TOPLOTNE PUMPE TOPLOTNE PUMPE Toplotna pumpa je ekonomski

TOPLOTNE PUMPE

TOPLOTNE PUMPE • Toplotna pumpa je ekonomski i energetski najefikasniji sistem za grejanje i hlađenje prostora. • S obzirom da je temperatura podzemnih voda 14°C tokom cele godine, ona se može upotrebiti kao energent za zagrevanje. • Takođe je neophodno istaći da je temperatura nakon 15 m dubine je veoma stabilna tokom cele godine'’. • Uređaj koji se sastoji iz (pumpa+toplotni izmenjivač) naziva se toplotna pumpa.

TOPLOTNE PUMPE • Toplotna pumpa je uređaj koji uzima toplotu od toplotnog izvora niže temperature i predaje je toplotnom ponoru više temperature uz utrošak rada koji se može dovesti mehanički kompresionom mašinom ili u vidu toplote absorpcionom mašinom. • Ideju o korišćenju toplotne pumpe, kao posrednika u ostvarivanju određenog stepena rekuperacije energije dao je još Lord W. T. Kelvin

PRINCIP RADA TOPLOTNE PUMPE • Bunarska voda se prepumpava u izmenjivač toplote gde se deo toplote iz podzemne vode prenosi u freon koji tada isparava. • Nakon toga se ohlađena voda vraća u drugi bunar koji je iste dubine kao i prvi da se ne remete podzemne vode. • 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 sistem cevi u objektu. • Primena toplotne pumpe u poljoprivredi počela je sa korišćenjem raznih uređaja za grejanje. • Uz pomoć toplotne pumpe zagreva se prostor putem radijatora, ventilo konvektora i podnog grejanja ili vazdušnog grejanja. • Najbolji rezultati grejanja toplotnom pumpom se ostvaruju u sistemima podnog grejanja (voda) ili u vazdušnim sistemima.

PRINCIP RADA TOPLOTNE PUMPE • Najveća ušteda se postiže u kombinaciji sa podnim grejanjem, jer se sa snižavanjem temperature u sistemu, značajno povećava koeficijent grejanja, jer podno grejanje zahteva niže temperature od radijatorskog. • ''Ventilo konvektor pored grejanja pruža i mogućnost hlađenja prostora, što kod podnog i radijatorskog grejanja nije moguće. • Prednosti ovakvog sistema za grejanje i hlađenje su sledeće: preko 70% energije potrebne za grejanje prostora dobija se iz podzemne vode besplatno u toku celog veka eksploatacije toplotne pumpe.

PRINCIP RADA TOPLOTNE PUMPE • Ciklus započinje tako što kompresor (deo ciklusa označen brojem 1, sabija freon usled čega dolazi do povećanja pritisaka i temperature, dok ga kondezator hladi usled čega dolazi do prelaska iz gasovitog u tečno stanje, u drugom ciklusa (freon predaje kondezatoru latentnu toplotu preuzetu od vode). • Temperatura ključanja kod freona ispod -30°C, u četvrtom ciklusu dolazi do rasterećenja (smanjenja pritiska), usled čega dolazi do vrenja i isparavanja freona. • ''Svako isparavanje oduzima energiju svojoj okolini, pa tako freon hladi vodu i na taj način joj oduzima energiju koju će zatim ponovo u delu 2 predati kondezatoru'’

KOEFICIJENT GREJANJA (COP) • Koeficijent grejanja (COP) je najvažniji parametar za ekonomski aspekt toplotne pumpe. • ''On pokazuje odnos između utrošene električne i dobijene obnovljive energije. • Na primer, ako je taj koeficijent 4, to znači da za jedan utrošeni kilovatčas (k. Wh) električne energije dobijamo 3 k. Wh geotermalne energije. • Na slici 16, je prikazana je pojava da usled smanjenja temperature grejanog fluida dolazi do povećavanja koeficijenta grejanja (a time i ušteda). • Na osnovu toga proizilazi da kombinacija toplotne pumpe i podnog grejanja daje najbolje rezultate, obzirom da podno grejanje zahteva nisku temperaturu vode (oko 35°C) ''

Primena toplotne pumpe pri zagrevanju plastenika • Plastenici se grade tako da su prednja i zadnja strana od cigala i izolovane stiroporom, ispod folije se nalazi izolacioni sloj od 15 cm staklene vune, a montirana su i aluminijumska panel vrata sa izolacijom. • Na svaki plastenik su postavljena i po dva pomoćna klima uređaja (koja retko rade po rečima vlasnika od kada je instalirana toplotna pumpa). • Takođe, postoji i kotao za dogrevanje koji se koristio po potrebi.

Primena toplotne pumpe pri zagrevanju plastenika • Moguće je regulisati temperaturu tokom cele godine tako da je instalirana toplotna pumpa za potrebu regulacije temperature (zagrevanja i hlađenja). • Koristi se voda iz bunara, oko 300 m od objekata prosečne temperature 14°C. • Ugrađena je toplotna pumpa kapaciteta prerade 3200 litara bunarske vode/h, koja ima kapacitet grejanja 23, 4 k. W, ulaznu snagu 4, 8 k. W i koeficijent grejanja (COP) 4, 87 (izlazna temperature vode 40°C). • Način grejanja je parapetni ventilo-konvektor

TROŠKOVI ELEKTRIČNE ENERGIJE • Brojilo za električnu energiju se nalazi u kući, tako da se na njemu meri ukupna potrošnja električne energije za potrebe domaćinstva i rad toplotne pumpe. • Međutim, uzimajući u obzir potrošnju električne energije koja se kreće u rasponu od 2, 7 k. Wh - 4, 8 k. Wh za model toplotne pumpe, procenjeno je da je mesečna potrošnja za regulaciju temperature u plastenicima oko 2000 k. Wh, što prema ceni električne energije za dvotarifno brojilo u crvenoj zoni iznosi oko 25. 404, 40 dinara mesečno (660 k. Wh po jeftinijoj a 1340 k. Wh po skupljoj tarifi). • Znajući da je grejna površina plastenika 650 m 2, procenjuje se utrošak električne energije od 39, 08 din/ m 2 za zagrevanje plastenika. • Ušteda u električnoj energiji koja je i ranije korišćena za zagrevanje plastenika pre instalacije toplotne pumpe je za 4 puta veća.

Primena toplotne pumpe pri sušenju poljoprivrednih proizvoda Postoji nekoliko različitih konfiguracija sistema sušenja sa toplotnom pumpom koji se razlikuju prvenstveno prema položaju isparivača: • toplotna pumpa sa atmosferskim izvorom toplote (A), • toplotna pumpa sa rekuperacijom otpadne toplote (B) • toplotna pumpa sa rekuperacijom otpadne toplote i kontrolom temperature sušenja mešanjem otpadnog i svežeg vazduha (C) • toplotna pumpa bez rekuperacije otpadne toplote (D) • toplotna pumpa sa rekuperacijom otpadne toplote i potpunom recirkulacijom vazduha (E)

Primena toplotne pumpe pri sušenju poljoprivrednih proizvoda

Primena toplotne pumpe pri sušenju poljoprivrednih proizvoda • Režimi sušenja su niskotemperaturski, što znači da u sastavu navedenih konfiguracija komponente toplotne pumpe (kondenzator) predstavlja jedini izvor toplote za zagrevanje vazduha u sistemu, tj. sistem ne poseduje dodatne grejače vazduha (elektro grejači, gasni grejači i slično). • 20 ≤ ≤ 30 Ti - opseg varijacija temperature toplotnog izvora; • 20 ≤ ≤ 50 Tp - opseg varijacija temperature toplotnog ponora; • 30 ≤ ≤ 60 Ts - opseg varijacija temperature sušenja; • = +15 Tk Ts - definisanje temperature kondenzacije; • 0 8 = − T Ti - definisanje temperature isparavanja; • 2 1 3 T = T + - pregrevanja pare freona na usisu kompresora iznosi; • T = Ts 5 - pothlađivanje; • η = 0, 75 - efikasnost kompresora. T-s dijagram i šema rada toplotne pumpe

Primena toplotne pumpe u stočarstvu Primeri primene sistema toplotne pumpe u stočarskim objektima: - Na farmama krupne stoke gde je potrebno ponavljajuće zagrevanje hladnog spoljnog vazduha na ulazu u objekat tokom aktivnosti ventilacionog sistema. - Odmaralište za prasad koje mora biti dogrevano čak tokom cele godine u rundama, a ne samo tokom hladnih perioda. Toplotna pumpa mora da radi u temperaturnom intervalu 22 -36°C umesto 20 -22°C, kao kod stambenih objekata sa sistemom toplog poda.

Primena toplotne pumpe u stočarstvu 1 -Električni pogon TP, 2 -Hladan vazduh raspodeljen u prostoriju, 3 -TP raspodeljuje toplotu odstranjenu iz vazduha ka vodenoj petlji, 4 -Toplota u vodenoj petlji prenesena u zemlju, 5 -Topao vazduh raspodeljen u objektu, 6 -TP odstranjuje toplotu iz vodene petlje u vazduh, 7 -Toplota u zemlji estrahovana sa vodenom petljom,

Primena toplotne pumpe u stočarstvu Na slici je predstavljena šema zatvorene geotermalne toplotne pumpe, poznata pod imenom zemljišno spregnuta toplotna pumpa. Po adekvatnom principu, cevovodna petlja raspoređena je u zemlji, koja je značajno toplija od spoljnog vazduha tokom zime. Voda cirkuliše kroz petlje i zgradu, gde toplotna pumpa odstranjuje toplotu iz vode raspoređujući je u ambijentalni vazduh. Kako voda ulazi, zbog kontakta sa zemljom, toplotna pumpa je relativno topla, a koeficijent efikasnosti mnogo je viši od spoljne vazdušne toplotne pumpe. Zemljišne toplotne pumpe mogu da raspolažu koeficijentima efikasnosti K iznad 4, kada je ostvarena delotvorna konekcija između zemlje i cevovodne petlje.

Primena toplotne pumpe u stočarstvu • Proces je obrnut za slučaj hlađenja. • Toplota je oduzeta od unutrašnjeg vazduha i raspodeljena u vodenu petlju, koja je odaje u zemlju. Zemljišne toplotne pumpe, takođe, raspolažu sa visokom efikasnošću hlađenja, dok je zemlja mnogo hladnija od vazduha tokom leta. • Na slici je opisan sistem površinske toplotne pumpe (surface heat pump system • SWHP), koja koristi spiralni kalem uronjen u jezero, time zamenjujući zemljišnu petlju. • Površinska toplotna pumpa može biti čak mnogo efikasnija u hlađenju od zemljišnih • toplotnih pumpi, ako je jezero dublje od 9 m. • Međutim, dublja jezera su čak hladnija tokom zime od zemlje, čime zemljišni spiralni kalem sistem funkcioniše neznatno bolje u procesu hlađenja. • Površinske toplotne pumpe su tipično manje skupe od geotermalnih toplotnih pumpi, ako je pogodno vodeno telo u neposrednoj blizini.

Primena toplotne pumpe u stočarstvu

Primena toplotne pumpe u stočarstvu 1 -Električni pogon TP, 2 -Hladan vazduh raspodeljen u objekat, 3 -TP raspodeljuje toplotu odstranjenu iz vazduha na vodenu petlju, 4 -Toplota u vodenoj petlji prenesena u jezero, 5 -Topao vazduh raspodeljen u objekat, 6 -TP odstranjuje toplotu iz vodene petlje i raspodeljuje u vazduh,

Primena toplotne pumpe u stočarstvu Na slici je opisan je sistem zemljišno vodene toplotne pumpe. Voda se ispumpava iz bunara kroz toplotno izolovan razmenjivač toplote, a potom vraća kroz ubrizgavajući bunar. Toplotne pumpe odbacuju (hlađenje) i absorbuju (grejanje) toplotu iz zemljišne vode preko razmenjivača toplote i cevovodne petlje u zgradi. Ovako uređenje štiti toplotne pumpe od vode iz zemlje, ako je njen kvalitet sumnjiv. Bilo koje zahtevano prečišćavanje može biti lako sprovedeno u razmenjivaču od nerđajućeg čelika.

Primena toplotne pumpe u stočarstvu Upotreba odlaganja putem ubrizgavajućeg bunara obezbeđuje izbegavanje ugrožavanja efektivne visine vodenog stuba na usisnoj grani pumpe. GWHP toplotne pumpe tipično su niže cene od GCHP i SWHP toplotnih pumpi u srednjim i velikim objektima. Efikasnost je uporediva sa GCHP i SWHP sve dok su dodati zahtevi pumpanja izjednačeni sa pogodnim temperaturama vode u zemlji.

Primena toplotne pumpe u stočarstvu A-TP hladi ili greje vazduh i odbacuje ili odstranjuje toplotu u/iz vodene petlje objekta, B-Toplota odstranjena/dodata u vodenu petlju objekta preko razmenjivača toplote od prohroma RT,

Kako kondicioner vazduha funkcioniše Vodeno izvorišni kondicioner vazduha ili toplotna pumpa, predstavlja varijaciju tradicionalne vazdušno izvorišne toplotne pumpe. Sama hladnjačka jedinica sastoji se od nekoliko komponenti, sl. 4: - Kompresor pogonjen elektromotorom (tipično lociran unutar objekta). - Spiralni kondenzator sa prstenastim cevovodom (cev u cevi), za paralelno razdvojen protok vode i rashladnog sredstva. - Cirkulaciona pumpa, koja pokreće vodu kroz spiralni kondenzator i spoljnu vodenu petlju.

Kako kondicioner vazduha funkcioniše - Ekspanzioni uređaj (obično lociran unutar objekta), koji snižava pritisak u sistemu. - Isparivačka spirala sa duplim cevovodom i mnogo peraja koja hlade i obaraju vlažnost vazduha. - Unutrašnji ventilator za cirkulaciju vazduha preko hladnog spiralnog isparivača sa perajima. - Rashladni fluid za promenu stanja „tečnost/gas“, pri odgovarajućem pritisku i temperaturi. - Spoljna vodena petlja (zemljišna petlja, petlja u jezeru ili vodenom bunaru).

Kako kondicioner vazduha funkcioniše Komponente funkcionišu na sledeći način: Kompresor usisava rashladno sredstvo iz tačke četiri kroz cevovod u isparivačkoj spirali. Ova akcija uzrokuje isparavanje tečnog rashladnog sredstva, čime ono postaje hladnijim (≈7°C). Isparelo rashladno sredstvo, unutar cevi hladi vazduh, koji cirkuliše sa spoljne strane peraste cevi pod dejstvom radnog kola unutrašnjeg ventilatora. Da bi pokrenuo rashladno sredstvo od tačke jedan do tačke dva, ono mora biti podvrgnuto višem pritisku od kompresora.

Kako kondicioner vazduha funkcioniše Kompresija uzrokuje zagrevanje rashladnog sredstva (sličan efekat pojavljuje se kod vazdušnog kompresora što može biti verifikovano brzim i brižnim dodirom sa linijom otpuštanja). Zagrejano rashladno sredstvo prosleđuje se kroz prstenastu cev kondenzatora, gde nezavisno paralelno struji voda. Voda cirkuliše od cirkulacione pumpe kroz unutrašnju cev, time hladeći rashladno sredstvo i uzrokujući promenu njegovog stanja u „tečno“.

Kako kondicioner vazduha funkcioniše Voda je obično temperaturnog opsega 10 -32°C, i hladnija je od toplog rashladnog sredstva (3260°C). Tečno rashladno sredstvo napušta kondenzator (tačka tri), prolazeći kroz ekspanzioni uređaj, koji snižava njegov pritisak, pre nego se vrati u tačku četiri radi obnavljanja ciklusa.

SWOT ANALIZA

Toplotna pumpa u funkciji zaštite životne sredine • Značajnu ulogu u prelasku na OIE ima toplotna pumpa, koja obezbeđuje efikasnije korišćenje OIE, kao i otpadne toplote. Višestruka korist upotrebe toplotne pumpe, uz korišćenje geotermalnih izvora energije: • lako se održavaju, • efikasne su, • mogu se koristiti za grejanje i hlađenje, • njihovim korišćenjem umanjuje se utrošak primarne energije u poređenju sa drugim sistemima grejanja, čime se znatno smanjuje emisija CO 2 u atmosferu, odnosno smanjuje se efekat „staklene bašte“, a samim tim štiti životna sredina.

Uticaj primene toplotne pumpe na životnu sredinu • Razlika uticaja toplotne pumpe, korišćenjem geotermalnih izvora energije, na životnu sredinu u odnosu na grejanje na fosilna goriva, na osnovu opisanog instaliranog postrojenja prikazana kroz emisiju CO 2 na godišnjem nivou iznosi 180 t. • Pošto je eksploatacioni period ovog postorojenja toplotne pumpe 15 godina, pa proporcionalno tome smanjenje emisije CO 2 u atmos-feru iznosi 2700 t.