Chłodnictwo i pompy ciepła
Cena: 95.00 zł
autor: | MARIAN RUBIK |
ISBN: | 978-83-64094-66-8 |
Wydawnictwo: | Dom Wydawniczy MEDIUM Wydawnictwo |
Ilość stron: | 460 |
Wydanie: | 2020 |
Format: | 16x23 cm |
Oprawa: | MIĘKKA |
Przedmowa
Chłodnictwo jest dziedziną techniki charakteryzującą się bardzo szybkim rozwojem. Najważniejszymi i najczęstszymi obszarami zastosowania techniki chłodniczej są obecnie: klimatyzacja, transport oraz przechowywanie łatwo psujących się produktów spożywczych.
Chłodzenie odpowiada za 8% emisji gazów cieplarnianych i przewiduje
się, że do 2050 r. udział ten wzrośnie do 15%, jeśli nie zostaną
wprowadzone na rynek oszczędniejsze technologie.
Urządzenia chłodnicze zużywają obecnie 20% całej energii elektrycznej wytwarzanej na świecie.
Przewiduje się, że jeżeli utrzymają się tendencje rozwojowe „business
as usual”, to zapotrzebowanie na chłodzenie w sektorze mieszkaniowym UE w
roku 2050 będzie czterokrotnie wyższe niż w roku 2015, a do roku 2030 podwoi się liczba klimatyzatorów i lodówek.
Ponadto do 2050 roku ok. 80% Europejczyków będzie mieszkać w budynkach
zlokalizowanych na obszarach miejskich, przy czym budynki mieszkalne i
użyteczności publicznej będą wyposażone w systemy klimatyzacji (źródło:
Danfoss).
System klimatyzacji, połączony z układem chłodzenia, staje
się również w Polsce koniecznym elementem technicznego wyposażenia
budynków. Jest to spowodowane różnymi przyczynami, między
innymi poprawą izolacyjności i szczelności budynków, co w połączeniu z
ich zwiększonym nasyceniem sprzętem elektrycznym i elektronicznym
sprawia, że konieczne jest odprowadzanie nadmiaru ciepła z pomieszczeń, a
zatem ich chłodzenie. Problem ten znalazł odbicie w dyrektywie
europejskiej 2002/91/WE – w punkcie 18 przedmowy stwierdzono, że
ostatnie lata pokazały wzrost ilości systemów klimatyzacji w krajach południowej Europy.
Stwarza to istotne problemy w okresach szczytowego obciążenia
energetycznego, zwiększając koszty elektryczności i psując bilans
energetyczny w tych krajach. Powinno się dać priorytet strategiom
poprawiającym charakterystyki energetyczne budynków w okresie lata. W
tym celu powinien nastąpić dalszy rozwój pasywnych technologii
chłodzenia, a przede wszystkim tych poprawiających warunki klimatyczne
wnętrz oraz mikroklimat wokół budynków.
Rosnące obciążenie cieplne pomieszczeń, a więc konieczność
ich chłodzenia, stanowi obecnie jeden z poważniejszych problemów
energetycznych, gdyż energią napędową urządzeń chłodniczych stosowanych powszechnie w klimatyzacji jest energia elektryczna.
Urządzenia chłodnicze zasilające instalacje klimatyzacyjne
eksploatowane są stosunkowo krótko w ciągu roku i żeby zwiększyć ich
efektywność energetyczną, celowe jest ich wykorzystanie poza sezonem chłodzenia, np. jako pompy ciepła
wytwarzające ciepło do ogrzewania pomieszczeń lub przygotowania ciepłej
wody. Na podstawie analizy tendencji rozwoju źródeł ciepła na potrzeby
ogrzewania oraz przygotowania ciepłej wody można stwierdzić, że w bieżącym stuleciu nastąpi ogromny przyrost instalacji z pompami ciepła.
Wynika to z eksploatacyjnych właściwości tych urządzeń oraz
konieczności ograniczenia stosowania konwencjonalnych źródeł ciepła
wykorzystujących paliwa kopalne (nieodnawialne). Pompy ciepła to urządzenia grzewcze
nowej generacji, które dzięki wykorzystaniu odnawialnych zasobów ciepła
osiągają najwyższe sprawności energetyczne i zaliczane są do klas energetycznych A++, a nawet A+++, przy czym w ostatnich trzech dekadach efektywność pomp ciepła wzrosła prawie dwukrotnie.
Analizując trendy występujące w instalacjach budowlanych i systemach
energetycznych krajów europejskich oraz cele polityki
klimatyczno-energetycznej Unii Europejskiej, można założyć, że w najbliższych dziesięcioleciach w naszym kraju nastąpią istotne zmiany w dziedzinie instalacji budowlanych oraz dotychczasowego systemu energetycznego.
Dotyczy to również sektora produkcji ciepła i chłodu ze względu na
konieczność dekarbonizacji procesów ich wytwarzania. Według badań
Instytutu Ekonomii Środowiska ok. 70% budynków jednorodzinnych w Polsce wykorzystuje do ogrzewania kotły grzewcze na paliwa stałe.
Na tej podstawie można stwierdzić, że jest to ok. 3,5 mln kotłów
opalanych w większości węglem kamiennym i/lub drewnem. Z jednej strony
problem stanowią przestarzałe urządzenia niespełniające żadnych
standardów emisyjnych, a z drugiej strony niska jakość paliwa spalanego w
tych urządzeniach. Brak jakichkolwiek urządzeń do oczyszczania
spalin i przestarzała technologia spalania sprawiają, że do atmosfery
emitowane są ogromne ilości dwutlenku węgla, substancji toksycznych
(a w nich kancerogennego benzo(a)pirenu) oraz pyłów zawieszonych (PM2,5
i PM10). Uciążliwości tej tzw. niskiej emisji mogą być znacznie
ograniczone dzięki stosowaniu pomp ciepła. Ponadto pompy ciepła, które
większość ciepła pobierają z odnawialnych zasobów otoczenia, będą
odgrywać kluczową rolę w budynkach o niemal zerowym zużyciu energii – zgodnie z wymogami dyrektywy EPBD (2010/31/UE) już od początku
2019 roku nowe budynki zajmowane przez władze publiczne i należące do
nich powinny być obiektami o niemal zerowym zużyciu energii. Od
roku 2021 wymagania te mają dotyczyć wszystkich nowych budynków.
Istotne znaczenie będą miały pompy ciepła w technologiach smart grid
(systemy inteligentnego sterowania siecią energetyczną) oraz smart home
(inteligentne domy). Dzięki zastosowaniu rozwiązań smart grid można będzie zwiększyć efektywność sieci energetycznych
oraz niezawodność i bezpieczeństwo poszczególnych ogniw łańcucha dostaw
energii, a także zracjonalizować użytkowanie energii, ciepła i chłodu.
W ostatnich latach duże zmiany nastąpiły w zakresie stosowanych czynników chłodniczych oraz napędów maszyn roboczych
stanowiących elementy instalacji chłodniczych i klimatyzacyjnych, co
wywołało z kolei zmiany rozwiązań całych instalacji. Równocześnie
obserwuje się wzrost znaczenia sorpcyjnych urządzeń chłodniczych, które umożliwiają wykorzystanie do ich napędu niskotemperaturowego ciepła z odnawialnych źródeł oraz ciepła odpadowego (trójgeneracja, a właściwie kogeneracja podwojona).
Wszystkie te zagadnienia opisano w książce. Podano w niej podstawy teoretyczne techniki chłodniczej w zakresie niezbędnym do poznania i zrozumienia procesów
zachodzących w urządzeniach chłodniczych i pompach ciepła oraz ich
wpływu na efektywność energetyczną, niezawodność i bezpieczeństwo
eksploatacji, a także na środowisko, gdyż obecnie często to
aspekty ekologiczne decydują o wyborze rozwiązania instalacji. Jednak
sama wiedza teoretyczna, która powinna być przyswajana w okresie nauki,
nie wystarcza do tego, aby być dobrym i kreatywnym inżynierem – wiedzę
tę trzeba uzupełnić odpowiednią praktyką.
Pisząc tę książkę, starałem się pamiętać o dwóch celnych
stwierdzeniach: „Nie ma nic bardziej praktycznego niż dobra teoria”
Ludwiga Bolzmanna oraz „Wiedza jest skarbem, a praktyka jest kluczem do
niego” Feliksa Feldheima. Teoria i praktyka są naturalnymi
sprzymierzeńcami i uzupełniając się, przynoszą sobie nawzajem korzyści,
gdyż nauka wynika z praktyki, a dobra praktyka z teorii. Aby
ułatwić i przyspieszyć przyszłym inżynierom nabycie umiejętności
praktycznych oraz wykazać ścisły związek między teorią i praktyką, w
książce przytoczono, w miarę możliwości „wzięte z życia”, przykłady,
które stanowią ilustrację często błahych i prozaicznych błędów
popełnianych w praktyce. Jednak liczba tych przykładów jest niewielka z
powodu ograniczeń w odniesieniu do objętości książki.
Rozwój nauk informacyjnych sprawił, że współczesny inżynier ma do dyspozycji wiele programów komputerowych, które ułatwiają i przyspieszają proces projektowania.
Jednak należy pamiętać o tym, że są to tylko narzędzia ułatwiające
pracę, a wszelkie kluczowe decyzje dotyczące wyboru optymalnych i
innowacyjnych rozwiązań podejmuje człowiek. W aspekcie tych decyzji bardzo
ważną rolę odgrywa znajomość historii rozwoju techniki chłodniczej,
która ułatwia ocenę meandrów postępu technicznego, jak np. w przypadku
czynników chłodniczych.
Mam nadzieję, że treść książki, która według wstępnych założeń miała być podręcznikiem, ułatwi Czytelnikowi poznanie nie tylko zasad działania i eksploatacji urządzeń chłodniczych i pomp ciepła, ale, spełniając zadania zawarte w nazwie „podręcznik”, który powinien być zawsze dostępny („pod ręką”), umożliwi znalezienie odpowiedzi na wiele problemów, które mogą się pojawić w praktyce.
Uprzejmie proszę o wszelkie uwagi i sugestie dotyczące książki.
Proszę również o to, aby autor książki pozostał w pamięci Czytelników
jako człowiek ciepły; wprawdzie z tytułu książki wieje chłodem, lecz w
drugiej części jej tytułu znajduje się wyraz ciepło, którego źródłem są
nie tylko pompy ciepła, ale przede wszystkim ludzka pamięć i życzliwość.
Kończąc przedmowę, pragnę podziękować wszystkim, którzy przyczynili
się do wydania książki, a szczególnie kolegom z Zakładu Klimatyzacji i
Ogrzewnictwa Wydziału Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii
Środowiska Politechniki Warszawskiej: dr. Piotrowi Ziętkowi i dr.
Michałowi Sobierajowi oraz p. Pawłowi Lachmanowi, twórcy i prezesowi
Polskiej Organizacji Rozwoju Technologii Pomp Ciepła, za zgodę na
wykorzystanie materiałów PORT PC. Dziękuję również p. Bogusławie
Wiewiórowskiej-Paradowskiej, p. Waldemarowi Jońcowi, p. Agnieszce
Orysiak oraz p. Michałowi Grodzkiemu i pracownikom Grupy MEDIUM Sp. z
o.o. Sp.k. za trud włożony w przygotowanie i wydanie książki.
Marian Rubik, Warszawa, październik 2019
O Autorze
Studia wyższe ukończył w 1962 r. na Politechnice Warszawskiej,
uzyskując tytuł mgr. inż., przy czym tematem magisterskiej pracy
dyplomowej była „Analiza
możliwości i projekt instalacji ogrzewania schroniska górskiego za pomocą pompy ciepła systemu W/W”.
Stopień naukowy doktora nauk technicznych uzyskał w 1973 r.
na PW po obronie rozprawy pt. „Wymiana ciepła i masy w zmiennym polu
ciśnienia”. Od 1961 r. zatrudniony w Zakładzie Urządzeń
Kotłowych i Gospodarki Cieplnej, a od 1970 r. w Instytucie Ogrzewnictwa i
Wentylacji PW jako asystent, starszy asystent i adiunkt. Dr
inż. Marian Rubik prowadził zajęcia na studiach stacjonarnych i
niestacjonarnych oraz studiach podyplomowych wydziałowych i
międzywydziałowych: „Klimatyzacja i sterowanie w obiektach
telekomunikacyjnych”, „Ciepłownictwo i ogrzewnictwo”, „Wentylacja i
klimatyzacja”, „Klimatyzacja i chłodnictwo”, „Ciepłownictwo i
ogrzewnictwo z auditingiem energetycznym”, „Inżynieria gazownictwa”,
„Mechaniczne konstrukcje w telekomunikacji”; był również wykładowcą na
kursach i szkoleniach organizowanych przez COB-PBP BISTYP, COB-PBO,
COBRTI INSTAL, NAPE, Ośrodek Rzeczoznawstwa i Postępu
Organizacyjno-Technicznego SIMP, Fundację Rozwoju Ciepłownictwa „Unia
Ciepłownictwa” i inne instytucje. W latach 1981–1996 wicedyrektor IOW
ds. dydaktyki, a w latach 1996–2005, do momentu przejścia na emeryturę,
dyrektor instytutu. Promotor ok. 350 prac dyplomowych inżynierskich i
magisterskich, autor ok. 20 książek i skryptów wyróżnionych nagrodami I, II i III stopnia Ministrów: Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Budownictwa i Przemysłu Materiałów Budowlanych. Autor
ok. 210 artykułów i referatów oraz redaktor naukowy ok. 40 książek i
podręczników z dziedziny ciepłownictwa, ogrzewnictwa, wentylacji i
klimatyzacji.
W okresie 1992–2000 był delegatem Polski do L'Institut International du Froid (członek komisji E1/IIF).
W latach 1993–1998 przewodniczący Normalizacyjnej Komisji Problemowej
nr 174 ds. Ciepłownictwa, Ogrzewnictwa i Wentylacji PKN, w latach 1998–
2014 Komitetu Technicznego nr 279 ds. Ciepłownictwa, Ogrzewnictwa i
Wentylacji PKN, a od 2014 Komitetu Technicznego nr 316 ds. Ciepłownictwa
i Ogrzewnictwa (nadal). Od r. 1995 recenzent w Centrum Innowacji FST
NOT w Warszawie (liczba recenzji – ok. 50). Od kwietnia 2011 r.
przewodniczący Rady Naukowo-Programowej w Polskiej Organizacji Rozwoju
Technologii Pomp Ciepła.
Głównym obszarem działalności zawodowej i naukowej Autora
jest technika chłodnicza w klimatyzacji, zastosowanie pomp ciepła w
technice instalacyjnej, trójgeneracja, wykorzystanie
systemów ciepłowniczych w okresie letnim do zasilania urządzeń
chłodniczych instalacji klimatyzacyjnych, niezawodność urządzeń
chłodniczych, racjonalizacja wykorzystania ciepła, chłodu i energii
elektrycznej, intensyfikacja procesów wymiany ciepła i masy w technice
chłodniczej i klimatyzacyjnej, niekonwencjonalne źródła ciepła i energii.
Ważniejsze publikacje: Technika chłodnicza w klimatyzacji (współautor),
Chłodnictwo (PWN, 1985), Central supply of big urban agglomerations
with heating and cooling energy – Kongres Clima-2000, Milano, 3–5 marzo
1975, Pompy ciepła. Poradnik Warszawa 1996, Warszawa 1999, Warszawa
2006), Pompy ciepła w systemach geotermii niskotemperaturowej (Multico,
Warszawa 2011), Energetyczne i ekologiczne korzyści wykorzystania ciepła
sieciowego do produkcji chłodu, Intensyfikacja procesów wymiany ciepła i
masy w aparaturze ogrzewczo-wentylacyjnej i inne.
Ważniejsze prace i opinie związane z zastosowaniem pomp ciepła i odnawialnych źródeł energii:
CPBR 6.4. Oszczędne technologie budowlane. Zadanie 5.4.: Zastosowanie
pomp ciepła do ogrzewania budynków. ITB Warszawa; PR-5. Zastosowanie
pomp ciepła w systemach ciepłowniczych. Energoprojekt Warszawa; Analiza
podsumowująca krajowe prace, doświadczenia i osiągnięcia w dziedzinie
wykorzystania pomp ciepła dla celów ogrzewania i wytwarzania c.w.u. –
Ministerstwo Gospodarki Przestrzennej; Projekt Badawczy STEP
Termomodernizacja budynków użyteczności publicznej zgodna z zasadami
zrównoważonego rozwoju; Świątynia Bożej Opatrzności w Warszawie,
Europejskie Centrum Solidarności w Gdańsku, Europejskie Centrum Zdrowia w
Otwocku, Muzeum Romantyzmu w Opinogórze, Opinia na temat
technologicznej i technicznej innowacyjności koncepcji projektu nr
2304155 Powierzchniowej Stacji Klimatyzacyjnej i Stacji Agregatów
Prądotwórczych pracujących w układzie trigeneracji na terenie szybu R-XI
w Grodowcu gmina Grębocice (KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG „Rudna),
ekspert w projekcie nr WNDPOIG.01.04.00-14-250/11-HPSG Heat Pump SMART
GRID – innowacyjny system grzewczo‐klimatyzacyjny; ekspert w projekcie
POIG.01.03.01-00-071/12 Opracowanie i konstrukcja regulatora pompy
ciepła typu powietrze‐woda; ekspert w projekcie GEKON nr NCBiR:
GEKON1/O2/213728/39/2015 nr proj. PW513/00433/1110/70.020001; tytuł
projektu: Opracowanie technologii wytwarzania kompaktowych ogrzewaczy
ciepłej wody użytkowej z pompą ciepła.
powrót do Chłodnictwo i pompy ciepła ->