|
Toplinske pumpe - besplatno
grijanje iz okoline
Sunce kao neiscrpni izvor energije istu nam
daje kao svoju blagodat bez koje je nezamisliv
opstanak živih bića na Zemlji. Energija je svuda
oko nas: u zemlji, vodi, zraku
ali joj se još uvijek ne pridaje primjerena
važnost.
Razlog tome je pogrešno uvjerenje da se ona
nalazi na niskoj energetsko-temperaturnoj razini
koja je nedostatna za ispunjenje osnovnih ljudskih
potreba za grijanjem, dobivanjem el. energije
i sl. Toplinske pumpe (toplinske
crpke, dizalice topline) su termotehnički uređaji
koji upravo imaju sposobnost da energiju okoline
niže temperaturne razine dižu na višu koja je
prikladna , između ostaloga u sustavu grijanja
objekta. Pri toj transformaciji potreban je
jedan manji oblik dodatnog rada, najčešće u
obliku el. energije.
Od
izvora topline u okolini toplinske
pumpe najčešće koriste okolni zrak, podzemne
vode i zemlju. Energija zemlje može se koristiti
kroz dva sustava: zemljanog kolektora
ili zemljanih sondi (vidi izvori topline).
Toplinska pumpa je po svojim
osnovnim karakteristikama nalik kuhinjskom hladnjaku
ali je njen princip rada obrnut od onoga za
hladnjak. Osnovni dijelovi toplinske pumpe su:
isparivač, kondenzator,
kompresor, ekspanzijski
ventil.
Princip rada
|
Kuhinjskog hladnjaka
|
|
Toplinske pumpe |
|
|
|
Toplina se
oduzima namirnicama i predaje se okolini
kroz "rešetkasti radijator"
koji se nalazi na stražnjem dijelu hladnjaka,
Namirnice se nalaze na nižoj temperaturnoj
razini a okolina na višoj (grije se).
Za ovakvo stanje potrebna je el. energija
za pogon kompresora.
U unutrašnjosti hladnjaka u njegovom tzv.
radnom krugu nalazi se radna tvar (često
nazivana freon) koja se kompresorom tlači
na viši pritisak. Stlaćena radna tvar
u parovitom obliku dolazi do "rešetkastog
radijatora" na stražnjem dijelu hladnjaka
koji je hlađen prirodnom strujom zraka.
U tom "radijatoru" (stručnog
naziva - kondenzator) radna tvar se hladi
i kondenzira, a s druge strane kondenzatora
okolni zrak se grije.
Tekućoj radnoj tvari se kroz termoekspanzijski
ventil smanjuje pritisak i temperatura.
Rashlađena radna tvar (temp. manja od
0ºC) dolazi u isparivač - prostor hladnjaka
gdje se nalaze namirnice. U isparivaču
radna tvar se grije i pretvara u paru,
a s druge strane isparivača namirnice
se hlade. Radna tvar ponovno dolazi do
kompresora i pustupak se ponavlja.
|
|
Oduzima se
toplina iz okoline (zraka, zemlje, vode)
i predaje se radijatoru - za grijanje
prostora.
Radijator se nalazi na višoj temp. razini
a okolina na nižoj (hladi se).
U radnom krugu toplinske pumpe radna tvar
kompresorom se tlači na viši pritisak.
Stlačena radna tvar u parovitom obliku
dolazi do kondenzatora - pločastog izmjenjivača
topline gdje se hladi i kondenzira uslijed
cirkulacije ogrjevne vode. Ogrjevna voda
se pritom zagrijava.
Tekućoj radnoj tvari se kroz termoekspanzijski
ventil smanjuje pritisak i temperatura.
Rashlađena radna tvar (temp. manja od
0ºC) dolazi u isparivač gdje se zagrijava
uslijed cirkulacije npr. podzemne vode
koja ima temperaturu 10ºC. Grijanjem se
radna tvar pretvara u paru, a podzemna
voda se hladi.
Radnu tvar u parovitom obliku tlači kompresor
i postupak se dalje ponavlja.
|
Primjena
Toplinska pumpa koja iz okoline
uzima toplinu za grijanje (npr. kuće) treba
za pogon struju iz el. mreže (najčešće 380 V).
No, ono što je najizraženija prednost primjene
toplinske pumpe u odnosu na klasična rješenja
sustava grijanja, na svaki utrošeni kilovat
električne energije toplinska pumpa proizvede
2, 3 ili čak 4 puta više besplatne toplinske
energije što ovakvo grijanje čini vrlo isplativim.
Kakav
će biti ovaj omjer, između ostaloga, ovisi o:
izvoru topline iz okoline, radnoj temperaturi
i kvaliteti toplinske pumpe.
Za izvor topline traži se da tijekom godine
tj. sezone korištenja toplinske pumpe ima što
višu temperaturu konstantne vrijednosti. Npr.
voda temp. 12ºC bolja je od vode 9ºC, voda temp.
10ºC bolja je od zemlje 5ºC, otpadni zrak iz
nekog teh. procesa konst. temperature bolji
je od okolnog zraka promjenjive vrijednosti
temperature. Što je viša temperatura izvora
to će toplinska pumpa koristiti manje el. energije.
Koji će se izvor (zemlja, zrak, voda) upotrijebiti
ovisit će o njegovoj trajnoj raspoloživosti,
tehničkim mogućnostima korištenja, nastalim
troškovima njegove primjene i sl.
Kada se govori o radnoj temperaturi toplinske
pumpe pri tome se misli na npr. polaznu temperaturu
ogrjevne vode za sustav grijanja. Ako toplinska
pumpa mora raditi sa što višom izlaznom temperaturom
to će trošiti i više električne energije.
Toplinske pumpe za razliku od npr. kotlova ne
mogu dati prevelike izlazne temperature. One
se kreću do max 55-65ºC ovisno o tipu pumpe.
Temperatura ogrjevne vode za sustav grijanja
opčenito ovisi o temperaturi okolnog zraka.
Što je vani hladnije potrebno je s većom temperaturom
ići u ogrjevna tijela i obrnuto. Međutim promatrajući
jednu sezonu grijanja, zahtjevi za visokim temperaturama
zapravo su vrlo rijetki tako da toplinska
pumpa dosta svoga radnog vremena provede
u tzv. niskotemperaturnom režimu
što je sa stanovišta troškova povoljno. Ako
je sustav grijanja izveden tako da i kod najhladnijih
dana polazna temp. za ogrjevna tijela nije veća
od 55ºC (ovo je max. temp. topl. pumpe) tada
toplinska pumpa može pokriti ukupne potrebe
za toplinom, npr. sustav sa podnim grijanjem.
Kod zahtjeva za temperaturama višim od 55ºC
(radijatorski sustav) toplinsku pumpu
potrebno je kombinirati sa dodatnim proizvođačem
topline (kotlom, zidnim plinskim uređajem,
dodatnim el.grijačem i sl). U ovoj kombinaciji
npr. kotao ispunjava vršne potrebe za toplinom
a toplinska pumpa je opet glavni proizvođač
topline a ujedno i najveći "štediša"
osnovnog pogonskog enegenta.
Osim za grijanje prostora, toplinske pumpe koriste
se i za pripremu sanitarne vode. Sanitarna
voda priprema se u akumulacijskim spremnicima
(slično kao i kod kotlova) koji su ipak nešto
većeg volumena i veće površine ogrjevne sprirale.
Ovo je iz razloga kako ne bi dolazilo do tzv.
"taktiranja" kompresora, odnosno prećestog
uključivanja/isključivanja. Spremnci su nešto
većeg volumena i iz razloga što se sanitarna
voda priprema u tzv. noćnom režimu dok je povoljnija
el. struja u količini ukupne dnevne potrošnje.
Da li se toplinska pumpa, osim
za grijanje, može u ljetnim mjesecima koristiti
i za hlađenje prostora ?(vidi hlađenje s toplinskim
pumpama). Tehnički gledano, da. Međutim stvari
nisu baš tako jednostavne. Hlađenje bi bio obrtnuti
postupak rada toplinske pumpe - princip rada
kuhinjskog hladnjaka ili svima poznatog klima
uređaja. Ali, toplinska pumpa je konstruirana
tako da daje svoju najveću efikasnost na - grijanju,
a ne hlađenju. Ovakav kombinirani uređaj ne
daje istovjetni maksimum u dva potpuno suprotna
načina rada. Sa stanovišta tehničke optimalnosti
najbolji su tzv. odvojeni sustavi.
Toplinska pumpa daje svoj maksimum
na grijanju, a hlađenje se rješava drugim termo-tehničkim
uređajem koji se naziva "chiller"
koji je također maksimalno učinkovit - na hlađenju.
Ili još malo jasnije: zamislite si kotao za
centralno koji je konstruiran za loženje na
drva. Ako bi iz takvog kotla htjeli napraviti
"kombinirani kotao" na način da mu
prigradite uljni plamenik, da li bi takav kotao
trošio isto ulja kao i susjedni kotao koji je
konstruiran isključivo za tekuća goriva ?. Ne.
Potrošnja kombiniranog kotla bila bi i do 20
% veća.
Toplinska pumpa nema "nus-produkte"
svoga rada i time je ekološki u potpunosti prihvatljiva.
Ne traži dimnjak. Iako je po mjerama i načinu
rada vrlo slična kuhinjskom hladnjaku ipak se
ne postavlja u kuhinju već u toplinsku
stanicu gdje će biti okružena ostalim
hidrauličkim elementima sustava, ventilima,
spremnicima topline, cirkulacijskim
pumpama, cjevovodom i sl.
Poput hladnjaka ne traži skoro nikakvo održavanja.
Više se vremene potroši na održavanje ostalih
komponenata sustava grijanja nego na samu toplinsku
pumpu.
Toplinske pumpe mogu se bez nekih većih problema
kombinirati sa ostalim sustavima s obnovljivim
izvorima energije, sunčevim kolektorima, kotlom
na drva ali i sa standardnim uljno/plinskim
ili električnim kotlovima
Troškovi - investicijski troškovi
kao i period povrata investicije primjenom toplinskih
pumpi ovisni su o mnogo faktora. Cijena
toplinskih pumpi (samo uređaj) za jednoobiteljske
stambene objekte kreće se u rasponu od 5 000
- 10 000 &euro što ovisi o potrebnoj snazi pumpe
odnosno toplinskim gubicima objekta ali i o
samom tipu pumpe. Ostali troškovi mogu se također
razlikovati u radovima i opremi koji se odnose
na izbor primarnog izvora topline (zrak, voda,
tlo). Cijene sustava s toplinskim pumpama u
Hrvatskoj su na žalost još uvijek jako visoke.
Razloga ima više a oni najizraženiji su: nedostatak
državnih poticaja za primjenu obnovljivih izvora
energije, relativno visoke cijene uređaja i
radova koje su rezultat malog broja proizvođača
toplinskih pumpi i educiranih izvođača radova.
U razvijenim zemljama Europe obnovljivi
izvori energije zauzimaju značajno
mjesto u energetskoj politici.
Za očekivati je da će isto dogoditi i kod nas
kod pridruživanja Hrvatske Europskoj uniji.
Do tada, štednja energije i zaštita okoliša
primjenom obnovljivih izvora energiji ostaje
na razini razvijenosti naše savjesti i na našim
financijskim mogućnostima.
|
|