Sveučili ilišta u Zagrebu Fakultet strojarstva i brodogradnje DIZALICA A TOPLINE POVEZANA S TLOM - Dinamika rada prof.dr.sc. Tonko ĆURKO dr.sc. Vladimir SOLDO, izv.prof. 2
SADRŽAJ AJ 1. UVOD 2. UČINKOVITOST KOMPRESIJSKIH DIZALICA TOPLINE 3. GEOTERMALNA DIZALICA TOPLINE na FSB-u Dinamičke promjene u tlu za vrijeme rada uređaja Rezultati mjerenja Projektiranje polja bušotina - test termičkog odziva tla TRT test 4. ZAKLJUČAK 3 1. UVOD Dizalice topline primjenjuju se u svim veličinama, od onih najmanjih za grijanje stanova, pa sve do sustava koji služe za grijanje čitavih naselja. Većinom se koriste za niskotemperaturne sustave grijanja, s temperaturom polaznog voda već od 35 C u slučaju površinskog grijanja, te s temperaturom polaznog voda do 55 C kod zagrijavanja PTV. Proizvode se u otvorenoj i zatvorenoj izvedbi. Otvorene izvedbe koriste podzemne ili površinske vode kao izvor/ponor topline. Zatvorene izvedbe koriste tlo kao izvor/ponor topline. Primjena: stambeni i nestambeni sektor, industrija, specifične namjene. Europska smjernica Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of the Council on the promotion of the use of energy from renewable sources svrstava dizalice topline u obnovljive izvore energije u ovisnosti o minimalnoj vrijednosti sezonskog toplinskog množitelja (Seasonal Performance Factor). 4
Broj ugrađenih jedinica Izvor: Thomas Nowak (EHPA, 2011.) Izvor: Martin Forsen, EHPA 2011. (obuhvaćene Austrija, Finska, Francuska, Njemačka, Norveška Švedska, Švicarska, UK) 5 Broj ugađenih jedinica prema tipu Odnos ugrađenih geotermalnih i zračnih dizalica topline u 2005. i 2009. (Martin Forsen, 2011.) DTPT (GSHP) Zrak 2005. DTPT (GSHP) Zrak 2009. 74% 26% 36% 64% Analiza obuhvaća: Austrija, Finska, Francuska, Njemačka, Norveška Švedska, Švicarska, UK DTPT Dizalice Topline Povezane s Tlom GSHP Ground Source Heat Pumps 6
Princip rada kompresijske dizalice topline isp kond Dizalica topline posreduje u prijenosu topline između dva toplinska spremnika: niskotemperaturnog, kojem se toplina (energija) odvodi, te visokotemperaturnog kojem se ta toplina (energija) dovodi a uvećana je za energiju kompresije. P komp Sustav dizalice topline sastoji se od tri kruga: - kruga izvora topline, - kruga radne tvari, - kruga ponora topline. Shematski prikaz dizalice topline u režimu grijanja 7 2. COP i SPF dizlice topline Toplinski množitelj (COP) ili faktor grijanja dizalice topline definiran je izrazom: gr ( COP) P kond komp Godišnji toplinski množitelj gr,g (Sesonal Performance Factor - SPF) sustava s dizalicom topline koristi se za proračun i dimenzioniranje sustava grijanja, a računa se pomoću sljedećeg izraza: SPF god Q GR god Q E sust PTV Q GR godišnja potrebna toplinska energija za grijanje prostora, kwh Q PTV godišnja potrebna toplinska energija za zagrijavanje PTV, kwh E sust - ukupna godišnja el. energija utrošena na: pogon kompresora, pumpi, ventilatora, pomoćnih grijača, te odleđivanje isparivača, kwh 8
COP i SPF dizlice topline COP = 3,65 Ovisnost SPF o udjelu pomoćnog grijača (1 f) udio pomoćnog grijača COP = 4,4 Ovisnost COP o temp razlici na izmjenjivačima DT (P. Lundqvist, KTH) 9 RES direktiva 2009/28/EC: Promotion of the use of energy from renewable sources Aneks VII RES direktive: Obnovljivi dio toplinske energije E RES kwh: E RES Q usable 1 * 1 SPF Dizalice topline se svrstavaju u obnovljive izvore energije ako je: 1 SPF 115, * el el učinkovitost proizvodnje električne energije Za el = 0,4 SPF 2, 88 Obnovljivi dio toplinske energije: E Q RES usable 1 1 0, 65 65 2, 88 % 10
3. GEOTERMALNA DIZALICA TOPLINE NA FSB-u Toplinska sonda s utegom 3 2 Poprečni presjek bušotine 3 2 4 32 115 152 mm 1 1 - uteg 2 - U cijev 3 - obujmica 4 - ispuna 11 Shematski prikaz dizalice topline povezane s tlom 12
Rezultati mjerenja Nedirnuta temperatura tla po visini bušotine Zagreb, Ivana Lučića 5 Na dubini 1,5 i 5 metara primjetan je utjecaj okolišnje temperature na temperaturu tla. Od 10 do 50 metara temperatura tla pada, da bi nakon 50 metara dubine, temperatura rasla sve do 100 m. Temperatura tla na dubini 100 m je 15,2 C.. Nedirnuta temperatura tla, Stochkolm (Acuna, KTH 2010.) Depth [m] 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 Temperature [ C] 8 9 10 11 13 Rezultati mjerenja - Parametri dizalice topline za karakterističan dan, FSB, 10. studeni 2011. Temperatura tla, C 15 13 11 9 7 5 Temperatura tla po visini bušotine, 10.11.2011. tla 10 m 50 m 40 m 20 m 30 m 85 m 70 m 100 m ok 3 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00 1:00 3:00 5:00 7:00 Vrijeme, h UREĐAJ U RADU: POTHLAĐIVANJE TLA TOPLINSKI OPORAVAK BUŠOTINE 14
Rezultati mjerenja Dubina (pozicija termopara), m 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 DT u režimu grijanja 4,8 Temperatura tla, C 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 6,5 6,6 7,1 7,4 7,3 8,2 7,8 10.11.2011., 07:00. 10.11.2011., 20:00. 12,2 11,2 10,8 10,8 10,7 11,3 11,1 10,8 12,0 13,8 Temperatura tla po visini bušotine, FSB, 10.11.2011. - Uključivanje uređaja u 07.00 sati - Isključivanje uređaja u 20.00 sati 15 Rezultati mjerenja Mjerene veličine Temp. glikolne smjese POLAZ, C Temp. glikolne smjese POVRAT, C Vrijednost parametra 07.00 sati 5,28 10,75 20.00 sati 0,91 4,60 Parametri dizalice topline za karakterističan dan, 10. studenog 2011. Temperatura okoline, C Temperatura grijanog prostora, C Učinci Učinak izmjenjivača u tlu, kw El. snaga kompresora, kw Učinak kondenzatora, kw Toplinski množitelj, - 9,36 16,78 8,11 1,78 9,89 5,56 6,72 20,63 5,26 1,92 7,18 3,75 Temp. glikolne smjese srednja, C Temp. tla srednja, C m, C 8,0 11,4 3,4 2,8 7,5 4,7 16
Parametri dizalice topline za 7 dana rada uređaja: 18.02.-25.02.2012. Temperatura tla, C 16 14 12 10 8 6 4 10 m 50 m 40 m 20 m 30 m 85 m 70 m 100 m tla Kontinuirani rad uređaja - 7 dana ok 2 0 14:00 2:00 14:00 2:00 14:00 2:00 14:00 2:00 14:00 2:00 14:00 2:00 14:00 2:00 14:00 Vrijeme, h 17 Parametri dizalice topline za 7 dana rada uređaja: 18.02.-25.02.2012. Dubina (pozicija termopara), m 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 4,0 2,2 2,4 3,0 2,9 Temperatura tla, C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3,2 3,9 5,0 DT u režimu grijanja 18.02.2012., 14:40. 25.02.2012., 14:20. 12,2 11,7 11,4 11,5 11,8 11,6 12,0 14,0 100 0,9 12,3 18
Parametri dizalice topline za 7 dana rada uređaja: 18.02.-25.02.2012. Mjerene veličine Temp. glikolne smjese POLAZ, C Temp. glikolne smjese POVRAT, C Vrijednost parametra 07.00 sati 7,05 11,90 20.00 sati -2,01 1,01 Parametri rada dizalice topline u kontinuiranom radu Temperatura okoline, C Temperatura grijanog prostora, C Učinci Učinak izmjenjivača u tlu, kw El. snaga kompresora, kw Učinak kondenzatora, kw Toplinski množitelj, - Temp. glikolne smjese srednja, C Temp. tla srednja, C m, C 13,93 12,03 7,11 1,95 9,07 4,65 9,48 12,04 2,6 19,30 24,05 4,32 1,89 6,22 3,28-0,50 3,06 3,6 19 PROJEKTIRANJE POLJA BUŠOTINA - Test termičkog odziva tla TRT test Vrijednosti dobivene mjerenjem toplinskog odziva tla: - toplinska vodljivost tla λ = 1,73 W/(m*K) - unutarnji otpor bušotine R b = 0,076 (m*k)/w ULAZNI PODACI ZA DIMENZINIRANJE POLJA BUŠOTINA Q H,nd, Q C,nd TRT test na lokaciji IKEA Rugvica 6 m 6 m 20
4. ZAKLJUČAK Iskustva iz europskih zemalja pokazuju da će i u Hrvatskoj doći do porasta primjene dizalica topline u sustavima grijanja i hlađenja. Postoji više faktora koji utječu na učinkovit rad dizalica topline, počevši od projektiranja preko izvođenja pa do načina rada. Mjereni rezultati na ispitnom sustavu s BIT-om na FSB-u pokazuju da je veliki utjecaj vremena rada sustava na ohlađivanje tla duž izmjenjivača, a time i na učinkovitost dizalice topline. Za kvalitetnu primjenu promatrane tehnologije neophodno je korištenje tehničkih propisa koji se odnose na učinkovitost i sigurnost rada dizalica topline, zaštitu okoliša, smjernice za dobivanje dozvole za gradnju, te ovlašćivanje bušača i izvođača radova. 21 Sveučili ilišta u Zagrebu Fakultet strojarstva i brodogradnje HVALA NA PAŽNJI! dr.sc. Vladimir SOLDO, izv.prof. prof.dr.sc. Tonko ĆURKO Fakultet strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Zagrebu Katedra za toplinsku i procesnu tehniku, Ivana Lučića 5, Zagreb, E-mail: vladimir.soldo@fsb.hr, tonko.curko@fsb.hr