Analiza potencijala korištenja geotermalne energije blizu ... · toplinske energije iz sustava (toplinskog spremnika) niže temperaturne razine u sustav više temperaturne razine

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

ZAVRŠNI RAD br. 1058

ANALIZA POTENCIJALA KORIŠTENJA

GEOTERMALNE ENERGIJE BLIZU POVRŠINE

TLA

Ivan Paić-Majdić

Zagreb, siječanj 2010.

2

3

Sadržaj:

1. UVOD .............................................................................................................................................. 5

1.1 OPĆENITO O DIZALICAMA TOPLINE .......................................................................... 5

1.2 PRINCIP RADA GEOTERMALNIH DIZALICA TOPLINE .......................................... 7

1.3 PODJELA DIZALICA TOPLINE ....................................................................................... 9

1.4 UČINKOVITA PRIMJENA DIZALICA TOPLINE........................................................ 10

2. IZVEDBE DIZALICA TOPLINE .............................................................................................. 11

2.1 KOMPRESIJSKE DIZALICE TOPLINE ........................................................................ 11

2.1.1 ISPARIVAČ .................................................................................................................. 11

2.1.2 KOMPRESOR .............................................................................................................. 12

2.1.3 KONDENZATOR ........................................................................................................ 13

2.1.4 EKSPANZIJSKI VENTIL .......................................................................................... 14

2.1.5 OSTALA OPREMA KOMPRESIJSKE DIZALICE TOPLINE ............................ 14

3. TOPLINSKI IZVORI ZA DIZALICE TOPLINE .................................................................... 15

3.1 TLO KAO TOPLINSKI IZVOR ZA DIZALICE TOPLINE .......................................... 15

3.1.1 PODZEMNI TOPLINSKI KOLEKTORI ................................................................. 16

3.1.2 PODZEMNE TOPLINSKE SONDE .......................................................................... 17

3.2 VODA KAO TOPLINSKI IZVOR ..................................................................................... 18

3.3 ZRAK KAO TOPLINSKI IZVOR ..................................................................................... 19

3.4 DIMENZIONIRANJE I ODABIR DIZALICA TOPLINE .............................................. 21

3.5 SUSTAVI GRIJANJA S DIZALICOM TOPLINE .......................................................... 22

3.6 NAČINI RADA DIZALICE TOPLINE ............................................................................. 22

3.6.1 MONOVALENTNI NAČIN RADA ........................................................................... 22

3.6.2 BIVALENTNI NAČIN RADA .................................................................................... 23

3.6.3 MONOENERGETSKI I MULTIVALENTNI NAČIN RADA ................................ 25

3.7 OSTALE MOGUĆNOSTI I PRIMJENE DIZALICE TOPLINE .................................. 26

3.7.1 PRIPREMA POTROŠNE TOPLE VODE I GRIJANJE ......................................... 26

3.7.2 PRIPREMA POTROŠNE TOPLE VODE I HLAĐENJE ZRAKA ........................ 27

3.7.3 HLAĐENJE ZRAKA, VENTILACIJA I KLIMATIZACIJA ................................. 27

3.7.4 DIZALICE TOPLINE ZA VENTILACIJU, KLIMATIZACIJU I PRIPREMU

POTROŠNE TOPLE VODE ....................................................................................................... 28

4

4. USPOREDBA DIZALICE TOPLINE S KONVENCIONALNIM GORIVIMA ................... 29

4.1 VAILLANT UREĐAJI geoTHERM, iroVIT i eco TEC ................................................. 31

4.2 ANALIZA POTENCIJALA DIZALICE TOPLINE ........................................................ 33

5. ZAKLJUČAK ............................................................................................................................... 46

6. LITERATURA ............................................................................................................................. 47

5

1. UVOD

1.1 OPĆENITO O DIZALICAMA TOPLINE

Dizalica topline (toplinska crpka, toplinska pumpa) je ureĎaj koji omogućava prijenos

toplinske energije iz sustava (toplinskog spremnika) niže temperaturne razine u sustav više

temperaturne razine korištenjem dodatne energije, odnosno rada, pomoću lijevokretnog

kružnog procesa odgovarajućeg radnog medija. Zbog tog svojstva, dizalice topline su vrlo

prikladne kao izvori toplinskog ali i rashladnog učina u sustavima grijanja, pripreme potrošne

tople vode, ventilacije i klimatizacije. Osnovna zamisao primjena dizalica topline kao izvora

toplinskog i rashladnog učina u sustavima grijanja, pripreme potrošne tople vode, ventilacije i

klimatizacije se temelji na mogućnosti iskorištavanja dijela „besplatne“ i „neograničene“

topline iz neposredne okoline (tlo, voda, zrak).

Iako je ubrzan porast primjena dizalica topline započeo sedamdesetih godina prošlog

stoljeća načelo njihovog rada poznato je još od početka devetnaestog stoljeća kada je francuski

fizičar Nicolas Leonard Sadi Carnot opisao kružni proces koji je prema njemu nazvan i koji

predstavlja teorijsku osnovu za rad današnjih rashladnih ureĎaja i dizalica topline. Izraz

„toplinska crpka“ za dizalicu topline stvoren je tek u dvadesetim godinama prošlog stoljeća,

kada su u SAD-u i Velikoj Britaniji izvedeni prvi sustavi grijanja koji su ih koristili kao izvor

topline. Nakon drugog svjetskog rata počinje veća primjena dizalica topline, najprije u SAD-u

a šezdesetih godina i u Europi. Veliko povećanje njihove primjene započelo je u doba prve

velike naftne krize, sedamdesetih godina, kada su mnogi proizvoĎači opreme za grijanje tražili

rješenja za zamjenu fosilnih goriva drugim izvorima. Ipak, tadašnja tehnička rješenja i izvedbe

dizalica topline nisu dala očekivane rezultate s obzirom na učinkovitost pa su nakon što je

kriza završila zaboravljene. Početkom devedesetih godina, s porastom standarda stanovnika

razvijenih zemalja raste i ekološka svijest, a istodobno dolazi i do povišenja cijena energenata

pa se ponovno pojavljuje zanimanje za dizalicama topline kojih je 1995. u svijetu bilo

ugraĎeno oko 55 milijuna. Zahvaljujući razvoju novih tehnologija i novim tehničkim

rješenjima koja su omogućila povećanje učinkovitosti, smanjenje dimenzija i mase, primjena

dizalica topline u 21. stoljeću sve je veća.

6

Nekoliko je glavnih razloga za primjenu dizalica topline. Na prvome mjestu je smanjenje

potrošnje fosilnih goriva čija cijena stalno raste, a njihovo izgaranje je ujedno jedan od većih

uzročnika štetnih emisija u atmosferu. Pri tome vrijedi spomenuti da je proračunima i

ispitivanjima na dizalicama topline u pogonu pokazano da je njihova potrošnja primarne

energije manja nego u plinskim ili uljnim kondenzacijskim kotlovima. No pogrešno je misliti

kako one nisu uzrok nikakvim emisijama. Moraju se uzeti u obzir emisije koje nastaju pri

proizvodnji i uporabi, te električna energija koja je potrebna za njihov pogon. Dizalice topline

najviše se koriste kao izvori topline u sustavima grijanja i pripreme potrošne tople vode

obiteljskih kuća, stambenih, javnih i drugih zgrada i objekata.

Potencijal geotermalnih resursa zasad u RH nije odgovarajuće iskorišten niti vrednovan,

dok u EU ova tehnologija ima veliki godišnji porast u instaliranim kapacitetima od gotovo

20%, što je prikazano u Tablici 1, a taj trend se nastavio i do danas. Hrvatska koristi dva do tri

puta više energije po jedinici bruto nacionalnog proizvoda nego većina zemalja članica EU,

što dovodi do prekomjernog uvoza energetskih mineralnih sirovina, veće proizvodne cijene,

Tablica 1. Porast instalirane snage geotermalnih toplinskih pumpi u EU [2]

7

problema kompetitivnosti proizvoda i usluga na europskom i svjetskom tržištu, kao i

negativnog utjecaja na okoliš. Za razvoj i implementaciju tehnologije geotermalnih toplinskih

pumpi u Republici Hrvatskoj trenutačno postoji nužna tehničko-tehnološka i distributivna

infrastruktura, ali ne i popratna zakonska regulativa, odnosno ekološki propisi i sigurnosni

zahtjevi koji se odnose na izgradnju bušotinskih izmjenjivača topline, što je najvažniji

ograničavajući faktor.

1.2 PRINCIP RADA GEOTERMALNIH DIZALICA TOPLINE

Rad geotermalnih dizalica topline temelji se na lijevokretnom Carnotovom procesu,

prikazanome na Slici 2. Razlikuju se procesi za grijanje i hlaĎenje. Kod hlaĎenja toplinski

spremnik je na višoj temperaturnoj razini (onaj kojem se toplina dovodi) neposredna okolica

ureĎaja, dok je spremnik na nižoj temperaturnoj razini (onaj kojem se toplina odvodi) prostor

ili medij koji se trebaju ohladiti. Kod grijanja je obrnut slučaj.

Slika 1. Shema rada Carnotovog procesa [1]

8

Osnovne komponente toplinske pumpe su kompresor s elektromotorom, povratni i

prigušni ventil,te dva izmjenjivača topline (kondenzator i isparivač). Dodatni izmjenjivač

topline (pregrijač) može se dodati zbog grijanja potrošne tople vode. U ciklusu hlaĎenja

rashladno sredstvo ulazi u usisne otvore kompresora u obliku plina niske temperature i tlaka.

Proces kompresije podiže tlak i temperaturu, a u ovom dijelu moguće je dodati pregrijač za

potrošnu toplu vodu. Plin na izlasku iz kompresora preusmjeren je povratnim ventilom na

izmjenjivač topline (kondenzator) u kontaktu s okolišem. Kako je plin na višoj temperaturi,

toplina se prenosi na rasolinu te na okolinu. Snižavanje temperature plina rezultira

kondenzacijom, a s obzirom na malen pad tlaka u kondenzatoru, rashladno sredstvo ga napušta

u obliku kapljevine s temperaturom neznatno višom od okoliša. Kapljevina zatim ulazi u

prigušni ventil gdje se naglo snižava tlak. Nakon toga ulazi u isparivač gdje dolazi do znatnog

pada temperature zbog isparavanja rashladnog sredstva uz prijelaz topline s okolnog toplog

zraka. Rekuperator s prisilnom konvekcijom osigurava distribuciju hladnog zraka u

unutrašnjosti prostora. Plin potom kroz povratni ventil ponovno ulazi u kompresor čime je

završen jedan ciklus hlaĎenja. U procesu grijanja povratni ventil preusmjerava plin visoke

temperature pri izlasku iz kompresora na izmjenjivač topline (kondenzator) u kontaktu s

unutrašnjosti prostorije. U rekuperatoru plin prenosi toplinu na hladniji okolni zrak pri čemu

dolazi do kondenzacije, a zatim kapljevina ulazi u prigušni ventil gdje se snižava tlak, a time i

Slika 2. Shema sustava za grijanje i hlađenje s prekretnim ventilom [2]

9

temperatura, te zatim ulazi u isparivač gdje se na rashladno sredstvo prenosi toplina iz

bušotinskog izmjenjivača topline što dovodi do isparavanja. Plin je potom preusmjeren

povratnim ventilom na usisne komore kompresora gdje mu se povisuje temperatura i tlak čime

je završen ciklus grijanja.

1.3 PODJELA DIZALICA TOPLINE

Dizalice topline se dijele u tri osnovne skupine, a to su dizalice topline tlo-voda (rasolina-

voda) koje kao toplinski izvor koriste slojeve tla, dizalice topline voda-voda koje koriste

podzemne, površinske ili otpadne vode, te dizalice topline zrak-voda i zrak-zrak koje koriste

okolni, istrošeni, otpadni ili onečišćeni zrak. Najveći udio ugraĎenih dizalica topline su one sa

zrakom kao toplinskim izvorom, dok najmanji udio kao toplinski izvor ima voda, što je

rezultat toga što voda često nije dostupna kao izvor topline.

Prema izvoru dodatne energije za ostvarivanje kružnog procesa, dizalice topline mogu biti:

-kompresijske, kod kojih se kružni proces radne tvari omogućava dovoĎenjem mehaničkog

rada pomoću kompresora (najčešće u primjeni)

-sorpcijske, (apsorpcijske i adsorpcijske), kod kojih se kružni proces radne tvari omogućava

dovoĎenjem toplinske energije

-Vuilleumierove, kod kojih se kružni proces radne tvari takoĎer omogućava dovoĎenjem

toplinske energije

Slika 3. Dijagram udjela pojedinih izvedbi dizalica topline u primjeni, ovisno o toplinskom izvoru [2]

10

1.4 UČINKOVITA PRIMJENA DIZALICA TOPLINE

Za učinkovitu primjenu dizalica topline treba ispuniti nekoliko osnovnih uvjeta, a to su:

raspoloživost toplinskog izvora dovoljno visoke i relativno konstantne temperature dulje

vrijeme, mala udaljenost toplinskih izvora i ponora, umjerena temperaturna razina toplinskog

ponora, veliki broj sati uporabe tijekom godine radi veće isplativosti, te visoke cijene drugih

energenata kako bi se ostvarile što veće uštede.

Kada se dizalice topline koriste u sustavu grijanja najčešće se radi o

niskotemperaturnom toplovodnom grijanju, pri čemu su najprikladniji sustavi površinskog

grijanja. Ako se dizalice topline koriste, osim za grijanje, i za pripremu potrošne tople vode,

trebalo bi izbjegavati istodoban rad oba sustava, odnosno potrebe jednog i drugog sustava bi

se trebale pokrivati naizmjence.

Tablica 2. Najčešde mogudnosti primjene dizalica topline [2]

11

2. IZVEDBE DIZALICA TOPLINE

2.1 KOMPRESIJSKE DIZALICE TOPLINE

Kompresijske dizalice topline za povišenje energetske razine, odnosno temperature i tlaka

radne tvari, a time za omogućavanje kružnog procesa koriste mehanički rad kompresora.

Ovakve izvedbe dizalica topline su najčešće u primjeni. Dijelovi od kojih se sastoje takve

izvedbe su isparivač, kompresor, kondenzator i ekspanzijski ventil, te spojni vodovi koji

povezuju te dijelove, regulacijski i pomoćni elementi i radna tvar. Svi ti dijelovi se obično

nalaze u jednom kućištu i čine dizalicu topline. Da bi ona mogla raditi u nekom sustavu

potrebni su spojevi na dovod posrednog medija, razvod ogrjevnog medija, električnu mrežu,

sustav automatske regulacije i sl.

2.1.1 ISPARIVAČ

Isparivač je dio rashladnog sustava (dizalice topline ili rashladnog sustava) u kojem dolazi

do potpunog isparavanja radne tvari, zahvaljujući dovoĎenju topline iz neposredne okoline

(prostora ili medija). To je zapravo izmjenjivač topline u kojem radna tvar izmjenjuje toplinu s

posrednim medijem (vodom, rasolinom, glikolnom smjesom, zrakom), pri čemu se on hladi.

Koliki će biti rashladni učin isparivača ovisit će o ukupnoj površini za izmjenu topline,

koeficijentu prijelaza topline izmjenjivača i razlici temperatura posrednog medija i radne tvari

koja isparava. Poželjno je da je ta razlika što manja (4-8°C) pa tlak isparavanja treba biti što

viši.

Proces u isparivaču započinje ulaskom radne tvari koja je u stanju mokre pare, odnosno

ponaša se kao smjesa kapljevine i pare. Potom u isparivaču pri konstantnom tlaku dolazi do

njezinog isparavanja do granice zasićenja zbog dovoĎenja topline iz neposredne okoline. Kako

bi se osiguralo potpuno isparavanje radne tvari, ona se pregrijava na temperaturu višu od

temperature isparavanja. Time se onemogućava ulazak neisparenih dijelova radne tvari u

kompresor što može uzrokovati hidraulički udar i njegovo oštećenje. Ovisno o izvedbi dizalice

topline, odnosno o toplinskom izvoru koji se koristi, postoji više izvedbi isparivača.

12

2.1.2 KOMPRESOR

Kompresor je dio rashladnog sustava u kojem se radnoj tvari u parnom stanju dovoĎenjem

energije povisuje energetska razina, odnosno tlak i temperatura. Time se ujedno omogućava

kruženje radne tvari kroz rashladni sustav. Možemo još reći i da je zadaća kompresora povisiti

temperaturu i tlak radne tvari na vrijednost na kojoj se omogućava kondenzacija na

temperaturi koja je viša od ogrjevnog medija.

Kompresor mora omogućiti komprimiranje cjelokupne radne tvari iz isparivača, a odnosi

rashladnog učina kompresora i isparivača prikazani su na Slici 4. Točka u tom dijagramu u

kojem se sijeku krivulje kompresora i isparivača naziva se ravnotežnom ili radnom točkom.

Ovisno o načinu na koji se provodi stlačivanje, postoji nekoliko osnovnih izvedbi

kompresora, a to su klipni, vijčani, spiralni i turbokompresori, a ovisno o načinu ugradnje

mogu biti otvoreni, poluhermetički i hermetički. U dizalicama topline uglavnom se koriste

klipni i spiralni kompresori.

Klipni kompresori stlačuju radnu tvar u cilindru naizmjeničnim pomacima klipa iz donje u

gornju mrtvu točku. U dizalicama topline najčešće se koriste hermetički klipni kompresori.

Njihove prednosti su provjerena i pouzdana izvedba te niska cijena, dok su nedostatci

Slika 4. Prikaz krivulja isparivača i kompresora te radne točke [1]

13

pulsirajući pogon, relativno bučan rad te značajke pogona koje su mnogo manje u odnosu na

spiralne kompresore.

Spiralni kompresori stlačuju radnu tvar pomicanjem pomične unutar nepomične spirale

tako da se sužava prostor u kojem se ona nalazi pa se ona stlačuje. Osnovne prednosti ovakvih

kompresora su jednostavna konstrukcija bez mnogo mehaničkih dijelova, tih i ravnomjeran

rad, te mala masa

2.1.3 KONDENZATOR

Kondenzator je dio rashladnog sustava (dizalice topline) u kojem dolazi do kondenzacije

ili ukapljivanja radne tvari, zahvaljujući predaji topline neposrednoj okolini što može biti

prostor ili prijenosni medij. Kondenzator dizalice topline je zapravo, izmjenjivač topline u

kojem radna tvar izmjenjuje toplinu s ogrjevnim medijem sustava grijanja koji se pri tome

zagrijava.

Proces u kondenzatoru započinje ulaskom radne tvari u plinovitom stanju. Potom se ona

hladi na temperaturu kondenzacije te se potom kondenzira na konstantnoj temperaturi i tlaku,

a pri čemu se toplina predaje neposrednoj okolici. Osim toga, prije ulaska u ekspanzijski ventil

radna tvar se dodatno pothlaĎuje na temperaturu pothlaĎivanja, pa kondenzator dijelimo na tri

zone: zonu pregrijavanja, kondenzacije i pothlaĎivanja. Toplinski učin kondenzatora ovisi u

ukupnoj površini za izmjenu topline, koeficijentu prijelaza topline te razlici temperatura radne

tvari koja kondenzira i ogrjevnog medija.

S obzirom na ogrjevni medij koji se koristi postoje dvije izvedbe kondenzatora za dizalice

topline. Vodom hlaĎeni, kada je ogrjevni medij voda (sustavi toplovodnog grijanja i pripreme

potrošne tople vode), te zrakom hlaĎeni, kada je ogrjevni medij zrak (za sustave toplozračnog

grijanja, ventilacije i klimatizacije). S obzirom na konstrukciju u dizalicama topline se koriste

pločasti od nehrĎajućeg čelika ili s dvostrukom koaksijalnom cijevi od bakra ili legure bakra i

nikla.

14

2.1.4 EKSPANZIJSKI VENTIL

Ekspanzijski odnosno prigušni ventil je dio rashladnog sustava (dizalice topline) u kojem

se radnoj tvari u kapljevitom stanju snižava energetska razina odnosno temperatura i tlak na

vrijednost na kojoj se omogućava njezino isparavanje na temperaturi koja je niža od

temperature posrednog medija. Proces u ekspanzijskom ventilu počinje ulaskom radne tvari u

kapljevitom stanju, koja je često i pothlaĎena. Tada ona ekspandira, uz snižavanje temperature

i tlaka do vrijednosti isparavanja s kojima ulazi u isparivač, pri čemu ona djelomično isparava.

Istodobno se omogućava prilagodba volumnog protoka radne tvari potrebnom rashladnom

učinu isparivača. Tri osnovne izvedbe su jednostavna kapilarna cijev, termostatski

ekspanzijski ventili te ekspanzijski ventili s elektroničkim upravljanjem.

2.1.5 OSTALA OPREMA KOMPRESIJSKE DIZALICE TOPLINE

U ostalu opremu dizalica topline spadaju vodovi za radnu tvar kojima se povezuju njezini

osnovni dijelovi, te razni regulacijski i mjerni elementi kojima se ostvaruje siguran i pouzdan

rad. To mogu biti sušilo ili filtar radne tvari, separator kapljevine, separator ulja, termometri i

drugi elementi.

15

3. TOPLINSKI IZVORI ZA DIZALICE TOPLINE

3.1 TLO KAO TOPLINSKI IZVOR ZA DIZALICE TOPLINE

Kada se govori o tlu kao toplinskom izvoru za dizalice topline misli se na toplinsku

energiju površinskih i podzemnih slojeva zemlje. Ta energija najvećim dijelom potječe od

Sunčeve energije dobivene zračenjem ili padalinama, a manjim dijelom od geotermalne

energije same Zemlje. Osnovna značajka tla je pohrana toplinske energije cijele godine, dok

izmjena topline ovisi o koeficijentu toplinske vodljivosti , gustoći, sastavu te specifičnom

odvajanju topline. Geološkim i termodinamičkim ispitivanjima pokazano je da se temperatura

do oko 10 m dubine tla mijenja tijekom godine dok je na većim dubinama razmjerno stalna.

Za iskorištavanje topline tla koriste se dizalice topline tlo – voda (rasolina). Za izmjenu topline

koriste se izmjenjivači topline koji se ukopavaju u tlo, a oni mogu biti podzemni toplinski

kolektori ili podzemne toplinske sonde. Za posredni medij koriste se rasoline ili glikolne

smjese koje imaju nisko ledište pa onemogućavaju smrzavanje u cijevima i smanjivanje

Slika 5. Porast temperature s dubinom i utjecaj sunčeve radijacije na temperature [5]

16

padova tlaka pri prolasku kroz cijevi. Posredni medij preuzima toplinu tla i predaje je radnoj

tvari na isparivaču dizalice topline.

3.1.1 PODZEMNI TOPLINSKI KOLEKTORI

Podzemni toplinski kolektori služe za izmjenu topline posrednog medija i površinskih

slojeva tla, do dubine od 2 metra, kod primjene dizalica topline tlo – voda. Osnovne izvedbe

takvih izmjenjivača topline su vodoravna kolektorska polja (koja mogu imati serijski ili

paralelno povezane cijevi), kanalni (kompaktni ili kolektori u jarku), te spiralni kolektori. Kao

materijal za izradu cijevi kolektora najčešće se koristi polietilen zbog toga što ima dobra

toplinska i fizikalna svojstva. Prosječno specifično odavanje topline na dubini od 1,5 – 2 m

iznosi 15 – 40 W/m2.

Vodoravna kolektorska polja su najčešće izvedbe podzemnih toplinskih kolektora (za

izvedbu tlo - voda), a otprilike se može uzeti da je potrebna barem dvostruko veća površina

zemljišta za polaganje kolektorskog polja, od površine prostora koji se treba grijati, pa se

takva rješenja koriste kada su veće površine zemlje na raspolaganju. Osim toga duljina

pojedine petlje ne bi smjela biti dulja od 100m kako bi se izbjegli veliki padovi tlaka.

Slika 6. Vodoravno kolektorsko polje [3]

17

Dio takvog sustava je i cirkulacijska crpka posrednog medija, za čije dimenzioniranje treba

poznavati protok posrednog medija i pad tlaka pri strujanju medija kroz kolektor, odnosno

kroz sondu. Može se reći da protok prijenosnog medija treba biti oko 0,5 m3/(h kW).

Pri izvoĎenju podzemnih toplinskih kolektora treba uzeti u obzir površinu zemljišta,

dubinu polaganja (najčešće 1,2 – 1,5 m dubine), izvedbu kolektora, meĎusoban razmak cijevi,

duljine i promjer cijevi, način punjenja sustava posrednim medijem.

3.1.2 PODZEMNE TOPLINSKE SONDE

Podzemne toplinske sonde služe za izmjenu topline posrednog medija i dubokih slojeva tla

kod primjene dizalica topline tlo – voda. To su okomiti izmjenjivači topline koji se koriste

kada na raspolaganju nisu veće slobodne površine zemljišta. Dubina, promjer i broj bušotina u

koje se ugraĎuju cijevi izmjenjivača ovisit će o potrebama zgrade za grijanje ili hlaĎenje.

Dvije izvedbe takvih sondi su dvostruka U-cijev od polietilena i koaksijalna cijev (gdje je

unutarnja cijev od polietilena i u nju ulazi ohlaĎeni medij iz dizalice topline, dok je vanjska

cijev od nehrĎajućeg čelika i kroz nju se vraća zagrijani medij). Za podzemne sonde koristi se

Slika 7. Pregled bušečih radova pri instaliranju U-izmjenijvaca topline

18

posredni medij glikolna smjesa u omjeru 30% glikola i 70% vode. Specifično odavanje tla kod

sondi iznosi 25 – 100 W/m duljine (dubine) sonde, a značajno ovisi o sastavu i kvaliteti tla, jer

na toplinsku vodljivost jako utječu vlaga i poroznost. Točna vrijednost specifičnog dubinskog

odavanja topline tla može se utvrditi jedino pri samome izvoĎenju bušotine, kada se ovisno o

sastavu pojedinog sloja tla, odreĎuje njegovo specifično odavanje topline. Duljine (dubine)

sondi kreću se u prosjeku od 40 – 100m, a udaljenost izmeĎu bušotina mora biti najmanje 5 m.

Nakon izvoĎenja bušotine i postavljene sonde, meĎuprostor se popunjava najčešće betonitom

ili kvarcnim pijeskom.

3.2 VODA KAO TOPLINSKI IZVOR

Kada se govori o vodi kao toplinskom izvoru za dizalice topline, misli se na toplinsku

energiju površinskih, podzemnih ili otpadnih voda. Glavna karakteristika vode je relativno

stalna temperatura tijekom cijele godine. Za iskorištavanje toplinske energije vode koriste se

dizalice topline voda – voda. Takav sustav može biti izveden kao izravni, kada se podzemna

voda (uz filtriranje) izravno dovodi do isparivača, ili neizravni, kada se ugraĎuje dodatni

izmjenjivač topline. S obzirom na pogonsko održavanje i sigurnost prednost ima neizravna

izvedba. Voda se tada iz jedne bušotine, vodene površine ili vodotoka crpi, a kroz drugu

Slika 8. Podzemna toplinska sonda [3]

19

bušotinu vraća u podzemne slojeve. Osim toga, sustav može biti izveden kao kod dizalica

topline tlo – voda, pri čemu se na dno vodene površine postavlja podvodni toplinski kolektor. I

u jednom i u drugom slučaju potrebna je cirkulacijska crpka kao i kod izvedbe tlo – voda.

Zbog relativno visoke i konstantne temperature razine vode kao toplinskog izvora, faktor

grijanja dizalica topline voda – voda je velik. Dizalice topline koje koriste podzemne vode

obično imaju veće toplinske učine (8 – 40kW) i veći faktor grijanja.

Treba napomenuti da za izvoĎenje bušotina za iskorištavanje topline podzemnih voda

treba ishoditi niz dozvola, a u nekim zemljama je njihova primjena čak i zabranjena zbog

zaštite podzemnih voda.

3.3 ZRAK KAO TOPLINSKI IZVOR

Kada se govori o zraku kao toplinskom izvoru za dizalice topline, misli se na toplinsku

energiju okolnog, otpadnog, istrošenog ili onečišćenog zraka iz sustava ventilacije i

klimatizacije ili raznih drugih procesa. Glavna osobina zraka je nepodudarnost vremena kada

su vanjske temperature najviše i kada su potrebe za grijanje najveće. Za iskorištavanje

toplinske energije zraka koriste se dizalice topline zrak – zrak ili voda – zrak. Valja

Slika 9. Sustav voda – voda [3]

20

napomenuti kako se kao dizalice topline zrak – zrak često koriste klima-ureĎaji kod kojih je

omogućeno pokretanje rashladnog procesa.

Dizalice topline zrak . voda i zrak – zrak pojavljuju se u tri osnovne izvedbe, za

postavljanje na otvorenome, za postavljanje u zatvorenome prostoru, te u odvojenoj izvedbi

(split sustav). Iako je zrak kao toplinski izvor svugdje dostupan i neiscrpan treba uzeti u obzir

da faktor dizalica topline izrazito opada snižavanjem vanjske temperature. Uzima se da

dizalice topline zrak – voda i zrak – zrak mogu raditi do -7°C vanjske temperature. Kada su

vani niske temperature može doći do zaleĎivanja kondenzirane vlage na plohama isparivača.

OdleĎivanje se može izvršiti prekretanjem rashladnog procesa ili električnim grijačima koji

troše dodatnu količinu energije.

Optimalan protok zraka kod dizalica topline sa zrakom kao toplinskim izvorom iznosi

300 – 500 m3/(h kW) rashladnog učina kompresora. Osim vanjskog zraka, kao toplinski izvor

često se koriste otpadni, istrošeni zrak iz prostorija ili raznih procesa čija temperatura ovisi o

uvjetima u zgradi ili procesu. Takvim načinom mogu se ostvariti značajne uštede, jer se takva

energija lako može iskoristiti u sustavu toplovodnog grijanja, pripreme potrošne tople vode ili

za zagrijavanje svježeg zraka.

Slika 10. Vanjski zrak kao toplinski izvor [3]

21

3.4 DIMENZIONIRANJE I ODABIR DIZALICA TOPLINE

Dimenzioniranje, projektiranje i izvoĎenje sustava u kojima se kao izvor toplinskog i

rashladnog učina koristi dizalica topline složeno je i zahtijeva znanja iz tehnike grijanja i

hlaĎenja, graĎevinarstva, regulacije, te geologije i rudarstva kod izvoĎenja bušotina. Osnovna

veličina na osnovu koje se dimenzioniraju i projektiraju sustavi koji koriste dizalice topline je

toplinski učin koji se odreĎuje na osnovi potreba za toplinom za grijanje, odnosno toplinskih

gubitaka ili toplinskog opterećenja zgrade.

Toplinsko opterećenje zgrade, odnosno prostorija u njoj odreĎuje se postupkom

propisanim normom HRN EN 12 831. Osnovni cilj takvog proračuna je odreĎivanje toplinskih

gubitaka koji se koriste pri odreĎivanju toplinskog opterećenja zgrade. Pri proračunu

projektnih toplinskih gubitaka zgrade promatraju se transmisijski toplinski gubitci (provoĎenje

topline kroz plohe) i ventilacijski toplinski gubitci (strujanje zraka).

Pri dimenzioniranju i projektiranju ovakvih sustava potrebno je odabrati i toplinski izvor

za dizalice topline. Pri tome se u obzir uzimaju razni čimbenici, ali najvažniji od njih su

svojstva toplinskog izvora (termodinamička svojstva, raspoloživost na mjestu ugradnje),

početna ulaganja u iskorištavanje izvora (cijena opreme, složenost radova), te pogonski

troškovi pri iskorištavanju nekog izvora.

Uz sve to treba uzeti u obzir i da li se radi o novogradnji ili postojećoj zgradi, te njezinoj

potrebi za energijom cijele godine (grijanje i hlaĎenje). Poredak učestalosti primjene

toplinskih izvora za dizalice topline u većini europskih zemalja je :

1. Okolni zrak

2. Otpadni zrak

3. Površinski slojevi tla

4. Duboki slojevi tla

5. Podzemne vode

22

3.5 SUSTAVI GRIJANJA S DIZALICOM TOPLINE

Toplovodni sustavi grijanja koji kao izvor koriste dizalicu topline mogu biti izvedeni kao

radijatorski ili površinski (podno, zidno i stropno grijanje), a za njihov odabir bitna je

temperatura polaznog voda sustava. Ona u pravilu iznosi 50 – 55 °C, a najviše do 70 °C, dok

je vrijednost kod plinskih kotlova 70 – 90 °C, što znači da se radi o niskotemperaturnom

sustavu grijanja. Zbog toga se uz dizalice topline mnogo češće koriste površinski sustavi

grijanja, pogotovo kada su predviĎeni još prilikom projektiranja i izgradnje zgrade, dok se

radijatorski sustavi koriste kod postojećih zgrada kada je često potrebno poboljšavanje

svojstava zgrade (npr. izolacija, stakla).

MeĎuspremnik topline (puferski spremnik ili spremnik ogrjevne tople vode) u sustavu

grijanja i pripreme potrošne tople vode s dizalicom topline služi za poboljšavanje pogonskih

uvjeta, odnosno za smanjivanje učestalosti uključivanja dizalice topline, pokrivanje vršne

potrošnje i opskrbu toplinom u vrijeme kada dizalica topline iz raznih razloga ne radi.

Njegovu primjenu potrebno je predvidjeti još pri projektiranju sustava te se preporučuje u

svim slučajevima, osim u sustavima grijanja sa velikom mogućnošću akumulacije toplinske

energije. Dimenzionira se tako da se prate dvije smjernice: prema normi DIN 4579 volumen

spremnika treba biti 10-20 puta veći od nazivnog toplinskog učina dizalice topline, ili prema

uputama proizvoĎača da volumen spremnika treba iznositi 20-30 l/kW toplinskog učina

dizalice topline.

3.6 NAČINI RADA DIZALICE TOPLINE

3.6.1 MONOVALENTNI NAČIN RADA

Monovalentni način rada dizalice topline znači da se njome tijekom cijele sezone grijanja

pokrivaju cjelokupne potrebe zgrade za toplinom u sustavu grijanja i potrošne tople vode,

odnosno da je dizalica topline jedini izvor topline u sustavu. Da bi ovakav način rada bio

moguć bitno je da je toplinski izvor raspoloživ u cijelom tom razdoblju. Osnovna prednost

23

monovalentnog načina rada je manje zauzimanje prostora, a nema niti potrebe za dimnjakom

ili plinskom instalacijom odnosno spremnikom loživog ulja.

3.6.2 BIVALENTNI NAČIN RADA

Bivalentni način rada dizalice topline znači da se njome tijekom sezone grijanja pokriva

samo jedan dio potreba zgrade za toplinom, odnosno da u sustavu grijanja i pripreme potrošne

tople vode postoji još jedan izvor topline (plinski, uljni, električni ili kotao na kruta goriva).

To znači da se dodatni izvor topline uključuje prema potrebi, odnosno kada dizalica topline ne

može dati dovoljno toplinske energije za zadovoljavanje svih potreba. Ovakav način rada je

uobičajen kod dizalica topline zrak – voda. Postoje tri osnovne podvrste bivalentnog načina

rada.

Slika 11. Dijagram monovalentnog načina rada dizalice topline [2]

24

Bivalentno – alternativni način rada dizalice topline znači da u odreĎenom trenutku u

sezoni grijanja (u tzv. bivalentnoj točki), dodatni izvor topline preuzima pokrivanje

cjelokupnih potreba zgrade za toplinom, dok se dizalica topline isključuje. Bivalentna točka

jednaka je nekoj vrijednosti niske vanjske temperature zraka.

Djelomični bivalentno – usporedni način rada dizalice topline znači da se u odreĎenom

trenutku u sezoni grijanja (točki uključivanja), uključuje dodatni izvor topline koji zajedno sa

dizalicom topline služi za pokrivanje potreba zgrade za toplinom, a zatim se ona (u točki

isključivanja) isključuje pa dodatni izvor topline pokriva cjelokupne potrebe za toplinom.

Točke uključivanja i isključivanja odreĎene su okolnom i temperaturom ogrjevnog medija, te

vremenom jeftinije tarife električne energije.

Bivalentno – usporedni način rada dizalice topline znači da se u odreĎenom trenutku u

sezoni grijanja (točki uključivanja), uključuje dodatni izvor topline koji potom zajedno s

dizalicom topline služi za pokrivanje cjelokupnih potreba zgrade za toplinom.

Prednost bivalentnog načina rada je mogućnost zadržavanja postojećeg kotla te povećanje

sigurnosti opskrbe zgrade toplinom jer tada postoje dva izvora topline i dva energenta.

Slika 12. Dijagram bivalentno-alternativnog načina rada dizalice topline [2]

25

3.6.3 MONOENERGETSKI I MULTIVALENTNI NAČIN RADA

Monoenergetski način rada dizalice topline znači da dodatni izvor topline za sustav

grijanja i potrošne tople vode kao energent koristi samo električnu energiju. Pri tome kao

dodatni izvor topline najčešće služi akumulacijski spremnik – grijač tople vode s ugraĎenim

električnim grijačem, odnosno električni kotao.

Multivalentan način rada dizalice topline znači da dodatni izvor topline kao energent

koristi plin, loživo ulje, sunčevu energiju. Kod takvog načina rada uz električnu energiju mora

postojati najmanje još jedan energent u zgradi.

Slika 13. Dijagram bivalentno-usporednog načina rada dizalice topline [2]

26

3.7 OSTALE MOGUĆNOSTI I PRIMJENE DIZALICE TOPLINE

3.7.1 PRIPREMA POTROŠNE TOPLE VODE I GRIJANJE

Dizalice topline se smatraju vrlo prikladnim izvorom topline za pripremu potrošne tople

vode i sustave grijanja obiteljskih kuća, stambenih i poslovnih zgrada te raznih ugostiteljskih

objekata. Treba uzeti u obzir da se kod primjena dizalica topline za pripremu potrošne tople

vode postavljaju nešto drugačiji zahtjevi nego što je to slučaj kod primjene samo za grijanje.

Za pripremu potrošne tople vode potrebna je viša temperaturna razina ogrjevnog medija (45 –

60 °C) nego kod grijanja, što znači da će godišnji faktor grijanja dizalice topline biti manji.

Osim toga sustav za pripremu potrošne tople vode i grijanje pomoću dizalice topline može

poslužiti i za hlaĎenje (preko ugraĎenog razvoda za grijanje i hlaĎenje). Priprema potrošne

tople vode treba imati prednost pred grijanjem, što se ostvaruje odgovarajućim namještanjem

sustava regulacije, a ujedno se bog higijenskih razloga mora omogućiti da se u odreĎenim

vremenskim razmacima topla voda zagrijava na više od 60°C. Dizalica topline i spremnik

dimenzioniraju se prema stvarnim potrebama za toplom vodom u odreĎenom vremenu.

Slika 14. Shema sustava za pripremu potrošne tople vode i grijanje [2]

27

3.7.2 PRIPREMA POTROŠNE TOPLE VODE I HLAĐENJE ZRAKA

Za pripremu potrošne tople vode i hlaĎenje zraka koriste se dizalice topline zrak – voda

kod kojih se kao toplinski izvor koristi zrak iz prostorija ili otpadni, onečišćeni, istrošeni zrak

sustava ventilacije i klimatizacije. Temperature zraka na kojima je osiguran optimalan rad

dizalice topline iznose 8 – 35 °C, dok se zrak prolaskom kroz isparivač može ohladiti za 3- 5

°C. Takve se dizalice topline mogu postaviti u zatvorenom prostoru (podrum, ostava,

potkrovlje, tavan), ali volumen prostorije u koju se može postaviti dizalica topline odnosno

njezin isparivač trebao bi iznositi najmanje 15m3.

Kompaktne dizalice topline zrak – voda za hlaĎenje i pripremu potrošne tople vode

omogućavaju hlaĎenje zraka u prostoriji u kojoj su smještene. Pri tome se toplina s potrošnom

toplom vodom u spremniku izmjenjuje izravno ili preko izmjenjivača topline.

Dizalice topline zrak – voda za hlaĎenje i pripremu potrošne tople vode u odvojenoj

izvedbi omogućavaju hlaĎenje zraka u prostoriji u kojoj se nalazi isparivač, pri čemu treba

uzeti u obzir da najveća udaljenost vanjske (kondenzatorske) jedinice od spremnika tople ne

smije biti veća od 10 m.

3.7.3 HLAĐENJE ZRAKA, VENTILACIJA I KLIMATIZACIJA

Dizalice topline mogu se koristiti i kao izvor rashladnog učina, a s obzirom na način

izmjene topline s prostorijama, hlaĎenje može biti aktivno i pasivno.

Aktivno hlaĎenje podrazumijeva reverzibilan, odnosno rad dizalice topline kao rashladnog

ureĎaja, što znači da kondenzator postaje isparivač, a isparivač kondenzator, pri čemu se

toplina odvodi od zraka iz prostorije i na kondenzatoru predaje okolici. Takvo rješenje je

najprikladnije iako sustav i dalje troši električnu energiju za pogon kompresora.

Pasivno hlaĎenje podrazumijeva izravnu izmjenu topline izmeĎu toplinskog ponora i zraka

u prostoriji, pri čemu dizalica topline u pravilu ne mora raditi. Energetski i u odnosu na

troškove ovakvo rješenje je prikladnije jer se električne energije troši samo na pogon

cirkulacijske crpke. S obzirom na izvedbu ogrjevnih, odnosno rashladnih tijela ovakvi sustavi

mogu biti nekondenzirajući, pri čemu se koristi sustav površinskog grijanja ili hlaĎenja, te

kondenzirajući pri čemu se koriste ventilokonvektori. Za pasivno hlaĎenje mogu se koristiti

28

sustavi s podzemnom vodom, površinskim ili dubokim slojevima tla, ali pri tome treba uzeti u

obzir neka ograničenja i probleme koji se mogu pojaviti. Kada se kao toplinski ponor koriste

podzemne vode, treba osigurati da se voda pri prolasku kroz sustav ne zagrije za više od 6°C.

Kada su toplinski ponor površinski slojevi tla, može se dogoditi da temperatura tla tijekom

ljeta bude previsoka za učinkovito hlaĎenje, a može doći i do sušenja slojeva tla oko cijevi

kolektora što će smanjiti izmjenu topline u sezoni grijanja. Primjena dubokih slojeva tla kao

toplinskog ponora ograničena je na nekoliko dana u godini, jer stalna upotreba može dovesti

do pregrijavanja i sušenja podzemnih slojeva. Zbog toga bi sonda, odnosno izmjenjivač

topline, koja se koristi i za pasivno hlaĎenje zgrade trebala biti za najmanje 30%

predimenzionirana u odnosu na slučaj kada bi se koristila samo za grijanje.

3.7.4 DIZALICE TOPLINE ZA VENTILACIJU, KLIMATIZACIJU I

PRIPREMU POTROŠNE TOPLE VODE

Dizalice topline se mogu koristiti i kao izvor toplinskog i rashladnog učina za sustav

ventilacije i klimatizacije zgrade. Za to se koriste dizalice topline zrak – zrak opremljene

sustavom za rekuperaciju topline, a kao toplinski izvor najčešće služi otpadni, onečišćeni ili

istrošeni zrak sustava ventilacije i klimatizacije. Takve dizalice topline nerijetko imaju

prilagoĎen izmjenjivač topline zrak – voda i spremnik tople vode pa služe i kao izvor topline

za sustav pripreme potrošne tople vode.

29

4. USPOREDBA DIZALICE TOPLINE S KONVENCIONALNIM

GORIVIMA

Dizalice topline danas se smatraju jednim od najučinkovitijih ureĎaja za dobivanje

toplinske energije, a osobito su česte u visoko razvijenim zemljama sa visokom ekološkom

sviješću stanovnika, gdje se koriste za sustave grijanja svih veličina, od onih za manje stanove,

pa do velikih toplinarskih sustava čitavih naselja. Treba napomenuti da u tim zemljama država

daje potpore za korištenje obnovljivih izvora energije, što u Hrvatskoj nije slučaj sa dizalicama

topline. Na primjeru kuće u kojoj je instalirana dizalica topline pokazat ću ekološke i

ekonomske usporedbe sa konvencionalnim rješenjima, odnosno prirodnim plinom i lož uljem.

Pri tome sam se koristio programom RETScreen [REFERENCA].

Slika 15. Početna stranica programa RETScreen [9]

30

RETScreen Clean Energy Project Analysis softver je jedinstveni alat za potporu

odlučivanju razvijen doprinosom brojnih stručnjaka iz državne uprave, industrije i akademske

zajednice. Program, dostupan svima besplatno, može se koristiti diljem svijeta za procjenu

proizvodnje energije i ušteda, troškove tijekom životnog vijeka projekata, smanjenje emisija,

financijsku isplativost i rizike za razne tipove tehnologija energetske učinkovitosti i

tehnologija obnovljive energije. Program uključuje baze podataka proizvoda, troškova i

klimatoloških podataka koji se mogu koristiti pri analizama. Koristio sam klimatološke

podatke za grad Zagreb, i to podatke sa Plesa, jer se kuća nalazi u okolici Zagreba.

Slika 16. Klimatološki podatci iz programa RETScreen za Zagreb [9]

31

Primjer na kojem ću napraviti analizu je kuća u okolici Zagreba u koju je instalirana

toplinska pumpa za grijanje i pripremu potrošne tople vode Vaillant VWS 83/2, te usporediti

sa sustavom grijanja na prirodni plin i lož ulje. Kako se radi o novogradnji pri izgradnji kuće

poštivani su visoki arhitektonski, graĎevinski i energetski standardi čime su smanjeni toplinski

gubitci. Kuća ima površinu grijanog prostora od 150 m2 s toplinskim teretom od 48 W/m

2, a

toplinska pumpa ugraĎena je jer je investitor zahtijevao primjenu obnovljivih izvora energije.

Osnovne prednosti i razlozi ugradnje dizalice topline su niski troškovi pogona, jednostavno

održavanje, očuvanje raspoloživog prostora (nema dimnjaka, niti rezervoara za loživo ulje) te

zaštita okoliša. Za ovaj sustav odabran je monoenergetski način rada dizalice topline. Kao

potpora dizalici topline služi električni grijač u vrijeme vršnih opterećenja. Za izmjenu topline

s tlom služi podzemni toplinski kolektor, koji je odabran zbog velike raspoložive površine za

razvod cijevi kolektora oko objekta te nižih investicijskih troškova od podzemnih toplinskih

sondi. Kolektor je izveden kao vodoravno kolektorsko polje od geotermičkih cijevi,

proizvoĎača Pipelife koje su položene na pješčanu posteljicu na dubini od 1,5 – 2 m, pri čemu

su izvedene četiri usporedne petlje, svaka duljine 150 m.

4.1 VAILLANT UREĐAJI geoTHERM, iroVIT i eco TEC

geoTHERM

Toplinska crpka geoTHERM plus VWS 83/2 je toplinska crpka

za grijanje s integriranim spremnikom za potrošnu toplu vodu od

175 litara, koja kao izvor topline koristi tlo. Toplinska crpka se

odlikuje visokim energetskim učinom. Prema europskoj normi EN

255, "COP" faktor za VWS crpke iznosi do 4,6. Ova toplinska

crpka sadrži i integrirani električni grijač za dogrijavanje. Ova

toplinska crpka ugraĎena je u kuću u okolici Zagreba koja služi kao

referentni primjer, a ima učinkovitost od 430%.

Slika 4. Toplinska crpka

geoTHERM [3]

32

iroVIT

Uljni kotao iroVIT kao energent koristi lož ulje, a radi s

izmjenjivačem topline od lijevanog željeza otpornim na

koroziju, te osim izuzetne čvrstoće posjeduje dobru sposobnost

prijenosa topline. Postoje izvedbe različitog učina, a kotao se

može kombinirati sa spremnicima za pripremu potrošne tople

vode različitih dimenzija. Uljni koato koji ću koristiti u analizi je

iroVIT VKO 248/5, učinkovitosti 94%.

ecoTEC

Vaillant ureĎaj serije ecoTEC je kondenzacijski plinski

ureĎaj za grijanje koji se može kombinirati sa spremnicima za

potrošnu toplu vodu. Pored osnovne toplinske vrijednosti plina

zahvaljujući posebnom izmjenjivaču topline od plemenitog

čelika koristi se dodatno i toplina vodene pare iz dimnih

plinova. Tijekom kondenzacijskog procesa vodena para se

hladi i pretvara u vodu te pri tome oslobaĎa dodatnu energiju.

Tip ureĎaja ecoTEC koji ću koristiti u analizi je ecoTEC VU

INT 126-5, učinkovitosti 110%.

Slika 5. Uljni kotao iroVIT sa spremnikom za potrošnu toplu vodu VIH H [3]

Slika 19. Plinski kondenzacijski uređaj ecoTEC [3]

33

4.2 ANALIZA POTENCIJALA DIZALICE TOPLINE

U programu RETScreen usporedio sam isplativost korištenja dizalice topline Vaillant

geoTHERM, ugraĎene u obiteljskoj kući u okolici Zagreba u odnosu na plinsko grijanje

kondenzacijskim ureĎajem ecoTEC te uljnim kotlom iroVIT. U Tablici 2. prikazani su

troškovi ugradnje pojedinih ureĎaja zajedno sa svom potrebnom opremom kako bi sustav

grijanja mogao biti cjelovit. Jasno je vidljivo da su investicijski troškovi dizalice topline puno

veći od troškova ugradnje uljnog ili plinskog ureĎaja. Svi elementi potrebni za cjeloviti sustav

grijanja uzeti su u obzir i detaljno prikazani. Isti podatci prikazani su u grafom kako bi se

jasnije mogle uočiti razlike. MeĎutim kako su to ureĎaji koji imaju relativno dugi životni vijek

potrebno je uzeti u obzir i troškove održavanja takvih ureĎaja i sustava te troškove goriva.

Tablica 3. Troškovi ugradnje sustava grijanja sa uljnim ili plinskim kolom te sa dizalicom topline

34

Podatci o pogonskim troškovima prikazani su na Slici 21., gdje se može vidjeti da su

troškovi održavanja, ali i troškovi godišnje potrošnje energije, najmanji kod dizalica topline.

Ovi podatci su i očekivani jer dizalica topline koristi samo električnu energiju za pogon

kompresora i cirkulacijske pumpe, a veliku količinu energije preuzima iz tla.

Slika 20. Graf ukupnih troškova ugradnje sustava grijanja na ulje, plin ili sa dizalicom topline

Slika 21. Usporedba pogonskih troškova

35

Podatke o pogonskim i investicijskim troškovima unio sam u program RETScreen. Za

svaki način grijanja, na ulje, plin ili sa dizalicom topline, dobio sam ukupne financijske

izdatke kroz vremensko razdoblje od 30 godina. To sam učinio za svaki slučaj zasebno kako bi

bilo vidljivo kako se ukupni izdatci povećavaju svake godine, te kako bi se ova tri načina

grijanja mogla jednostavno usporediti. Prikazani su podatci za dizalicu topline geoTHERM.

Slika 22. Prikaz potrebne količine energije i trošak goriva za dizalicu topline [9]

Slika 23. Unešeni podatci u program RETScreen za dizalicu topline [9]

36

Na Slici 26. prikazani su godišnji tokovi novca za sustav grijanja sa dizalicom topline iz

čega je vidljivo koliki su ukupni izdatci do pojedine godine korištenja, a upravo ti podatci će

biti korišteni za usporedbu sustava grijanja. Treba napomenuti da je u proračun uračunat i rast

cijena goriva te inflacija u vrijednosti od 2% godišnje.

Slika 6. Graf projektiranja sustava za dizalicu topline [9]

Slika 25. Sažetak investicijskih i godišnjih troškova za dizalicu topline [9]

37

Podatci za uljni kotao iroVIT:

Slika 26. Godišnji tokovi novca za dizalicu topline [9]

Slika 27. Prikaz potrebne količine energije i trošak goriva za uljni kotao iroVIT [9]

38

Slika 7. Unešeni podatci u program RETScreen za uljni kotao [9]

Slika 29. Graf projektiranja sustava za uljni kotao [9]

39

Slika 30. Sažetak investicijskih i godišnjih troškova za uljni kotao [9]

Slika 31. Godišnji tokovi novca za uljni kotao [9]

40

Podatci za plinski kondenzacijski ureĎaj ecoTEC:

Slika 32. Prikaz potrebne količine energije i trošak goriva za plinski uređaj ecoTEC [9]

Slika 33. Unešeni podatci u program RETScreen za plinski uređaj [9]

Slika 8. Graf projektiranja sustava za plinski uređaj [9]

41

Slika 35. Sažetak investicijskih i godišnjih troškova za plinski uređaj [9]

Slika 36. Godišnji tokovi novca za plinski uređaj [9]

42

Iz godišnjih tokova novca za dizalicu topline, uljni kotao i plinski ureĎaj možemo

usporediti njihovu isplativost što je prikazano na grafu na Slici 37.

Slika 37. Usporedba ukupnih troškova u 25 godina

Na Slici 37. možemo vidjeti mjesta presijecanja linija. Plava linija predstavlja dizalicu

topline geoTHERM, a na mjestima na kojima siječe druge dvije linije možemo očitati nakon

koliko godina se isplati sustav grijanja sa dizalicom topline u odnosu na sustav s uljnim

kotlom te sustav s plinskim ureĎajem. Vidljivo je da dizalica topline unatoč visokim početnim

troškovima postaje isplativija u odnosu na uljni kotao za nešto više od 8 godina, što je

prihvatljiv podatak, a posljedica je relativno visoke cijene loživog ulja. No ako usporedimo

dizalicu topline sa kondenzacijskim plinskim ureĎajem vidimo da je dizalica topline isplativija

tek nakon 19,5 godina. To je dosta dug vremenski period, a rezultat je takav zbog cijene plina

koja je u Hrvatskoj još uvijek niže od tržišne cijene plina. Vidimo da ugradnja dizalice topline

u odnosu na plinsko grijanje nije isplativa, dok je isplativa u odnosu na lož ulje. No iako je

isplativa u odnosu na lož ulje treba uzeti u obzir da je oko objekta oko kojeg se postavlja

43

potrebno imati dovoljno slobodne površine za kolektore, a što je grijana površina veća to se

znatno povećava potrebna kolektorska površina. Osim financijske isplativosti važna je i

usporedba emisije CO2.

Slika 38. Godišnja emisija CO2 dizalice topline [9]

Slika 9. Godišnja emisija CO2 plinskog kondenzacijskog uređaja [9]

Slika 10. Godišnja emisija CO2 uljnog kotla [9]

Slika 11. Usporedba godišnjih emisija tona CO2

44

Usporedbu emisije CO2 prikazana je na grafikonu, na Slici 20., iz kojega su jesno vidljive

razlike u emisijama. UgraĎena dizalica topline u ovoj kući ima nekoliko puta manju emisiju

CO2 u odnosu na plinski ureĎaj, koji je sam gotovo dvostruko bolji od uljnog kotla. Time je

jasno pokazan ekološki značaj dizalica topline u odnosu na ostale oblike grijanja. To je važan

čimbenik koji bi se trebao uzimati u obzir prilikom odabira načina grijanja.

Usporedba ukupnih troškova uz djelomično kreditiranje

Kako je prethodna analiza uzela u obzir plaćanje svih izdataka odmah po ugradnji,

napravio sam i analizu troškova uz kreditiranje. Pretpostavke za kreditiranje su kamatna stopa

od 8,5% godišnje, a trajanje kredita je 15 godina. Pri tome osnovica za kredit nije jednaka za

sva tri slučaja, jer je pretpostavka da investitor odmah plati dio troškova od 50.000,00kn, a da

se kreditira preostali iznos potreban za ugradnju sustava grijanja. Prema tome potreban kredit

za dizalicu topline iznosi 81.370,00kn, za sustav grijanja na lož ulje 36.695,00kn, a za grijanje

na plin 30.503,00kn. Rezultati ukupnih troškova, što uključuje održavanje, energent i otplatu

kredita, uz ovakav način djelomičnog kreditiranja prikazani su na Slici 42.

Slika 42. Usporedba ukupnih troškova uz djelomično kreditiranje

45

Vidljivo je da je najlošija mogućnost grijanje na loživo ulje, čiji je veliki nedostatak

visoka cijena energenta, dok dizalica topline financijski postaje isplativija u odnosu na

prirodni plin tek nakon 21 godinu. Bitan podatak čini i godišnja otplata kredita za ovakav

slučaj, što za dizalicu topline iznosi 9.798,00kn, za sustav s lož uljem 4.418,00kn te za plinski

sustav 3.673,00kn. Naravno, ovo je samo jedan način kreditiranja, jer se podatci mogu

mijenjati ovisno o kamatnoj stopi, ali i glavnici kredita, odnosno iznosu kojeg je investitor u

mogućnosti uplatiti odmah pri ugradnji.

46

5. ZAKLJUČAK

Dizalice topline danas se smatraju jednim od najučinkovitijih ureĎaja za dobivanje

toplinske energije, a osobito su česte u bogatim zemljama s visokom ekološkom sviješću

stanovnika. Važan poticaj u razvijenim zemljama je i ureĎeno zakonodavstvo, prije svega na

području obnovljivih izvora energije, te državne potpore za obnovljive izvore energije. U

Hrvatskoj takve potpore za dizalice topline još ne postoje, a niti zakonodavstvo nije ureĎeno

na tom području. Važnost zakonodavstva bitna je zbog dubinskih sondi, ali posebno kod vode,

odnosno većih vodenih površina, kao toplinskog izvora. Kako je Hrvatska na putu prema

Europskoj Uniji u sljedećih nekoliko godina trebale bi se dogoditi znatne pozitivne promjene u

razvoju zakonodavstva i državnih potpora. Za sada najveću prepreku većoj primjeni dizalica

topline predstavljaju znatno veći početni troškovi nego za ostale izvore topline za sustave

grijanja, no ne treba zaboraviti kako su ukupni troškovi pogona mnogo manji nego za ostale

izvore topline. Potrebno je reći kako troškovi pogona najviše ovise o cijeni električne energije,

dok troškovi ulaganja ovise o primijenjenom toplinskom izvoru te učinu toplinskih crpki. To

je i pokazano u analiziranom primjeru, pri čemu treba reći da se povećanjem površine koja se

grije povećava isplativost dizalice topline, a isplativost se uvelike može poboljšati i

korištenjem dizalica topline za hlaĎenje prostora u toplijim mjesecima. Znatan ograničavajući

faktor je i relativno velika površina potrebna za kolektore, što je čest i veliki problem pri

projektiranju takvih sustava. Naravno to ovisi o odabranom i raspoloživom toplinskom izoru.

Zahvaljujući ekonomičnom pogonu i primjeni energije koja je gotovo besplatna, iako za

primjenu podzemnih voda u gotovo svim zemljama postoje odreĎena davanja, dizalice topline

s pravom se smatraju jednim od najekološkijih izvora topline u sustavima grijanja. Dizalice

topline sve više dobivaju na važnosti i u Hrvatskoj iako je broj ugraĎenih još uvijek malen.

Veći dio ugraĎenih dizalica topline ugraĎen je u objektima u kojima se grije veća površina ili

u neposrednoj blizini postoji veća količina otpadne topline iz nekih procesa što se iskorištava

primjenom dizalica topline zrak – zrak. Iako je njihova primjena u Hrvatskoj još uvijek mala,

prisutan je pozitivan trend ugradnje i sigurno je kako će dizalice topline s vremenom sve više

dobivati na važnosti.

47

6. LITERATURA

[1] Labudović, B. dipl.ing: Osnove primjene dizalica topline, Zagreb, Energetika marketing

d.o.o., 2009.

[2] Labudović, B. dipl. ing: Obnovljivi izvori energije, Zagreb, Energetika marketing d.o.o.,

2002.

[3] Krieder, J: Handbook of heating, ventilation and air conditioning, CRC Press, 2001, New

York SAD

[4] Ochsner K., Curtis R: Geothermal heat pumps: A guide for planning and installing,

Earthscan, 2007.

[5] Baborsky M. dipl.ing. Toplinske crpke, časopis EGE, 4/2004. 89. – 93.str.

[6] Vaillant GmbH, Planinska 11, Zagreb ,Tehnička dokumentacija o ureĎajima

[7] Fakultet strojarstva i brodogradnje, www.fsb.hr

[8] http://energetika-net.hr/, geotermalna energija

[9] RETScreen, http://www.retscreen.net/, Canada