RAZLOG ZA KORIŠĆENJE TOPLOTNE PUMPE

Priroda kao neiscrpan izvor energije prisutna je svuda oko nas. Vreme u kojem živimo nalaže nam drugačiji pogled na shvatanje energije. Pridajemo sve više pažnje na ekonomičnost i zaštitu životne sredine. Potrošnja fosilnih goriva (ugalj, nafta, prirodni gas) se iz godine u godinu povećava a samim tim i emisija štetnih gasova i stvaranje efekta staklene bašte. Usled smanjenja rezervi fosilnih goriva, energija koju dobijamo tim putem je sve skuplja.

Toplotne pumpe isporučuju čistu toplotnu energiju koristeći energiju sunca, vazduha ili zemlje. Ovi izvori energije su obnovljivi i nalaze se ispred naših vrata.

U zavisnosti od efikasnosti toplotne pumpe 75% do 85% potrebne toplote za grejanje se uzima iz okoline i bez ikakvih troškova. Uz pomoć izmenjivača toplote,toplotna pumpa povećava energiju izvučenu iz okoline do temperature potrebne za grejanje. Grejanje uz toplotnu pumpu omogućava najveći mogući životni komfor i lakoću korišćenja.

Sistem za distribuciju grejanja sa toplotnom pumpom, kao što je podno ili zidno grejanje, garantuje komfornu i zdravu životnu klimu.

Niskotemperaturno grejanje minimizira nepotrebno pregrevanje i povećanu turbulenciju vazduha i prašine. Grejni sistemi sa toplotnim pumpama rade tiho, automatski i bez potrebe održavanja.

IZVORI TOPLOTE I TIPOVI TOPLOTNIH PUMPI

Funkcionalno gledano svaka toplotna pumpa je ista samo se menjaju spoljašnji izvori toplote

Izvori toplote za toplotnu pumpu su:

1. Spoljašnji vazduh
2. Podzemne vode
3. Toplota zemlje (zemne sonde i zemni kolektori)

Na prvi pogled kao jeftin izbor toplote čini se spoljašnji vazduh ali njegov glavni nedostatak je da kod pojačane potrebe za toplotom tokom zime, spoljašnji vazduh ima vrlo nisku temperaturu. Tako da sa smanjenjem spoljašnje temperature vazduha smanjuje se i snaga toplotne pumpe.

Sunce neprekidno zagreva našu planetu spolja i isto tako imamo užareno Zemljino jezgro koje održava skoro stalnu temperaturu njene kore i usporava hlađenje tla. Prodiranjem ka unutrašnjosti Zemlje, na samo nekoliko metara od površine ulazimo u zonu gde je i zimi i leti podjednako toplo od 8°C do 12°C. To znači da je zimi mnogo toplije a leti hladnije od vazduha okoline. Zemni kolektori odlično su rešenje za objekte koji na raspolaganju imaju velike okućnice. Oni se polažu horizontalno u sloj zemlje otporan na smrzavanje, a površina koju zauzimaju mora da bude najmanje dva puta veća od stambene kvadrature koju će zagrevati. Mnogo manje mesta zauzimaju zemne sonde (geosonde) koje se vertikalno utiskuju u dublje slojeve zemlje tako da imaju na raspolaganju konstantnu temperaturu od otprilike 10 stepeni celzijusa. Za jednu porodičnu kuću potrebno je ugraditi do četiri takve sonde u razmaku od pet do šest metara i na dubini od 40 do 100 metara.

Voda je dobar akumulator sunčeve toplote. Čak i za vreme hladnih zimskih dana podzemna voda održava konstantnu temperaturu od +10 do +15 °C i u tome je prednost.

Nažalost, podzemna voda ne postoji svuda u dovoljnoj količini i odgovarajućeg kvaliteta na raspolaganju, ali tamo gdje su ispunjeni preduslovi iskoristivost je velika. Za dobijanje toplote mogu delimično odgovarati jezera i reke, budući da oni takođe deluju kao akumulatori toplote. O mogučnostima korišćenja vode kao izvora energije informacije daju službe vodoprivrede.

Uzevši u obzir pomenute izvore toplote postoje sledeći tipovi toplotnih pumpi:

1. Toplotne pumpe vazduh-vazduh
2. Toplotne pumpe vazduh-voda
3. Toplotne pumpe voda-voda
4. Toplotne pumpe zemlja-voda (geotermalne)

PRINCIP RADA TOPLOTNE PUMPE

Princip Termodinamičkog grejanja

Toplotna pumpa tranformiše termalnu energiju niske temperature u termalnu energiju više temperature koja je pogodna za potrebe grejanja. Ovaj proces se odvija u zatvorenom krugu unutar kojeg radni fluid konstantno menja stanje (isparavanje, kompresija, kondenzacija i ekspanzija).

Toplotna pumpa izvlači akumulisanu solarnu energiju iz našeg okruženja – vazduha, vode ili zemljišta – i transformiše ovu energiju, plus električnu energiju, u formi toplote koja joj je potrebna za radni ciklus, u toplotni krug.

Ta akumilisana energija koju toplotna pumpa uzima iz okruženja iznosi oko 75% ukupne potrebne energije za grejanje, što znači da je potrebno uložiti samo oko 25% potrebne energije (najčešće struje).

Parametar koji govori o efikasnosti toplotna pumpa zove se COP (koeficijent efikasnosti) i on je jednak količniku predate energije i uložene energije. Koeficijent COP od 4 govori da za 1kW uložene energije toplotna pumpa isporuči 4kW toplotne energije. Uzmimo primer kuće od 200m2 koja je prosečno izolovana. Dobici za takvu kuću iznose oko 85W/m2 što daje 17kW potrebne toplote za grejanje. Toplotnoj pumpi sa COP 4 potrebno je 4,25kW struje da bi isporučila toplotu od 17kW. Ušteda energije je evidentna.

U svim slučajevima COP zavisi od temperaturne razlike između toplotnog izvora i toplotnog ponora. Što je manja razlika, veća je efikasnost i ekonomičniji je rad toplotne pumpe, zato što kompresor treba manje da radi da bi podigao temperaturu rashladnom sredstvu. Zato optimizacija kompletnog sistema grejanja je jako važna.

PRIMENA TOPLOTNE PUMPE

Najrasprostranjenija primena toplotnih pumpi je za grejanje stambenih objekata.

U zavisnosti kakav vid grejnih tela je predviđen u objektu razlikujemo :

• Podno (zidno) grejanje
• Ventilator konvektore (fancoil)
• Radijatorsko grejanje

Podno grejanje: grejno telo predstavljaju cevi položene u estrih iznad kog je izlivena cementna košuljica. Ispod cevne mreže je postavljena izolacija da se toplota nebi gubila ka zemlji nego da bi se usmerila ka površini poda. Najpogodniji i najisplativiji vid grejanja pošto su potrebne najniže temperature polazne vode za grejanje (oko 35°C). Kada se objekat zagreje pod i zidovi predstavljaju veliku akumulaciju toplotne energije, tako da i dugo vreme po prestanku rada toplotne pumpe oni odaju toplotu. Raspodela temperature po prostoriji je ravnomerna u odnosu na druge vidove grejanja i čovek se oseća prijatnije pri 2-3 stepena nižim temperaturama nego kod radijatora/fancoila grejanja.

Ventilator konvektori (fancoil): ovi uređaji se sastoje od orebrenih bakarnih cevi i centrifugalnog ventilatora, postavljenih u zajedničko kućište. Vazduh iz prostorije se pomoću ventilatora uvlači sa jednog kraja kućišta i prevodi preko orebrenog bloka cevi i odaje nazad u prostor. Postoje različite vrste/izvedbe fancoil uređaja : parapetni, podplafonski, kasetni i kanalski. Prednost fancoil uređaja je u tome što je pogodan da se u letnjem režimu koristi za hlađenje, kada mu se dovede hladna voda sa toplotne pumpe/čilera. Temperatura vode potrebna za ventilator konvektore je najčešće +45°C.

Radijatorsko grejanje: klasičan vid grejnih tela. Nepogodan time što ima malu površinu razmene i samim tim temperatura vode za grejanje mora da je visoka da bi se izmenila potrebna količina toplote. Novi sistemi grejanja toplotnom pumpom se ne rade sa radijatorima, najčešće su to rekonstrukcije starih objekata gde se umesto kotla ugrađuje toplotna pumpa visoke izlazne temperature +55°C (+65°C).

Najpovoljniji trenutak za odlučivanje o sistemu grejanja novog objekta je trenutak početka njegovog projektovanja. Tada je investicija najmanja a rezultati najbolji.

Kod postojećih objekata sistem grejanja je najpovoljnije promeniti ako se planira ili izvodi temeljna rekonstrukcija, popravka ili adaptacija.

Pored upotrebe za grejanje objekata toplotna pumpa se može koristiti za grejanje sanitarne vode, bazena, tehnološkog procesa i dr. Toplotna pumpa može biti spregnuta za grejanje i za proizvodnju tople potrošne vode ili samo za jedno od toga.