Ulaz za korisnike

Izbor izvora topline kod toplinskih crpki

|
Izbor izvora topline kod toplinskih crpki
 
Izbor izvora topline kod toplinskih crpki
Toplinske crpke se mogu upotrebljavati kao osnovni ili dodatni izvor topline u sustavima grijanja kao i za pripremu tople sanitarne vode u stanovima, obiteljskim kućama, stambenim i poslovnim zgradama.

Kod planiranja toplinske crpke je izvor prvo pitanje s kojim se suočavamo. Kod iskorištavanja izvora moramo ispoštovati različite kriterije među kojima su najvažniji dovoljna raspoloživost izvora, velika akumulacija topline i dovoljno velik temperaturni nivo. Važan kriterij je još i po cijeni povoljno korištenje kao i jednostavno održavanje.

Toplinske crpke zrak/voda mogu se postaviti u skoro svaki podrumski prostor. Opremljene su s 90 °-skim otklonom zraka što omogućava postavljanje sustava u kut bez zračnih vodova.

Izvori topline. Kao izvor topline najčešće se koristi vanjski zrak, otpadna toplina prozračivanja, toplina zemlje, toplina kamenih materijala, toplina površinskih voda i podzemnih voda.

Kod izbora izvora topline treba uzeti u obzir više faktora i to:

novogradnja ili postojeći objekt, godišnje energetske potrebe objekta, temperaturni režim grijanja, udjel pokrića energetskih potreba toplinskom crpkom (TC), raspoloživost niskotemperaturnih izvora topline u okolici objekta.

Toplinske crpke su »hladni« ogrjevni medij koji oduzima energiju neposredno iz okoliša. TC zrak/voda se zato mogu postaviti i vani. Jako praškasto lakirano kućište s okvirom od nehrđajućeg čelika, otpornog na koroziju, omogućava zaštitu od vlage, vjetra i drugih vremenskih utjecaja tijekom cijele godine. TC se može upotrebljavati kao samostojeća ili s drugim generatorima topline.

Na donjoj slici prikazana je usporedba ogrjevne (toplinske) snage TC u zavisnosti o različitim izvorima topline. Vidljivo je da je krivulja za vanjski zrak najstrmija dok su ostale krivulje ravnije, pri čemu je krivulja za otpadni zrak (otpadna toplina prozračivanja) sasvim ravna. Iz toga se može zaključiti da se TC s vanjskim zrakom kao izvorom topline ne može dimenzionirati na maksimalno opterećenje (pokrivanje cjelokupnih toplinskih potreba zgrade), jer bi takav sustav u većem dijelu godine bio toplinski predimenzioniran.

Legenda:

Moć ogrevanja – snaga grijanja podtalnica – tlo s podzemnom vodom zemlja - zemlja zunanji zrak – vanjski zrak potrebe po toploti – potreba za toplinom odpadni zrak – otpadni zrak zunanja temp. – vanjska temp.

Prikaz usporedbe ogrjevne (toplinske) snage TC u zavisnosti o različitim izvorima topline.

Toplina zemlje i kamenih materijala.

Zemlja pohranjuje sunčevu toplinu preko cijele godine. Uglavnom se koristi toplina zemlje iz površinskih slojeva. Geološka i toplinska istraživanja zemlje pokazala su da se temperatura na prvih deset metara ispod zemljine površine mijenja tijekom godine zbog atmosferskih utjecaja. Međutim, u dubinama je temperatura stalna i u pravilu se povećava za 4 do 5 °C za svakih 100 m dubine. Oduzimanje topline izvedeno je preko plastičnih cijevi koje su položene u zemlju na većoj površini. U cijevima kruži radni medij (mješavina glikola i vode) koji zemlja zagrije za nekoliko stupnjeva. Toplina iz okoline prenosi se preko radnog medija koji ima ledište kod – 15 °C. Tako se osigurava da se radni medij za vrijeme rada ne smrzne.

Ugradnja horizontalnog prijenosnika - kolektorskog polja.

Najčešće se u zemlju ugrađuje horizontalni cijevni prijenosnik/izmjenjivač. Cijevni prijenosnik, koji predstavlja isparivač, položi se u jednom ili više slojeva. Prosječno oduzimanje topline iz zemlje na dubini 1,5 do 2 m iznosi 15 do 40 W/m2. Za 1 kW potrebne toplinske snage potrebno je 20 do 40 m2 površine zemlje. Horizontalna izvedba cijevnog razvoda u zemlji (kolektorsko polje) ima razmak između cijevi 0,8 do 1,2 m.

Približno vrijedi da za svaki zagrijavani m2 prostora treba postaviti od 1,5 do 2 m cijevi. Duljina pojedinačne cijevi ne treba premašiti 100 m (zbog prevelikog pada tlaka). Sustav je izveden tako da iskorištavanje topline ne utječe na floru. Pritom je važno da površina tla za ugradnju podzemnih prijenosnika nije prekrivena ili zasjenjena. Zbog smanjivanja potrebnih površina za ugradnju podzemnih prijenosnika razvijene su posebne konstrukcije prijenosnika. Kako temperature radnog medija iznose nešto iznad 50 °C, takve se izvedbe koriste za niskotemperaturne sustave grijanja (npr. podno grijane, zidno, itd.).

U drugoj polovici ogrjevne sezone može se zamrznuti tlo u okolini prijenosnika što nema utjecaja na rad sustava. Nad prijenosnikom ne treba saditi biljke s dubokim korijenjem. Tlo se obnavlja sunčevim zračenjem i padavinama. Horizontalni prijenosnici ili kolektorska polja ugrađuju se prvenstveno tamo gdje su na raspolaganju veće površine zemljišta. Procjenjuje se da je za obiteljsku kuću potrebno približno 500 m2 zemljišta. Vrijedi pravilo da potrebna površina zemljišta (kolektorskog polja) mora biti jednaka ili veća od dvostruke površine prostora koji treba grijati:

Akp ³ 2Apr (m2) Pri tome je:

Akp – ukupna površina zemljišta pod kojim je kolektorsko polje (m2) Apr – ukupna površina prostora koji se želi grijati (m2)

Količina topline, koja se uzima zemlji, ovisi o brojnim čimbenicima. Najbolji izvor su vlažna glinasta odnosno ilovasta tla. U pješčanim tlima je odvođenje topline mnogo manje. U slučaju tla s podzemnom vodom cijevi treba položiti iznad njezinog nivoa. Toplinska svojstva zemlje prije svega ovise o vlažnosti i o zračnim prostorima u samim slojevima. Akumulacijska sposobnost zemlje najveća je u vrlo vlažnim tlima s velikim udjelom mineralnih tvari i s malo pora.

Približne vrijednosti za odvođenje topline kod razmaka među cijevima od 0, 5 do 0,7 m na dubini 1,5 do 2 m su:

• suha pješčana tla: 10 -15 W/m2 • vlažna pješčana tla: 15 - 20 W/m2 • suha ilovasta tla: 20 - 25 W/m2 • vlažna ilovasta tla: 25 - 30 W/m2 • tla s podzemnom vodom: 30 - 40 W/m2

S tim podatcima i podatcima za rashladnu snagu toplinske crpke određuje se površina kolektorskog polja.

Ugradnja vertikalnog prijenosnika – toplinske sonde.

U gusto naseljenim područjima (male parcele) često se ugrađuju vertikalni prijenosnici ili toplinske sonde za iskorištavanje topline kamenih materijala – energetske bušotine. U razmjerno duboke bušotine dovodi se voda ili kakva druga tvar koja služi za prijenos topline. U unutrašnjosti kamena voda se zagrije te se po paralelnoj cijevi zagrijana vraća na površinu. Sonde se polažu u zemlju na dubinu 30 do 60 m (najviše 150 m) pri čemu se kao materijal upotrebljava PE (polietilen) koji omogućava dobru izmjenu topline i otporan je na tlak, vlagu, glodavce i mikroorganizme.

Dubina i promjer jedne ili više energetskih bušotina (najčešće 100 mm) ovise o potrebi objekta za grijanje i snazi ugrađene toplinske crpke. U zemlju se polože 4 sonde jedna pored druge, u dvije osnovne izvedbe:

• kao dvostruka U – cijev (kroz jedan krak ulazi ohlađeni radni medij a kroz drugi krak se u TC vraća zagrijani radni medij),

• kao koaksijalna cijev (unutrašnja cijev je od PE, kroz nju teče hladni radni medij, dok je vanjska cijev od čelika i kroz nju teče do TC zagrijani radni medij).

Ovisno od kapacitetu zemlje, prosječno se može odvesti od 50 do 100 W po duljinskom metru sonde odnosno dubine tla. Ako se nalazimo na vodenastom području, moguće su veće vrijednosti. Količina vode i poroznost tla imaju veliki utjecaj na toplinsku vodljivost.

Odvođenje toplije je sljedeće:

• suha pješčana tla: 20 W/m • vlažna pješčana tla: 40 W/m • vlažna kamenita tla: 60 W/m • tla s podzemnom vodom: 80 – 100 W/m

Podzemna voda kao izvor topline. Sustavi s podzemnom vodom su otvoreni sustavi, zato je najniža temperatura vode, koja se još može upotrijebiti, +7 °C. I u najhladnijoj zimi njena je temperatura od 8 do 12 °C. Toplinski kapacitet iznosi približno 6,5 kW/m3. Kod tog sustava vodimo podzemnu vodu pomoću potopne crpke kroz isparivač. Isparivač hladi podzemnu vodu, što znači da joj oduzima toplinu. Tako dobivena toplina u isparivaču prelazi na radni medij. U kondenzatoru, radni medij prenosi toplinu na ogrjevnu vodu. Zbog visokog i konstantnog temperaturnog nivoa ogrjevni je broj visok. Ispust vode mora biti na udaljenosti približno 15 m iza usisa vode, gledano u smjeru toka vode.

Podzemne vode nažalost kod nas nema posvuda u dovoljnoj količini i kvaliteti. Od nadležnih organa je treba pribaviti dozvolu za uporabu i iskorištavanje podzemne vode.

Aktivno i pasivno hlađenje s TC. Toplinske crpke mogu se koristiti i za hlađenje. Razlikujemo aktivno i pasivno (slobodno) hlađenje. O aktivnom hlađenju govorimo kada toplinska crpka djeluje »reverzibilno« pri čemu su ogrjevni i rashladni sustav obuhvaćeni u jednom uređaju, što je s energetskog motrišta zasigurno najprimjerenije rješenje. Kod aktivnog hlađenja pogoni se kompresor što predstavlja određenu potrošnju energije i s time povezane troškove. Za vrijeme ljeta, kod povišenih vanjskih temperatura, toplinska se crpka može koristiti za pasivno hlađenje odnosno tzv. »jednostavno ili prirodno hlađenje«. S obzirom na rashladne elemente, razlikuje se: nekondenzirajuće hlađenje (zidno, stropno, podno hlađenje), gdje su površinske temperature – na razini cijevi od 17 do 20 °C i kondenzirajuće hlađenje (ventilatorski konvektori).

Franc Kaučič

ODNOSI S JAVNOŠĆU d.o.o.

Domobranska 21 10000 Zagreb

Tel. +385 14668 171, +385 1 4668 174 Fax.+385 1 4668 192 GSM.+385 98 476 866

Materijali