31

NauNauNauNauččččnininini radradradrad UDKUDKUDKUDK 66.021.466.021.466.021.466.021.4 :::: 662.997662.997662.997662.997 ==== 163.41163.41163.41163.41

KOEFICIJENTKOEFICIJENTKOEFICIJENTKOEFICIJENT PROLAZAPROLAZAPROLAZAPROLAZA TOPLOTETOPLOTETOPLOTETOPLOTE PRIPRIPRIPRI GREJANJUGREJANJUGREJANJUGREJANJU PLASTENIKAPLASTENIKAPLASTENIKAPLASTENIKAGEOTERMALNOMGEOTERMALNOMGEOTERMALNOMGEOTERMALNOMVODOMVODOMVODOMVODOM

SvetomirSvetomirSvetomirSvetomir MilojeviMilojeviMilojeviMilojevićććć,,,, SmiljkaSmiljkaSmiljkaSmiljka MilisavljeviMilisavljeviMilisavljeviMilisavljevićććć,,,, DraganaDraganaDraganaDragana RadosavljeviRadosavljeviRadosavljeviRadosavljeviććććFakultet tehničkih nauka, Kosovska Mitrovica, Srbija

1.1.1.1. IZVODIZVODIZVODIZVOD

Korišćenje klasičnog sistema cevi za grejanje, zbog velikog sadržaja minerala ugeotermalnim vodama, moguće je samo uz česta ispiranja jer se na zidovima formirasloj minerala koji smanjuje koeficijent prenosa toplote, a povećava gubitke usledstrujanja. Inače, koeficijenti prenosa toplote su mali, a sa cevima se ne može postićidovoljna površina za razmenu toplote. Da bi rešili ovaj problem konstruisali smo ipostavili novi sistem za nadzemno grejanje koji je obezbedio da celokupne bočnepovršine plastenika budu grejna tela, a modifikovali sistem za podzemno grejanjezamenom plastičnih cevi sa sistemom kanala od pocinkovanog lima. Usled značajnogpovećanja površine za razmenu toplote obezbedili smo optimalne temperature uplasteniku za grejanje toploljubivih kultura i u zimskim uslovima, a uz korišćenjegeotermalnih voda niske energetske vrednosti.

2.2.2.2. UVODUVODUVODUVOD

Pregledom literaturnih podataka i ispitivanjem uslova prenosa toplote na miniplasteniku u Jošaničkoj banji, utvrđeno je da korišćenjem geotermalnih voda,

Ct o100< , nije moguće obezbediti minimalno potrebne uslove za gajenje povrtarskihkultura u zimskim uslovima. Korišćenjem klasičnog sistema grejanja plastenika, pritemperaturi okoline od Co10− , temperatura u plasteniku je ispod nule. Merenjaizvršena u martu 2005., na plasteniku od 2126m , sa sistemom grejanja od plastičnihcevi uz korišćenje vode ulazne Ct o60= , pri spoljašnjoj temperaturi Ct o

s 7= su

pokazala da je temperatura u plasteniku svega Co5 viša od temperature okoline.Vrednost KmWK 2/4,14= [1] zahteva veliku površinu za razmenu toplote, što

značajno povećava troškove za ugradnju radijatora za nadzemno i cevi za podzemnogrejanje. Smanjuje se količina dnevne svetlosti u plasteniku i stvaraju nepovoljni usloviza gajenje povrtarskih kultura u toku zime, kada je najmanji broj sunčanih dana, aobdanica najkraća. Ne postoje uslovi da se obezbedi kvalitetno grejanje sageotermalnim vodama niske energetske vrednosti, a vode ovog kvaliteta predstavljajunajveći deo termoenergetskog potencijala geotermalnih voda Srbije.

Znajući da geotermalne vode banje „Banjska“ izvori „1“, „2“, „3“ i „4“, navedeniu literaturi [2] i izvor „5“-Joševik, po termičkim karakteristikama (tabela 1) pripadaju

32

niskoenergetskim vodama, došli smo na ideju da novim konstruktivnim rešenjemplastenika obezbedimo da celokupne bočne površine budu nadzemna grejna tela, a dapodzemno grejanje poboljšamo zamenom plastičnih cevi sa metalnim kanalima.

Tabela 1.

izvor protokl/s

temperaturaoC

raspoložva toplotaKW

Izvorište „1“ 5 40,1 628,5Izvorište „2“ 1 58,1 243Izvorište „3“ 1 28,3 75,4Izvorište „4“ 1 42,2 133,7„Joševik“ 4 38,4 482,4

Ukupno 1563156315631563

U dvorištu Uroša Radosavljevića postavljena je demonstraciona površina na kotiispod nivoa izvora „4“, koji je korišćen za zagrevanje, tako da topla voda slobodnimpadom kroz izolovanu cev 50Φ , dolazi na vrh plastenika, pa se raspodeljuje na levu idesnu bočnu stranu, u gornja korita, sliva niz kanape do donjih korita, odlazi doraspodeljivača čeono postavljenog na suprotnoj strani, iz koga se slobodnim isticanjemu korita za podzemno grejanje kreće u suprotnom smeru, sabira i odvodi u kanalizaciju.Na ovaj način postignuto je značajno zadržavanje tople vode u zoni zagrevanjaplastenika.

Da bi se poboljšao prenos toplote ka unutrašnjosti plastenika, a smanjio premaokolini, na bočnim stranama je ubačen međusloj plastike TVK 3SBC. Na ovaj način sustvoreni uslovi za merenje potrebnih parametara t i izračunavanje odgovarajućihkoeficijenata prolaza toplote. Takođe, povećana je efikasnost korišćenja geotermalneenergije vode uz obezbeđivanje znatno veće razlike temperatura u plasteniku u okolini.

3.3.3.3. EKSPERIMENTALNIEKSPERIMENTALNIEKSPERIMENTALNIEKSPERIMENTALNI DEODEODEODEO

3.1.3.1.3.1.3.1. OPISOPISOPISOPIS APARATUREAPARATUREAPARATUREAPARATURE PLASTENIKAPLASTENIKAPLASTENIKAPLASTENIKA

Demonstraciona površina na kojoj je podignut plastenik je 2285,38 m=× , visine2,5 m. Spoljašnja i unutrašnja konstrukcija je od metalnih cevi ″43 i ″21 , visine 2 m,cevi su dovoljno učvršćene betonskim stopama, a savijene su u krovni deo visine 0,5 m(slika 1).

33

Slika 1.

Na unutrašnjoj konstrukciji dole, a spoljnoj gore postavljena su po dužini metalnakorita ( )mm80004927 ×× povezana kanapima niz koje se sliva topla voda.Ubacivanjem međuplastike, TVK 3SBC, između unutrašnje, TVK heliofol 2SBC ispoljne TVK 3SBC formirano je grejno telo sa obe strane plastenika po dužini od 8 m,visine 1,75 m, prosečne debljine 60 mm, tako da je ukupna grejna površina nadzemnoggrejanja 228m . Od međufolije do spoljne folije rastojanje je 80 mm. Sve folije suopšivene na krajevima plastenika, a međufolija vezana za unutrašnju foliju na visini od2,2 m. Na taj način je postignuto dobro zatvarenje grejne površine i vazdušnogmeđusloja od nje do spoljne folije, tako da se prenos toplote favorizuje premaunutrašnjosti plastenika, a smanjuje prema okolini (slika 2).

Slika 2Na pet leja pripremljenih za zasad na dubini 200 mm, ugrađena su po dva kanala

od korita, tipa BOHOR CD, koja su okrenuta jedno prema drugom, stvarajućizatvorenu cev pravougaonog oblika mm2749× dužine 8 m, ispod kanala postavljena jeizolacija od stiropora debljine 20 mm (slika 3), tako da topla voda posle hlađenja od 41do 32oC, prelazeći preko grejnog tela nadzemnog grejanja, odlazi u raspodeljivač i krozkanale ispod zemlje nastavlja sa odavanjem toplote hladeći se pri tome do 28oC. Naovaj način je obezbeđen izuzetno efikasan sistem grejanja uz odavanje 11,7 KWtoplote što omogućava razliku temperature plastenika i temperature okoline od ~20oC

34

pri spoljnoj temperaturi od -2oC.

Slika 3

Merenje parametara bitnih za prenos toplote izvršeno je pri protoku ( Jkg /2,0 )geotermalne vode koja u plastenik ulazi na 42oC, a izlazi na 28oC, što je raspoloživakoličina vode za grejanje koja je slobodnim padom dovedena sa izvora do plastenika.

Ovim se stiču temperaturni uslovi za gajanje skoro svih povrtarskih kultura uzimskom periodu.

3.2.3.2.3.2.3.2. TOPLOTNITOPLOTNITOPLOTNITOPLOTNI BILANSBILANSBILANSBILANS IIII ODREODREODREODREĐĐĐĐIVANJEIVANJEIVANJEIVANJE KOEFICIJENTAKOEFICIJENTAKOEFICIJENTAKOEFICIJENTAPROLAZAPROLAZAPROLAZAPROLAZA TOPLOTETOPLOTETOPLOTETOPLOTEKKKK

Parametri bitni za proračun

DimenzijeDimenzijeDimenzijeDimenzije plastenikaplastenikaplastenikaplastenika- Dužina 8 m- Širina 3,5 m- Visina zida 2 m- Visina krova 0,5 m- Površina plastenika 28 m2

- Zapremina plastenika 70 m3

- Broj leja 5- Dimenzije leje (0,5x8) m2

35

Slika 4: Osnova plastenika sa lejama i podzemnim grejanjem

PodzemnoPodzemnoPodzemnoPodzemno grejanjegrejanjegrejanjegrejanje čine po dva kanala pravougaonog oblika ( )049,0027,0 ×dužine 8 metara po leji, na 5 leja ukupno 10 kanala. Ispod 4 leje kanali su oslonjeni naizolaciju od stiropora debljine 0,02 m, a peta leja nije izolovana.

Ukupna površina za razmenu toplote prema zemlji sa strane na gore:( ) 224,8108049,0027,02 m=⋅⋅+⋅ .

довод воде из левог,бочног грејног тела

разводнокорито

грејно телолево по ободу

грејно телодесно по ободу

0,2

0,50,50,50,5

0,350,350,350,35

0,15

0,50,50,50,5

0,350,350,350,35

0,50,50,50,5

0,350,350,350,35

0,50,50,50,5

0,350,350,350,35

0,50,50,50,5

0,350,350,350,35

0,060,060,060,06

0,080,080,080,08

0,060,060,060,06

површна

леје

8m0,080,080,080,08

0,15 0,15 0,15

0,2

3,53,53,53,5

грејно телолево по ободуканализациони

одвод

довод воде из десног,бочног грејног тела

подземни каналиm8049,0027,0 ××

довод водеу доње корито

улаз, излаз

одводнокорито

улаз, излаз

довод топлеводе

36

Zbog izolacije je zanemaren prenos toplote prema zemlji dole, kanali su prekrivenislojem peska do 1mm.

Merenjem je utvrđeno da je ukupni protok vode kroz podzemno grejanje

skgm 2,0≈

•, temperatura vode na ulazu u kanale 31,5oC, temperatura vode na izlazu iz

kanala 29,5oC, mereno po dužini plastenika (4 merna mesta) na visini od kanala 0,5 m,srednja temperatura u plasteniku je 4oC.

Iz toplotnog bilansa za podzemno grejanje srtAKtcpm ∆⋅⋅=∆⋅⋅•

izračunavamovrednost K jer su ostale velčine izmerene.

31,5 29,54 4

5,262

5,255,27=

+=∆ srt

KmWK 267,7

5,2624,82186,42,0=

⋅⋅⋅

=

Dobijena vrednost koeficijenta je aproksimativnaKoeficijent K za slučaj da leje nisu izolovane stiroporom odozdo.Proračun se izvodi na osnovu merenja temperature i protoka na neizolovanoj leji

- Protok vodeskgm 04,0≈

•

- Površina za rezmenu 265,1 mA ≈- Temperatura vode na ulazu u kanal Ct o5,30=

- Temperatura vode na izlazu iz kanala Ct o27=- Srednja temperatura vazduha na visini 0,5 m od kanala je 6,25oC30,5 27

6 6,5

5,222

5,205,24=

+=∆ srt

KmWK 28,13

5,22432,25,4186,404,0=

⋅⋅⋅

=

Razlog ovako velike razlike u koeficijentu prolaza K za neizolovane kanale je štosu donja strana i bočne strane kanala u direktnom kontaktu sa vlažnom zemljom, pa jegubitak toplote prema zemlji značajan. Zato dolazi do znatno većeg hlađenja vode priproticanju kroz njih. Zbog proticanja slobodnim padom kanali nisu puni pa je prenostoplote izraženiji u donjem delu kanala gde struji tečnost, a upravo taj deo je uneposrednom kontaktu sa vlažnom zemljom.

NadzemnoNadzemnoNadzemnoNadzemno grejanje.grejanje.grejanje.grejanje. Kao grejno telo za nadzemno grejanje koriste se celokupne

20,5

37

bočne površine plastenika, svaka površine 14 m2 prema unutrašnjosti plastenika, štoznači da je ukupna površina za razmenu 28 m2.

U grejnom telu merena je temperatura na 28 mesta i srednja temperatura određenakao srednja aritmetička vrednost i tako je za levu stranu dobijena Ct o

sr 5,26= , a zadesnu stranu Ct o

sr 27= .U plasteniku na 0,5 m i 1 m visine određivana je temperatura na 4 mesta duž

plastenika na 1,1 m udaljenosti od grejnog tela (slika 5), a spolja temperatura okolinena 1,1 m udaljenosti od grejnog tela i na visini 1 m od zemlje. Merenje je obavljenokad je plastenik potpuno otvoren sa bočnih strana pri mirnom vremenu.

Protok vode kroz levu stranu plastenika je skgm l 107,0=•

, temperatura uplasteniku je 5,1=plt , temperatura okoline 5,0−=okt . Temperatura vode se menja odulazne 41,2 pri vrhu grejnog tela do 33,2 na izlazu iz grejnog tela. Prenos toplote sevrši prema plasteniku i prema okolini, uz pretpostavku da je K približno jednako važibilans toplote za levu bočnu stranu plastenika:

( ) ( )[ ]pllokllp ttttAKtcm l −+−⋅=∆⋅⋅•

( ) ( )[ ]( )

( ) ( )[ ]5,15,265,05,26142,332,41186,4107,0

−++−⋅⋅

=−+−

∆⋅⋅=

•

pllokl

lpl ttttA

tcmK l

WKl 92,4=

Protok vode kroz desnu stranu plastenika je skgmd 983,0=•

, temperatura uplasteniku je 7,7=plt , temperatura okoline 7=okt , temperatura vode na ulazu

0,39=ult temperatura vode na izlazu 5,30=izlt :

- mesta gde su merene temperature u

grejnom telu

- mesta gde su merene temperature uplasteniku

Slika 5.

38

( ) ( )[ ]( )

( ) ( )[ ]7,727727145,300,39186,4983,0

−+−−⋅⋅

=−+−

∆⋅⋅=

•

pldokd

dpd ttttA

tcmK d

WKd 36,6=Ukupna razmena toplote preko nadzemnog grejanja je KWQn 08,7= .Ukupna razmena toplote preko podzemnog grejanja je KWQ p 09,2= .Ukupna razmena toplote je KWQ 17,9= .Dobijene vrednosti koeficijenata prenosa toplote K se mogu koristiti kod

proračuna grejne površine plastenika sa ovakvim sistemom grejanja.Potrebna količina toplote za grejanje plastenika zapremine 70m3 je:

KWQ 9,33600/70200 =⋅= .Zapaža se da je površina grejnih tela na podignutom plasteniku znatno veća. To

omogućava da se promenom protoka vode, temperatura u plasteniku podešava prematemperaturi okoline u zimskim uslovima kada temperature okoline padaju u ovimkrajevima do -20 oC i time spreči izmrzavanje gajenih kultura.

4.4.4.4. REZULTATIREZULTATIREZULTATIREZULTATI IIII DISKUSIJADISKUSIJADISKUSIJADISKUSIJA

4.1.4.1.4.1.4.1. EKONOMSKIEKONOMSKIEKONOMSKIEKONOMSKI IIII ENERGETSKIENERGETSKIENERGETSKIENERGETSKI EFEKATEFEKATEFEKATEFEKATUpoređujemo plastenik od 28m2 sa predloženim sistemom grejanja i isti takav sa

klasičnim grejanjem cevima i radijatorima. Za približno istu konstrukciju razlika je uupotrebljenim grejnim telima. Kod novog sistema grejanja razmenjuje se:

- u podzemnom grejnom telu 2,09 KW- u nadzemnom grejnom telu 7,08 KW- cena materijala za podzemno grejanje sa montažom ~180€- cena materijala za nadzemno grejanje sa montažom ~150€Kod klasičnog grejanja cevima i radijatorima cena podzemnog grejnog tela je

~150€, ali bez izolacije odozdo, što znači približna je kao kod u projektu korišćenogrešenja. Cena nadzemnog grejanja je ~350€ pretvoreno po jedinici prenešene energijeza predloženi sistem nadzemnog grejanja cena je 21,1€/KW, a za klasičan sistemgrejanja 49,4 €/KW, što je oko 2,5 puta skuplje (jedinične cene se odnose na grejna telapredloženog i klasičnog sistema grejanja). Sa stanovišta korišćenja toplote jasno je daje kod klasičnog grejanja radna temperatura vode od 90oC do 70oC, te se geotermalnevode niske energetske vrednosti ne mogu iskoristiti, a da smo sa novim sistemomgrejanja upravo to postigli.

Korišćenjem predloženog sistema nadzemnog grejanja na dužini od 1,5 m,temperatura vode opada za 8oC, može se postići pad temperature i znatno većidrugačijim konstruktivnim rešenjem čime se omogućava veće zadržavanje vode ugrejnom telu, tako da se postiže neuporedivo veća efikasnost korišćenja geotermalneenergije.

39

5.5.5.5. ZAKLJUZAKLJUZAKLJUZAKLJUČČČČAKAKAKAK

1. Obezbeđivanjem velike površine grejanja po jedinici zapremine plastenikaomogućeno je izuzetno efiksno zagrevanje sa vodama niske energetske vrednosti, unašem slučaju temperatura je 42 oC , tako da je obezbeđena razlika temperaturavazduha u plasteniku i okolini ~20 oC.

2. Izuzetno veliki pad temperature po jedinici dužine slivanja, koji se promenomvremena zadržavanja vode u grejnom telu može menjati, omogućava mnogoefikasnije korišćenje energije geotermalnih voda

3. Usavršavanjem alata za izradu grejnih tela ove vrste u radionici i njihovommontažom na terenu dobiće se znatno jeftiniji sistem grejanja koji će omogućiti dase na izvorima geotermalnih voda temperature Co30≥ podižu plastenici zaproizvodnju toploljubivih i za toplotom manje zahtevnih kultura

6.6.6.6. LITERATURALITERATURALITERATURALITERATURA

1. Milojević S., Đurović M., Radosavljević D., Glišić S., Stamenić M., Korišćenjegeotermalne vode za zagrevanje plastenika, Thermal science vol 10, No 4/2006,Beograd 2006, 205-209

2. Milenković N., Turistički potencijal banje Banjska, Diplomski rad, KosovskaMitrovica 2005.

3. Lazić B., Marković V. i dr., 2001, Povrće iz plastenika, Poljoprivredni fakultet,Novi Sad, 22-60

4. Cvijović S, Toplotne operacije, TMF, Univerzitet u Beogradu, Beograd, 1985,84-93

SummarySummarySummarySummaryOVERALLOVERALLOVERALLOVERALL HEATHEATHEATHEAT TRANSFERTRANSFERTRANSFERTRANSFER COEFFICIENTCOEFFICIENTCOEFFICIENTCOEFFICIENT ONONONONHEATINGHEATINGHEATINGHEATINGGREENHOUSEGREENHOUSEGREENHOUSEGREENHOUSE BYBYBYBYGEOTHERMALGEOTHERMALGEOTHERMALGEOTHERMALWATERWATERWATERWATERScientificScientificScientificScientific paperpaperpaperpaperS.S.S.S. MilojeviMilojeviMilojeviMilojevićććć,,,, SmiljkaSmiljkaSmiljkaSmiljka MilisavljeviMilisavljeviMilisavljeviMilisavljevićććć,,,, DraganaDraganaDraganaDragana RadosavljeviRadosavljeviRadosavljeviRadosavljeviććććFaculty of Technical Science, Kosovska Mitrovica, Serbia

Because of considerable percent of minerals in geothermal waters, classic pipeheating systems are usable only with frequent washing. Namely, minerals fromgeothermal water form layers into the pipes, which reduce heating transfer coefficient,magnifying also heating loss because of stream. Therefore, heating transfer coefficientvalues are small. Moreover, if we use pipes, we can’t obtain heating area large enough.

To solve this problem, we designed and installed new over-ground heatingsystem, which greenhouse overall side areas makes work as heaters. We also modifiedunderground heating system by replacing plastic pipes with zinc-galvanized, metalplate channel system. Thereby, by considerably enlarging heating transfer area, weprovided optimal temperature values inside greenhouse. This enables growing thermo-sensitive vegetable sorts, by using low energy geothermal waters, even during winterperiod of year.