OPRAVDANOST PRIMENE TOPLOTNE PUMPE I SOLARNIH KOLEKTORA ZA
GREJANJE I PRIPREMU POTROŠNE TOPLE VODE
Kratak sadržaj: U ovom diplomskom radu su prikazani
osnovni principi i načini funkcionisanja toplotnih pumpi i
solarnih kolektora. Takođe je prikazano jedno postrojenje
za grejanje i centralnu pripremu potrošne tople vode sa
toplotnom pumpom i solarnim kolektorima. Rad sadrži i
kompletnu toplotnu šemu ovakvog postrojenja.
Nakon toga izvršeno je poređenje pomenutog postrojenje
sa konvencionalnim postrojenjem na prirodni gas i
izvršena je analiza na osnovu dobijenih podataka o
godišnjim troškovima i uštedama.
1. UVOD
Potrošnja energije u celom svetu se povećava iz dana udan. Osnovni razlozi za to leže u
povećanim potrebamastanovništva usled rasta standarda, kao i u stalnomporastu broja ljudi na
planeti. Nasuprot tome, imamorezerve konvencionalnih i neobnovljivih izvora energijekoje
se konstantno troše. Ovakvo stanje dovešće većinuzemalja u skorijoj budućnosti do problema
nedostatkaenergije koji će dalje imati veoma negativne efekte poekonomije zemalja a samim
tim i po sigurnoststanovništva, kako ekonomsku tako i bezbednosnu.Pored toga, svake godine
je sve primetnije da klimatskepromene više nisu samo često pominjana fraza nego da sunjene
posledice već velike i da se u narednim godinamaočekuje još drastičnije promene koje će
veoma nepovoljnouticati na naš život na Zemlji. Glavni uzročnik svevećih klimatskih
promena je tzv. efekat «staklene bašte».Pod njim se smatraju gasovi koji Zemlju održavaju
toplomkojima pripada najveća zasluga za postojanje životana njoj. Ovi gasovi se ponašaju
kao staklena prepreka jerpropuštaju kratkotalasno zračenje Sunca, ali ne dozvoljavajuprolaz
dugotalasnom zračenju koje Zemlja emitujei na taj način zadržavaju toplotu u Zemljinoj
atmosferi.Gotovo je nemoguće očekivati da će najrazvijenijesvetske zemlje koje su i najveći
svetski zagađivači takobrzo i drastično smanjiti količine štetnih gasova kojeemituju. Ipak,
naša je obaveza da kad god smo umogućnosti pribegnemo upotrebi solarnih, geotermalnih
idrugih obnovljivih izvora energije.Jedna od tehnologija koja koristi obnovljive
izvoreenergije je i toplotna pumpa sa podrškom solarnihkolektora za grejanje i hlađenje
objekata i pripremu topleanitarne vode.
2. TOPLOTNE PUMPE
2.1. Uvod
Toplotna pumpa je uređaj koji omogućava prenos toplotez sistema niže temperature (toplotni
izvor) u sistem višetemperature (toplotni ponor) korišćenjem dodatneenergije tj. rada.
Toplotne pumpe su jedna od najbržerastućih aplikacija obnovljivih izvora energije,
sagodišnjim prirastom od 10% u otprilike 30 zemalja svetau poslednjih 10 godina. U tabeli 1.
su prikazane vodećezemlje po pitanju upotrebe toplotnih pumpi.
2.2. Osnovni principi rada toplotne pumpe
2.2.1. Kružni proces
Da bi se u nekom toplotnom aparatu iz toplotne energijedobio rad ili se uz pomoć rada obavio
prenos toplote odjednog predmeta ili prostora drugom, neophodno je daradni medijum koji se
nalazi u toplotnom aparatu prolazikroz tzv. kružni proces. Kružnim procesom se smatra
onajkod koga se radni medijum nakon nekoliko uzastopnihpromena stanja vraća u početno. U
zavisnosti od načinaprikazivanja promena radne materije na dijagramimarazlikujemo
desnokretne i levokretne kružne procese.Pošto je za toplotne pumpe referentan levokretni
kružniciklus u daljem tekstu ćemo se fokusirati samo na njega.Takođe bitno je naglasiti da se
razlikuju levokretni kružniciklus kome je osnovi zadatak ostvariti grejanje (toplotna
1813pumpa) i onaj kome je primarni zadatak ostvariti hlađenje(rashladni uređaj).
Ako su promene stanja radne materije ravnotežne iistovremeno i povratne tj. bez mehaničkih
gubitaka, tadase postiže najveći mogući termički stepen iskorišćenja zaposmatrani ciklus.
Takav kružni ciklus je moguće samoteorijski zamisliti i naziva se idealni KARNOOV
kružniciklus i on nam služi kao referentan za ocenu efikasnostisvih ostalih kružnih ciklusa.
Idealni levokretni Karnotovkružni ciklus prikazan je na slici 1.
2.2.2. Faktor grejanja
Osnovni pokazatelj efikasnosti toplotnih pumpi, u režimugrejanja, naziva se faktor grejanja
(COP, coefficinet ofperformance). On je određen kao odnos toplotne energijekoju je toplotna
pumpa dovela nekom prostoru ilimedijumu i pogonske energije kojom se ostvaruje procesu
njoj.pri čemu su:TP ε - faktor grejanja toplotne pumpe, >1Qdov- toplota dovedena nekom
prostoru ili medijumu, JEpog- pogonska energija za ostvarenje procesa u toplotnojpumpi, J.
2.2.3. Način funkcionisanja toplotne pumpe
Toplotu iz okoline preuzima medijum koji kružipodzemnim cevima ili kroz sondu. Ovako
zagrejan stiže utoplotnu pumpu gde predaje toplotu drugom (radnom)medijumu u isparivaču.
Radni medijum, preuzimajućitoplotu u isparivaču, isparava i pri tome mu raste ipritisak. Para
radnog medijuma sada ulazi u kompresorgde se sabija, pri čemu joj se povećavaju i pritisak
itemperatura. Ovakvo pregrejana para koja se nalazi navisokom pritisku, dalje se odvodi u
kondenzator gdepredaje toplotu toplotnom ponoru, najčešće vodi usistemu grejanja i time je
zagrejava, dok se para hladi ikondenzuje. Da bi se radni medijum vratio naodgovarajući
pritisak i temperaturu na kojoj može ponovoda primi toplotu od okoline, nakon kondenzatora
prolazkroz ekspanzioni ventil nakon čega se širenjem naglohladi i ponovo ulazi u isparivač.
