DIZALICA TOPLINE POVEZANA S TLOM - Dinamika rada

SveuSveuččiliiliššta u Zagrebu ta u Zagrebu Fakultet strojarstva i brodogradnjeFakultet strojarstva i brodogradnje

prof.dr.sc. Tonko ĆURKOdr.sc. Vladimir SOLDO, izv.prof.

DIZALICDIZALICA TOPLINE POVEZANA S TLOMA TOPLINE POVEZANA S TLOM

-- Dinamika radaDinamika rada

Stručni seminar: Održivo planiranje i gospodarenje energijom, HKIS, Zagreb, 2012.

2

3

1. UVOD

2. UČINKOVITOST KOMPRESIJSKIH DIZALICA TOPLINE

3. GEOTERMALNA DIZALICA TOPLINE na FSB-u

Dinamičke promjene u tlu za vrijeme rada uređaja

Rezultati mjerenja

Projektiranje polja bušotina - test termičkog odziva tla – TRT test

4. ZAKLJUČAK

SADRSADRŽŽAJAJ


4

1. UVOD1. UVOD

Dizalice topline primjenjuju se u svim veličinama, od onih najmanjih za grijanje stanova, pa sve do sustava koji služe za grijanje čitavih naselja. Većinom se koriste za niskotemperaturne sustave grijanja, s temperaturom polaznog voda već od 35 °C u slučaju površinskog grijanja, te s temperaturom polaznog voda do 55 °C kod zagrijavanja PTV.

Proizvode se u otvorenoj i zatvorenoj izvedbi. Otvorene izvedbe koristepodzemne ili površinske vode kao izvor/ponor topline. Zatvorene izvedbe koristetlo kao izvor/ponor topline.

Primjena: stambeni i nestambeni sektor, industrija, specifične namjene.

Europska smjernica Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of theCouncil on the promotion of the use of energy from renewable sources svrstava dizalice topline u obnovljive izvore energije u ovisnosti o minimalnoj vrijednosti sezonskog toplinskog množitelja (Seasonal Performance Factor).


5

Broj ugrađenih jedinica

Izvor: Martin Forsen, EHPA 2011. (obuhvaćeneAustrija, Finska, Francuska, Njemačka, Norveška Švedska, Švicarska, UK)

Izvor: Thomas Nowak (EHPA, 2011.)


6

Broj ugađenih jedinica prema tipu

Odnos ugrađenih geotermalnih i zračnih dizalica topline u 2005. i 2009. (Martin Forsen, 2011.)

Analiza obuhvaća: Austrija, Finska, Francuska, Njemačka, Norveška Švedska, Švicarska, UK

DTPT – Dizalice Topline Povezane s TlomGSHP – Ground Source Heat Pumps

2005.

26%

74%

DTPT (GSHP)Zrak

2009.

64%36%

DTPT (GSHP)Zrak


7

Princip rada kompresijske dizalice topline

Dizalica topline posreduje u prijenosu topline između dvatoplinska spremnika: niskotemperaturnog, kojem se toplina (energija) odvodi, tevisokotemperaturnog kojem se ta toplina (energija) dovodi auvećana je za energiju kompresije.

Sustav dizalice topline sastoji se od tri kruga:

- kruga izvora topline,

- kruga radne tvari,

- kruga ponora topline.

Shematski prikaz dizalice topline u režimu grijanja

Pkomp

kondisp


8

2. COP i SPF dizlice topline

Toplinski množitelj (COP) ili faktor grijanja dizalice topline definiran je izrazom:

komp

kondgr )(

PCOP

Godišnji toplinski množitelj gr,G (Sesonal Performance Factor - SPF) sustava s dizalicom topline koristi se za proračun i dimenzioniranje sustava grijanja, a računa se pomoću sljedećeg izraza:

QGR – godišnja potrebna toplinska energija za grijanje prostora, kWhQPTV – godišnja potrebna toplinska energija za zagrijavanje PTV, kWhEsust - ukupna godišnja el. energija utrošena na: pogon kompresora, pumpi, ventilatora, pomoćnih grijača, te odleđivanje isparivača, kWh

godsust

godPTVGR

E

QQ

SPF


9

Ovisnost COP o temp razlici na izmjenjivačima DT(P. Lundqvist, KTH)

COP = 3,65Ovisnost SPF o udjelu pomoćnog grijača

(1 – f) – udio pomoćnog grijača

COP = 4,4

COP i SPF dizlice topline


10

Aneks VII RES direktive:

RES direktiva 2009/28/EC: Promotion of the use of energy from renewable sources

el

*,SPF1

151

Dizalice topline se svrstavaju u obnovljive izvore energije ako je:

el – učinkovitost proizvodnje električne energije

% 65650882

11

usable

RES

,

,Q

E

Obnovljivi dio toplinske energije:

Za el = 0,4 88,2SPF

SPF*QE

11usableRES

Obnovljivi dio toplinske energije ERES kWh:


11

3. GEOTERMALNA DIZALICA TOPLINE NA FSB-u


3

2

1

1 - uteg

2 - U cijev

3 - obujmica

Poprečni presjek bušotine

3

2

4

4 - ispuna

152 mm115

Toplinska

sonda sutegom

32

12Stručni seminar: Održivo planiranje i gospodarenje energijom, HKIS, Zagreb, 2012.

Shematski prikaz dizalice topline povezane s tlom

13

Nedirnuta temperatura tla po visini bušotineZagreb, Ivana Lučića 5

Na dubini 1,5 i 5 metara primjetan je utjecaj okolišnje temperature na temperaturu tla. Od 10 do 50 metara temperatura tla pada, da bi nakon 50 metara dubine, temperatura rasla sve do 100 m.Temperatura tla na dubini 100 m je 15,2°C. .

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

8 9 10 11

Dep

th [m

]

Temperature [°C]

Nedirnuta temperatura tla, Stochkolm (Acuna, KTH 2010.)

Rezultati mjerenja


14

Rezultati mjerenja - Parametri dizalice topline za karakterističan dan, FSB, 10. studeni 2011.

Temperatura tla po visini bušotine, 10.11.2011.

3

5

7

9

11

13

15

7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00 1:00 3:00 5:00 7:00

Vrijeme, h

Tem

per

atu

ra t

la, °

C

10 m50 m40 m20 m30 m85 m70 m100 m

ok

tla

TOPLINSKI OPORAVAK BUŠOTINE UREĐAJ U RADU: POTHLAĐIVANJE TLA


15

Rezultati mjerenja

Temperatura tla po visini bušotine, FSB, 10.11.2011.

- Uključivanje uređaja u 07.00 sati- Isključivanje uređaja u 20.00 sati

DT u režimugrijanja

11,3

10,8

10,8

11,2

7,3

7,1

7,4

12,013,8

11,1

10,8

10,76,5

6,6

4,8

8,2

12,2

7,8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Temperatura tla, °C

Du

bin

a (p

ozic

ija

term

opar

a), m

10.11.2011., 07:00.

10.11.2011., 20:00.


16

Rezultati mjerenja

Parametri dizalice topline za karakterističandan, 10. studenog 2011.

7,57,511,11,44Temp. tla – srednja, °C

2,2,888,08,0Temp. glikolne smjese – srednja, °C

3,753,755,565,56Toplinski množitelj, -

4,4,773,43,4m, °C

7,187,189,899,89Učinak kondenzatora, kW

1,921,921,781,78El. snaga kompresora, kW

5,265,268,118,11Učinak izmjenjivača u tlu, kW

Učinci

20,6320,6316,7816,78Temperatura grijanog prostora, °C

6,726,729,369,36Temperatura okoline, °C

4,604,6010,7510,75Temp. glikolne smjese – POVRAT, °C

0,910,915,285,28Temp. glikolne smjese – POLAZ, °C

20.00 sati07.00 sati

Vrijednost parametraMjerene veličine


17

Kontinuirani rad uređaja - 7 dana

0

2

4

6

8

10

12

14

16

14:00 2:00 14:00 2:00 14:00 2:00 14:00 2:00 14:00 2:00 14:00 2:00 14:00 2:00 14:00

Vrijeme, h

Tem

per

atu

ra t

la, °

C10 m50 m40 m20 m30 m85 m70 m100 m

ok

tla

Parametri dizalice topline za 7 dana rada uređaja: 18.02.-25.02.2012.


18


DT u režimugrijanja

11,8

11,5

11,4

11,7

3,2

2,9

3,0

14,012,2

12,0

12,3

11,62,2

2,4

0,9

5,0

4,0

3,9

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Temperatura tla, °C

Dub

ina

(poz

icij

a te

rmop

ara)

, m

18.02.2012., 14:40.

25.02.2012., 14:20.


19

Parametri rada dizalice topline u kontinuiranom radu

3,063,0612,0412,04Temp. tla – srednja, °C

--0,500,509,489,48Temp. glikolne smjese – srednja, °C

3,283,284,654,65Toplinski množitelj, -

3,63,62,62,6m, °C

6,226,229,079,07Učinak kondenzatora, kW

1,891,891,951,95El. snaga kompresora, kW

4,324,327,117,11Učinak izmjenjivača u tlu, kW

Učinci

24,0524,0512,0312,03Temperatura grijanog prostora, °C

19,3019,3013,9313,93Temperatura okoline, °C

1,011,0111,9011,90Temp. glikolne smjese – POVRAT, °C

--2,012,017,057,05Temp. glikolne smjese – POLAZ, °C

20.00 sati07.00 sati

Vrijednost parametraMjerene veličine



20

PROJEKTIRANJE POLJA BUPROJEKTIRANJE POLJA BUŠŠOTINA OTINA -- Test termiTest termiččkog odziva tla kog odziva tla –– TRT testTRT test

Vrijednosti dobivene mjerenjem toplinskog odziva tla:- toplinska vodljivost tla λ = 1,73 W/(m*K)- unutarnji otpor bušotine Rb = 0,076 (m*K)/W

ULAZNI PODACI ZA DIMENZINIRANJE ULAZNI PODACI ZA DIMENZINIRANJE POLJA BUPOLJA BUŠŠOTINAOTINA

QQH,ndH,nd, Q, QC,C,ndnd

TRT test na lokaciji IKEA Rugvica

6 m

6 m


21

4. ZAKLJU4. ZAKLJUČČAKAK

Iskustva iz europskih zemalja pokazuju da će i u Hrvatskoj doći do porasta primjene dizalica topline u sustavima grijanja i hlađenja.

Postoji više faktora koji utječu na učinkovit raddizalica topline, počevši od projektiranja prekoizvođenja pa do načina rada.

Mjereni rezultati na ispitnom sustavu s BIT-om na FSB-u pokazuju da je veliki utjecaj vremena rada sustava na ohlađivanje tla duž izmjenjivača, a time i na učinkovitost dizalice topline.

Za kvalitetnu primjenu promatrane tehnologije neophodno je korištenje tehničkihpropisa koji se odnose na učinkovitost i sigurnost rada dizalica topline, zaštituokoliša, smjernice za dobivanje dozvole za gradnju, te ovlašćivanje bušača i izvođača radova.


SveuSveuččiliiliššta u Zagrebu ta u Zagrebu Fakultet strojarstva i brodogradnjeFakultet strojarstva i brodogradnje

HVALA NA PAŽNJI!dr.sc. Vladimir SOLDO, izv.prof.

prof.dr.sc. Tonko ĆURKO

Fakultet strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u ZagrebuKatedra za toplinsku i procesnu tehniku,

Ivana Lučića 5, Zagreb, E-mail: [email protected], [email protected]


DIZALICA TOPLINE POVEZANA S TLOM - Dinamika rada

Documents