Connect with us
Energetska efikasnost

Dizalice toplote i njihov istorijat – I DEO

Iako je ubrzan porast primene dizalica toplote zapo─Źeo sedamdesetih godina pro┼ílog veka, princip njihovog rada poznat je od po─Źetka 19. veka. 1832. godine francuski fizi─Źar Carnot opisao je kru┼żni proces koji je prema njemu nazvan i koji predstavlja teorijsku osnovu za rad dana┼ínjih rashladnih ure─Ĺaja i dizalica toplote. Godine 1835. ameri─Źki fizi─Źar i nau─Źnik Perkins prijavio je patent za rashladnu parnu ma┼íinu koja je za radnu materiju koristila dietileter, a 1851. irski fizi─Źar Thompson poznatiji kao lord Kelvin, otkrio je mogu─çnost povi┼íenja temperature neke materije dovo─Ĺenjem energije i opisao mehani─Źki sistem za grejanje i hla─Ĺenje zgrada. Godine 1856. austrijski in┼żenjer Rittinger napravio je rashladnu ma┼íinu za snabdevanje toplotom procesa u pogonu za proizvodnju soli, odnosno za isparavanje rasoline, dok je 1877. nema─Źki nau─Źnik Gottfried Von Linde konstruisao prvi kompresioni rashladni ure─Ĺaj koji je kao radnu materiju koristio amonijak.

Izraz ÔÇ×toplotna pumpaÔÇť (eng. heat pump) za dizalicu toplote stvoren je u dvadesetim godinama pro┼ílog veka, kada su u SAD-u, Velikoj Britaniji napravljeni prvi sistemi grejanja koji su ih koristili kao izvor toplote. Godine 1938. dizalica toplote voda-voda ugra─Ĺena je u sistem grejanja ve─çnice kantona Cirih. Kao toplotni izvor kori┼í─çena je voda reke Limmat, a dve godine kasnije dizalicu toplote za grejanje po─Źelo je koristiti javno kupali┼íte Cirih.

U godinama nakon drugog svetskog rata ponovo po─Źinje ve─ça primena dizalica toplote, prvo u SAD, gde su kori┼í─çene za grejanje i hla─Ĺenje prostorija, a ┼íezdesetih se godina njihova primena vra─ça u Evropu. Kao ┼íto je re─Źeno, veliko pove─çanje njihove primene po─Źelo je u vreme prve velike naftne krize, sedamdesetih godina, kada su mnogi proizvo─Ĺa─Źi opreme za grejanje ┼íirom sveta tra┼żili re┼íenje za zamenu fosilnih goriva drugim izvorima, a jedna od njih bila je upotreba otpadne, odnosno toplote iz okoline pomo─çu dizalica toplote. Tada┼ínja tehni─Źka re┼íenja i izvedba dizalica toplote nisu dala o─Źekivane rezultate s obzriom na efikasnost, pa su nakon ┼íto je kriza zavr┼íena zaboravljene.

// Po─Źetkom devedesetih godina, sa porastom standarda stanovanja razvijenih zemalja raste i ekolo┼íka svest, ali istovremeno dolazi do povi┼íenja cene energenata, pa se ponovno pojavljuje interes za kori┼í─çenje dizalica toplote. U 1995. godini u celom svetu je ugra─Ĺeno oko 60 miliona dizalica toplote.

Zahvaljuju─çi razvoju novih tehnologija i novim tehni─Źkim re┼íenjima koja su omogu─çila pove─çanje efikasnosti, smanjenje dimenzija i mase, i primena dizalica toplote, u prvih dvadeset godina 21. veka sve je ve─ça, pa se mo┼że o─Źekivati da ─çe se u bliskoj budu─çnosti koristiti kao osnovni izvor toplote u ve─çini niskotemperaturnih sistema grejanja.

Postoji nekoliko razloga za njihovu primenu. Na prvom mestu je smanjenje potro┼ínje fosilnih goriva ─Źija cena stalno raste, a njihovo sagorevanje je jedan od ve─çih uzro─Źnika emisija.

//Treba napomenuti da je na osnovu ispitivanja i merenja na dizalicama toplote dokazano da je njihova potrošnja primarne energije manja nego kod gasnih ili uljnih kondenzacionih kotlova, koji se danas smatraju za najsavremenija rešenja za izvore toplote sistema grejanja na fosilna goriva.

Istovremeno je ukupna emisija CO2 (posmatraju─çi celi vek trajanja nekog ure─Ĺaja, od njegove proizvodnje do upotrebe, u pore─Ĺenju sa kotlovima na fosilna goriva, manja).

Kompresione dizalice toplote

Osnovne karakteristike kompresionih dizalica toplote

Kompresione dizalice toplote za povi┼íenje energetskog nivoa (temperature i pritiska) radne materije, odnosno za realizaciju kru┼żnog procesa koriste mehani─Źki rad kompresora. Od svih konstrukcija s obzirom na izvor dodatne energije za ostvarivanje kru┼żnog procesa, u primeni su naj─Źe┼í─çe kompresione.

Sastoje se od slede─çih osnovnih delova:
ÔÇó ispariva─Źa
ÔÇó kompresora
ÔÇó kondenzatora
ÔÇó ekspanzionog ventila

Slika 2 Prikaz stvarnog procesa u kompresijskoj dizalici toplote u logp-h i T-S dijagramima

Uz prethodno navedene elemente tu su i spojni vodovi koji povezuju ta ─Źetiri osnovna elementa, regulacioni i pomo─çni elementi i radna materija.

U ve─çini slu─Źajeva nalaze se u zajedni─Źkom ku─çi┼ítu i ─Źine jedinstvenu celinu. Da bi dizalica toplote mogla raditi u sistemu grejanja pripreme PTV-a, ventilacije i klimatizacije, potrebni su spojevi za dovod posrednog medija, razvod ogrevnog medija, elektri─Źna mre┼ża i sistem automatske regulacije i sl.

// Spajanje sa sistemom grejanja izvodi se zavisno od ogrevnog medijuma. Ako je to voda za toplovodne sisteme grejanja i sistema za pripremu PTV-a, spajanje se izvodi kao i za bilo koji drugi konvencionalni izvor toplote.

Potreban je priklju─Źak za polazni i povratni vod. Ako je u pitanju topli vazduh (npr. za dizalicu toplote vazduh-vazduh), dizalica toplote se mo┼że spojiti na kanalni razvod vazduha ili je njen kondenzator izveden tako da ga vazduh opstrujava i zatim direktno ulazi u prostoriju.

Spoj sa toplotnim izvorom izvodi se zavisno o posrednom mediju. Kod dizalica toplote tlo-voda i voda-voda posredni medij je u te─Źnom stanju (voda, rasolina, glikolna smesa), do ispariva─Źa se dovodi cevovodima. Kod dizalica toplote vazduh-voda i vazduh-vazduh posredno medij je vazduh koji se do ispariva─Źa dovodi odgovaraju─çim kanalima ili je ispariva─Ź napravljen tako da ga vazduh opstrujava. Dizalice toplote tlo-voda i voda-voda koje za toplotni izvor koriste povr┼íinske vode imaju primarni sistem za razmenu toplote koji se sastoji od odgovaraju─çeg izmenjiva─Źa toplote sa cevnim razvodom i pumpama kao i regulacionim, sigurnosnom i mernom opremom (ventilima, razdelnicima, osetnicima i sl.).

Kao radne materije u kompresionim dizalicama toplote se koriste halogeni ugljovodonici i zeotropske smese (naj─Źe┼í─çe R410 A, R407 C i R134a). Toplotni bilans kompresorske dizalice toplote opisuju slede─çe jedna─Źine:

 

Kompresorske dizalice toplote tako─Ĺe se mogu izvesti tako da slu┼że i kao izvor rashladnog u─Źina. Dizalice toplote se opremaju pokretnim ventilom, pa kondenzator postaje ispariva─Ź, a ispariva─Ź kondenzator.

Slika 3 Pojednostavljena šema dizalice toplote sa mogućnošću prekretanja procesa

Nastavak u slede─çem broju………

Autori teksta: Prof. dr Dragan ┼ákobalj, ┼Ż. ─Éoki─ç, dipl.ing.