A dizalica topline je?
    Ponedjeljak, 21 Ožujak 2011 17:54

    A dizalica topline je?

    Osnovna definicija kaže da je to uređaj koji koristi električnu energiju da bi prebacio toplinsku energiju iz jednog toplinskog spremnika u drugi. Potreban je izvor topline koji može biti: okolišnji i otpadni zrak, zemlja, podzemne i otpadne vode itd. Uređaj crpi energiju iz okoliša te ju prenosi u građevinu. Energija se prebacuje u toplinski ponor sustav grijanja građevine ili se energija koristi za pripremu sanitarne vode. Dizalice topline manjih snaga su prisutne u svakom domaćinstvu u zamrzivačima i klima jedinicama (zračna dizalica). Za sustave grijanja promatraju se dizalice topline većih snaga od 5kW na više ovisno o potrebnoj toplinskoj snazi sustava. Energiju s niže razine na višu podiže kompresor u koji se unosi električna energija da se ostvari krug rada dizalice topline.


    Pretpostavimo da je izvor električne energije termoelektrana pokretana fosilnim gorivom. Elektrane tog oblika imaju faktore pretvorbe na razini 35% odnosno 1 / 2,85 odnosno potrebno je uvesti 2,85 jedinica zemnog plina u elektranu da se dobije 1 jedinica električne energije. Potom se električna energija koristi u sustavu dizalice topline koja ima faktor sustava SPF 5,5. Ako je učinkovitost plinskog uređaja 90% dolazi se do podatka da je za usporedivi plinski sustav potrebno 550% / 90 %  = 6,1 jedinica toplinske energije zemnog plina. Grubom računicom 6,1 / 2,85 = 2,14 dobiva se podatak da je potrebno duplo više zemnog plina da se dobije ista snaga sustava. Nizom sličnih analiza došlo se do zaključka da je usporedna razina faktora sustava SPF zemnog plina na razini 1,8-2,2 što je osnovni podatak za daljne tehno-ekonomske analize opravdanosti investicije. Velika prednost dizalica će se ostvariti kod korištenja obnovljivih izvora energije za dobivanje električne energije. [17]

    Faktor dizalice ili COP predstavlja odnos toplinske energije koju proizvede dizalica topline u odnosu na električnu energiju koja je dovedena uređaju. Što je veći COP potrebno je manje električne energije da se stvori ista snaga toplinske energije te što je veći COP to je bolji uređaj. Za COP 3,0 potrebno je u dizalicu topline, uređaj dovesti 1 kW električne energije da se dobiju 3 kW toplinske energije. Učinkovitost dizalica topline nije jednaka za sve modele i proizvođače te treba odabirati uređaje klase A odnosno energetski učinkovite uređaje. Dizalice topline se ispituju prema normi BS EN 14511-2 i kroz standardne uvjete B0W50 (eng. brine, glikol pri 0°C i eng. water, voda pri 50°C) dodatni testovi su pri B0W35 (0°C / 35°C) i B5W35 (5°C / 35°C) te se testovima pri tim uvjetima dobiva COP ispitivane dizalice topline.

     

    Slika 1.: Faktor dizalice u odnosu na temperaturu toplinskog izvora [7]

    Ukupna godišnja učinkovitost sustava (faktor sustava) predstavlja odnos toplinske energije koju je proizvela dizalica topline u odnosu na ukupnu električnu energiju koja je dovedena u sustav da bi se ostvarilo grijanje građevine, priprema sanitarne vode, dodatno dogrijavanje te rad crpki i automatske regulacije. Za faktor sustava od 3,0 potrebno je dovesti 1kW električne energije u sustav da se dobije 3kW toplinske energije na toplinskim ponorima: podnom grijanju, spremniku sanitarne vode. Da se ostvari ukupni faktor sustava od 3,0 potrebno je da je COP dizalice topline veći i na razini od oko 3,5-4,0 da se pokriju električne potrebe na pumpama i automatskoj regulaciji. Razlika temperature toplinskog izvora (zrak, zemlja, voda) mora biti što bliža temperaturi toplinskog ponora (podno grijanje, ventilokonvektori, radijatori, zrak). Nailazi se često na preporuke da se dizalica topline ne dimenzionira na maksimalno opterećenje već na 70-80% potrebne maksimalne toplinske snage te da bi dizalica topline tim odabirom mogla pokriti 85-95% dana grijanja. Pokazati će se da taj model odabira negativno djeluje na faktor sustava. Primjena električnog dogrijavanja će se zabraniti poslije 2015. godine jer električni grijači imaju najveću emisiju CO2.

     

    Slika 2. Vremenski udio različitih temperatura tijekom godine [22]

    Autor: Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.

     

    Povijest razvoja dizalica topline
    Svoju povijest započele su davne 1852. godine kada je Lord Kevin razvio koncept dizalice topline. Taj koncept skoro 90 godina kasnije usavršio je američki izumitelj Robert C. Webber. Webber je ideju za dizalicu topline dobio kada je eksperimentirajući sa svojim zamrzivačem slučajno opekao ruku nakon nenamjernog dodirivanja izlazne cijevi rashladnog sustava. Taj događaj dao mu je ideju kako postaviti osnovnu mehaniku za izgradnju dizalica topline. Webber je sljedeći nekoliko jednostavnih koraka uspio usavršiti prototip. Prvo je spojio izlaznu cijev svojeg zamrzivača sa vrućom vodom iz bojlera, te je onda s obzirom na to da je zamrzivač proizvodio konstantan višak topline zagrijavao toplu vodu u tzv. "petlji".

    Lord Kevin
    William Thomson također poznat i kao Lord Kelvin 1852. godine razvio je koncept dizalice topline. Thomson je želio teorijski dokazati da se toplina može protokom izmjeniti iz vrućeg u hladno. Prilikom razvijanja svog uređaja, Thomson mu je inicijalno namjenio ulogu da na zgradama i objektima služi kao klima uređaj i hladnjak. Tek kasnije Webber je uređaj doradio i prenamjenio u uređaj koji će prema potrebi moći i hladiti i grijati.

    Učinkovitost dizalice topline
    Tijekom 1940-ih, dizalica topline postala je jako popularna zbog svoje izvrsne učinkovitosti. Svoj puni procvat doživjela je u 70-im godinama zbog naftnog embarga arapskih zemalja kada se počela intenzivno buditi svijest o očuvanju potrošivih izvora energije, unatoč vrlo jeftinim naftnim derivatima u to vrijeme. Tada je profesor Dr. James Bose na Oklahoma State University prvi put pronašao pojam dizalice topline u knjizi o inženjeringu. On je iskoristio ideju  dizalice topline i primjenio ju na način da zagrijava vodu bazena, pomoću cijevi kroz koju je prolazila vruća voda. To je bio početak nove ere u geotermalnim sustavima. Dr. Bose se vratio u Oklahoma State University i počeo razvijati svoju ideju, a Oklahoma je postala središnje mjesto za istraživanje i razvoj dizalica topline. International Ground Source Heat Pump Association (međunarodna organizacija geotermalnih dizalica topline) formirana je upravo u Oklahomi, a baza joj je upravo u kampusu Oklahoma State University, gdje dr. Bose služi kao izvršni direktor. Nakon toga je pomoću malog ventilatora uspio je pogoniti vrući zrak da struji po cijeloj prostoriji. Izum je funkcionirao i to je zapravo bila preteča današnjih dizalica topline. Nakon kratkog vremena Webber je odlučio iskoristiti toplinu tla pomoću bakrenih cijevi koje je smjestio u prizemlje i napunio ih plinom freonom koji je prikupljao i transportirao je toplinu tla kroz te cijevi. Uskoro je ventilator počeo koristiti kao generator zraka za svoj dom, a kada je shvatio da princip grijanja na dizalicu topline savršeno funkcionira, odlučio je prodati svoju peć na ugljen.
    www.toplinskepumpe.com
    Pročitano 1820 puta

    O nama

    Hrastović Inženjering d.o.o. od 2004. se razvija u specijaliziranu tvrtku za projektiranje i primjenu obnovljivih izvora energije. Osnova projektnog managementa održivog razvitka društva je povećanje energijske djelotvornosti klasičnih instalacija i zgrada te projektiranje novih hibridnih energijskih sustava sunčane arhitekture. Cijeli živi svijet pokreće i održava u postojanju stalni dotok Sunčeve energije, a primjenom transformacijskih tehnologija Sunce bi moglo zadovoljiti ukupne energetske potrebe društva.

    Kontakt info

    HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o.
    Kralja Tomislava 82.
    31417 Piškorevci
    Hrvatska

    E-mail: info@hrastovic-inzenjering.hr
    Fax: 031-815-006
    Mobitel: 099-221-6503
    © HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o. - design & hosting by Medialive