Toplotna pumpa

Faze rada toplotne pumpe

Toplotna pumpa je uređaj

pomoću koga se toplotna energija iz jedne sredine prenosi u drugu.

Za taj prenos toplotne energije troši se određena energija koja je nekoliko puta manja od prenete.

U tehničkoj praksi toplotne 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 u zgradu ili iz zgrade u spoljašnju okolinu, tako da se u zimskom periodu koristi za grejanje, a u letnjem periodu za hlađenje prostora.

Toplotna energija iz toplih otpadnih voda može da se pomoću toplotne pumpe vrati i ponovo iskoristi za zagrevanje prostora ili zagrevanje vode. Najčešće primene su u industrijskim procesima kao i u hotelskim i banjskim primenama. Ovaj proces zove se: rekuperacija energije.

1

U zavisnosti od sredine iz koje se preuzima toplotna energija i sredine u koju se ona prenosi postoje više tipova toplotnih pumpi. Najčešća su dva osnovna tipa: vazduh - vazduh i voda - voda kao i njihove kombinacije.

Toplotna pumpa koja koristi vodu kao toplotni izvor i vodu kao toplotni ponor uzima energiju iz vode i prenosi je takođe u vodu u drugom prostoru. Kada se kao toplotni izvor koristi podzemna voda koja je cele godine na temperaturi od 14 do 16 °C optimizacijom parametara toplotne pumpe postiže se maksimalni koeficijent korisnog dejstva u toku celog perioda upotrebe. Ovaj tip toplotne pumpe u kombinaciji sa podnim sistemo grejanja i hlađenja daje najpogodnije rezulte.

Toplotna energija može da se uzme iz podzemnih voda koje su na temperaturi od oko 14°C tokom cele godine. Iz izbušenog bunara voda se vodi u razmenjivač toplote u kome se deo toplote iz podzemne vode prenosi u freon koji tada isparava. Delimično ohlađena voda vraća se u drugi bunar koji je iste dubine kao i prvi tako da se tokovi podzemnih voda ne remete. Freon koji je sada u gasovitom stanju sabija se kompresorom i tada otpušta latentnu prenetu toplotu i predaje je vodi koja cirkuliše kroz kondenzator i podni sistem cevi u zgradi.

OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE (Predavanje )

OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE OIE

Energija i z okoline

1. Energija iz okoline o Pod pojmom energija iz okoline obuhvaćene su sve mogućnosti

dobijanja energije:

električne

toplotne

mehaničkog rada

o iz neposredne fizičke okoline

tla

vode

vazduha

2. Toplota iz tla, vode i vazduhao Toplota iz zemlje bez obzira da li se radi o

plitkim podzemnim vodama

2

geotermalnim vodama iz dubine

o posledica su procesa u unutrašnjosti zemlje

o manjim delom dozračene Sunčeve energije

o Toplota iz vode (vodotokovi, mora, jezera) i vazduha posledica je isključivo

zagrevanja Sunčevom energijom

3. Korišćenje energije iz okoline

Sistemi za iskorišćenje energije iz okoline načelno se mogu podeliti u dve grupe:

o sistemi koji direktno koriste tople medijume (geotermalnu energiju) iz dubine zemlje

o toplotne pumpe u kojima se toplota iz neposredne okoline (tla, vode, vazduha) uz dodatnu energiju i prikladan medijum dovodi na viši temperaturni nivo

Toplotne pumpe koriste sunčevu energiju, jer sunce zagrijava zemlju, vodu ili vazduh, a ta energija je besplatna i neiscrpna.

Prednost i ušteda

Niži ukupni troškovi: Uporedni podaci pokazuju da ukupni godišnji troškovi kod grijnih sistema sa toplotnom pumpom štede do 80% sredstava u odnosu na uobičajene grejne sisteme (troškovi goriva, drva, plina, troškovi eksploatacije i održavanja, nabavke).

Princip rada

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

3

Fan Coil

Ventilkonvertori (fan coil) za vertikalnu montažu imaju mogućnost zagrijavanja i hlađenja vazduha. Odlikuju se visokom efikasnošću kako u režimu hlađenja, tako i u režimu grijanja. Izuzetno su bešumni i kao takvi idealni su za ugradnju u poslovne prostore, hotele, restorane i domove.

4. Geotermalna energija o Geotermalna energija u užem smislu obuhvata samo onaj deo energije

iz dubine Zemlje koji u obliku vrućeg ili toplog geotermalnog medijuma

vode

pare

o dolazi do površine zemlje i podesan je za upotrebu

u izvornom obliku (kupanje, lečenje)

ili za pretvaranje u druge oblike (el.energiju, toplotu)

5. Geotermalna energija o Posledica je raznih procesa koji se dešavaju u dubini zemlje (raspadanje

izotopa i sl.) gde temperature iznose više od 4000 o C

o Promena temperature sa dubinom slojeva naziva se geotermalni gradijent

u Evropi prosečno iznosi 0.03 o C /m

4

o Do dubine 30 m temperatura površine zavisi i od Sunčevog zračenja i tu je skoro konstantna (sl.1)

6. Geotermalni izvori o Geotermalni izvori su izvori geotermalnih voda iz podzemnih ležišta

mogu biti

o bez dovoda vode sa površine ili

o sa prirodnim ili veštačkim dovodom vode s površine koja tada prolazi kroz podzemna ležišta (sl.2)

o Mogu se podeliti

prema stepenu istraženosti (potvrđenosti ležišta)

prema vrsti ležišta

prema temperaturi i medijumu (topla, vrela voda ili para)

7. Geotermalni izvori o Prema istraženosti ležišta, poznavanju hemijskog sastava i fizičkih

osobina medijuma (vode ili pare) izvori se dele:

1. utvrđene

bilansne (koji se mogu ispaltivo koristiti) izvanbilansne

o potencijalne

8. Geotermalni izvori o Prema vrsti geotermalnih ležišta dele se prema:

o napajanju, načinu ulaska i izlaza medijuma

s prirodnim ulaskom (napajanjem) i izlaskom: vrelom ili izvorskom vodom (sl.3)

s prirodnim ulaskom i veštačkim izlaskom vode (bušotina)- sl.4

sa veštačkim ulaskom i izlaskom vode (bušotine)

5

9. Geotermalni izvori o Izvori tople ili vruće vode (gejziri) su najčešći način izlaska vode iz

zemlje

o potiču od vruće vode ili pare zarobljene u poroznim stenama na manjim ili srednjim dubinama (od 100 do 4500m)

o medijum je većim delom u tečnoj fazi

o kada je temp. oko 170 o C izlazi para

o Izvori suve vodene pare su retki

10. Geotermalni izvori o Prema temperaturi medijuma (voda ili para ili njihova smeša) izvori

mogu biti:

o niskotemperaturni t gmax =90-150 o C

o srednjetemperaturni t=90-225 o C

o visokotemperaturni t gmax =150-225 o C

11. Primena geotermalne energije

12. Fizičke osnove o Geotermalni gradijent je jedna od osnovnih veličina prema kojoj se

procenjuje potencijal geotermalnog izvora, a jednak je promeni temperature sa dubinom:

o G=dt/dz=(t b -t sr )/H

G(oC/m)-geotermalni gradijent

t(oC)-temperatura sloja zemlje

Z(m)-dubina od površine

Tb(oC)-temperatura medijuma na površini

Tsr(oC)-srednja temperatura tla

H(m)-dubina bušotine

6

13. Toplotni protok o Toplotni protok od sloja u kome se nalazi topli ili vrući medijum (ležišta)

do površine zemlje iznosi

o Q=kG (W/m 2 )

o 2.86 =0.84v 0.6 (W/mK) koeficijent toplotne provodnostik=0.142

o (g/cm 3 ) gustina stena

o 4.8 - seizmička brzina (km/s)v=0.05

o U hladnijim predelima 80mW/m 2 - 10mW/m 2

14. Pretvaranje geotermalne energije u druge oblike o Može se koristiti na dva osnovna načina

Indirektno, pretvaranjem najpre u kinetičku energiju okretanja lopatica parne turbine - el. Energija

Direktno, kao toplotna energija

o Način primene najviše zavisi od temperaturnog nivoa -

o viši za indirektno, niži za direktno

o Slike 5 i 6

15. Indirektna primena o Rad geotermalnih elektrana se temelji na pretvaranju latentne toplote

geotermalnog medijuma (pare ili vrele vode) u kinetičku energiju okretanja turbine a zatim u električnu energiju

o Ukupni stepen korisnosti do 250 o C GTE ne prelazi 15%

o Granična vrednost isplativosti 135MW za paru i 55MW za vrelu vodu

16. Geotermalne elektrane o Pojavljuju se u 5 osnovnih izvođenja

Sa otvorenim procesom (sl.7)

Sa zatvorenim jednostepenim i dvostepenim procesom (sl.8)

Sa binarnim procesom (sl.9)

Sa Stilingovim procesom

7

17. Direktna primena geotermalne energije o To je najjednostavnija primena geotermalne energije - bez pretvaranja u

druge oblike a zavisi od temperature medijuma na izvoru:

o Grejanje (stanova, kuća, naselja)

o Poljoprivreda (staklenici, zemljište, gajenje riba)

o Turizam i zdravstvo

o Industrija i saobraćaj

18. Geotermalni toplotni sistem o Čine ga osnovni delovi

o Bušotina ili izvor kroz koji medijum dolazi na površinu, odnosno vraća

o Sistem pripreme grejnog medijuma (degazator, odvajač nečistoće) izmenjivači toplote i oprema

o Razvod grejnog medijuma - cevovodi, armatura, akumulatori, pumpe, sekundarni izmenjivači toplote

o Sl.10

19. Grejanje staklenika o Zimi i noću je nedovoljna dozračena količina toplote

o Izrada sistema grejanja staklenika zavisi od:

o Vrste biljaka

o Uloge sistema grejanja (dogrevanje ili potpuno grejanje)

o Vrste izvora (prirodan ili veštački-bušotina)

o Direktno t do 40oC i indirektno

20. Grejanje staklenika o Za zagrevanje tla

o Za zagrevanje tla i vazduha

o Za zagrevanje vazduha prirodnom ili prinudnom konvekcijom

8

o Za zagrevanje površine tla

o Kombinovano

Najviše energije koju ljudi koriste, generiše se iz fosilnih goriva (nafte, prirodnog gasa, uglja ili uranijuma). Budući da ulazimo u energetsku krizu, ova fosilna goriva postaju sve skuplja. Električna energija, najviše proizvedena iz uglja, slediće ovaj porast cena.

Jedini način da se ublaži energetska kriza jeste, na jednu stranu, da se štedi energija i, na drugu stranu, da se koristi energija koja se ne generiše iz fosilnih goriva. I to i jeste prava svrha korišćenja obnovljive energije.

Obnovljiva energija ja svuda oko nas i besplatna je (izuzev biomase) koristili je mi ili ne. Energija dobijena iz geotermalnog izvora, iz sunca ili vetra može dejstveno zameniti upotrebu primarne energije generisane iz fosilnih goriva.

Geotermalna toplotna pumpa

Toplotna pumpu, Zemlja-Voda, povezanu sa nekoliko vertikalnih sondi koje se postavljaju u zemlju na dubini od 100m.

9

rezervoar od 750 litara i geotermalna toplotna pumpa 300/2 u Amadeu (foto Beodom).

Vaillant geotermalna toplotna pumpa GeoTHERM VWS 300/2 povezana sa geotermalnim sondama u Amadeu.

10

Prolaz geotermalnih sondi u Amadeo zgradu (foto Beodom).

11

Priprema Rehau RAUGEO geotermale sonde (bazirane na PE-Xa cevima) za instalaciju u jednu od Amadeovih bušotina (foto Beodom).

Geotermalna toplotna pumpa funkcioniše tako što preuzima toplotu iz zemlje da bi obezbedila korisnu energiju za grejanje kuće i obezbeđivanje tople vode. Toplotna geotermalna pumpa nudi odličnu uštedu energije, čak do 75% energije za grejanje može biti izvučeno iz zemlje. Električna energija se koristi za rad kompresora i cirkulisanje tekućine koja razmenjuje toplotu.

12

Zatvorena petlja cevi se postavlja u zemlju i puni sa (npr.glikol antifriz) tekućinom. Ta tekućina se greje sa toplotom iz zemlje na oko 10-12°C. Zatim se prenosi u toplotnu pumpu gde se toplota predaje drugom mediju. Toplotna pumpa onda, uz pomoć svog kompresora, obezbeđuje toplu vodu za sistem grejanja.

Geotermalna energija se najbolje koristi sa podnim grejanjem, koje zahteva vodu niske temperature za grejanje kuće.

Vaillant geotermalna toplotna pumpa GeoTherm VWS Zemlja-Voda (izvor Vaillant).

Geotermalno bušenje i instalacija geotermalnih sondi, vizuelni vodič

13

Instalacija prve Raugeo geotermale sonde za Amadeo

Bušenje rupa za instalaciju geotermalnih sondi za Amadeo

Podno grejanje na vodu niske temperature sa geotermalnom toplotnom pumpom za Amadeo!

Sanitarna topla voda korišćenjem termalnih solarnih panela

Termalni solarni paneli su perfektno rešenje za pripremu sanitarne tople vode. U Beogradu, solarna energija može pokriti do 85% potreba za toplom vodom godišnje. To znači toliko uštede u potrošnji električne energije.

14

Rehau SOLECT sistem za Amadeo. 2 bojlera od po 500 litara i 12 solarnih kolektora za totalnu površinu krova od 25.7m² (foto Beodom).

Rehau SOLECT sistem za Amadeo (photo Beodom).

Solarni kolektori, postavljeni na južnoj strani krova, povezani su sa centralnim bojlerima koji obezbeđuju toplu vodu za sve stanove u zgradi. Dodatno tome, isti bojleri su povezani sa geotermalnom toplotnom pumpom koja komplementira solarnu energiju u hladnim danima.

15

Solarna energija kombinovana sa geotermalnom energijom može obezbediti blizu 100% potreba za sanitarnom toplom vodom tokom cele godine. To je fantastična kombinacija koja štedi električnu energiju tradicionalno korišćenu za grejanje sanitarne vode.

16