Toplotna pumpa

Toplotna pumpa je sistem koji se sastoji od kompresora, gasa (freona) , isparivača ikondenzatora. Ime toplotna pumpa je proisteklo iz činjenice da prepumpava toplotu sa jednog

mesta na drugo. Kompresor sabija gas u kondenzator, zbog čega mu raste temperatura iprelazi u tečno stanje. Na ovom mestu se vrši oslobađanje toplote, dakle gase se hladi,

predajući toplotu okolini oko kondenzatora. Gas zatim prolazi kroz usku cev, koja se nazivakapilara dalje ka isparivaču koji je znatno širi od kapilare. Na izlasku iz kapilare i ulasku u

isparivač, gas se širi (isparava) i prelazi u gasovito stanje, pri tom uzimajući toplotu okoline okoisparivača.

Dodatak uz prezentaciju rada PREVENCIJA ZALEĐIVANJA MOSTOVA, UVEK DOSTUPAN PUT

dr Miloš Zdravković dipl.ing.el. Dušan Nelki dipl.ing.mašinstva

Toplotna pumpa, kao izvor toplotne energije samo vrsi dogrevanje ili dodatno hladjenjefluida, i na taj nacin za utrosenih 5 KWh elektricne energije, toplotna pumpa proizvede od

15 KWh do 25 KWh toplotne energije. Obzirom na to da je najvise energije potrebno zazagrevanje fluida do nekih 14 celzjusovih stepeni, toplotne pumpe sa lakocom vrse

dogrevanje do zeljene temperature pogodne za grejanje.

Instalacija toplotne pumpe je 20 do 30% skuplja od instalacije klasicnog kotla na cvrstogorivo, gas ili struju, ali se ukupna investicija vraca nakon par godina na osnovu toga stotoplotna pumpa potrosi znatn manje energije od drugih uredjaja za grejanje odredjenog

objekta.

Toplotna pumpaje uređaj pomoću koga se toplotna energija iz jedne sredine prenosi u drugu. Za taj prenostoplotne energije troši se određena energija koja je nekoliko puta manja od prenete.

Tako se za utrošeni 1 kWh električne energije na izlazu dobija ukupna toplotna energija 3-4kWh. Energija dobijena na ovaj način naziva se geotermalna energija. U tehničkoj praksitoplotne pumpe se najčešće koriste za grejanje i hlađenje prostora i rekuperaciju toplotne

energije.

Toplotna pumpa je uređaj koji može toplotnu energiju da trasportuje iz spoljašnje okoline uzgradu ili iz zgrade u spoljašnju okolinu, tako da se u zimskom periodu koristi za grejanje, a uletnjem periodu za hlađenje prostora.

Toplotna energija iz toplih otpadnih voda kao i toplog otpadnog vazduha može da se pomoćutoplotne pumpe vrati i ponovo iskoristi za zagrevanje prostora ili zagrevanje vode. Najčešćeprimene su u industrijskim procesima kao i u hotelskim i banjskim primenama. Ovaj proces zovese rekuperacija energije.

Toplotne pumpe su pravi izbor kada se teži udruživanju uštede troškova grejanja i ekološkeproizvodnje toplote, jer je energija koja je neophodna za rad toplotne pumpe besplatna i naraspolaganju je u neograničenim količinama iz naše okoline. Potrebna je samo struja kaopokretačka energija za toplotne pumpe.

Na taj način ne zavisite od fosilnog goriva i aktivno doprinosite smanjenju emisija CO2 iočuvanju klime.

Toplotnom pumpom se do 80 procenata ukupne potrebe za energijom može upotrebiti veomaefektivno i ekološki. Mora da se upotrebi samo 20 do 30 procenata električne energije. Princip jeisto toliko jednostavan koliko i genijalan: sunčeva toplota koja se nala zi u vazduhu, zemlji ili

podzemnim vodama koristi se za efikasno zagrevanje vode za grejanje.

Naravno ovaj odnos zavisi najviše od temperature izvora toplote i temperature radnogmedijuma koja se želi postići. Najbolji odnos se postiže kod niskotemperatu rnih sistemagrejanja, kao što je podno i panelno grejanje koje radi na temperaturama od 30-45 stepeni iligrejanje fancoil uređajima.

Bitno je napomenuti da je ovaj sistem moguće u letnjem periodu koristiti za hlađenje prostorija

Odavno je opovrgnuta predrasuda da se toplotna pumpa koristi samo za novogradnje. Naprotiv,kod saniranja već postojećih konvencionalnih instalacija na ulje, mazut ili gas toplotnompumpom znatno se može uštedeti na troškovima grejanja i istovremeno smanjenju emisijegasova staklene bašte

Dobijanje ekološke energije

Za dobijanje toplote toplotnom pumpom mogu se koristiti razni prirodni izvori:

-

-

-

-

-

-

podzemne vode

zemne sonde

energetski stubovi

reke i mora

vazduh

otpadne vode i dimni gasovi

Ne može svaki izvor toplote svuda da se koristi

Osnovne varijante toplotnih pumpi

1. U slučaju da je okućnica tj. dvorište dovoljno veliko najčeće seupotrebljava horizontalna petlja, kao što je prikazano na slici broj 1. Neophodno je dapetlja pokriva površinu koja je najmanje dva puta veća od površine objekta koji se greje.

2. Ako dvorište, tj. okućnica nisu dovoljno veliki, onda se koristi vertiklana petlja, čiji izgledje prikazan na slici broj 2. U vertikalnu bušotinu se postavlja cev ili dve ukrštene cevi uobliku slova U. Zavisno od potrebe, odnosno veličine objekta koji se greje na ovaj način,buši se potreban broj bušotina.

3. Ukoliko u okolini objekta postoji veća vodena površina: jezero ili reka onda se i onamože iskoristi za grejanje objekta kao što je prikazano na slici 3.

4. U koliko koristimo toplu podzemnu vodu primenom dva vertikalna bunara, gde se izjednog izvlači voda koja ide ka toplotnoj pumpi a u drugi se vraća voda (slika 4),dobijenu toplotu možemo iskoristiti za grejanje.

Potrebno je napomenuti da se ovakav način retko koristi jer se tako može narušti strukturapodzeminih voda. Takođe se ne može sa sigurnošću utvrditi koliko će bunar iz koga se vodaizvlači biti izdašan i do kada. Problem može da predstavlja i zasićenje bunara u koji se vodavraća.

Izvori toplote

Za rad toplotne pumpe na raspolaganju su izvori toplote iz zemlje, podzemnih voda i okolnogvazduha. Kod pojedinačnog slučaja, u zavisnosti od lokalnih uslova, vrste tla i klimatskih uslovaodabraće se najprikladniji izvor toplote. Što je odabrani izvor toplote kvalitetniji, to ć e kompresortoplotne pumpe biti manje u pogonu, pa će i koeficijent učinka biti veći.

Geotermalni sistemi grejanja koriste toplotu iz zemlje za grejanje i hlađenje. Njihov rad sezasniva na činjenici da je temperatura zemlje na određenoj dubini konstantna tokom čitave

godine.

Primera radi na dubini od 50-tak metara je temperatura približno 14 stepeni Celzijusa. Sastavnideo ovakvog sistema je toplotna pumpa pomoću koje se toplota iz zemlje prepumpava u

porostor koji se greje.

Izvor toplote zemlja - kolektoriZemni kolektor se sastoji od sistema cevi koji se polaže cca. 20 cm ispod granice smrzavanjatla. Cevni sistem se polaže na dubini od 1,2 m do 1,5 m. Na toj dubini tokom cele godine vl adarelativno konstantna temperatura od 5 oC do 15 oC. Zemni kolektor je pogodan za kuće savelikim vrtom. Učinak eksploatacije toplote zavisi od vrste tla. Što je tlo vlažnije to je učinak veći.

Zemlja je vrlo dobar akumulator sunčeve toplote, budući da su temperature na dubini od cca.1,2 - 1,5 metara tokom čitave godine relativno stalne i kreću se između 5ºC i 15ºC. Količinaakomulirane i predate toplote u najvećoj meri zavisi od termofizičkih s vojstava tla i od klimatskihuslova (količina sunčevog zračenja).

Kod postavljanja podzemnih horizontalnih kolektora (plastične cevi) važi nekoliko pravila:

-

--

---

--

-

horizontalni kolektori sastoje se od sistema cevi položenih na dubini cca. 1,5 metara(oko 20 cm ispod granice smrzavanja tla)apsorpcija toplote zavisi od sastava tla, što je tlo vlažnije apsorpcija je većaovaj tip kolektora posebno je prikladan za kuče koje su izgrađene na dovoljno velikimparcelamajedna sekcija cevi ne bi trebala biti duža od 100 metara zbog previsokog pada pritiskasekcije cevi trebaju biti podjednake dužine kako bi se postigli ravnomerni protociukupna površina položenih kolektora mora biti u proseku barem 2 puta veća odstambene površine koju želimo grejati putem toplotne pumpe.na površini zemlje iznad položenih kolektora gradnja nije dozvoljenapravilne dimenzije podzemnog kolektora najvažniji su preduslov za pravilnofunkcionisanje sistemaIzvor toplote zemlja - dubinska sondaUkoliko površina dvorišta nije dovoljno velika za postavljanje površinskih kolektoramoguće je primeniti dubinsku sondu.

U tlu je potrebno napraviti nekoliko bušotina od cca. 100 metara dubine (porodična kuća od 150m2 sa potrebnom snagom grejanja 7,5 kW, ovo je dobro izolovan objekat), potom u nju spustiticevi u paru i potom sve zaliti sa suspenzijom dobre toplotne provodljivosti. Kroz cevi se provodimedij koji na sebe preuzima toplotu tla i potom se vraća drugim krakom na površinu. Akostruktura tla ne dozvoljava verziju dubokih bušotina, moguće je izvesti nekoliko plićih uznapomenu da su dublje sonde manje osetljivije na spoljašnje klimatske promene. Postavljanje iverziju instalacije sonde potrebno je sprovesti u skladu sa zakonom (termička eksploatacijapodzemlja).

Apsorpcija toplote u zavisnosti od sastava tla

Sastav tla

Kompaktno tlo sa udelom preostale vlage

Suvo, nekompaktno tlo

Kompaktno tlo, vlažno

Vodom zasićeni pesak, šljunak

Faktor postavljanja

25 m2/kW

75 m2/kW

25 m2/kW

20 m2/kW

Snaga oduzimanja

30 W/m2

10 W/m2

20-30 W/m2

40 W/m2

Izvor toplote - vazduhOsnovna prednost ovog izvora je izuzetna raspoloživost, dok je nedostatak što je uč inak pumpezavisan od temperature spoljašnjeg vazduha pa je neophodna podrška električnog grejača zaniske spoljašnje temperature.Toplotu spoljašnjeg vazduha takođe je moguće koristiti za rad toplotne pumpe. Spoljašnjivazduh usisava se kroz kanal, potom mu se u isparivaču toplotne pumpe oduzima toplota, pa senakon toga ponovo predaje okolini. Osnovna prednost ovog izvora toplote je naravnojednostavna eksploatacija, dok je osnovni nedostatak činjenica da stepen korisnosti rada ovogmodela toplotne pumpe opada što je temperatura spoljašnjeg vazduha niža. Iz tog razlogatoplotne pumpe su opremljene električnim grejačem koji će pružiti podršku za vreme vrlohladnih dana. Toplotne pumpe vazduh/voda u mogućnosti su da efektivno rade do temperaturespoljašnjeg vazduha od -20º C.Za razliku od toplotnih pumpi zemlja/voda ili voda/voda, kod toplotnih pumpi vazduh/voda usledpada temperature tačke rose ispod zadate vrednosti na kondenzatoru sa jedne strane dolazi dopojave kondenzata ili stvaranja leda. U oba slučaja neophodno je predvideti odvod kondenzata(ca. 2litra/sat).

Izvor toplote - podzemna vodaUkoliko je Vaše zemljište pogodno za tu svrhu, korišćenje podzemnih voda putem usisnog iispusnog izvora podzemne vode može biti vrlo efikasno. Podzemna voda je vrlo dobarrezervoar za dozračenu sunčevu energiju i čak i za vreme zimskih dana održava konstantnutemperaturu između +7 oC i +12 oC.Podzemne vode nema svuda u dovoljnoj količini i odgovarajćeg kvaliteta, međutim tamo gde suuslovi ispunjeni, iskoristivost je velika.Podzemne vode najizdašniji su izvor akomulirane toplote budući da zadržavaju stalnutemperaturu od 8 do 10 C i daju najveći postignuti učinak eksploatacije toplote. Kako bi senavedena toplota mogla iskorišćavati neophodno je imati ek sploatacioni izvor podzemne vode izkojeg se voda transportuje do toplotne pumpe i apsorpcionu bušotinu/bunar u koji se ohlađenavoda vraća nazad. Usisni i ispusni bunar instaliraju se na razmaku od minimalno 15m.Kod korišćenja ovog izvora toplote preporučuje se upotreba dodatnog izmenjivača toplote uslučajevima kada kvalitet podzemnih voda premašuje neke preporučene vrednosti. Osim togaštete koje mogu nastati usled nedovoljnog održavanja primarnog protoka (sakupljanje taloga/mulja ili smrzavanje) kod direktnog pogona bez među izmenjivača mogu biti radikalne.Ugradnja međuizmenjivača ne može sprečiti zaprljanje (korisnik mora konstantno vršiti kontrolufiltera za vodu), ali je primena znatno sigurnija i jednostavnija za održavanje. Međuizmenjivač jemoguće jednostavno rasklopiti i po potrebi očistiti.

Prilikom projektovanja ovakvih sistema potrebno je obratiti pažnju na sledeće:

---

-

osigurati dodatnu količinu podzemnih voda na dubini od cca. 30 metara.maksimalna količina vode koju je moguće iscrpeti i kvalitet vode od velikog su značajausisni bunar za crpljenje vode mora biti postavljen u smeru toka podzemne vode,odnosno ispred ispusnog bunara.eksploatacija toplote podzemnih voda mora biti odobrena od strane službe nadležne zavodoprivredu.

Uporedna analiza troškova za grejanje prosečno izolovanog objekta od 200 m2

Toplotna pumpa je višestruko jeftinija u eksploataciji u odnosu na bilo koji drugi sistemgrejanja.

Rok samootplate toplotne pumpe je oko 3 godine.Grafički to izgleda ovako

Zaključak

Veliki problem ovakvog sistema je njegova cena. Trošak ugradnje može biti amortizovanposle nekoliko godina korišćenja uštedom koja se ostvari po pitanju električne energije.Znači ova vrsta grejanja je fantastična za kupce stanova ali ne i za investiture.Međutimpovećanjem cene za samo 20€/m² investitor ima interes da ugradi toplotnu pumpu.