Fakultet strojarstva i brodogradnjeFakultet strojarstva i brodogradnjeSveuSveuččiliiliššta u Zagrebu ta u Zagrebu

Radionica na IPA projektu GeothermalMapping

TehniTehniččka ka šškola kola ČČakovec, 20.03.2015.akovec, 20.03.2015.

CILJEVI I PROVEDBA PROJEKTA

dr.sc. Vladimir Soldo, voditelj projekta

Fakultet strojarstva i brodogradnjeFakultet strojarstva i brodogradnjeSveuSveuččiliiliššta u Zagrebu ta u Zagrebu

PrePredstavljenidstavljeni rezultati istrarezultati istražživanja dobiveni su u sklopu projektaivanja dobiveni su u sklopu projektaIIstrastražživanje i promocija plitkih geotermalnih potencijala u RHivanje i promocija plitkih geotermalnih potencijala u RH

Ovaj projekt financiran je od strane Europske unije pod brojem uOvaj projekt financiran je od strane Europske unije pod brojem ugovora govora IPA2007/HR/16IPO/IPA2007/HR/16IPO/001001--040506040506, u iznosu od maksimalno , u iznosu od maksimalno 509509.695,36 EUR.695,36 EUR

Ova publikacija izrađena je uz pomoOva publikacija izrađena je uz pomoćć Europske unije. Europske unije. SadrSadržžaj ove publikacije aj ove publikacije iskljuisključčiva je odgovornost autora i ne odraiva je odgovornost autora i ne odražžava nuava nužžno gledino glediššta Europske unije.ta Europske unije.

Fakultet strojarstva i brodogradnjeFakultet strojarstva i brodogradnjeSveuSveuččiliiliššta u Zagrebu ta u Zagrebu

PRVA RADIONICA u OSIJEKU, 12.06.2014.

DRUGA RADIONICA u ZADRU, 05.02.2015.

4

UVOD

Dizalice topline primjenjuju se u svim veličinama, od onih najmanjih za grijanje stanova, pa sve do sustava koji služe za grijanje čitavih naselja. Većinom se koriste za niskotemperaturne sustave grijanja

Europska direktiva naziva Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of the Council on the promotion of the use of energy from renewable sources svrstava dizalice topline u obnovljive izvore energije u ovisnosti o minimalnoj vrijednosti sezonskog toplinskog množitelja (SPF):

Dizalice topline povezane s tlom plitkih geotermalnih potencijala koriste toplinu zemljine kore u većini slučajeva do 200 m dubine.

Prema broju instaliranih jedinica u svijetu dizalice topline s tlom ili vodom kao izvorom energije bilježe jedan od najbržih porasta u području primjene obnovljivih izvora energije.

Iskustva iz europskih zemalja pokazuju da dolazi ili će doći i u Hrvatskoj do ekspanzije u primjeni dizalica topline u sustavima grijanja i hlađenja.

5

UVOD

EGEC izvješće o instaliranom kapacitetu dizalica topline, 2014

Broj instaliranih dizalica topline u Njemačkoj

6

OPĆENITO O DIZALICAMA TOPLINE - Princip rada kompresijske dizalice topline

Dizalica topline posreduje u prijenosu topline između dva toplinska spremnika: niskotemperaturnog, kojem se toplina odvodi, te visokotemperaturnog, kojem se ta toplina dovodi, uvećana za energiju kompresije.

Sustav dizalice topline sastoji se od tri kruga:

- kruga izvora topline,

- kruga radne tvari i

- kruga ponora topline.

Shematski prikaz dizalice topline u režimu grijanja

Pkomp

kondisp

kond = isp + Pkomp

7

Učinkovitost dizalice topline: COP i SPF dizlice topline

Toplinski množitelj (COP) ili faktor grijanja dizalice topline definiran je izrazom:

komp

kondgr )(

PCOP

Godišnji toplinski množitelj gr,G (Sesonal performance factor - SPF) dizalice topline koristi se za proračun i dimenzioniranje sustava grijanja. Računa se preko sljedećeg izraza:

QGR – godišnja potrebna toplinska energija za grijanje prostora, kWhQPTV – godišnja potrebna toplinska energija za zagrijavanje PTV-a, kWhEsust - ukupna godišnja el. energija utrošena na pogon kompresora, pumpi, ventilatora, pomoćnog grijača, te sustava odleđivanja isparivača, kWh

godsust

godPTVGR

E

QQ

SPF

8

PODZEMNE VODE KAO IZVOR TOPLINE

Dizalica topline vodaDizalica topline voda--voda,voda,HS Produkt Karlovac,HS Produkt Karlovac,Ukupni uUkupni uččinak grijanja 1,6 MWinak grijanja 1,6 MW

DIZALICA TOPLINE VODA-VODA

Norma EN 14511 W10/W35* W10/W55**

Učinak grijanja, kW 11,6 10,9 10,2 9,6

El. snaga, kW 2,1 1,9 3,0 2,7

Faktor grijanja 5,5 5,7 3,5 3,6

Radne toRadne toččke dizalice topline vodake dizalice topline voda--vodavoda prema HRN EN 14511prema HRN EN 14511

9

PRIMJERI IZ PRAKSE - Morska voda kao izvor topline

Dizalica topline u hotelskom kompleksu Punta Skala Zadar Hotel Le Méridien Lav Split koristi dizalicu topline učinka grijanja 3x1,14 MW

Učinak grijanja

3x1,2 MW

10

OKOLIŠNJI ZRAK KAO IZVOR TOPLINE

Najveći i najpristupačniji ogrjevni spremnik topline za dizalice topline.

Loša strana zraka kao izvora topline su varijacije njegove temperature, što znatno utječe na toplinski množitelj dizalice topline.

Problem stvaranje inja i leda na orebrenim sekcijama (oko 0 °C).

U većini slučajeva ugrađuje se pomoćni grijač (ekonomičan rad do ok = -7 °C).

11

Izmjenjivač topline se u tlo polaže najčešće kao dvostruka U cijev.

Učinak vertikalnog izmjenjivača

20 ÷85 W/m

Promjer PE cijevi: 25, 32, 40 mm

Promjer bušotine 80 ÷ 152 mm

Ispuna bušotine: smjesa bentonita i cementa

Toplinska vodljivost tla 1 ÷ 3 W/(m K)

Horizontalno polaganje izmjenjivača

TLO KAO IZVOR TOPLINE

voda+glikol

vertikalnabušotina(izmjenjivač)

ispuna

DIZALICA TOPLINE TLO-VODA

Norma EN 14511 B0/W35* B0/W55**

Učinak grijanja, kW 10,4 10,8 9,5 9,8

El. snaga, kW 2,4 2,4 3,3 3,3

Faktor grijanja 4,4 4,5 2,9 3,0

Primjer: Dizalica topline voda-voda učinka 17,3 kW PE cijevi 32x2,9 mm položene na dubinu 1,7 m Temp. režim na strani glikolne smjese (-1)/3 °C

12

3

2

1

1 - uteg

2 - U cijev

3 - obujmica

Poprečni presjek bušotine

3

2

4

4 - ispuna

152 mm115

Toplinska

sonda sutegom

32

Pilot projekt geotermalne dizalice topline na FSB-u (2009. god)

Znanstvenog projekta koji se provodio uz potporu Ministarstva znanosti, obrazovanja i športa pod nazivom Dizalice topline s korištenje tla kao obnovljivog toplinskog spremnika (voditelj prof. Ćurko), u neposrednoj blizini Laboratorija za toplinu i toplinske uređaje izvedena je bušotina promjera 152 mm, dubine 100 m.

Bušačke radove izvela tvrtka Filbis

13

Mjerenje temperature od 1,5 m do 100 m dubine. U bušotinu je ugrađeno 15 termopara tipa K, ukupne duljine 700 m.

Dosadašnja istraživanja - FSB Zagreb - izvedba dizalice topline s bušotinskim izmjenjivačem topline

Pilot projekt geotermalne dizalice topline na FSB-u

14

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

8 9 10 11

Dep

th [m

]

Temperature [°C]

Nedirnuta temperatura tla,Stochkolm (Acuna, KTH 2010.)

Rezultati mjerenja nedirnute temperature tla

Nedirnuta temperatura tla,Osijek, Strojarska tehnička škola

Osijek, 30.05.2014.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

13 14 15 16 17

Temperatura, °C

Dub

ina, m Cijev gore

Cijev dolje

Nedirnuta temperatura tla po visini bušotineZagreb, Ivana Lučića 5

15

Rezultati mjerenja

Parametri dizalice topline za karakterističan dan, FSB, 02.03.2011.

9,39

8,58

8,34

8,62

5,51

5,22

5,45

8,49

8,94

8,76

6,4310,59

11,57

6,07

5,826,85

7,25

3,30

4,73

4,72

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Soil temperature, °C

Dep

th (

pos

itio

n o

f th

erm

oco

up

le),

m

02 March 2011; 07.00am

02 March 2011; 07.00pm

Mjerene veličine Parametar

07.00 sati 19.00 sati Temp. glikolne smjese – POLAZ, °C 3,86 -1,07 Temp. glikolne smjese – POVRAT, °C 8,74 2,82 Temperatura grijanog prostora, °C 9,61 13,18 Temperatura okoline, °C -0,04 -0,10 Učinci Učinak izmjenjivača u tlu, kW 7,10 5,59 El. snaga kompresora, kW 1,65 1,55 Učinak kondenzatora, kW 8,74 7,13 Toplinski množitelj, - 5,31 4,61

Temperatura tla po visini bušotine, FSB 22.03.2010.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Vrijeme, h

Tem

pera

tura

, °C

Tok, °C10 m5 m50 m40 m1,5 m20 m30 m85 m70 m100 m; T, °C

16

Broj natjeBroj natječčajaaja IPA IIIC, Aktivnost 2.2.1. Fond za ulaganje u znanost i inovacije/SIIF, 2. poziv, FAZA II, IPA2007/HR/16IPO/001-0405, EuropeAid/131920/M/ACT/HR, Grant shema

Naziv projektaNaziv projekta Istraživanje i promocija korištenja plitkih geotermalnih potencijala u RHResearch and the promotion of use of shallow geothermal potential in Croatia

NositeljNositelj Fakultet strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Zagrebu

PartnerPartner Hrvatski geološki institut

SuradniciSuradnici 6 tehničkih škola i jedan institut

Provedbene lokacijeProvedbene lokacije Županije: Osječko-baranjska, Požeško-slavonska, Međimurska, Grad Zagreb, Ličko-senjska, Istarska, Zadarska, Šibensko-kninska

Trajanje projektaTrajanje projekta 24 mjeseca (04.06.2013. – 03.06.2015.)

Vrijednost projektaVrijednost projekta 509.695,36 eur (sufinanciranje 91.133,53 eur; 17,88 %)

IPA PROJEKT - OSNOVNI PODACI: www.geothermalmapping.fsb.hr

Projektni tim: Luka BobanLeon LepošaMarino GrozdekMarko MandićMiroslav RuševljanSrećko ŠvaićBoris HalaszTonko ĆurkoVladimir Soldo

17

CILJEVI PROJEKTA

Osam istražnih lokacija diljem Hrvatske

Cilj - određivanje topliskih potencijala tla na 8 lokacija RH (mapiranje RH) u svrhu dobivanja ulaznih podataka za projektiranje polja bušotina kao izvora/ponora topline za primjenu dizalica topline u sustavima grijanja/hlađenja.

Suradnik (1) Tehnička škola Čakovec

Suradnik (3) Strukovna škola Gospić

Suradnik (4) Strojarska tehnička škola Osijek

Suradnik (6) Tehnička škola Požega

Suradnik (7) Tehnička škola Zadar

Suradnik (2) Srednja strukovna škola kralj Zvonimir Knin

Suradnik (5) Institut za poljoprivredu i turizam Poreč

Nositelj (8) Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb

18

Projekt uključuje:

Bušenje ukupno 7 bušotina dubine 100 m, te jednu dubine 130 m

Uzorkovanje tla (Hrvatski Geološki Institut)

Ugradnja optičkog mjernog kabela u BIT

Ugradnju bušotinskog izmjenjivača topline (BIT)

DTRT (Distributed Thermal Response Test)

Pokretanje mapiranja geotermalnog potencijala tla za potrebe grijanja u

Republici Hrvatskoj

Prijenos znanja i opreme na suradničke institucije, a time i na

buduće generacije!

PROVEDBA PROJEKTA

19

I FAZA: Bušenje i uzimanje jezgre - tvrtka GEOservis A.S.

PROVEDBA PROJEKTA

Bušenje na lokaciji Osijek - 23.04.2014.

Čakovec

Bušenje na lokaciji Zadar

Knin Gospić

20

I FAZA: Bušenje i uzimanje jezgre

Bušenje s uzimanjem jezgre tla od strane bušača i slaganje u za to predviđene kutije (HGI)

Determinacija jezgre od strane HGI (Osijek)

21

I FAZA: Uzorci jezgre s 8 lokacija bušenja

Osijek

Knin Poreč

Gospić

Zagreb

Požega Čakovec

Zadar

22

Polaganje optičkih vlakana unutar/izvan PE cijevi za mjerenje temperature po visini bušotine

II FAZA: Polaganje optičkih vlakana

23

upotreba optičkog kabela za mjerenje temperature –ugradnja unutar U-cijevi mogućnost mjerenja temperature duž bušotine sa maksimalnom razlučivosti do 0,7 m provedba prvog takvog mjerenja u Hrvatskoj

II FAZA: Polaganje optičkih vlakana

Polaganje optičkih vlakana u Osijeku

Polaganje optičkih vlakana u Poreču

Zavarivanje sonde u Čakovcu

24

Testiranje optičkih vlakana i probno mjerenje temperature

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

9 10 11 12

Temperatura [°C]

Dub

ina

[m]

U cijev silazno U cijev uzlazno Srednja temperatura

Nedirnuta temperatura tla,Strukovna škola Gospić

25

Polaganje bušotinskog izmjenjivača topline

Položena toplinska sonda 130 m dubine na lokaciji FSB Zagreb

Polaganje BIT-a 100 m dubine u Tehničkoj školi u Zadru

Polaganje BIT-a 100 m dubine u Tehničkoj školi

u Požegi

26

III FAZA: Mjerenje toplinskih svojstava tla DTRT metodom

Spajanje TRT uređaja u Gospiću

Mjerenja u Kninu,

19.03.2015.

Mjerenja u Čakovcu

27

Zavarivanje optičkih kabela,Tehnička škola Zadar

III FAZA: Mjerenje toplinskih svojstava tla DTRT metodom

28

Vrijednosti koje se dobiju mjerenjem toplinskog odziva tla: - toplinska provodnost tla λ, W/(m*K)

- unutarnji otpor bušotine Rb (m*K)/W

ULAZNI PODACI ZA DIMENZINIRANJE ULAZNI PODACI ZA DIMENZINIRANJE POLJA BUPOLJA BUŠŠOTINAOTINA

QQH,ndH,nd, Q, QC,ndC,nd

III FAZA: Mjerenje toplinskih svojstava tla DTRT metodom

6 m

6 m

Toplinska provodnost tla λ, W/(m*K)Neometana temperatura tla tla, °C

29

IV. Faza: OPREMANJE ŠKOLA DIZALICOM TOPLINE I PUŠTANJE SUSTAVA U RAD

Mogućnost rada dizalice topline u režimu grijanja i hlađenja

- Dizalica topline proizvođača FrigoPlus (Sesvete) 8,6 kW u režimu grijanja (prekretni ventil)- Cirkulacijska pumpa izvora topline, pumpa međuspremnika, eks posude.

30

A = 320 m2gr = 12 kWqspec= 80 kWh/(m2 god)

DT tlo-vodaSPF = 3,873,7 % OIE

PLAN BUDUĆIH ISTRAŽIVANJA

31

Lokacija: Varaždin

Neto površina: 195 m2

QHnd: 19,97 kWh/(m2god)

Toplinski gubici: 7 kW

Dizalica topline: Viessmann Vitocal 300-G, 8 kW, voda/voda

SPF= 4,4 (77,3 % OIE)Akumulacijski spremnik: 500 lit.

Spremnik sanitarne vode: 300 lit.

Cijevni vakuumski kolektori: 9 m2

Podno grijanje/hlađenje (pasivno)

Ventilacija: rekuperator s podzemnim izmjenjivačem

Fotonaponska elektrana: još nije izvedena

Primjer iz PRAKSE - obiteljska kuća Grđan

32

CILJEVI PROJEKTA i PLAN DALNJIH ISTRAŽIVANJA

Određivanje topliskih potencijala tla – pokretanje mapiranja RH dobivanje ulaznih podataka za projektiranje polja bušotina kao izvora/ponora topline za primjenu dizalica topline u sustavima grijanja/hlađenja, smjernice za projektiranje

Održivo korištenje energije tla – poznavanje svojstava podzemlja, modeliranje nestacionarnih promjena u tlu i određivanje vremena rada sustava

Promocija tehnologije dizalica topline

Opremanje sustava dizalice topline s mjernom opremom, te mjerenje godišnje učinkovitosti sustava u režimu grijanja - SPF

Postavljanje standarda za ispitivanje plitkih geotermalnih potencijala

33

HVALA NA PAŽNJI!

dr.sc. Vladimir Soldo, izv.prof.e-mail: vladimir.soldo@fsb.hr; tel: 01 6168235

Fakultet strojarstva i brodogradnje, Sveučilišta u ZagrebuIvana Lučića 5, Zagreb