UTICAJ KVALITETA PODZEMNIH VODA NA RAD TOPLOTNE PUMPE

UTICAJ KVALITETA PODZEMNIH VODA NA RAD TOPLOTNE PUMPE Impact of groundwater quality on heat pump operation 50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 1

Dva su osnovna energetska resursa u oblasti primene toplotnih pumpi: vazduh iz okruženja i zemlja sa svojim prirodnim bogatstvima (zemlja, podzemne vode, vodeni tokovi) Za korišćenje vazduha i zemlje kao energetskih resursa ne postoji zakonska regulativa u Republici Srbiji Date preporuke su vrlo rigorozne i komplikovane Većina postrojenja je izgrađena bez dozvole, vrlo često i bez projekata i nekih prethodnih istražnih radnji To je jedan od razloga javljanja problema u praksi 50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 2

U dosadašnjoj praksi pri korišćenju toplotnih pumpi sistema voda-voda glavni fokus je bio na sekundarnom delu instalacije klimatizacije i samoj toplotnoj pumpi kao uređaju: pravilan proračun energetskih potreba, pravilno dimenzionisanje opreme Pristup podzemnoj vodi kao energetskom resursu je bio površan, baziran na iskustvu drugih ili prepušten na rešavanje nekom drugom Jedini kriterijum pri iskopu bunara je bio prirodni statički nivo podzemne vode, dubina i izdašnost bunara Potpuno je zanemarivan hemijski sastav podzemnih voda 50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 3

50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 4

Vidljivo je da se eksploatacija podzemne vode vrši sa dva horizonta: 30 – 40. 5 m i 48. 5 – 57. 5 m gde su i postavljena usisna sita pumpe. Namena ovog bunara prečnika Ø 323 mm je za snabdevanje toplotne pumpe sistema voda-voda tehničkom vodom crpljenjem sa dve kaskadno vezane potopne pumpe postavljene svaka na po jedan eksploatacioni horizont i izlivom vode u otvoreni kanal za sakupljanje i odvod podzemnih i atmosferskih voda. Ostvareni protok vode je 7 l/s 50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 5

50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 6

Opis sistema Za potrebe proizvodnje tople i hladne vode predviđena je toplotna pumpa sistema voda-voda grejnog kapaciteta 142 KW sa četiri kaskadno vezana kompresora. Za zaštitu toplotne pumpe ugrađen je rastavljivi lamelni toplotni predizmenjivač. Za crpljenje podzemne vode ugrađene su dve potopne pumpe kaskadno vezane Tokom eksploatacije primećena je crvenkasta boja podzemne vode koja je sa sobom nosila i određenu gustu masu koja podseća na blato. Ta masa se taložila u predizmenjivaču smanjujući protok. Predizmenjivač je rastavljan i čišćen svakih 10 dana Ispiranjem izmenjivača hemijskim sredstvima, zamenom filtera i vađenjem i čićenjem potopne pumpe kratkotrajno su se rešavali problemi 50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 7

50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 8

Dugo se mislilo da je “crveno blato” posledica nekih mehaničkih nečistoća, zamuljenje bunara ili nekakva oksidacija. Međutim, laboratorijskim ispitivanjem uzoraka podzemne vode i analizom rezultata došlo se do sasvim drugačijeg saznanja. “Crveno blato” nisu ništa drugo do vrsta anaerobnih bakterija, tzv. gvožđevite bakterije! 50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 9

50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 10

One žive u dubini, u vodama bogatim gvožđem i hrane se gvožđem Gvožđevite bakterije se manifestuju obično kao braon, crvene ili bele lepljive, ljigave, sluzave supstance suspendovane u vodi Bezopasne su po zdravlje ali opasne po instalacije. Transportom ovakvih voda cevovodima dolazi do taloženja naslaga po zidovima, armaturi i meračima protoka Problem je što one mogu biti fakultativno anaerobne tj. mogu živeti i razmnožavati se u sredinama sa i bez prisustva vazduha Povećana koncentracija gvožđa (Fe) u vodi je pogodna podloga za pojavu anaerobnih bakterija 50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 11

Karakteristike podzemnih voda gledano na svetskom nivou: Vode iz prve izdani (dubine do oko 18 m) su po pravilu bogate solima kalcijuma i magnezijuma, odnosno to su vode povišene ukupne tvrdoće, sa blago povišenim sadržajem amonijaka, gvožđa i mangana, kao i niskim koncentracijama natrijuma Podzemne vode druge izdani (dubine do oko 80 m) su mekše sa većim koncentracijama amonijaka, gvožđa i mangana, blago povećanim sadržajem arsena i hlorida, kao i niskim koncentracijama natrijuma Vode treće izdani, koje su zarobljene u podzemnim rezervoarima više desetina hiljada godina, izuzetno su meke, sa povećanim sadržajem natrijuma, amonijaka, arsena i ortofosfata. Definitivno se tokom prolaska vode na putu od prve do treće izdani odvija prirodni proces omekšavanja na zeolitskim materijalima 50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 12

50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 13

Laboratorijskom analizom sirove podzemne vode iz bunara u Pančevu uočena je povećana koncentracija gvožđa značajno iznad MDK i činjenica je da se u toj vodi pojavljuje “crveno blato” – anaerobne bakterije Povećana je i koncentracija Mangana i uočeno prisustvo mezofilnih bakterija blizu MDK 50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 14

Rešenje problema Uništavanje bakterija hlorisanjem Vremenskim ubrizgavanjem (pljuckanjem) rastvora Natrijum Hlorita iz rezervoara hlornog rastvora preko dozirne pumpe i uvodnika na dovodnoj liniji kroz koju bunarska voda ulazi u objekat. Dozirna pumpa se šteluje pri instalaciji da dozira određenu količinu hlora u vodu, a na krajnjoj tački (ispust vode u kanal ili drugi bunar) proverava se index rezidualnog hlora u vodi 50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 15

50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 16

Rezultat je bio neočekivano dobar: prošlo je više od godinu dana a da se nije ukazala potreba za čišćenjem i ispiranjem predizmenjivača, a za to vreme sama toplotna pumpa je funkcionisala ispravno i bez problema Pre hlorisanja bunarske vode predizmenjivač se čistio svakih 10 dana uz permanentni zastoj u radu toplotne pumpe i smanjenje kapaciteta Ponovljenom analizom podzemne vode nakon hemijskog tretmana hlorisanjem voda je dobila prirodniju boju, značajno je bistrija, zabeležen je manji pad hlorida i drastičan pad koncentracije aerobnih mezofilnih bakterija. Koncentracija rezidualnog hlora je ispod dozvoljene granice, voda je bakteriološki ispravna pa kao takva ova voda ne zagađuje zemljište niti životnu okolinu 50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 17

50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 18

50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 19

Zaključak “Crveno blato” koje se javlja pri eksploataciji podzemnih voda u sistemima toplotnih pumpi voda-voda su anaerobne gvožđevite bakterije koje se hrane gvožđem u vodi Efikasno uništavanje gvožđevitih bakterija kao i ostalih bakterija je hlorisanjem vode ubrizgavanjem rastvora natrijum hipohlorita direktno u napojni cevovod. Kontrolisanim i odmerenim ubrizgavanjem hlora ne ugrožava se zemljište niti životna sredina u koju se ispušta voda Usisna snaga bunarske pumpe odnosno brzina i protok bunarske vode su od značaja zbog sprečavanja taloženja bakterija na samoj usisnoj korpi i sprečavanja zapušenja same pumpe 50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 20

Hlorisanjem podzemne vode značajno se produžava period potrebe za redovnim čišćenjem predizmenjivača ili izmenjivača toplotne pumpe Povećana koncentracija gvožđa u vodi nije uslov za obaveznu pojavu anaerobnih gvožđevitih bakterija ali je značajan indikator da će se to sa velikom verovatnoćom desiti Neophodno je još u fazi projektovanja i odabira sistema za proizvodnju energije izvršiti probno iskopavanje bunara i laboratorijsku analizu podzemne vode sa eksploatacionog nivoa kako bi se odredila izdašnost bunara i prisustvo gvožđa (Fe) u vodi Potrebno je što pre doneti primenljivu i prilagođenu zakonsku regulativu za oblast primene toplotnih pumpi 50. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4– 6. 12. 2019 50 th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4– 6 Dec. 2019 21