VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA STRUKOVNIH STUDIJA KRAGUJEVAC

Studijski program: motori i vozilaPredmet : Toplotni uređaji i postrojenja

SEMINARSKI RADTEMA:

TOPLOTNE PUMPE

Prefesor: Student:mr Miroslav Marinković Ljubisa Stanković 183/2011

SADRŽAJ:

1. Toplotne pumpe.......................................................................32. Energija vazduha.....................................................................53. Tipovi kolektora......................................................................74. Energija vode.................................................................. ........95. Zaključak.................................................................................10

2

Toplotne pumpe

Princip rada toplotne pumpe je vrlo jednostavan. On se ogleda u korišćenju toplotne energije našeg okruženja. Toplotna pumpa koristi energiju vazduha, vode, podzemnih voda da bi vršila hlađenje ili grejanje vašeg objekta.

Ime „toplotne pumpe“ je izvedeno od reči toplota i pumpa koje u svom originalnom značenju predstavljaju premeštanje toplotne energije sa jednog prostora na drugi. U režimu hlađenja toplotna pumpa hladi vodu koja cirkuliše kroz cevi unutar objekta a sakupljenu toplotnu energiju izbacuje u spoljašnji prostor. Toplotna pumpa radi na približno istom principu kao i kudni rashladni aparati (npr. frižider i klima). Razlika je samo u smeru u kome se vrši predavanje toplotne energije. Zadatak uređaja je da automatski drži temperaturu u odgovarajudem opsegu, u objektu tokom godine, svejedno da li to bilo hlađenje (leti) ili grejanje (zimi). Principijelno, nema razlike u procesu rada uređaja prilikom grejanja ili hlađenja objekta.

Uređaj koji koristi princip rada toplotnih pumpi je prvi put prikazan 1834. godine. Jacob Perkins, američki inženjer, dizajnirao je uređaj koji proizvodi kocke leda i to je bila preteča modernih isparivačkih sistema. 1926. godine General Eletric je napravio sistem rada toplotne pumpe na osnovu kojih funkcionišu i današnji moderni uređaji. Svima je poznato da naftni lobi još uvek drži svoje pozicije, pa je to još jedan razlog zašto ova „zelena“ tehnologija nije doživela ekspanziju u nivou koji opravdano zaslužuje.

Grejanje i hlađenje korišdenjem 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 kaže da svi objekti izgrađeni posle 2015-te godine moraju da imaju energetski efikasan sistem grejanja i hlađenja koji se pored sličnih mahom zasniva na geotermalnoj energiji (toplotnim pumpama).

3

Sistem grejanja toplotnim pumpama sastoji se od izvora toplotne energije, same toplotne pumpe isistema za distribuiranje i čuvanje toplotne energije.

1.Toplotna energija koja se uzima iz okoline (obično, temperature se kredu u intervalu +7°C do +14°C) ulazi u isparivač pumpe. U cevi se nalazi gas R407c koji preuzima tu energiju. Ovaj gas zadržava svoje stanje čak i na temperaturama ispod nule.

2.Gas zatim ulazi u kompresor i podiže se na viši pritisak što dovodi do značajnog povedanja njegove temperature (uglavnom +90-95°C, mada može i više).

3. Unutar zatvorenog sistema izmenjivač toplote vrši 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, čime se pritisak vrada u početno stanje. Potom se gas vrada u isparivač gde proces počinje ponovo.

4

ENERGIJA VAZDUHA

Za razliku od korišdenja energije zemlje i podzemne vode vazduh je sklon velikim godišnjim oscilacijama. Vazduh kao energent se koristi na jako velikim objektima (gde nema dovoljne količine podzemne vode niti dovoljno velike površine za zemljane sonde ili kolektore) ili na objektima koji nemaju nikakvu okolnu površinu. Projektovanje sistema koji kao energent koristi vazduh je nešto komplikovaniji zbogoscilacija kapaciteta toplotne pumpe.

Problem:

Toplotne pumpe koje kao energent koriste vazduh:1. smanjuju kapacitet padom spoljne temperature u režimu grejanja i2. smanjuju kapacitet povećanjem spoljne temperature u režimu hlađenja.Kapacitet pumpe u mnogome zavisi i od vlage spoljnog vazduha (u režimu grejanja).

Rešenje:

Uzedemo za primer objekat kome je potrebno 12,2kW energije na -15°C spoljnje temperature.Proračunom dobijamo:1. Na 0°C objekat ima potrebu za 7kW a pumpa daje 16,9kW2. Na -5°C objekat ima potrebu za 9kW a pumpa daje 15,0kW3. Na -15°C objekat ima potrebu za 12,2kW a pumpa daje 12,1kW

Grafički to izgleda ovako :

5

Ova toplotna pumpa dakle odgovara potrebama objekta za grejanjem do temperature -15°C.Postavlja se logično pitanje - da li vršiti projektovanje za temperature niže od -15°C?Odgovor je ne. Dovoljno je staviti električne grejače za predgrevanje spoljašnjeg vazduha da bi omogudili pumpi da zadovoljava temperature i do -25°C. Stavljanje električnih grejača smanjuje efikasnost toplotne pumpe, ali gledajudi grafik potrebne energije za Niš (slika ispod) vidimo da Niš ima prosečno samo oko 6 sati godišnje temperatura ispod -15°C.

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.

6

TIPOVI KOLEKTORA

Sistemi zemlja-voda koriste energiju iz energetskog potencijala zemlje putem sondi visoko energetskog potencijala.Prema izgledu prostora gde de se vršiti postavljanje kolektora bira se jedan od načina postavljanja sondi:

7

8

ENERGIJA VODE

Kada se govori o vodi kao toplotnom izvoru za toplotne pumpe, misli se na toplotnu energiju površinskih (potoka, reka, kanala, jezera, mora), podzemnih ili otpadnih voda. Ona potiče od sunčeve energije ili raznih procesa (u slučaju podzemnih voda). Osnovni značaj vode kao toplotnog izvora je srazmerno konstantna temperatura cele godine. Voda se iz jedne bušotine (usisne), vodene površine ili vodotoka crpi, a kroz drugu (utisnu ili povratnu) vrada u podzemne slojeve, vodenu površinu ili vodotok.Takođe u slučaju površinskih voda, sistem može biti izveden kao kod energije zemlje gde se na dno (jezera, reke, mora) postavljaju kolektori. Kod sistema toplotnih pumpi koje eksploatišu vodu dobija se veoma visok koeficijent energetske efikasnosti.

U Srbiji temperatura podzemne vode u toku cele godine se krede u rasponu od +10°C do +15°C što ovaj sistem čine dodatno pogodnim za eksploataciju u našim krajevima.Toplotna pumpa ne menja fizičke, hemijske i bakteriološke karakteristike podzemnih voda! Zimi toplotna pumpa uzima energiju iz podzemne vode (temperatura vode utisnog bunara je za 4-6 stepeni niža od temperature vode usisnom bunaru), a leti daje energiju podzemnoj vodi (temperatura vode utisnog bunara je za 4-6 stepeni viša od temperature vode usisnog bunara). Godišnji 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. može se koristiti kako za grejanje i hlađenje objekta, tako i za pripremanje tople vode u objektu (bojleri, zagrevanje bazenske vode i tako dalje)3. sistem omogudava pasivno hladjenje objekta (free-cooling)

9

ZAKLJUČAK

Mala toplotna purapa sa manje od 3 kW grejnog kapaciteta je dovoljna da odr-žava ventilisanu kuću toplom i da održava zdravu unutrašnju klimu. U isto vreme, tatoplotna pumpa je u stanju da proizvodi toplu vodu za domaćinstvo tokom cele godi-ne. I za proizvodnju toplote za grejanje i tople vode, otpadni vazduh služi kao izvor toplote. Prenego što se desi smrzavanje isparivača, toplotna pumpa prekida grejanjei radi ispod temperature smrzavanja samo kao toplotna pumpa za grejanje vode. Takoradi jevtina i jednostavna toplotna pumpa. Kada grejanje nije uopšte više potrebno,toplotna pumpa radi i dalje kao generator tople vode.Da bi se kondenzacija držala sniženom, a time smanjile potrebe za energijom,razmenjivač toplote na usisu se uključuje za vreme proizvodnje tople vode, što pove-ćava entalpiju pregrevanja i temperaturu na potisu. U vezi sa propilenom R1270 kaorashladnim fluidom, toplotna pumpa pokazuje najnepovoljniji koeficijent grejanja odoko 3,3 za grejanje vazduha i 3,1 za grejanje vode. Uzimajući u obzir poboljšanje ko-eficijenta grejanja na višim temperaturama sredine i pozitivne uticaje vlažnog vazdu-ha u otpadnom vazduhu, prosečni koeficijent grejanja toplotne pumpe mogao bi bitivisok čak 4,0. To je nesumnjivo dobar rezultat.

10