Zemni kolektori
    Ponedjeljak, 21 Ožujak 2011 18:29

    Zemni kolektori

    Što je veća površina kolektorskog polja sporije će se crpiti toplina zemlje te će sustav imati veći i stabilniji toplinski kapacitet. Zemni kolektor je toplinski izvor izgrađen od mreže plastičnih cijevi postavljenih horizontalno na dubinama 1,5-2,0 m te površina mora biti 1,5-2,5 veća od površine građevine. Da se osigurala stabilnost sustava površina polja bi trebala imati u sebi sigurnosni faktor odnosno mora biti predimenzionirana.  Što je veća površina kolektora osigurati će se veći faktor sustava SPF u dugoročnom korištenju te će toplinski izvor imati malu promjenu temperature što je važno za biomasu na površini. Ako je površina polja premala neće doći do regeneracije topline zemlje i sustav neće moći postići tražene uvjete udobnosti prostora i tražene temperature uz niske troškove pogona.  Cijena investicije u zemnu kolektorsku mrežu je puno manja od investicije u geotermalne sonde pa zemni kolektor treba koristiti kada je god moguće. Da se izbjegne zavarivanje cijevi i spajanje spojnicama ispod zemlje dužina kruga mora odgovarati dužini koluta cijevi. Tako za Rehau cijevi dužina koluta iznosi 100m dok se nalaze primjeri instalacija s krugovima dužina i do 200m u jednom komadu.

    Slika 1. Godišnja promjena temperature zemlje na 1,7 m i na 75 m  [18] i [23]

    Temperatura zemlje na dubini od 2 m je stabilna u intervalu od 8 do 10 °C tijekom cijele godine. Najveće godišnje oscilacije temperature zemlje su na dubinama od 0 do 1m ispod površine zemlje te treba izbjegavati to područje za instalaciju zemnog kolektora, a to je također područje zaleđivanja zemlje i niskih mogućih temperatura tijekom zime. 

    Prosječno se može računati da se po metru instalirane plastične cijevi može dobiti oko 15 W/m  no ukupni toplinski dobitak ovisi o sastavu tla i vlažnosti tla te dobitak može rasti i do 35 W/m. Model rijetki raspored, Ako postoji dovoljno površine postavlja se rijetka mreža cijevi u kanalima na pravilnim razmacima koja uvijek osigurava regneraciju zemlje i stabilniji rad sustava. Prednosti i mane dovele su do primjene rijetko položenih plastičnih cijevi PEHD d32 ili kvalitetniji PE-Xa d32, većeg promjera. PEHD d32 je materijal koji traži minimalno 15 cm pijeska ispod i iznad cijevi, ukupno 30cm da se umanji mogućnost oštećenja. PE-Xa d32 je kvalitetniji materijal, otporniji je na udarce i oštećenja te nije potrebno koristiti sloj pijeska. Na većim površinama da se uspori hlađenje zemlje u režimu grijanja građevine pa postoje primjeri postavljanja cijevi na razmacima od 30 do 60 cm. Minimalni preporučeni razmak je 30cm da se smanji međudjelovanje položenih cijevi i izmjena topline susjednih cijevi. Prema VDI 4640 preporučeni razmak je od 50 do 80 cm. 

    Model spiralnog rasporeda, ako je površina ograničena postavlja se spiralni raspored cijevi (slinky raspored) te su kod tog modela veći prijelazi topline i potrebno je obratiti pozornost da količina odvedene topline ne bude veća od regenerirane. Ako se dogodi navedeno dolazi do zaleđivanja zemlje te moguće oštećivanje biomase na površini zemlje. Nakon par sezona grijanja primjetiti će se znatno odumiranje travne mase. 

    Model višeslojnog rasporeda, višeslojni raspored se koristi na površinama iznad kojih nema biomase odnosno na parkiralištima kod kojih veliko snižavanje temperature neće utjecati na biomasu i površinski izgled tla. Ovim rasporedom će se postići maksimalno odvođenje energije tla te će do kraja sezone grijanja doći do velikog pada temeperature tla. Ako dođe do znatnijeg stvaranja ledenog sloja oko podzemnih cijevi doći će do opadanja snage sustava. Prednost modela je maksimalni toplinski tok koji će se postići na instaliranoj površini. početna dubina postavljanja je 2,5 m te se drugi sloj može postaviti na 1,5 m dubine. da se što više smanji međusobni utjecaj mreža. 

    Model kapilarnog kolektora, cijevi se mogu postavljati i na manjim razmacima te je na tom principu razvijen kapilarni kolektor koji zbog velike gustoće cijevi brzo odvoditi toplinu iz zemlje te se zemlja brzo ohladi i izgubi kapacitet. Osnovni nedostatak je potreba za podzemnim zavarivanjem spojeva što predstavlja problem ako dođe do propuštanja cijevi. 

    Mreža cijevi se može postaviti i na dno jezera te se može koristiti relativno stalna temperatura vode na dnu jezera. Voda u jezeru će imati istu ulogu kao zemni akumulator, no može se očekivati da će se oko cijevi nakon višegodišnjeg korištenja stvoriti slojevi algi i biomase koja će znatno smanjiti toplinski tok. Mreža će imati utjecaj na promjenu temperature vode te veliki utjecaj na biomasu i organizme ekosistema. [22] 

    Mreža cijevi u permafrostu, cilj je osiguravanje stabilnosti građevine i strukture temelja u zaleđenoj zemlji tijekom cijele godine. Temelji građevine prenose toplinu na permafrost koji se grije te građevina tone tijekom niza godina. Da se sprijeći ovaj proces oko temelja se postavlja mreža kojom se iz permafrosta oduizma energija, pojačavaju se temelji i stabilnost građevine. Moguće je dobiti ovim modelom 30-50% energije za grijanje. Smanjuje se temelji i njihova dubina jer se oko temelja građevine stvara led koji se stalno održava hladnim. Lokalno oko građevine će nastati oštećenja na biomasi pa je potrebno prekriti površinu oko građevine popločenjem. [22] 

    Sve cijevi se sakupljaju u podzemnom šahtu u kojem se nalazi razdjeljivač / sabirnik sa balansnim ventilima, mjeračima protoka te ventilima za odvajanje krugova putem kojim se postiže jednak protok na svakom krugu dok svaki krug mora imati jednaku dužinu cijevi. Od podzemnog šahta se vode cijevi do strojarnice, a na mjestu prodora cijevi kroz zid se postavljaju prodorne zaštitne zidne spojnice. Prije zatrpavanja zemlje i rovova potrebno je napraviti tlačnu probu mreže da se provjeri da li postoji mjesto propuštanja. Probni tlak je najmanje 6 bar te u vremenu od 60 minuta tlak ne smije pasti za 0,2 bar.

    Autor: Dario Hrastović, dipl.ing.stroj. 
    Pročitano 2834 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