Connect with us
Energetska efikasnost

Dizalice toplote i njihov istorijat ÔÇô II DEO

Podse─çanja radi, a kako smo ve─ç predo─Źili u tekstu ranije, ubrzan porast primene dizalica toplote zapo─Źeo sedamdesetih godina pro┼ílog veka, princip njihovog rada poznat je od po─Źetka 19. veka. Zahvaljuju─çi razvoju novih tehnologija i novim tehni─Źkim re┼íenjima koja su omogu─Źila 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 ocekivati da ─çe se u bliskoj budu─çnosti koristiti kao osnovni izvor toplote u ve─çini niskotemperaturnih sistema grejanja.
Dizalice toplote se opremaju pokretnim ventilom, pa kondenzator postaje ispariva─Ź, a ispariva─Ź kondenzator.

Ispariva─Ź

Ispariva─Ź je deo rashladnog sistema (dizalica toplote ili rashladnog ure─Ĺaja) u kojem dolazi do potpunog isparavanja radne materije, zahvaljuju─çi dovo─Ĺenju toplote iz neposredne okoline (prostora ili medija). Ispariva─Ź dizalice toplote je izmenjiva─Ź toplote u kojem radni medij razmenjuje toplotu sa posrednim medijima (vodom, rasolinom, glikolnom smesom, vazduhom), pri ─Źemu se on hladi.

Razmena toplote

dizalice toplote

Rashladni u─Źin ispariva─Źa zavisi od ukupne povr┼íine za razmenu toplote, koeficijenta prolaza toplote izmenjiva─Źa i razlici temperature posrednog medija i radne materije koja isparava. Ta bi razlika trebala biti ┼íto manja (4ÔÇô8 ┬░C) pa pritisak isparavanja treba biti ┼íto vi┼íi.

Proces u ispariva─Źu po─Źinje ulaskom radne materije koja je u stanju mokre pare, pona┼ía se kao smesa te─Źnosti i pare. Zatim u ispariva─Źu pri konstantnom pritisku (p) dolazi do isparavanja do granice zasi─çenja zbog dovo─Ĺenja toplote iz neposredne okoline. Kako bi se osiguralo potpuno isparavanje radne materije, ona se pregrejava na temperaturu ¤ů1, koja je vi┼ía od temperature isparavanja. Time se onemogu─çava ulazak neisparenih delova radne materije u kompresor ┼íto mo┼że uzrokovati hidrauli─Źki udar i njegovo o┼íte─çenje. Kod konstrukcije ispariva─Źa postavlja se nekoliko zahteva. Najva┼żniji su ┼íto manje, kompaktnije dimenzije, ┼íto manji pad pritiska na strane posrednog medija i radne materije, te omogu─çavanje ┼íto ve─çe gustine toplotnog toka pri razmeni toplote.

Zavisno od konstrukcije dizalice toplote, odnosno toplotnog izvora koji se koristi, postoji vi┼íe konstrukcija ispariva─Źa:

  1. Ispariva─Źi za dizalice toplote sa tlom kao toplotnim izvorom (posredni medij) su rasoline ili glikolne smese:
    ÔÇó plo─Źasti (kompaktnih dimenzija i naj─Źe┼í─çi u primeni)
    ┬á ┬á – sa cevnim snopom
    ┬á ┬á – sa dvostrukom koaksijalnom cevi
  2. Ispariva─Źi za dizalice toplote sa podzemnom vodom kao toplotnim izvorom (posredni medij je voda):
    ┬á ┬á – plo─Źasti od ner─Ĺaju─çeg ─Źelika
    ┬á ┬á – sa dvostrukom koaksijalnom cevi od bakra ili legura bakra i nikla
  3. Ispariva─Źi za dizalice toplote sa tlom kao toplotnim izvorom i direktnim isparavanjem (ne koristi se posredni medij, ve─ç se toplota razmenjuje direktno sa tlom)
  4. Ispariva─Źi za dizalice toplote sa povr┼íinskom vodom kao toplotnim izvorom (posredni medij je voda):
    ÔÇó Plo─Źasti
  5. Ispariva─Źi za dizalice toplote sa vazduhom kao toplotnim izvorom (posredni medij je vazduh);
    ┬á ┬á– lamelasti, sa bakrenim cevima i lamelama (rebrima) od bakra ili aluminijuma
    ┬á ┬á– sa cevnom zmijom.

Kompresor

Kompresor je deo rashladnog sistema (kompresione dizalice toplote ili rashladnog ure─Ĺaja) u kojem se radnoj materiji u gasnom stanju dovo─Ĺenjem energije (rada) pove─çava energetski nivo (pritisak i temperatura) ─Źime se omogu─çava njeno kru┼żenje kroz rashladni sistem. Zadatak kompresora je da pove─ça temperaturu i pritisak radne materije na vrednost na kojoj se omogu─çava njena kondenzacija na temperaturi koja je vi┼ía od temperature ogrevnog medija. Kompresor mora omogu─çiti komprimiranje celokupne radne materije iz ispariva─Źa.

Zavisno od na─Źina na koji se izvodi komprimovanje postoji nekoliko tipova kompresora:

  • klipni kompresor
  • vij─Źani kompresor
  • spiralni (eng. scroll) kompresor
  • turbokompresor

Zavisno od na─Źina ugradnje pogonskog motora, kompresori mogu biti:

  • otvoreni
  • poluhermeti─Źki
  • hermeti─Źki

Kod dizalica toplote uglavnom se koriste klipni i spiralni kompresori.

Klipni kompresori

Klipni kompresori komprimuju radnu materiju u cilindru naizmeni─Źnim pomeranjem klipa iz donje u gornju mrtvu ta─Źku. Odre─Ĺena koli─Źina radne materije u cilindar ulazi dok je klip u donjoj, a iz njega izlazi kada je u gornjoj mrtvoj ta─Źki, pri ─Źemu se on pomera pomo─çu kolenastog vratila. Kod dizalica toplote naj─Źe┼í─çe se koriste hermeti─Źki klipni kompresori. Osnovne prednosti su pouzdana, proverena konstrukcija i niska cena. Nedostaci su pulsiraju─çi pogon, relativno bu─Źan rad.

dizalica toplote šema

Slika 3 Pojednostavljena šema dizalice toplote sa mogućnošću prekretanja procesa

Kondenzator

Kondenzator je deo rashladnog sistema (dizalice toplote ili rashladnog ure─Ĺaja) u kojem dolazi do kondenzacije (ute─Źnjavanja) radne materije, zahvaljuju─çi predaji toplote neposrednoj okolini (prostoru ili mediju). Kondenzator dizalice toplote je razmenjiva─Ź toplote u kome radna materija razmenjuje toplotu sa ogrevnim medijumom sistema grejanja (vodom, vazduhom i sl.) koji se pri tome zagreva. Zbog toga je njegov zadatak predaja toplote ogrevnom mediju sistema grejanja.

Razmena toplote u kondenzatoru opisuje se slede─çom jedna─Źinom:

razmena toplote u kondenzatoru

Proces u kondenzatoru po─Źinje ulaskom radne materije koja je u gasovitom stanju. Radna materija se prvo hladi na temperaturi kondenzacije, zatim kondenzuje (ute─Źnjuje se) na konstantnoj temperaturi, pritisku, pri ─Źemu se toplota predaje neposrednom okru┼żenju. Pre ulaska u ekspanzioni ventil radna materija se dodatno pothla─Ĺuje na temperaturi pothla─Ĺivanja. Kondenzator se mo┼że podeliti na tri zone, zavisno od procesa koji se u njemu odvijaju: zona pregrejavanja, kondenzacija i pothla─Ĺivanje.

Toplotni u─Źin kondenzatora zavisi od ukupne povr┼íine za razmenu toplote, koeficijenta prolaza toplote razmenjiva─Źa, te razlici temperature radne materije koja kondenzuje i ogrevnog medija.

Ta razlika zavisi od ogrevnog medija i uobi─Źajeno iznosi:

  • za vodu; 5-10 ┬░C
  • za vazduh; 10-15 ┬░C

Kod konstrukcije kondenzatora postavlja se nekoliko osnovnih zahteva koji su gotovo isti kao i za ispariva─Źe: ┼íto manje i kompaktnije dimenzije, ┼íto manji pad pritiska na strani ogrevnog medija i radne materije i omogu─çavanje ┼íto ve─çe gustine toplotnog toka pri razmeni toplote.

Zavisno od vrste ogrevnog medija postoje dve konstrukcije kondenzatora dizalice toplote.

  • vodom hla─Ĺeni, kada se kao ogrevni medij koristi voda (za sisteme toplovodnog grejanja, priprema PTV-a)
  • vazduhom hla─Ĺeni, kada se kao ogrevni medij koristi vazduh (za sisteme toplovazdu┼ínog grejanja, ventilacije i klimatizacije)

Ekspanzioni ventil

Ekspanzioni (prigu┼íni ventil) je deo rashladnog sistema (dizalice toplote) ili rashladnog ure─Ĺaja u kome se radnoj materiji u te─Źnom stanju sni┼żava energetski nivo (temperatura i pritisak). Zadatak ekspanzionog ventila je da snizi temperaturu i pritisak radne materije na vrednost na kojoj se omogu─çava njeno isparavanje, na temperaturi koja je ni┼ża od temperature posrednog medija.

Proces u ekspanzionom ventilu po─Źinje ulaskom radne materije koja je potpuno u te─Źnom stanju, a ─Źesto i pothla─Ĺena. Nakon toga ekspandira, uz sni┼żavanje temperature i pritiska do vrednosti temperature i pritiska isparavanja sa kojima ulazi u ispariva─Ź, pri ─Źemu delimi─Źno isparava. Istovremeno se prilago─Ĺava zapreminski protok radne materije potrebnom rashladnom u─Źinu ispariva─Źa.

Danas se koriste naj─Źe┼í─çe tri konstrukcije ekspanzionih ventila:

  • jednostavna kapilarna cev,
  • termostatski ekspanzioni (termoekspanzioni ventil),
  • ekspanzioni ventil sa elektronskim upravljanjem.

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