Suvremeni trendovi u tehnologiji grijanja i hlađenja

Rijeka, 06.02. 2014.

Prof. dr. sc. Branimir Pavković, dipl. ing.

Tehnički fakultet u Rijeci

„Transformacija energetskog sektora i prilike za razvoj lokalnog OIE poduzetništva“

Ukupno se za grijanje u Europi troši oko 49% finalne energije. Bilježi se blagi porast ukupne

potrošnje, kome pogoduje porast broja kućanstava i povećanje obima usluga, dok primijenjene

mjere energetske efikasnosti istovremeno utječu na smanjenje potrošnje.

BAU – business as usual RDP – “Full Research, Development and Policy Scenario”

Porast potrošnje energije za hlađenje također je evidentan i posljedica je u najvećoj mjeri

globalnog porasta temperature i porasta broja ljudi koji si mogu priuštiti hlađenje.

Porast ljetne potrošnje električne energije je evidentan. Korištenje OIE može značajno doprinesti.

0

500

1000

1500

2000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Pro

izvodnja

ele

ktr

ične e

nerg

ije G

Wh

mjesec2000 2001 2002 2003 2004

U zgradarstvu se može ostvariti značajan napredak u racionalnom korištenju energije i to u

smanjenju nepotrebnih gubitaka i dobitaka topline, te u primjeni energetski učinkovitih

sustava grijanja i hlađenja. To je prepoznato od strane EU i napori su usmjereni u tom

smjeru.

Od ukupnih građevinskih projekata mali dio, tek do oko 2% projekata se odnosi na novu

gradnju, a oko 86% na ulaganja u postojeće zgrade. Ako se napori fokusiraju samo na

novogradnje neće se lako postići ukupno smanjenje potrošnje energije, jer treba imati na

umu da će 75 do 85% danas postojećih kuća biti u upotrebi i u 2030. godini. Pažnju dakle

treba usmjeriti na energetsku učinkovitost u obnovi postojećih građevina.

Obnovljivim izvorima energije posvećuje se posebna pažnja.

Današnji trendovi u grijanju i hlađenju vidljivi su iz dokumenata „Common Vision for the Renewable

Heating and Cooling sector in Europe: 2020 - 2030 – 2050” i „Strategic Research priorities for

Cross - cutting Technology”.

http://www.rhc-platform.org/fileadmin/Publications

Primjene koje su izgledne su toplinska pretvorba sunčeve energije za grijanje, korištenje

biomase, korištenje geotermalne energije (visokotemperaturne ili putem dizalica topline) i

hlađenje korištenjem obnovljivih izvora energije.

• Toplinska pretvorba sunčeve energije za grijanje

- grijanje potrošne vode s udjelom iskorištene energije u odnosu na dozračenu 40 – 80%

- grijanje prostora, udio solar fraction) uobičajeno 15-30%

- sudjelovanje topline iskorištene od sunca u sustavima daljinskih grijanja (uobičajeno u

nekim državama EU (Austrija, Danska, Njemačka, Švedska)

Ne govori se puno o fotonaponskoj pretvorbi koja je značajna za ostvarenje nZEB. Državni poticaji

će se smanjiti ili ukinuti. Tehnologije FN pretvorbe su poznate, a primjena ekonomski prihvatljiva.Što

se tiče tehnologije toplinske pretvobe još uvijek je oprema preskupa. Povećano korištenje i

visokoserijska proizvodnja dovesti će do pomaka i u ovom dijelu primjene slično kao i kod FN.

• Primjena biomase za grijanje i proizvodnju električne energije (pogon kompresijskih

rashladnih uređaja i dizalica topline)

Tehnologije uključuju direktno izgaranje u cilju proizvodnje topline, primjenu kogeneracije tj.

istovremene proizvodnje topline i električne energije (kotlovi s dodanim parnim turbinama u

parnom procesu ili ORC procesu), ili pak pretvaranje biomase u bioplin i naknadno korištenje

različitim tehnologijama uz prednost primjene kogeneracija.

Tehnologija dostupna, poznata i uglavnom ekonomski isplativa. Jedan od problema kojem se često

ne posvećuje dovoljno pažnje je dostupnost biomase u blizini postrojenja, a time i njena cijena.

• Primjena geotermalne energije za grijanje i hlađenje

Geotermalna energija je akumulirana toplina ispod zemljine površine. Grijanje i hlađenje

geotermalnom energijom provodi se na dva načina:

Prvi, s vrlo niskim temperaturama do 25oC zasnovan je na relativno stabilnim temperaturama

podzemne vode i tla do dubina oko 400 m. Uobičajeno se ta toplina koristi putem dizalica

topline. Tu je moguće tehničkim rješenjem ostvariti i akumulaciju topline (kratkotrajnu ili

dugotrajnu) u tlu postižući povoljne faktore grijanja i hlađenja.

Drugi, s niskim i srednjim temperaturama (25-150oC) je korištenje topline podzemnih voda i tla s

većih dubina, pa je moguće neposredno grijanje, proizvodnja električne energije (ORC) pa i

kogeneracija pri čemu se otpadna toplina od proizvodnje električne energije koristi i za grijanje.

Pored proizvodnje električne energije geotermalna se energija koristi i za daljinska grijanja i

hlađenja, a raste udio geotermalnih dizalica topline. Njihovo uključivanje u sustave daljinskog

grijanja, obnova današnjih sustava i razvoj adekvatnih akumulacija su izazovi budućeg razvoja.

Geotermalne dizalice topline su posebno zanimljive s aspekta ekonomičnosti. Preuzimanje topline

na temperaturama na kojima je raspoloživa niskotemperaturna geotermalna toplina omogućuje

izuzetno ekonomičan rad dizalica topline, posebno ako se radi o nisko energetskim kućama s

panelnim grijanjima i hlađenjima.

Planirani porast primjene i ovdje je evidentan.

• Hlađenje obnovljivim izvorima energije

Električna energija iz obnovljivih izvora može pogoniti kompresijske rashladne uređaje i dizalice

topline.

Postoji i mogućnost prirodnog hlađenja, podzemnim i površinskim vodama koje so relativno

niskih temperatura i kod niskoenergetskih zgrada s panelnim hlađenjima (temperature u

sustavu hlađenja oko 16oC) mogu omogućiti hlađenje bez rada rashladnog uređaja.

Sorpcijski (apsorpcijski i adsorpcijski) rashladni uređaji omogućuju hlađenje korištenjem

toplinske energije (već pri temperaturama pogonske topline od 70oC naviše). Problem je visoka

cijena opreme kao posljedica maloserisjske proizvodnje i nedovoljno velike prmjene. U

budućnosti se može očekivati intenzivan razvoj na ovom polju, slično kako se dogodilo s FN

pretvorbom sunčeve energije. Osnovna konfiguracija takvog sustava je sljedeća:

Primjer koji će se ukratko opisati je projekt solarnog hlađenja s pripremom potrošne vode za

restoran bolnice Thalassotherapia Crikvenica koji je Tehnički fakultet u Rijeci izradio za partnera

REA Kvarner u okviru IPA projekta ADRIACOLD.

Kod izrade projekta stalni problem je predstavljala visoka cijena investicije i limitirana sredstva.

Odabrana je

koncepcija s

hlađenjem i

korištenjem

otpadnih toplina

tijekom ljeta, kao

i sunčeve

energije

iskorištene u

kolektorima

tijekom zime za

pripremu

potrošne tople

vode,

Smještaj kolektora Strojarnica

Ventilatorski

konvektori u

prostoru.

Koncepcija s

panelnim

hlađenjem

napuštena

zbog visoke

cijene.

Provedena je dinamička simulacija rada sustava kroz cijelu godinu

Bilanca po mjesecima

Godišnja (a) i bilanca ljeto (b) – zima (c)

Ocjena ekonomičnosti

Ocjena očekivanih godišnjih troškova hlađenja razmatranih prostora kompresijskim rashladnim

uređajima je oko 5.100 kn godišnje. To je za crveni tarifni model – poduzetništvo dovoljno za

proizvodnju potrebnih cca. 23.000 kWh rashladne energije tijekom mjeseci sezone hlađenja (od

svibnja do rujna) uz utrošak 7.700 kWh električne energije u višoj dnevnoj tarifi uz srednji faktor

hlađenja EER = 3.

Solarni kolektori površine 49 m2, orijentirani na jug i nagnuti 35o prema horizontalnoj ravnini u

tom razdoblju mogu proizvesti oko 33.000 kWh topline na srednjoj temperaturi 60-90oC. Podaci

su dobiveni simulacijom za satne vrijednosti refrentne lokacije. Kako kroz godinu dozračena

energija sunčevog zračenja na plohu kolektora iznosi 73.000 kWh, kolektori imaju ukupnu

iskoristivost oko 45%, što je prihvatljivo obzirom na visoke temperature korištenja topline.

Simulacijom dobivene vrijednosti ukazuju da se od iskorištene energije sunca oko 15.300 kWh

upotrijebi za pogon apsorpcijskog rashladnog uređaja na litijev bromid koji pritom, korištenjem

te topline proizvede oko 11.000 kWh rashladne energije. Time je COP rashladnog uređaja oko

0,72. Proizvedena energija hlađenja apsorpcijskim rashladnim uređajem čini oko 48% potrebe

(ostatak od 12.000 kWh proizvodi se radom kompresijskih rashladnih uređaja u split izvedbi),

pa se ovakvim hlađenjem može uštedjeti tek oko 2.500 kn godišnje.

Promatrajući samo hlađenje, ulaganje u apsorpcijski rashladni uređaj koje se procjenjuje na oko

950.000 kn bi se vratilo tek za 380 godina, što stvarno nije moguće jer barem 20 puta nadilazi

vrijeme trajanja uređaja.

Iskoristiva otpadna toplinska energija apsorpcijskog rashladnog uređaja pogonjenog

solarnim kolektorima predstavlja sumu uložene solarne energije za pogon rashladnog

uređaja i prostoru odvedene topline i kreće se oko 26.300 kWh za promatrano

razdoblje svibanj - rujan. Raspoloživa je na temperaturi od oko 30-35oC. Od te topline

se obzirom na dinamiku potrošnje uslijed koje potreba i raspoloživa toplina ne javljaju

uvijek istovremeno, može iskoristiti tek oko 9.850 kWh ili 38%.

Dnevna potrošnja tople vode u tri ranije spomenute podstanice kreće se oko 4,6

m3/dan. Uzevši u obzir utjecaj mjesečnih promjena, potrošnja u razdoblju hlađenja

ocjenjuje se na oko 672 m3, a za njeno zagrijavanje od ulazne temperature vodedo

60oC potrebno je prema rezultatima simulacije oko 35.500 kWh topline. Kako kotao

ljeti radi s izuzetno niskim stupnjem djelovanja koji prema našim preliminarnim

proračunima iznosi tek 0,5, a čemu su uzrok gubici topline kroz distribucijske

cjevovode i gubici pogonske pripravnosti kotlova.

Cijena 1 litre LUEL iznosi 6,87 kn/l, a bez PDV-a 5,496 kn. Gustoća LUEL je 840 kg/m3, što znači da cijena 1 kg LUEL iznosi 6,54 kn/kg (cijena bez PDV-a). Ogrjevna moć LUEL je 42000 kJ/kg ili 11,667 kWh/kg. Potrebna količina goriva za proizvodnju 35.500 kWh topline je

355006085

11,667 0,5d

QB

Hkg

Time se za proizvodnju 35.500 kWh topline u sadašjem stanju troši 6085 kg goriva, koje košta 39.800 kn. Kako se od apsorpcijskog uređaja u vrijeme ljeta iskoristi 9.850 kWh, ušteda na gorivu u ljetnom razdoblju zbog korištenja otpadne topline apsorpcijskog rashladnog uređaja iznosi oko 11.050 kn. Pored toga, tijekom ostatka godine, solarni kolektori mogu proizvesti dodatnih 16.250 kWh topline, koja se u simuliranim uvjetima potrošnje i sunčevog zračenja u potpunosti može iskoristiti. Stupanj djelovanja kotla zimi je viši, a zbog nesrazmjera učinka kotla i stvarne potrebe i zbog ocijenjenih gubitaka topline cijevnog razvoda usvojena je srednja vrijednost od 0,8. Potrebna količina goriva za proizvodnju 16.250 kWh topline je

162501741

11,667 0,8d

QB

Hkg

Ušteda u ostatku godine je time oko 1740 kg goriva koje košta 11.400 kn. Dakle, korištenjem otpadne topline apsorpcijskog rashladnog uređaja i topline solarnih kolektora u periodu izvan sezone hlađenja, te uštedom na hlađenju može se dodatno godišnje uštedjeti oko 24.950 kn.

Procjena radova izvođenja instalacije – temeljem dvije ponude

1 232.794

2 374.111

3 99.039

4 94.047

5 135.000

6 55.000

7 150.000

UKUPNO 1.139.991

Kabliranje i elektro radovi

Solarni sustav

Apsorpcijsko hlađenje

Ventilokonvektorsko grijanje / hlađenje

Priprema potrošne tople vode

Automatika

Građevinski radovi

Cijena 1 litre LUEL iznosi 6,87 kn/l, a bez PDV-a 5,496 kn. Gustoća LUEL je 840 kg/m3, što znači da cijena 1 kg LUEL iznosi 6,54 kn/kg (cijena bez PDV-a). Ogrjevna moć LUEL je 42000 kJ/kg ili 11,667 kWh/kg. Potrebna količina goriva za proizvodnju 35.500 kWh topline je

355006085

11,667 0,5d

QB

Hkg

Time se za proizvodnju 35.500 kWh topline u sadašjem stanju troši 6085 kg goriva, koje košta 39.800 kn. Kako se od apsorpcijskog uređaja u vrijeme ljeta iskoristi 9.850 kWh, ušteda na gorivu u ljetnom razdoblju zbog korištenja otpadne topline apsorpcijskog rashladnog uređaja iznosi oko 11.050 kn. Pored toga, tijekom ostatka godine, solarni kolektori mogu proizvesti dodatnih 16.250 kWh topline, koja se u simuliranim uvjetima potrošnje i sunčevog zračenja u potpunosti može iskoristiti. Stupanj djelovanja kotla zimi je viši, a zbog nesrazmjera učinka kotla i stvarne potrebe i zbog ocijenjenih gubitaka topline cijevnog razvoda usvojena je srednja vrijednost od 0,8. Potrebna količina goriva za proizvodnju 16.250 kWh topline je

162501741

11,667 0,8d

QB

Hkg

Ušteda u ostatku godine je time oko 1740 kg goriva koje košta 11.400 kn. Dakle, korištenjem otpadne topline apsorpcijskog rashladnog uređaja i topline solarnih kolektora u periodu izvan sezone hlađenja, te uštedom na hlađenju može se dodatno godišnje uštedjeti oko 24.950 kn.

U takvom kontekstu, ulaganje je zbog dodatne opreme za korištenje otpadnih toplina

(spremnici, izmjenjivači topline, regulacija) veće i procjenjuje se na 1.200.000 kn.

Period povrata ukupne investicije je oko 48 godina, što je dugo. Da se instalacija gradi bez

namjere znanstvenog istraživanja (mjerenja), očekivana cijena gradnje bi bila nešto manja i

vrijeme povrata kraće.

Kako je veći dio sredstava za gradnju sustava (930.000 kn) predviđen iz EU fondova,

korisnik bi po ovdje prikazanim procjenama investicije trebao uložiti oko 270.000 kn, pa bi

vrijeme povrata takvog ulaganja bilo oko 11 godina.

Naravno, cijena ulaganja utvređena je iz preliminarnih ponuda dviju tvrtki izrađenih temeljem

troškovnika idejnog projekta, a prava cijena ulaganja moći će se utvrditi tek na javnom

natječaju. Obično je tada cijena znatno niža, pa očekujemo povoljniju situaciju za korisnika.

Nadalje, u vremenu trajanja predmetne instalacije sasvim sigurno se može očekivati i porast

cijene energenata, a time i skraćenje roka povrata ulaganja.

Iz tog razloga mišljenja smo bili da je predmetno dodatno ulaganje korisno za korisnika

instalacije.

• Primjena dizalica topline

Dizalice topline su uređaji koji uzimaju prirodno neiskoristivu toplinu na temperaturi okoline, te je

zajedno sa preuzetom pogonskom visokovrijednom energijom predaju kao korisnu toplinu na

srednjoj temperaturi pogodnoj za grijanje građevina.

Toplinski

izvor

2Q

Grijani

prostor

1Q

Kompresor

Kondenzator

Isparivač

Termoekspanzijski ventil

(prigušni ventil)

W

1 2Q Q W

W

2Q1Q

T1=40°C T1=50°C T1=60°C

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-10 -5 0 5 10 15

CO

P1

T2 [°C]

0

10

20

30

40

50

-10 -5 0 5 10 15

P,

Q1

kW

]

T2 [°C]

Q1

P

Efikasnost dizalice topline bitno ovisi o temperaturama izvora

i ponora topline, te o ostvarivim razlikama temperature u

toplinskim izmjenjivačima. Dizalica topline mijenja svoj

učinak s promjenom tih temperatura i ne ponaša se kao

kotao.

1 11 1,

1 2

c

Q TCOP

W T T

1 2 1COP COP

1, 0,4 0,6c

Q2

W

T

s

1

2 3

4

T1

T2

1 2Q Q W

Direktiva o poticanju korištenja obnovljivih izvora energije (2009/28/EC)

Ova Direktiva uspostavlja zajednički okvir za promicanje energije iz obnovljivih izvora

energije (OIE). Ona postavlja obvezne nacionalne ciljeve za ukupni udio energije iz

obnovljivih izvora u bruto finalnoj potrošnji energije i udio energije iz obnovljivih izvora u

transportu.

Direktiva je naročito značajna jer promovira korištenje dizalica topline za korištenje

energije iz obnovljivih izvora. "Energija iz obnovljivih izvora" označava energiju iz ne-

fosilnih obnovljivih izvora, odnosno energiju vjetra, sunca, toplinu zraka (aerotermalnu

energiju), geotermalnu energiju, toplinu površinskih voda (hidrotermalnu energiju) i

energiju oceana, hidroenergiju, energiju biomase, energiju deponijskog plina,

kanalizacije i postrojenja za proizvodnju bioplina.

Kriterij prihvatljivosti za dizalice topline

„Aerotermalna", „geotermalna” i „hidrotermalna" toplinska energija iskorištena pomoću

dizalice topline uzima se u obzir kao energija iz obnovljivih izvora pod uvjetom da

konačna proizvodnja energije značajno premašuje primarnu energiju potrebnu za

pogon dizalice topline.

Izračunavanje iskorištene energije iz obnovljivih izvora radom dizalice topline

Količina topline okolišnjeg zraka, geotermalne energije ili topline

površinskih voda iskorištene pomoću dizalice topline koja se može

smatrati energijom iz obnovljivih izvora ERES, izračunava se prema

izrazu:

ERES = Qusable * (1 – 1/SPF)

gdje je:

Qusable procijenjena ukupna korisna

energija koju daje dizalica topline.

SPF (seasonal performance factor)

prosječni sezonski faktor grijanja

Dizalica topline mora zadovoljavati kriterij:

SPF > 1,15 * 1/ η

η je omjer između bruto proizvedene električne energije i utrošene

primarne energije za njenu proizvodnju. Izračunava se kao

prosječna vrijednost za cijelu EU na temelju podataka Eurostat.

Pri

ma

rna

en

erg

ija

Ko

na

čn

ae

nerg

ija

Zgrada ili zona (grijani prostor)

Termotehnički sustav

Podsustav

izmjene topline

u prostoruPodsustav

razvoda Podsustav

spremika

Podsustav

proizvodnje

- DIZALICA

TOPLINE

Unutarnji

dobici

topline

Vanjski

dobici

topline

Trans.

gubici

Vent.

gubici

Korisna

energija

toplina

zraka,

zemlje ili

vode

Instalacije s dizalicama topline u EU – na primjeru nordijskih zemalja vidi se značajan utjecaj

politike i struke na primjenu dizalica topline. Niža cijena električne energije proizvedene u

hidroelektranama u nordijskim zemljama i nuklearnim elektranama u Francuskoj bila je poticaj

korištenju dizalica topline. Povoljne temperature toplinskog izvora (morska voda, tlo, zrak) mogu

biti poticaj za mediteranske zemlje.

Primjena dizalica topline je posebno povoljna za zgrade s niskom specifičnom potrošnjom

toplinske energije, jer je kod njih moguće primijeniti niskotemperaturne sustave distribucije i emisije

topline. Primjena u zemljama EU raste.

Velik udio dizalica topline u obnovi ima Švedska. Primjer dobre prakse je i Švicarska – smanjenje

potrošnje energije građevina i značajna primjena dizalica topline. 75 % svih novih obiteljskih zgrada

opremljeno je dizalicama topline. Od 2003 do 2006 oko 25 % ukupnog broja dizalica topline

primijenjeno je kod obnove, 2008 taj udio iznosi 37,5 %.

Razvoj tržišta rezidencijalnih dizalica topline

Izvor: Thomas Nowak: A strategic research agenda for heat pumps, European Sustainable

Energy Week, Brussels 2010

Dizalica topline voda – voda s vodom kao toplinskim izvorom

Tamo gdje je je prisutna voda kao izvor topline i u slučaju kad se radi o velikim sustavima pogodno

je i često rješenje dizalica topline s kompresijom u jednom stupnju. Kod hlađenja građevina vodom

iz isparivača, voda iz kondenzatora grije potrošnu vodu i eventualno dogrijava zrak nakon hlađenja

u sustavima klimatizacije. Ako nema potrebe za toplinom, hlađenje se provodi vodom iz okoline.

Kod grijanja građevina vodom iz kondenzatora toplina isparivanja dobiva se iz okolne vode.

Primjer: instalacija sanatorija (danas hotela) BelaRus u Nebugu.

KONDENZATOR

ISPARIVAČ

HX-2

BT-1

BT-2

GRIJANJE

HLAĐENJE

P-C

P-E

P-SW

P-HE

P-CO

HX-1

HX-3

PTV

DIZALICA

TOPLINE

30 m3

30 m3

5 x 30 m3

1 x 10 m3

3 dizalice topline proizvode u grijanju 4320 kW, uz utrošak

1251 kW električne energije (COP = 3.45). Snaga

instaliranih pumpi je 343 kW a ukupni omjer proizvedene

topline i utrošene električne energije za projektne uvjete je

2.71.

HX-1 projektiran za temperaturu mora 8.6/5.1oC i temperaturu

na isparivaču3.5/7.5oC

HX-2 projektiran za temperaturu mora 18/26oC i

temperaturu na kondenzatoru 29.8/22.0oC

Ulaz morske vode na dubini 15 m, 300 m

povezan s crpnom stanicom na obali

cjevovodom 800 mm. Morska voda se vodi

do izmjenjivača cjevovodom promjera 350

mm, duljine 470 m. Energana je na visini 47

m iznad mora.

Ako su temperature izvora niske, može se krug cirkulacije isparivača izolirati od kruga cirkulacije

potrošača hlađenja i napuniti glikolnom smjesom ili rasolinom. Niska temperatura koju može

ostvariti dizalica topline s jednostupanjskom kompresijom (oko 55oC) nije dovoljna za

zagrijavanje potrošne sanitarne vode (zahtjev je 65oC, povremeno zbog legionelle), a može biti

preniska i za primjenu radijatora jer će oni biti preveliki ako se odaberu za polaznu temperaturu

55oC.

KONDENZATOR

ISPARIVAČ

DIZALICA

TOPLINE

HX-2

BT-1

BT-2

GRIJANJE

HLAĐENJE

P-C

P-E

P-SW

HX-1

P-HE

P-COHX-4

HX-3

PTV

Učinak grijanja povećan na 4864 kW (još jedna dizalica

topline), snaga za pogon kompresora 1750 kW. COP = 2.78.

Snaga pumpi 460 kW. Ukupni omjer proizvedene topline i

utrošene električne energije za projektne uvjete 2.20.

Isparivači, cjevovodi i pufer BT-1 napunjeni smjesom glikola i

vode. Dodan izmjenjivač HX-4 radi razdvajanja dijela punjenog

glikolomod ostatka instalacije. Količina glikola je velika i

značajno povećava trošak sustava.

Slike s prethodnih slajdova odnosi se na instalaciju projektiranu na Crnom moru koja je već oko

20 godina u pogonu.

Mogućnost za ostvarenje viših temperatura za grijanje potrošne vode i radijatorsko grijanje

prikazana je na donjoj slici gornjim crveno uokvirenim dijelom. To je ustvari srednjetemperaturna

dizalica topline koja ljeti (na temperaturi oko 35-45oC) i zimi (na temperaturi oko 50oC) koristi

toplinu kondenzacije donje dizalice topline i predaje je za potrebe grijanja potrošne sanitarne

vode, eventualno radijatora i grijača u klima komorama na temperaturi koja se kreće oko 80 do

90oC. Ovakvi su uređaji komercijalno dostupni, izrađuju se s velikim učincima, rade obično s

radnim tvarima R134A i R717 i energetski su vrlo efikasni.

WLHP sustavi

Dizalice topline mogu se koristiti u

tzv Water Loop Heat Pump (WLHP)

sustavima. Svaki pojedini uređaj

može grijati ili hladiti, a voda u

cirkulacijskom sustavu održava se u

granicama 16oC i 32oC (ili 7oC i

43oC). Kod nižih temperatura grije

kotao, a kod viših se toplina odvodi

putem rashladnog tornja – između

graničnih temperatura rekuperacija

topline odvija se u sustavu. Ovakvi

se sustavi grade za vrlo velike

građevine ili grupe građevina, često

s više korisnika. Troškovi rada kotla

za povremeno grijane i rashladnog

tornja dijele se na sve korisnike, a

svaki korisnik za sebe plaće

potrošenu električnu energiju za rad

dizalica topline. Sustav se može

graditi u fazama, prvo se izgrade

cjevovodi vodenog kruga, a

naknadno se mogu ugrađivati

dizalice topline do unaprijed

predviđenog limita kapaciteta.

Dizalica topline

Rashladni uređaj

Izmjenjivač

topline

Mreža

grijanja

Mreža

hlađenja

Toplinski izvor:

Otpadna toplina ili toplina

iz okoline Bivalentni kotao Povremeni kotao

Rashladni

toranj

topliji polaz

hladniji povrat

Daljinska grijanja i hlađenja: Drugo važno područje za ostvarenje energetske efikasnosti su

daljinska grijanja i hlađenja, koja se danas, u mrežama tzv. četvrte generacije fokusiraju na dobro

regulirane sustave u kojima se koriste obnovljivi izvori energije. Inteligentne toplifikacijske mreže

četvrte generacije predstavljaju jedan od prioriteta istraživanja definiran dokumentima „Common

Vision for the Renewable Heating and Cooling sector in Europe: 2020 - 2030 – 2050” i „Strategic

Research priorities for Cross - cutting Technology”. Uključuju koncept korištenja obnovljivih izvora

topline za proizvodnju električne (vjetroelektrane, fotonaponski sustavi) i toplinske energije okoline

i otpadnih medija i toplinskih tokova (putem dizalica topline), mogućnost hlađenja, akumulaciju

topline (grijanje i hlađenje) u vremenu pojave vršne proizvodnje električne energije. Područje

istraživanja i potencijalnog korištenja u gradovima je izuzetno obimno i izazovno.

Koncept održivog energetskog sustava Izvor: Mosberger, M.: Heat pump technology and hybrid systems: Research needs, European

Sustainable Energy Week 2010, Workshop: “Preparing a Strategic Research Agenda for Heat

Pumps”

U nordijskim zemljama takvi se sustavi već grade. Utjecaj cijene električne energije ovdje je

vjerojatno presudan, ali sasvim sigurno i orijentacija cijele zajednice prema održivim sustavima.

Primjer se odnosi na sustav daljinskog grijanja i hlađenja u Stockholmu.

Radne tvari R134a / R22

Učinak grijanja 180000 kW

Temperatura kod grijanja50 / 80°C

Izvor topline morska voda, direktno hlađenje, temperatura ulaz/izlaz 2,5 / 0,5°C

U mediteranskom području su temperature mora 10-15oC. To bi osiguralo značajno viši SPF.

Izazov je očigledan.

Primjer: sustav grijanja i hlađenja dizalicama

topline u Zürichu, učinak grijanja oko 5 MW,

polazna temperatura iz sustava dizalica

topline kod grijanja 70oC, kod hlađenja 7oC,

rdna tvar amonijak, punjenje oko 400 kg,

izvor i ponor topline riječna voda i okolni

zrak. Uklopljen u sustav daljinskog grijanja.

Grad Drammen s 60000 stanovnika, oko 40 km jugozapadno od Osla izgradio je instalaciju

s dizalicama topline koje rade s amonijakom koristeći kao izvor otpadnu toplinu rashladnih i

klimatizacijskih sustava, industrijskih procesa i otpadne vode. Polazna temperatura tople vode

je do 90°C, učinak grijanja 15 MW. Za pogon se koristi električna energija iz obližnje

hidroelektrane.

Vrlo zanimljivo rješenje kod integracije ovakvih sustava je primjena dizalica topline u sustavima

daljinskih grijanja i hlađenja, pri čemu se otpadna toplina pri ljetnom hlađenju koristi za

desalinizaciju morske vode. Idealno za mediteranske gradove. U svakom slučaju izazov za

znanstvenike, inženjere, ali i cijelu zajednicu.

Zahvaljujem na pažnji

Prof. Branimir Pavković, dipl. ing. stroj.

Tehnički fakultet u Rijeci

Vukovarska 58, 51000 Rijeka

E-mail: branimir.pavkovic@riteh.hr