TOPLOTNE PUMPE

Princip rada toplotne pumpe je vrlo jednostavan. On se ogleda u koridenju toplotne energije naeg okruenja. Toplotna pumpa koristi energiju vazduha, vode, podzemnih voda da bi vrila hlaenje ili grejanje vaeg objekta.

Ime toplotne pumpe je izvedeno od rei toplota i pumpa koje u svom originalnom znaenju

predstavljaju premetanje toplotne energije sa jednog prostora na drugi.

U reimu hlaenja toplotna pumpa hladi vodu koja cirkulie kroz cevi unutar objekta a sakupljenu

toplotnu energiju izbacuje u spoljanji prostor.

Toplotna pumpa je ureaj koji, po definiciji apsorbuje toplotnu energiju sa jedne lokacije (spoljni

izvori energije) i premeta je na drugu lokaciju (objekat koji se greje ili hladi). Za vedinu kudnih i

komercijalnih primena, dva najbitnija reima rada su hlaenje i grejanje.

Toplotna pumpa radi na priblino istom principu kao i kudni rashladni aparati (npr. friider i klima).

Razlika je samo u smeru u kome se vri predavanje toplotne energije. Zadatak ureaja je da automatski

dri temperaturu u odgovarajudem opsegu, u objektu tokom godine, svejedno da li to bilo hlaenje (leti)

ili grejanje (zimi). Principijelno, nema razlike u procesu rada ureaja prilikom grejanja ili hlaenja

objekta.

Koristi jedan od osnovnih zakona termodinamike da energija se nemoe ni stvoriti ni unititi ved samo

da promeni svoj oblik i svoje mesto postojanja. Toplotne pumpe NE proizvode energiju samostalno.

Sama toplotna pumpa nede imati nikakvog dejstva ukoliko nije prikljuena na izvor energije tipa zemlje,

vode ili vazduha. Toplotna pumpa de doprineti njenom najboljem i najjevtinijem iskoridenju.

Naziv toplotne pumpe je relativno nova fraza za vedinu ljudi u poslovima grejanja i hlaenja i kao

takva prvi put se uvodi na trite osamdesetih godina prolog veka. Ipak, toplotna pumpa je samo drugi

nain za redi rashladni ureaj sa kojima se stalno sredemo tipa kudnih friidera, klima ureaja, rashladnih

vitrina i mnogih drugih. Ovi ureaji mogu punim pravom da se nazovu toplotnim pumpama jer rade na

principu uzimanja toplote na jednom mestu i premetanja na drugo. Ipak, dobili su naziv rashladni

ureaji po svojoj primarnoj funkciji hlaenja. Primer nam je friider koji hladi hranu tako to oslobaa

toplotu na svojoj zadnjoj strani (reetke). Mnogi su primetili toplotnu energiju koja se tu oslobaa i

verovatno se pitali kako mogu da je iskoriste. U reimu grejanja one hlade vodu ili vazduh u spoljanjem

prostoru i tako sakupljenu toplotnu energiju prenose u unutranji prostor koji grejemo. Nadamo se da

smo vam sa ovih par reenica pribliili nain rada i misteriju oko proizvodnje toplotne energije ni iz

ega.

Ureaj koji koristi princip rada toplotnih pumpi je prvi put prikazan 1834. godine. Jacob Perkins,

ameriki inenjer, dizajnirao je ureaj koji proizvodi kocke leda i to je bila pretea modernih isparivakih

sistema. 1926. godine General Eletric je napravio sistem rada toplotne pumpe na osnovu kojih

funkcioniu i dananji moderni ureaji. Svima je poznato da naftni lobi jo uvek dri svoje pozicije, pa je

to jo jedan razlog zato ova zelena tehnologija nije doivela ekspanziju u nivou koji opravdano

zasluuje.

Grejanje i hlaenje koridenjem toplotnih pumpi predstavljaju primarni pravac u svetu i evropskoj uniji

skokom cena energenata u poslednjih par godina. Naime, evropska unija je napravila normative u kojima

se kae da svi objekti izgraeni posle 2015-te godine moraju da imaju energetski efikasan sistem

grejanja i hlaenja koji se pored slinih mahom zasniva na geotermalnoj energiji (toplotnim pumpama).

Sistem grejanja toplotnim pumpama sastoji se od izvora toplotne energije, same toplotne pumpe i

sistema za distribuiranje i uvanje toplotne energije.

1.

Toplotna energija koja se uzima iz okoline (obino, temperature se kredu u intervalu +7C do +14C)

ulazi u ispariva pumpe. U cevi se nalazi gas R407c koji preuzima tu energiju. Ovaj gas zadrava svoje

stanje ak i na temperaturama ispod nule.

2.

Gas zatim ulazi u kompresor i podie se na vii pritisak to dovodi do znaajnog povedanja njegove

temperature (uglavnom +90-95C, mada moe i vie).

3. Unutar zatvorenog sistema izmenjiva toplote vri predavanje toplote gasa na sistem za grejanje.

4.

Zahvaljujudi predaji toplotne energije gas se vrada na prvobitnu temperaturu koji se zatim dovodi do

ekspanzionog suda i ventila, ime se pritisak vrada u poetno stanje. Potom se gas vrada u ispariva

gde proces poinje ponovo.

Energija vazduha

Za razliku od koridenja energije zemlje i podzemne vode vazduh je sklon velikim godinjim oscilacijama.

Vazduh kao energent se koristi na jako velikim objektima (gde nema dovoljne koliine podzemne vode

niti dovoljno velike povrine za zemljane sonde ili kolektore) ili na objektima koji nemaju nikakvu okolnu

povrinu.Projektovanje sistema koji kao energent koristi vazduh je neto komplikovaniji zbog

oscilacija kapaciteta toplotne pumpe.

Problem

Toplotne pumpe koje kao energent koriste vazduh:

1. smanjuju kapacitet padom spoljne temperature u reimu grejanja i

2. smanjuju kapacitet povedanjem spoljne temperature u reimu hlaenja.

Kapacitet pumpe u mnogome zavisi i od vlage spoljnog vazduha (u reimu grejanja).

Reenje:

Uzedemo za primer objekat kome je potrebno 12,2kW energije na -15C spoljnje temperature.

Proraunom dobijamo:

1. Na 0C objekat ima potrebu za 7kW a pumpa daje 16,9kW

2. Na -5C objekat ima potrebu za 9kW a pumpa daje 15,0kW

3. Na -15C objekat ima potrebu za 12,2kW a pumpa daje 12,1kW

Grafiki to izgleda ovako:

Ova toplotna pumpa dakle odgovara potrebama objekta za grejanjem do temperature -15C.

Postavlja se logino pitanje - da li vriti projektovanje za temperature nie od -15C?

Odgovor je ne. Dovoljno je staviti elektrine grejae za predgrevanje spoljanjeg vazduha da bi omogudili

pumpi da zadovoljava temperature i do -25C. Stavljanje elektrinih grejaa smanjuje efikasnost toplotne

pumpe, ali gledajudi grafik potrebne energije za Ni (slika ispod) vidimo da Ni ima proseno samo oko 6

sati godinje temperatura ispod -15C.

Efikasnost: Toplotna pumpa koja kao energent koristi vazduh je manje efikasna od toplotnih pumpi koje koriste energiju zemlje i energiju vode. Ipak, ona je i dalje efikasnija od svih ostalih sistema klimatizacije.

Tipovi kolektora

Sistemi zemlja-voda koriste energiju iz energetskog potencijala zemlje putem sondi visoko energetskog

potencijala.

Prema izgledu prostora gde de se vriti postavljanje kolektora bira se jedan od naina postavljanja sondi:

1. vodoravno kolektorsko polje sa serijski povezanim cevima

2. vodoravno kolektorsko polje sa paralelno povezanim cevima

3. kanalski kolektor (u jarku)

4. spiralni kolektor (Slinky izvoenje)

5. spiralni kolektor (Svec izvoenje)

6. vertikalne sonde

7. korpa kolektori

Sastav tla

Prema sastavu tla i prema procenjenoj godinjoj koliini rada toplotne pumpe dimenzionie se povrina i

dubina (1,5-2m) kolektora tj dubina sondi.

Napomena: Tabela je data na osnovu proraunatog (prema sastavu tla) specifinog odavanja toplote tla

30W/kvm za 1800 sati rada pumpe godinje. Tabela varira od objekta do objekta.

Prema nainu razmene energije biraju se dva sistema: glikol voda (standardno rasprostranjeno reenje

manjeg uinka) i

Direktna ekspanzija:

Gas R407C se direktno alje preko sonde u zemlju i tako razmenom energije preuzima toplotu ili

hladnodu zemlje u zavisnosti od reima rada (grejanje ili hlaenje). Iz jedne vertikalne sonde duine 35-

37m crpi se 3,5-4,5kW energije u zavisnosti od sastava tla. Svaku sondu kontrolie toplotna pumpa uz

pogon iz njenog kompresora gde se energija crpi iz najizdanije sonde to je automatski regulisano

sklopom toplotne pumpe.

Ovim jedinstvenim sistemom na naem tritu dobijamo sledede pogodnosti:

25% je efikasniji od sonde punjene glikol vodom, jer je izbegnuta naknadna primopredaja energije

usled ega se javljaju toplotni gubici.

ovaj sistem je povoljniji u startnoj investiciji od sondi punjenih glikol vodom.

Energija vode

Kada se govori o vodi kao toplotnom izvoru za toplotne pumpe, misli se na toplotnu energiju povrinskih (potoka, reka, kanala, jezera, mora), podzemnih ili otpadnih voda. Ona potie od suneve energije ili raznih procesa (u sluaju podzemnih voda). Osnovni znaaj vode kao toplotnog izvora je srazmerno konstantna temperatura cele godine.

Voda se iz jedne buotine (usisne), vodene povrine ili vodotoka

crpi, a kroz drugu (utisnu ili povratnu) vrada u podzemne slojeve,

vodenu povrinu ili vodotok.

Takoe u sluaju povrinskih voda, sistem moe biti izveden kao

kod energije zemlje gde se na dno (jezera, reke, mora) postavljaju kolektori. Kod sistema toplotnih

pumpi koje eksploatiu vodu dobija se veoma visok koeficijent energetske efikasnosti. U Srbiji

temperatura podzemne vode u toku cele godine se krede u rasponu od +10C do +15C to ovaj sistem

ine dodatno pogodnim za eksploataciju u naim krajevima.

Toplotna pumpa ne menja fizike, hemijske i bakterioloke karakteristike podzemnih voda! Zimi toplotna pumpa uzima energiju iz podzemne vode (temperatura vode utisnog bunara je za 4-6 stepeni nia od temperature vode usisnom bunaru), a leti daje energiju podzemnoj vodi (temperatura vode utisnog bunara je za 4-6 stepeni via od temperature vode usisnog bunara). Godinji energetski bilans toplotne pumpe prema podzemnim vodama je jednak nuli (koliko uzme zimi, toliko vrati leti).

Podzemne vode kao izvor energije (karakteristike)

1. minimalne temperaturne oscilacije tokom godine.

2. moe se koristiti kako za grejanje i hlaenje objekta, tako i za pripremanje tople vode u objektu

(bojleri, zagrevanje bazenske vode i tako dalje)

3. sistem omogudava pasivno hladjenje objekta (free-cooling)