział: Artykuły | Data dodania: 16.12.11 12:47:00

W odpowiedzi na pytania dotyczące różnic między COP a GUE przedstawiamy artykuł, w którym przybliżymy znaczenie tych dwóch tajemniczych współczynników.

Sprawność  

W czasie gdy urządzenia wytwarzały energię spalając paliwo, do określenia bilansu energetycznego wystarczyła definicja sprawności. Mówiła ona jaką część energii z ciepła spalania uzyskamy po spaleniu paliwa na wykonanie efektywnej pracy. Można to wytłumaczyć w ten sposób, że w 1 kg węgla znajduje się energia 30 MJ. Jeżeli go spalimy to możemy uzyskać 12 MJ – 40% do wykonania pracy (np. wytworzenie prądu przez generator), a pozostałe 60% (18 MJ) stracimy. Te 40% to nasza sprawność. W oczywisty sposób wartość sprawności nie może przekraczać 100%. 

 

Współczynnik wydajności COP

Gdy pojawiły się sprężarkowe pompy ciepła (SPC), które działają na kompletnie innej zasadzie niż proste spalanie paliwa, stworzono specjalnie dla nich inną definicję określającą bilans energii, a mianowicie współczynnik wydajności COP (ang. Coefficient of Performance). Spróbujemy w prosty sposób pokazać przepływ energii przez pompę ciepła. Przy COP = 4 na 1 kWh el pobieramy 3 kWh z otoczenia. Dolnym źródłem może być grunt albo powietrze atmosferyczne. Aby oddać to ciepło do wody grzewczej sprężarka w pompie ciepła podnosi ciśnienie czynnika, przez co „wkłada” do niego kolejną 1 kWh. W sumie do wody grzewczej możemy oddać 4 kWh energii.

E_el – Energia elektryczna pobrana z sieci i użyta na sprężenie czynnika
Q –  energia pobrana z dolnego źródła

Widać, że nasza przykładowa pompa ciepła ma współczynnika COP równy 4. Na wielkość współczynnika największy wpływ ma różnica temperatur pomiędzy źródłem dolnym, a wodą grzewczą. 

 

Współczynnik efektywności wykorzystania gazu GUE
Firma ROBUR opracowała technologię gazowych absorpcyjnych pomp ciepła. Najkrócej rzecz ujmując sprężanie następuje metodą termiczną przez dostarczenie czynnikowi ciepła ze spalania gazu. Jak widać w przeciwieństwie do sprężarkowych pomp ciepła te nie wykorzystują do procesu energii elektrycznej ok. 0,9 kW to jest całość energii pobieranej z sieci tzn. przez pompę roztworu, wentylator, automatykę itp. Stąd też na określenie efektywności stworzono kolejny współczynnik jakim jest „efektywność wykorzystania gazu” G.U.E. (ang. Gas Utilization Efficiency).

Przybliżmy w prosty sposób obliczenia G.U.E. Czynnikiem chłodniczym w gazowej absorpcyjnej pompie ciepła jest amoniak. Pobiera on 0,7 kWh energii z gruntu. Do napędu układu używane jest ciepło ze spalonego gazu, które później wykorzystujemy. Więc dla GUE = 1,7 na jedną kWh z gazu odbieramy 0,7 kWh z otoczenia.  W efekcie do wody grzewczej możemy dostarczyć 1,7 kWh energii.  

E_gaz – energia ze spalania gazu użyta na sprężenie amoniaku
Q – ciepło pobrane z dolnego źródła

Wedle wzoru GUE w podanym przykładzie wynosi (1+0,7)/1 = 1,7.

Powyżej przedstawiliśmy bardziej teoretyczne rozważania, które ułatwiają zrozumienie współczynnika GUE. Spójrzmy na bardziej praktyczne dane. Gazowa absorpcyjna powietrzna pompa ciepła GAHP-A jest zasilana gazem ziemnym. Spala ona 2,72 m³/h gazu. Stąd można policzyć, że jej moc palnika wynosi ok. 25,2 kW. Nominalna wartość mocy dla parametru A7/W50 (temperatura powietrza 7 °C i wody grzewczej 50 °C) to 38,3 kW – jest to energia pobrana z ziemi plus energia dostarczona przez palnik gazowy. W tym wypadku GUE wynosi 38,3 / 25,5 = 1,52.


COP vs. GUE vs. koszt użytkowania pompy ciepła
Tym co najbardziej interesuje inwestorów jest koszt związany z użytkowaniem pompy ciepła. Porównanie kosztów dwóch technologii – sprężarkowej z gazową absorpcyjną wymaga znalezienia wspólnego odnośnika COP do GUE. Najlepiej jest zdefiniować koszt 1 kWh energii ciepła uzyskana z pompy. O ile w SPC sprawa jest prosta – znamy dokładnie cenę prądu za kilowatogodzinę, o tyle cena gazu podawana jest za metry sześcienne. W SPC liczymy ile prądu z „gniazdka” pochłania wytworzenie 1 kWh ciepła, a w GAHP ile m³ gazu zużywa pompa na wytworzenie 1 kWh energii cieplnej. 

Czerpiąc energię zasilania z prądu w bardzo małym stopniu wykorzystujemy energię pierwotną zgromadzoną w paliwach kopalnych. Biorąc pod uwagę sprawność bloków energetycznych i kiepski stan polskiej sieci energetycznej do „gniazdka” przeciętnego użytkownika dociera w najlepszym wypadku 37% energii potencjalnie zawartej w paliwie. W pompach GAHP paliwo gazowe spalane jest na miejscu, a energia pierwotna jest wykorzystywana prawie w całości ze sprawnością palnika gazowego. Wykorzystanie energii pierwotnej przez pompy GAHP jest dużo bardziej efektywne niż w SPC, a straty są znacząco mniejsze.

---

Komentarze

---

---