IZKORIŠČANJE GEOTERMALNE ENERGIJE ZA OGREVANJE - … · IV IZKORIŠČANJE GEOTERMALNE ENERGIJE ZA OGREVANJE STAVB NA OBMOČJU OBČINE POLZELA Ključne besede: geotermalna energija,

IZKORIŠČANJE GEOTERMALNE ENERGIJE ZA OGREVANJE

STAVB NA OBMOČJU OBČINE POLZELA

magistrsko delo

Študent: Aljaž Ograjenšek

Študijski program: magistrski študijski program 2. stopnje Energetika

Mentor: red. prof. dr. Jurij Avsec

Lektorica: dipl. slov. (UN) Tina Vehovec

Krško, julij 2016

II

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju, red. prof. dr. Juriju Avscu, za pomoč in vodenje pri

izdelavi naloge. Zahvaljujem se g. Marjanu Verdevu, ustanovitelju podjetja Tehnohlad

d.o.o., za pomoč pri dimenzioniranju toplotne črpalke in nudenje vseh potrebnih informacij

glede tehnologije in stroškov. Iskrena hvala vsem ostalim, ki so pripomogli k izdelavi

naloge.

Hvala županu občine Polzela, g. Jožetu Kužniku, ki mi je nudil vso potrebno

dokumentacijo.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili študij in me ves čas

podpirali.

IV

IZKORIŠČANJE GEOTERMALNE ENERGIJE ZA OGREVANJE STAVB NA

OBMOČJU OBČINE POLZELA

Ključne besede: geotermalna energija, obnovljivi viri energije, toplotna črpalka, toplota,

stroškovna analiza

UDK: 697:711.4:621.577.2(497.4Polzela)(043.2)

Povzetek

V magistrski nalogi je predstavljena geotermalna energija in možnost izkoriščanja le-te na

območju občine Polzela. Opisane so osnovne zakonitosti toplotnih črpalk, za sistem

ogrevanja je obravnavana toplotna črpalka voda/voda z izkoriščanjem podtalne vode.

Izveden je preračun potrebne toplotne moči toplotne črpalke glede na že znano potrebno

toplotno energijo, na podlagi katerih je dimenzionirana ustrezna toplotna črpalka. Izveden

je tudi preračun potrebnega vodnega vira oziroma pretoka podtalne vode in število

potrebnih sesalnih in ponornih vrtin. Na podlagi dobljenih rezultatov je ekonomsko

ovrednotena investicija v izgradnjo toplotnih črpalk, ovrednoteni so trenutni letni stroški

ogrevanja in primerjava stroškov ogrevanja v primeru izkoriščanja geotermalne energije.

V

USING OF GEOTHERMAL ENERGY FOR URBAN HEATING IN THE

MUNICIPALITY POLZELA

Key words: geothermal energy, renewable energy, heat pump, heat, cost analysis

UDK: 697:711.4:621.577.2(497.4Polzela)(043.2)

Abstract

In this master's thesis is presented the geothermal energy and the possibility of exploitation

of it in the Municipality Polzela. The basic principles of heating pumps are described, for

the heating system is considered heat pump water/water with groundwater exploitation.

The calculation of required capacity of heat pump is performed given the already known

necessary thermal energy, on the basis of which is dimensioned suitable heat pump.

Performed is also calculation of necessary water source or groundwater flow and the

number of required intake and drain wells. Based on the results obtained, the investment in

the construction of heat pumps is economically evaluated, evaluated are the current

annual heating costs and comparison of heating costs in the case of geothermal energy

exploitation.

VI

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ........................................................................................................................... 1

2 GEOTERMALNA ENERGIJA ................................................................................. 5

2.1 STRUKTURA ZEMLJE ......................................................................................... 6

2.2 IZKORIŠČANJE GEOTERMALNE ENERGIJE .................................................. 7

2.3 GEOTERMALNA ENERGIJA V SLOVENIJI ..................................................... 7

3 TOPLOTNA ČRPALKA ............................................................................................ 9

3.1 SPLOŠNO O TOPLOTIH ČRPALKAH ................................................................ 9

3.2 PRINCIP DELOVANJA TOPLOTNIH ČRPALK .............................................. 10

3.3 GRELNO ŠTEVILO ............................................................................................. 11

3.4 NAČINI OBRATOVANJA TOPLOTNIH ČRPALK .......................................... 12

3.5 IZVEDBE TOPLOTNIH ČRPALK ..................................................................... 13

3.5.1 Toplotna črpalka voda/voda ....................................................................... 13

4 DOLOČITEV POTREBNE TOPLOTNE MOČI .................................................. 18

4.1 SPECIFIČNE TOPLOTNE POTREBE ................................................................ 18

4.2 KLIMA IN PODNEBJE ....................................................................................... 21

4.3 TRANSMISIJSKI IZRAČUNI ............................................................................. 24

4.3.1 Izračun toplotnih izgub ............................................................................... 24

4.4 DIMENZIONIRANJE TOPLOTNIH ČRPALK .................................................. 27

4.5 PRETOK PODTALNE VODE ............................................................................. 31

5 PRERAČUN IN STROŠKOVNA ANALIZA ......................................................... 36

5.1 VREDNOST INVESTICIJE ................................................................................. 36

5.2 STROŠKI OBRATOVANJA TOPLOTNE ČRPALKE ...................................... 37

5.3 TRENUTNI STROŠKI OGREVANJA ................................................................ 39

5.3.1 Energijsko število in kurilna vrednost ....................................................... 40

VII

5.3.1.1 Ekstra lahko kurilno olje ........................................................................ 41

5.3.1.2 Zemeljski plin ......................................................................................... 42

5.4 PRIMERJAVA VREDNOSTI OGREVANJA IN POVRAČLJIVOST

INVESTICIJE .................................................................................................................. 42

6 SKLEP ........................................................................................................................ 44

VIRI IN LITERATURA ................................................................................................... 46

PRILOGE ........................................................................................................................... 48

PRILOGA A: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE

ZAKLJUČNEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV .... 48

PRILOGA B: IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA ............................. 49

VIII

KAZALO SLIK

Slika 1.1: Zemljevid občine Polzela [7] ................................................................................ 4

Slika 2.1: Povprečna letna temperatura zraka v občini Polzela [5] ....................................... 6

Slika 2.2: Sestava Zemlje [11] ............................................................................................... 7

Slika 2.3: Uporabniki toplote iz geotermalne energije v Sloveniji [12] ................................ 8

Slika 3.1: Krožni proces delovanja toplotne črpalke ........................................................... 11

Slika 3.2: Toplotna črpalka voda/voda ................................................................................ 15

Slika 3.3: Povezava TČ s sesalno in ponorno vrtino [18] ................................................... 16

Slika 4.1: Mestno jedro občine Polzela [6] ......................................................................... 20

Slika 4.2: Letna povprečna temperatura zraka med letoma 1971 in 2000 v občini Polzela

[5] ........................................................................................................................................ 22

Slika 4.3: Januarska povprečna temperatura zraka med letoma 1971 in 2000 v občini

Polzela [5] ............................................................................................................................ 22

Slika 4.4: Povprečno trajanje ogrevalne sezone med letoma 1971 in 2000 v občini Polzela

[5] ........................................................................................................................................ 23

Slika 4.5: Povprečni temperaturni primanjkljaj med letoma 1971 in 2000 v občini Polzela

[5] ........................................................................................................................................ 23

Slika 4.6: Povprečna letna višina korigiranih padavin med letoma 1971 in 2000 v občini

Polzela [5] ............................................................................................................................ 24

Slika 4.7: Kompresor Bitzer [21] ........................................................................................ 28

Slika 4.8: Shema uporabljene TČ ........................................................................................ 28

Slika 4.9: Shema posameznega postroja.............................................................................. 30

Slika 4.10: Predviden potek cevovodov daljinskega ogrevanja .......................................... 31

IX

KAZALO TABEL

Tabela 4.1: Povprečna letna potreba toplote za ogrevanje [20] .......................................... 19

Tabela 4.2: Predvideni vključeni objekti [19] ..................................................................... 21

Tabela 5.1: Investicija izgradnje toplotne črpalke [22] ....................................................... 37

Tabela 5.2: Kurilne vrednosti energentov [5] ...................................................................... 40

Tabela 5.3: Vrednost investicije in letni stroški obratovanja .............................................. 43

X

UPORABLJENI SIMBOLI

CO2 – ogljikov dioksid

– grelno število

Ptč – toplotna moč toplotne črpalke

– pogonska moč TČ

β – letno grelno število

Qltč – oddana letna energija toplotne črpalke

Wel – letno dovedena električna energija

Cu – baker

– skupna potrebna toplota

– transmisijska toplota

– dodatna toplota zaradi prezračevanja

U – toplotna prehodnost

A – površina

Tn – notranja temperatura

Tz – zunanja temperatura

– pretok zraka

ρ – gostota zraka

c – specifična toplota zraka

V – prostornina ogrevanega prostora

n – predvidena stopnja izmenjave zraka

– toplotna moč toplotne črpalke

– toplotna energija

t – čas obratovanja toplotne črpalke

– sprememba temperature

– število sesalnih vrtin

– prostorninski pretok

– prostorninski pretok vrtine

– diferencial prostornine tekočine

– diferencial časa

v – hitrost tekočine

XI

S – prerez cevi

– prerez 1. tokovne cevi

– hitrost tekočine v 1. tokovni cevi

– prerez 2. tokovne cevi

– hitrost tekočine v 2. tokovni cevi

– število ponornih vrtin

– strošek obratovanja toplotne črpalke

– vrednost električne energije

– količina energenta

– kurilna vrednost

XII

UPORABLJENE KRATICE

EU – Evropska unija

OVE – obnovljivi viri energije

GTČ – geotermalna toplotna črpalka

TČ – toplotna črpalka

COP – Coefficient of Performance (grelno število TČ)

SPF – Seasonal Performance Factor (letno grelno število)

DIN – Deutsches Institut für Normung (Nemški inštitut za standardizacijo)

EN – European Standard (Evropski standard)

DDV – davek na dodano vrednost

EM – enota mere

ELKO – ekstra lahko kurilno olje

UNP – utekočinjen naftni plin

CV – Caloric Value (kurilna vrednost)

Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko

1

1 UVOD

Vrednosti energentov se iz dneva v dan večajo, veča pa se tudi onesnaženost okolja zaradi

množičnega izkoriščanja fosilnih goriv. Razvoj in obstoj civilizacij in človeštva je povezan

z energijo, zato smo primorani v iskanje novih virov in novih tehnologij za pridobivanje

energije in učinkovitejšo rabo. »Vir energije mora biti ekonomsko sprejemljiv in ekološko

čim manj obremenjujoč [1]«. Po izračunih in ocenah strokovnjakov se letno na svetu

porabi enaka količina fosilnih goriv, ki je s pomočjo fotosinteze in sončne energije nastala

v enem milijonu let. Glede na navedeno obstaja možnost, da bomo vsa fosilna goriva

porabili v relativno kratkem času. Pri zgorevanju fosilnih goriv prihaja do velikega

onesnaženja okolja, lahko bi rekli tudi, da so fosilna goriva osnovni vzrok za že zaznavne

podnebne spremembe. Dve izmed izrazitejših sprememb sta spreminjanje koncentracije

ozona v posameznih slojih ozračja in učinek tople grede, ki se povečuje. Ena izmed

možnosti zmanjšanja koriščenja fosilnih goriv je uporaba obnovljivih virov energije. Tudi

z razvojem novih tehnologij lahko dosežemo bistveno zmanjšanje izpustov snovi v ozračje,

to pa predvsem zaradi boljše izkoriščenosti obstoječih virov oziroma optimizacije

obstoječih sistemov [2]. Za zanesljivo in dolgoročno oskrbo z energijo bo v prihodnje

nujno potrebno, da začnemo z intenzivnim izkoriščanjem obnovljivih virov energije, saj se

zaloge primarne energije hitro manjšajo. Med obnovljive vire energije štejemo

geotermalno energijo, energijo sonca, energijo vode in biomase [3]. Po definiciji, ki jo

uporablja Evropska skupnost, pomeni geotermalna energija v obliki toplote shranjeno

energijo pod trdnim zemeljskim površjem [4]. Ta toplota se lahko uporablja za ogrevanje,

hlajenje ali za pridobivanje električne energije. V primeru uporabe toplotnih črpalk in ob

koriščenju geotermalne energije bi lahko ob primerni vrednosti električne energije in

primerni podpori v obliki sofinanciranja zagotovili dvig rabe obnovljivih virov energije.

EU (Evropska unija) zavezuje članice, da povišajo delež rabe OVE oziroma da zagotovijo

pogoje za dvig deleža rabe obnovljivih virov energije na želeno vrednost. Toplotne črpalke

izkoriščajo toploto okolice, torej za delovanje ne porabljajo fosilnih goriv, s tem pa

znižujejo onesnaževanje okolja in izpust CO2 v okolje [1]. Kot smo že dejali, bi lahko ob


2

primerni podpori vgradnje toplotnih črpalk povišali rabo OVE, enakega mnenja pa so

očitno tudi vodilni državni funkcionarji, saj je sistem subvencioniranega nakupa toplotnih

črpalk s strani države, krepko pospešil vgradnjo le-teh in tako znižal onesnaževanje okolja.

Zaradi velike onesnaženosti okolja, ki je posledica množičnega izkoriščanja fosilnih goriv

in vse višjih vrednosti energentov, je nujno potrebno, da zmanjšamo porabo primarne

energije. Ena izmed možnosti je uporaba obnovljivih virov energije, kamor spada tudi

geotermalna energija, ki jo bomo v nalogi podrobneje proučili.

V nalogi je opisana geotermalna energija in možnost izkoriščanja le-te na območju občine

Polzela z uporabo toplotnih črpalk voda/voda. Glede na že znane toplotne potrebe za

daljinsko ogrevanje stavb in pripravo sanitarne vode za stavbe v osrednjem delu občine

Polzela bomo dimenzionirali potrebno toplotno moč toplotne črpalke, kjer bomo izgube

daljinskega ogrevanja zanemarili. Glede na potrebno toplotno energijo in toplotno moč

bomo izračunali potreben vodni vir oziroma pretok podtalne vode glede na že znan pretok

in temperaturo podtalne vode v testni vrtini. Tu bomo predpostavili, da ima podtalnica na

celotnem območju izdelave vrtin enako temperaturo in pretok, kot jo je imela v testni vrtini

in na enaki globini. Glede na potreben pretok bomo določili potrebno število vrtin. Na

podlagi dobljenih rezultatov bomo stroškovno ovrednotili investicijo in podali njeno

opravičljivost glede na trenutno stanje.

Naloga je razdeljena na naslednja poglavja:

- Uvod – namen naloge je predstaviti možnosti izkoriščanja geotermalne energije za

ogrevanje stavb in sanitarne vode ter s tem zmanjšati uporabo fosilnih goriv. Z

uporabo geotermalne energije želimo tudi znižati stroške ogrevanja;

- Geotermalna energija – opisana je struktura zemlje, možnosti rabe geotermalne

energije in geotermalna energija v Sloveniji;

- Toplotne črpalke – opisane so osnovne značilnosti toplotnih črpalk, načini

obratovanja in različne izvedbe toplotnih črpalk;


3

- Določitev potrebne toplotne moči – podane so že znane skupne potrebe za

ogrevanje stavb in sanitarne vode, dimenzionirana je potrebna moč toplotne črpalke

in potreben vodni vir oziroma pretok podtalne vode in potrebno število vrtin;

- Preračun in ekonomska analiza – narejena je stroškovna analiza investicije,

navedeno je trenutno stanje oziroma trenutni stroški ogrevanja in primerjava

stroškov ogrevanja z izkoriščanjem geotermalne energije glede na trenutno stanje;

- Sklep – v zaključnem poglavju so povzete ugotovitve oziroma sklepi.

V nalogi je obravnavano izkoriščanje geotermalne energije za ogrevanje stavb in pripravo

sanitarne vode na območju občine Polzela. Občina Polzela leži v vzhodni Sloveniji in

pripada Savinjski statistični regiji. Obkrožajo jo občine Braslovče, Prebold, Šmartno ob

Paki, Šoštanj, Velenje in Žalec. 45,8 % površine občine prekrivajo gozdna zemljišča, s

44,6 % jim sledijo kmetijska zemljišča, 9,4 % površine občine pa predstavljajo pozidana

zemljišča [5]. Območje občine je prikazano na sliki 1.1.

Občina Polzela je bila ustanovljena leta 1998 in meri 3390 ha. Sestavljajo jo naselja

Andraž nad Polzelo, Breg pri Polzeli, Dobrič, Ločica ob Savinji, Orova vas, Podvin pri

Polzeli, Polzela in Založe. Skupno število prebivalstva v vseh osmih naseljih je 6022

prebivalcev [6].

Že naši stari starši so pripovedovali, da se nahajajo na območju nekdanjega podjetja

Garant, ki leži v neposredni bližini reke Savinje, številni izviri tople vode. V preteklosti naj

bi pri teh izvirih domačinke pozimi prale perilo. Glede na te informacije sta se decembra

2013, na pobudo stečajnega upravitelja podjetja Garant in občine Polzela, izdelali dve

testni vrtini. Že pri prvi vrtini se je pokazalo, da so domneve o veliki količini tople vode

resnične, saj je znašal maksimalni pretok črpanja 5 l/s, temperatura črpalne vode pa je

znašala 21 °C na globini med 60 in 70 metri. Pri drugi vrtini je bil pretok vode manjši,

znašal je 2 l/s, temperatura vode pa je prav tako znašala 21 °C na globini med 80 in 90

metri. Predvideva se, da je v bližini prve vrtine ogromna količina tople vode, saj je z

meritvami temperature vzdolž vrtine ugotovljeno, da od globine 10 metrov do dna

temperatura ostaja konstantna, in sicer 21 °C. Ta vrednost je nadpovprečna in kaže na

povišan geotermalni gradient v bližini, verjetno ob prelomnih conah v dolomitu.


4

To pomeni, da je na tem območju velik potencial izkoriščanja geotermalne energije za

ogrevanje več deset hiš ali javnih zgradb, za katere občina išče rešitve glede ogrevanja. S

tem namenom so že pridobili študijo izvedljivosti daljinskega ogrevanja na lesno biomaso,

mi pa bomo raziskali možnost oziroma smotrnost izkoriščanja geotermalne energije za isti

namen, ob predpostavki konstantnega pretoka črpanja podtalne vode, kakršen je bil pri prvi

vrtini.

Slika 1.1: Zemljevid občine Polzela [7]


5

2 GEOTERMALNA ENERGIJA

Geotermalna energija je toplota, ki nastaja in je uskladiščena v zemeljski notranjosti.

»Izkoriščamo jo lahko neposredno z zajemom toplih vodnih ali parnih vrelcev oziroma s

hlajenjem vročih kamenin [8]«.

Geotermalna energija je vir energije, ki se ne obnavlja, zato bi jo lahko obravnavali tudi

kot primarno energijo, vendar se pojavlja v tolikšnem obsegu, da jo običajno obravnavamo

kot neizčrpen vir. Neizčrpno izkoriščanje energije je možno le z vzdrževanjem

ravnotežnega stanja med iz nekega sistema odvzeto energijo in prihajajočo [9].

Nekaj energije oziroma toplote izvira iz časa nastanka Zemlje, večina pa se je sprošča pri

razpadih radioaktivnih elementov, ki tvorijo zgradbo Zemlje. Majhen delež geotermalne

energij nastane tudi kot posledica trenja, zaradi premikov, ki potekajo v Zemeljski skorji

oziroma zaradi kemijskih reakcij, ki potekajo v notranjosti Zemlje. Toplotni tokovi, ki se

pojavljajo zaradi temperaturnih razlik, prenašajo toploto iz notranjosti na površje Zemlje.

Toplotna energija se prenaša iz notranjosti Zemlje proti površju na tri načine. S

prevajanjem ali kondukcijo, ki je najpogostejši način, sledita prenašanje ali konvekcija in

toplotno sevanje [9].

Geotermalna energija je sestavljena iz treh komponent [10]:

- energetskega toka skozi Zemljino skorjo v obliki prenosa snovi (magma, voda, para

in plin),

- toka toplote zaradi prevodnosti in

- energije, uskladiščene v kamninah in fluidih Zemljine skorje.

V nalogi nas zanima energija izvirov oziroma geotermalne vode v vrtinah. Po definiciji

velja, da k termalni vodi štejemo vodo, ki ima višjo temperaturo od povprečne letne

temperature zraka, kjer se vrtina nahaja [9].


6

V obravnavanem primeru za območje občine Polzela to nedvomno velja, saj kot kaže slika

2.1, je povprečna letna temperatura zraka v občini Polzela med 8 in 10 °C.

Slika 2.1: Povprečna letna temperatura zraka v občini Polzela [5]

2.1 STRUKTURA ZEMLJE

Zemlja je sestavljena iz jedra, plašča in skorje. Jedro je prostor, ki leži med središčem in

Zemeljskim plaščem in zavzema 17 % Zemljine prostornine. Premer jedra znaša 3486 km,

delimo pa ga na zunanje tekoče jedro in notranje trdno jedro. Toplota prehaja iz jedra s

prevodom ali konvekcijo. Zemljin plašč je sloj med jedrom in skorjo, zavzema 82 %

prostornine Zemlje, sestavljen je iz spodnjega dela plašča ali astrosfere in zgornjega dela

plašča, ki ga skupaj z Zemeljsko skorjo imenujemo litosfera. Zemljina skorja zavzema

0,6 % prostornine Zemlje, debelina znaša med 20 in 70 km pod celinami ter med 5 in 9 km

pod oceani [9]. Sestavo Zemlje prikazuje slika 2.2, vključno z opisom slojev.


7

Slika 2.2: Sestava Zemlje [11]

2.2 IZKORIŠČANJE GEOTERMALNE ENERGIJE

Možnost izkoriščanja geotermalne energije je odvisna od temperature geotermalnega vira.

»Ločimo nizkotemperaturne in visokotemperaturne geotermalne vire, mejno področje je

približno 150 °C [3]«. Nizkotemperaturne vire, ki imajo temperaturo vode pod 150 °C,

običajno izrabljamo za ogrevanje, visokotemperaturne vire s temperaturo vode nad 150 °C,

pa običajno izkoriščamo za proizvodnjo električne energije. Viri z nižjo temperaturo so

uporabljeni pogosteje kot tisti z višjo [10].

2.3 GEOTERMALNA ENERGIJA V SLOVENIJI

V Sloveniji je znanih več geotermičnih območij, najbolj perspektivne regije pa so Panonski

bazen, Rogaško-celjsko-šoštanjska regija, Planinsko-laško-zagorska regija, Krško-brežiška

regija in Ljubljanska kotlina. Geotermično so navedena območja med seboj zelo različna,


8

večina jih je neraziskanih, v glavnem pa se izkoriščajo nizkoentalpijski viri geotermalne

energije [10].

Slika 2.3 prikazuje uporabo toplote iz geotermalne energije v Sloveniji do leta 2009.

Slika 2.3: Uporabniki toplote iz geotermalne energije v Sloveniji [12]

Direktno izkoriščanje geotermalne energije (naravni izviri termalne vode) se trenutno

odvija na 32 lokacijah po Sloveniji (stanje: december 2013), instalirana toplotna moč pa

znaša 67,1 MW. Poleg naravnih izvirov je v Sloveniji tudi več lokacij, kjer se termalna

voda izkorišča s pomočjo namensko izdelanih vrtin, instaliranih naj bi bilo kar 7500 enot

geotermalnih toplotnih črpalk (GTČ) [13].

Skupna instalirana toplotna moč v Sloveniji znaša 153 MW (stanje: maj 2014), izkoriščena

energija iz geotermalnega vira pa znaša 1137 TJ/leto. Vsa omenjena geotermalna energija

se koristi za pridobivanje toplote, električne energije iz geotermalnega vira pa do danes v

Sloveniji še ne pridobivamo [13].


9

3 TOPLOTNA ČRPALKA

Toplotna črpalka (TČ) je naprava, ki zajeto temperaturo okolice dvigne na višji nivo

oziroma višjo temperaturo. Uporablja se za ogrevanje sanitarne vode in v zadnjem času vse

pogosteje za ogrevanje stanovanjskih in drugih objektov. Toplota, ki jo zajema iz okolice,

je sončna energija, akumulirana v zraku, vodi ali zemlji oziroma v različnih snoveh, zato jo

uvrščamo med OVE (obnovljive vire energije) [14].

3.1 SPLOŠNO O TOPLOTIH ČRPALKAH

Z večanjem cen energije ter s povečanjem števila ekološko ozaveščenih potrošnikov

postajajo toplotne črpalke vedno bolj zanimive kot okolju prijazen in energijsko učinkovit

sistem za ogrevanje objektov in pripravo sanitarne vode. Z razvojem novih oziroma z

optimizacijo že obstoječih tehnologij, izboljšanjem COP (grelnega števila), zmanjšanjem

mase in dimenzij, je uporaba toplotnih črpalk vedno bolj priljubljena in zanimiva za

potrošnika. Razmerje med porabljeno električno energijo in pridobljeno toplotno energijo

je znašalo leta 1978 1 : 2, danes pa je to že 1 : 5 ali več. Predvideva se, da bodo toplotne

črpalke v prihodnosti predstavljale osnovno vrsto ogrevalnih sistemov [15].

Glede na izvedene izračune in meritve pri različnih toplotnih črpalkah je znano, da

porabijo toplotne črpalke glede na oljne in plinske kondenzacijske kotle približno 35 do 50

% manj primarne energije. Z uporabo TČ se prav tako manjša onesnaževanje zraka

oziroma izpust CO2 in raznih drugih škodljivih snovi v primerjavi z oljnimi in plinskimi

kotli. Zmanjšanje znaša med 30 in 60 % [15].


10

3.2 PRINCIP DELOVANJA TOPLOTNIH ČRPALK

Toplotne črpalke so naprave, ki odvzemajo toploto snovem iz okolice in jo oddajajo v

ogrevalni sistem. Toploto odvzemajo na nižjem temperaturnem nivoju in jo oddajajo na

višjem nivoju. Za izvedbo omenjenega postopka je potrebno dovesti v krožni proces

pogonsko energijo. Za prenos toplote uporablja toplotna črpalka delovni medij, ki prenaša

toploto s pomočjo spremembe agregatnega stanja. V toplotnih črpalkah se kot delovni

medij uporabljajo hladiva oziroma snovi, ki se uparijo pri temperaturah med 0 in 35 °C.

Ločimo toplotne črpalke v »split« izvedbi oziroma ločeni izvedbi in kompaktne toplotne

črpalke. Pri ločeni oziroma split izvedbi so uparjalnik, kondenzator, kompresor in drugi

deli nameščeni na posameznih različnih lokacijah. Uparjalnik je po navadi nameščen v

bližini vira toplote, kondenzator pa v kotlovnici, poleg hranilnika toplote [16].

Toplotna črpalka je sestavljena iz uparjalnika, kompresorja, kondenzatorja in

ekspanzijskega ventila. Uparjalnik odvzema toploto okolice, bodisi zraka, vode ali zemlje,

kjer se hladivo uplini že pri nizki temperaturi in nato potuje v kompresor. Kompresor paro

s pomočjo vloženega dela stisne ter ji s tem poviša temperaturo in tlak. Vroča para potem v

kondenzatorju kondenzira in s tem odda toploto ogrevanemu mediju, delovna snov pa se

preko ekspanzijskega ventila vrača v uparjalnik, v ekspanzijskem ventilu se ji medtem

zniža še tlak. Tak krožni proces se nato ponavlja. Toplota, ki jo pridobimo iz okolice je

brezplačna, za delovanje toplotne črpalke oziroma za delovanje kompresorja pa je potrebna

električna energija. Razmerje med električno energijo in brezplačno pridobljeno energijo je

običajno 1 : 3, pri novejših izvedbah črpalk pa tudi 1 : 5 in več. To pomeni, da plača

potrošnik oziroma uporabnik za 3 kWh toplotne energije 1 kWh električne energije, razlika

pa je brezplačna [15].

Razmerje med toplotno energijo, ki jo pridobimo in porabljeno električno energijo

imenujemo grelno število. Vrednost grelnega števila je odvisna od vira toplote in vrste

toplotne črpalke. Letna grelna števila v povprečju znašajo 3 do 4 in tudi več [15]. Slika 3.1

prikazuje krožni proces delovanja TČ.


11

Slika 3.1: Krožni proces delovanja toplotne črpalke

3.3 GRELNO ŠTEVILO

»Razmerje med koristno toplotno energijo in za to porabljeno električno pogonsko energijo

označujemo kot grelno število [15]«:

č

(3.1)

kjer pomeni:

– grelno število,

Ptč – toplotna moč toplotne črpalke, (kW),

Pe –dovedena električna moč, (kW).

Letno grelno število (β) je razmerje med oddano energijo toplotne črpalke skozi vse leto in

porabljeno električno energijo za TČ in druge pomožne naprave skozi vse leto [15]:

(3.2)


12

kjer pomeni:

β – letno grelno število,

Qltč – oddana letna energija toplotne črpalke,

Wel – dovedena električna energija.

Višja grelna števila dosegamo v primeru sorazmerno visokih temperatur toplotnega vira in

nizkih temperatur ogrevalnega medija oziroma pri nizkotemperaturnih toplotnih sistemih

[15].

3.4 NAČINI OBRATOVANJA TOPLOTNIH ČRPALK

Ločimo štiri različne načine oziroma režime obratovanja toplotnih črpalk, ki so odvisni od

načina obratovanja TČ v ogrevalnem sistemu [16]:

- monovalentno obratovanje: Toplotna črpalka samostojno zagotavlja vso potrebno

toploto za ogrevanje skozi celo sezono;

- bivalentno alternativno obratovanje: Toplotna črpalka zagotavlja vso potrebno

toploto dokler je njeno obratovanje smiselno oziroma do določene zunanje

temperature. Nato se izklopi in prepusti ogrevanje drugemu viru toplote;

- bivalentno vzporedno obratovanje: Toplotna črpalka zagotavlja potrebno toploto za

ogrevanje sanitarne vode in stavbe skozi celotno sezono. Ko njeno delovanje pri

nizkih temperaturah ne zagotavlja potrebne toplote, se kot dodaten vir vključi

dodaten toplovodni kotel, nato pa delujeta oba sistema hkrati;

- bivalentno delno vzporedno delovanje: Pri tem obratovanju sta dimenzionirana dva

sistema, toplotna črpalka in še en vir ogrevanja, po navadi gre za toplovodni kotel.

Obratovanje enega, drugega ali obeh hkrati izbiramo in nastavljamo s pomočjo

regulacije, odvisno seveda od zunanje temperature.


13

3.5 IZVEDBE TOPLOTNIH ČRPALK

Toplotne črpalke se uporabljajo za ogrevanje družinskih hiš, stanovanj, poslovnih in

stanovanjskih zgradb ter za ogrevanje sanitarne vode. Lahko se uporabljajo kot dodatni

ogrevalni sistem oziroma vir toplote ali pa kot osnovni sistem ogrevanja [15].

Prva točka, s katero se soočimo pri načrtovanju TČ, je vir. Upoštevati moramo različne

kriterije pri izbiri ustreznega vira toplote, najpomembnejši pa so čim višji temperaturni

nivo vira, zadostna akumulacija toplote in sorazmerno velika razpoložljivost toplotnega

vira. Pomemben dejavnik pri načrtovanju TČ je tudi ugodno izkoriščanje toplotnega vira v

stroškovnem smislu in ugodno vzdrževanje. Za ogrevanje sanitarne vode se večinoma

uporabljajo toplotne črpalke, ki izkoriščajo toploto zraka, za ogrevanje celotnih stanovanj

ali stanovanjskih hiš pa je do danes vgrajenih sorazmerno malo toplotnih črpalk, to število

pa se iz leta v leto povečuje. Te kot vir toplote izkoriščajo zunanji zrak, površinsko vodo in

podtalnico ter toploto zemlje [15].

Ločimo torej tri različne izvedbe toplotnih črpalk:

- toplotna črpalka zrak/voda,

- toplotna črpalka voda/voda,

- toplotna črpalka zemlja/voda.

V nalogi se bomo osredotočili in podrobneje predstavili TČ voda/voda, ki jih bomo

uporabili za izkoriščanje toplote geotermalne vode oziroma podtalnice.

3.5.1 Toplotna črpalka voda/voda

Za ogrevanje s toplotno črpalko voda/voda lahko uporabljamo toploto površinskih voda,

kot so jezera, počasi tekoče reke in morja. Za omenjen način ogrevanja niso potrebni veliki

posegi, mora pa biti ta površinska voda primerna za ogrevanje. Gre za zaprt sistem

odvzema toplote, zasnovan pa je na kroženju sredstva, ki s pomočjo obtočne črpalke potuje


14

oziroma kroži med kolektorjem in toplotno črpalko, ki mu odvzame toploto. Sistem

obratuje tudi pri temperaturi ledišča oziroma okoli 0 °C [17].

Drugi način ogrevanja pa je izkoriščanje podtalne vode, kjer gre za odprt sistem, zato je

najnižja dovoljena temperatura podtalne vode, ki je še primerna za uporabo, 3 °C. V

glavnem se uporablja podtalnica s temperaturo od 8 do 12 °C. Podtalno vodo vodimo skozi

uparjalnik s potopno črpalko, kjer se voda hladi oziroma se ji odvzame toplota. V

uparjalniku toplota prestopi na hladilno sredstvo, kompresor pa nato stisne hladivo na višji

tlačni in temperaturni nivo. Za delovanje kompresorja je potrebna dodatna električna

energija. Hladilno sredstvo nato v kondenzatorju odda toploto mediju ogrevalnega sistema

[17].

Za izkoriščanje podtalnice potrebujemo vodno dovoljenje, izdelati pa moramo dve vrtini,

eno za črpanje in drugo za ponikanje podtalnice oziroma sesalno in ponorno vrtino. Pretok

podtalne vode mora biti vsaj 2 m3/h, v nasprotnem primeru je uporaba TČ voda/voda

nesmiselna oziroma negospodarna. V vrtino vstavimo cev, v kateri je vgrajena potopna

črpalka, ki je povezana s TČ. Potopna črpalka med obratovanjem potiska vodo v TČ, ki ji

odvzame toploto ter jo po drugi, ponorni vrtini spusti nazaj v podtalnico, ohlajeno za nekje

5 °C [17].

Podtalnica je idealen vir toplote, saj lahko zaradi majhnih nihanj in visoke temperature

dosegamo sorazmerno visoka grelna števila. Največji problem, ki se pojavlja pri

izkoriščanju energije podtalnice je pomanjkanje pitne vode. Svet se vse pogosteje sooča s

to problematiko, zato so na primer v Skandinaviji sprejeli zakon glede podtalne vode

oziroma njeni zaščiti, enako pa je tudi v Sloveniji [17].

Pri ogrevanju stanovanjske hiše ali drugega objekta s toplotno TČ voda/voda (slika 3.4) se

stroški ogrevanja znižajo približno za 50 do 60 %. Za delovanje toplotne črpalke

potrebujemo elektriko, to pa potrebujemo tudi za obratovanje potopne črpalke, zato znaša

stalno grelno število (SPF) med 3 in 4 [17].


15

Slika 3.2: Toplotna črpalka voda/voda

Kot je bilo že povedano, je treba pred začetkom postavitve toplotne črpalke voda/voda

pridobiti vodno dovoljenje za izkoriščanje energije podtalne vode. Slednje je mogoče

skoraj vedno dobiti, razen v zaščitenih vodnih območjih. V določenih primerih je to

pogojeno tudi z maksimalnim odvzemom podtalne vode oziroma z analizo vode.

Maksimalen odvzem podtalne vode je odvisen od toplotne moči toplotne črpalke [18].

Podtalno vodo za potrebe delovanja toplotne črpalke črpamo v sesalni vrtini, količina te

vode pa mora biti enaka ali večja kot znaša minimalni zahtevan pretok TČ. Količina

podtalne vode v sesalni vrtini, njena kvaliteta in stalnost so odvisni od geoloških

značilnosti določenega območja, zato je treba slednje pred začetkom del do potankosti


16

proučiti. Globina sesalne vrtine je odvisna od razpoložljivosti vodnega vira, glede na

stroškovni vidik pa je smiselno, da je ta čim manjša [18].

Po oddani toploti v TČ se nekoliko ohlajena voda vrača oziroma odvaja nazaj v podtalnico

preko ponorne ali izpustne vrtine. To vrtino je treba izdelati nekje 10 do 15 metrov za

sesalno vrtino, gledano v smeri toka podtalne vode, s tem pa se izognemo mešanju tople in

hladne oziroma ohlajene izstopne vode, kot prikazuje slika 3.5. Ponorna oziroma izpustna

vrtina mora zagotoviti izpust enake količine vode, kot jo pridobimo v sesalni vrtini [18].

Slika 3.3: Povezava TČ s sesalno in ponorno vrtino [18]

Za dolgo življenjsko dobo toplotne črpalke podtalna voda ne sme vsebovati snovi, ki bi se

lahko izločale. Vsebuje lahko do 0,2 mg/l železa in 0,1 mg/l mangana. Dovoljene vsebnosti

drugih snovi so odvisne od vrste toplotnega izmenjevalca, ki je lahko ploščat nerjavni

toplotni izmenjevalec, varjen s Cu, ali varjen nerjavni spiralni toplotni izmenjevalec. Pri

ploščatih nerjavnih toplotnih izmenjevalcih, varjenimi s Cu, običajno uporabljamo vmesni

Izpustna

vrtina

Sesalna

vrtina

Kurilnica


17

toplotni izmenjevalec, vodo pa vodimo direktno na omenjeni izmenjevalec le s predhodno

analizo vode, kjer se ugotovi vpliv na bakreni zvar. Pri toplotnih črpalkah voda/voda z

varjenim spiralnim nerjavečim toplotnim izmenjevalcem analiza vode glede na korozijsko

obstojnost izmenjevalca ni potrebna, treba je le zagotoviti zahtevane vrednosti za železo in

mangan [18].


18

4 DOLOČITEV POTREBNE TOPLOTNE MOČI

Kot smo zapisali že v uvodu, bomo uporabili že znane toplotne potrebe za ogrevanje stavb

in sanitarne vode, ki so bile izračunane v Študiji izvedljivosti o daljinskem ogrevanju na

lesno biomaso v občini Polzela, ki jo je izvedlo podjetje Energetika Projekt d.o.o. z

Vranskega. V omenjeni študiji je bilo obravnavanih več možnih variant glede trase

daljinskega ogrevanja oziroma dolžine izgradnje toplovoda. Čeprav smo izgube

daljinskega ogrevanja zanemarili oziroma le-tega v nalogi ne bomo obravnavali, smo za

preračun izbrali najkrajšo traso toplovodnega cevovoda v skupni dolžini 784 metrov, saj bi

bila odstopanja pri daljših cevovodih že prevelika glede na realno stanje.

Ta trasa predvideva priključitev 18 objektov, ki so navedeni v preglednici 4.2. Večina teh

objektov je v lasti občine Polzela ali pa ta z njimi upravlja, ostali vključeni objekti pa so v

neposredni bližini predvidene trase toplovodnega cevovoda in je njihova priključitev

smiselna oziroma gospodarna [19].

4.1 SPECIFIČNE TOPLOTNE POTREBE

Povprečna specifična raba energije za ogrevanje je v večini primerov odvisna od leta

izgradnje objekta oziroma takrat veljavnih predpisov, ki določajo minimalne zahteve

energetske učinkovitosti objektov. Analiza energijske bilance povprečne zgradbe kaže, da

kar 82 % energije dovedemo v objekt z ogrevanjem, 12 % znašajo sončni pritoki skozi

okna, 6 % pa notranji viri toplote. Če analiziramo rabo končne energije, porabimo za

ogrevanje 76,5 % energije, za pripravo sanitarne vode 11 %, za hišne naprave in

gospodinjske aparate 10 % in za razsvetljavo 2,5 % energije [20].

V tabeli 4.1 je povzeta povprečna letna potreba toplote za ogrevanje stavb v odvisnosti od

leta njihove izgradnje.


19

Tabela 4.1: Povprečna letna potreba toplote za ogrevanje [20]

Leto gradnje stavbe Enodružinska hiša

(kWh/m2/leto)

Večstanovanjska stavba

(kWh/m2/leto)

do 1960 > 200 > 180

od 1961 do 1970 150 170

od 1971 do 1980 130 130

od 1981 do 1990 120 100

od 1991 do 1995 90 90

od 1996 do 2002 90 80

po 2002 60 – 80 70

Nizkoenergijske stavbe < 60 < 55

Iz analiz opravljenih energetskih pregledov, ki jih je v preteklosti finančno podpirala

Agencija za učinkovito rabo in obnovljive vire energije, izhaja podatek, da znaša v

Sloveniji ekonomsko upravičen potencial prihrankov pri rabi energije za ogrevanje stavb

približno 30 % [5].

Objekti, ki so vključeni v študijo izvedljivosti oziroma jih bomo v magistrski nalogi

obravnavali, so bili zgrajeni v različnih obdobjih, zato je tudi povprečna toplotna potreba

za posamezen objekt različna in je nesorazmerna glede na površino. Nekateri izmed

obravnavanih objektov so že bili energetsko sanirani, kjer je mišljena predvsem energetska

sanacija ovoja stavbe, podstrešja in zamenjava stavbnega pohištva. Skupna lastnost vseh

obravnavanih objektov je ta, da je v bližnji prihodnosti nujno potrebno zamenjati kurilne

naprave, bodisi zaradi dotrajanosti ali pa zaradi nizkih izkoristkov, ki so posledica

tehnološke zastarelosti. S tem razlogom se je porodila ideja o postavitvi skupne kotlovnice

in daljinskega ogrevanja stavb.

V tabeli 4.2 so navedene parcelne številke predvidenih vključenih objektov, površine

objektov, letna poraba toplotne energije po objektih in potrebna inštalirana toplotna moč.

Nekateri najvidnejši obravnavani objekti, ki jih prikazuje slika 4.2, so Osnovna šola

Polzela, Vrtec Polzela, Kulturni dom Polzela, Občinska stavba občine Polzela, Grad

Komenda, Zdravstveni dom Polzela, trgovini Mercator in TUŠ. Vidimo lahko, da znaša

skupna potrebna inštalirana moč 3.570 kW, potrebna toplotna energija pa 3.362.679 kWh


20

na leto. Potrebno priključno moč bomo upoštevali pri dimenzioniranju moči toplotnih

črpalk, letno porabljeno toplotno energijo pa bomo uporabili pri izračunu letnih stroškov

obratovanja obravnavanega sistema.

Slika 4.1 prikazuje mestno jedro občine Polzela, kjer lahko vidimo nekatere izmed

obravnavanih objektov, kot na primer občinsko zgradbo, šolo in zgradbo stare pošte.

Dejstvo je, da gre za objekte v lasti občine Polzela oziroma ta z njimi upravlja, skupno

vsem objektom pa so dotrajani in zastareli ogrevalni sistemi, ki jih je nujno potrebno

nadomestiti z novimi ali enim samim sistemom z uporabo daljinskega ogrevanja.

Slika 4.1: Mestno jedro občine Polzela [6]


21

Tabela 4.2: Predvideni vključeni objekti [19]

Število Parcelna številka Površina (m2) Poraba energije

(kWh/leto)

Priključna moč

(kW)

1 35 1.664 179.712 200

2 *714 768 103.680 100

3 *714 454 61.290 70

4 *722 730 98.550 100

5 32/1 210 28.350 30

6 32/1 350 40.950 45

7 *77/2 683 79.911 90

8 326/407 328 38.376 40

9 779/4 8.559 1.155.465 1200

10 779/4 2.108 246.636 270

11 779/5 1.697 213.822 230

12 796/1 3.063 275.670 300

13 810/29 1.479 159.732 180

14 810/5 179 24.165 25

15 825/10 1.900 205.200 200

16 825/2 829 111.915 120

17 825/7 1.683 227.205 250

18 833/1 830 112.050 120

SKUPAJ 27.514 3.362.679 3.570

4.2 KLIMA IN PODNEBJE

Vremenske razmere pomembno vplivajo na energijo, ki je potrebna za ogrevanje in

hlajenje, predvsem temperatura zraka. Povprečna mesečna temperatura zraka, letni

temperaturni primanjkljaj in letni temperaturni presežek predstavljajo izhodišče za

določitev pričakovane rabe energije [5].

Kot lahko vidimo na sliki 4.2 znaša letna temperatura zraka v občini Polzela med 8 in

10 °C, januarska temperatura zraka pa med –2 in 0 °C, kar prikazuje slika 4.3.


22

Slika 4.2: Letna povprečna temperatura zraka med letoma 1971 in 2000 v občini Polzela [5]

Slika 4.3: Januarska povprečna temperatura zraka med letoma 1971 in 2000 v občini Polzela [5]

Ogrevalna sezona je v večjem delu občine v povprečju dolga med 240 in 250 dnevi, kot

prikazuje slika 4.4, temperaturni primanjkljaj (za obdobje med letoma 1971 in 2000) pa

znaša v večjem delu občine med 3200 in 3400 Kdan, kar prikazuje slika 4.5 [5].


23

Slika 4.4: Povprečno trajanje ogrevalne sezone med letoma 1971 in 2000 v občini Polzela [5]

Slika 4.5: Povprečni temperaturni primanjkljaj med letoma 1971 in 2000 v občini Polzela [5]

Povprečna letna višina padavin (za obdobje med letoma 1971 in 2000) znaša v vzhodnem

delu občine med 1200 in 1300 mm, v zahodnem delu pa med 1300 in 1400 mm, kot

prikazuje slika 4.6 [5].


24

Slika 4.6: Povprečna letna višina korigiranih padavin med letoma 1971 in 2000 v občini Polzela [5]

4.3 TRANSMISIJSKI IZRAČUNI

Vsi transmisijski izračuni so bili izdelani skladno s Pravilnikom o učinkoviti rabi energije

v stavbah. Zunanja računska temperatura znaša na območju občine Polzela –13 °C in je

povzeta iz osnovnih meteoroloških podatkov za območje občine Polzela. Ogrevalna sezona

traja 250 dni, temperaturni primanjkljaj pa znaša na območju Polzele 3400 Kdan.

Zahtevana notranja temperatura oziroma temperatura prostorov je 20 °C. Maksimalna

temperaturna razlika torej znaša 33 °C.

4.3.1 Izračun toplotnih izgub

Potrebna toplota je sestavljena iz:

- transmisijske toplote ,

- dodatne toplote zaradi prezračevanja .


25

Transmisijske izgube se izračunajo po enačbi:

(4.1)

kjer je:

– transmisijska toplota (W),

U – toplotna prehodnost (W/m2K),

A – površina (m2),

Tn – notranja temperatura (K),

Tz – zunanja temperatura (K).

Dodatna toplota zaradi prezračevanja se izračuna po enačbi:

(4.2)

kjer je:

– dodatna toplota zaradi prezračevanja (W),

– pretok zraka (m3/s),

ρ – gostota zraka (kg/m3),

c – specifična toplota zraka (J/kgK).

Tn – temperatura notranjega zraka (K),

Tz – temperatura zraka, ki vstopa v prostor (K).

Prostorninska toplotna kapaciteta zraka je konstantna in znaša 1200 J/(m3K).

Pretok zraka se izračuna po enačbi:

(4.3)

kjer je:

V – prostornina ogrevanega prostora (neto prostornina) (m3),

n – predvidena stopnja izmenjave zraka.


26

Kot je bilo povedano, so bile toplotne potrebe posameznih stavb izračunane po predhodno

navedenih enačbah oziroma so bile povzete iz zapisov o pretekli porabi različnih

energentov za ogrevanje. Potrebni skupni toploti za ogrevanje stavb, kamor spadata

transmisijska toplota in toplota prezračevanja, je bila dodana še toplota za ogrevanje

sanitarne vode, v primeru, da je obravnavana stanovanjska stavba. Potreba po sanitarni

vodi znaša 0,25 kW na osebo (po DIN 12831).

Skupna potrebna energija za ogrevanje tako znaša 3.362.679 kWh/leto, potrebna toplotna

moč pa 3.570 kW, na podlagi katere bomo izbrali ustrezno toplotno črpalko voda/voda

oziroma več črpalk.

Število ur delovanja ogrevalnega sistema znaša za območje Štajerske 1900 ur na leto. To

pomeni, da moramo izbrati TČ moči minimalno 3.570 kW, v 1900 urah pa mora proizvesti

3.362.679 kWh toplotne energije. Toplotna energija TČ se izračuna po naslednji enačbi:

(4.4)

kjer je:

– toplotna moč toplotne črpalke (kW),

– toplotna energija (kWh/leto),

– čas obratovanja toplotne črpalke (h/leto).

V primeru, da ima TČ toplotno moč 3.570 kW, znaša pridobljena toplotna energija na

območju Štajerske:

leto

Vidimo lahko, da znaša pridobljena toplotna energija pri potrebni toplotni moči kar

6.783.000 kWh na leto, kar zadostuje že znanim potrebam po toplotni energiji.


27

4.4 DIMENZIONIRANJE TOPLOTNIH ČRPALK

Za koriščenje geotermalne energije bomo uporabili toplotne črpalke voda/voda.

Temperaturno območje podtalnice je v povprečju med 8 in 12 °C, v našem primeru pa ima

podtalnica kar 21 °C. Delovno območje toplotnih črpalk voda/voda je nekje med 7 in

25 °C. Razpoložljivost toplotnega vira je skozi vse leto enaka, toplotna črpalka pa lahko

deluje v monovalentnem ali bivalentnem režimu obratovanja. Glede na visok pretok

črpanja (5 l/s oziroma 18 m3/h v eni vrtini) in na sorazmerno visoko temperaturo črpalne

vode (21 °C) se je porodila ideja, da bi se izdelali štirje ločeni sistemi po 1.000 kW

toplotne moči. Razlog o izdelavi več sistemov ogrevanja z izkoriščanjem podtalne vode je

tudi v tem, da v pomladnih in poletnih mesecih ne bo potrebno obratovanje celotnega

postroja toplotnih črpalk, ampak samo toliko, kolikor toplote bomo potrebovali za pripravo

sanitarne vode. Na vsak sistem bomo pripeljali geotermalno vodo iz določenega števila

vrtin, odvisno seveda, koliko pretoka bo potrebovala dimenzionirana TČ. Glede na visoko

temperaturo črpalne vode predvidevamo dvostopenjsko toplotno črpalko oziroma pri

vsakem izmed dveh sistemov po dvakratni odvzem toplote, torej z enim 500 kW

kompresorjem za 5 °C in nato še z drugim enakim kompresorjem za 5 °C. Temperatura

vode, ki se bo vračala v ponorno vrtino, bo znašala nekje 10 °C, ohladila se bo torej za

približno 11 °C.

Po pridobljenih ponudbah toplotnih črpalk različnih moči in karakteristik ter različnih

proizvajalcev smo izbrali dvostopenjsko visokotemperaturno toplotno črpalko podjetja

Tehnohlad d.o.o. iz Rečice ob Paki. Gre za toplotno črpalko voda/voda sestavljeno iz dveh

vijačnih kompresorjev CSH 9563-160 Y podjetja Bitzer, ki ga prikazuje slika 4.7.


28

Slika 4.7: Kompresor Bitzer [21]

Toplotno črpalko sestavljata poleg dveh omenjenih kompresorjev še dva uparjalnika, dva

ekspanzijska ventila in kondenzator. Slika 4.8 prikazuje shemo dimenzionirane toplotne

črpalke.

Slika 4.8: Shema uporabljene TČ


29

Izbrana TČ ima sledeče karakteristike [22]:

- število stopenj: 2,

- ogrevna moč (W21/W65): 1.040 kW,

- priključna moč (W21/W65): 254 kW,

- grelno število (W21/W65): 4,1,

- hladilno sredstvo R 134a: 240 kg,

- napetost: 3 x 400 V,

- električni tok: 460 A,

- maksimalna temperatura izstopne vode: 65 ºC,

- dimenzije (Š x G x V): 4,8 x 3,5 x 2,2 m,

- masa: 3600 kg,

- minimalni pretok primarne vode (dT=10K): 65 m³/h.

Po standardu EN 14511 so dimenzionirane TČ, katerih ogrevna oziroma izstopna voda

znaša do 35 °C, kar v obravnavanem primeru ne pride v poštev, saj je obravnavano

visokotemperaturno ogrevanje. Navedeni podatki niso povzeti po standardu, ampak gre za

realne vrednosti.

Karakteristike dimenzionirane TČ so bile pridobljene ob upoštevanju obeh stopenj oziroma

ogrevne in priključne moči obeh kompresorjev pri različnih temperaturah uparjanja. Pri

prvi stopnji smo upoštevali temperaturo primarne vode 21 °C, temperaturo kondenzacije pa

smo določili pri 70 °C. Pri danih pogojih znaša ogrevna moč prej omenjenega kompresorja

550 kW, priključna moč pa 130 kW. Grelno število pri prvi stopnji znaša 4,2.

Pri drugi stopnji znaša temperatura primarne vode 16 °C, temperaturo kondenzacije pa smo

prav tako kot pri prvi stopnji določili pri 70 °C. Pri danih pogojih znaša ogrevna moč

kompresorja 490 kW, priključna moč pa 124 kW. Grelno število pri drugi stopnji tako

znaša 4,0.

Za skupno potrebno toplotno moč, ki znaša 3.570 kW, bomo torej izdelali štiri ločene

sisteme toplotnih črpalk, katerih skupna toplotna moč bo znašala 4.160 kW. Razlog za

nekoliko predimenzionirano toploto moč toplotne črpalke je možnost priklopa dodatnih


30

porabnikov in zanesljivega delovanja TČ. Slika 4.9 prikazuje shemo posameznega postroja

ali sistema, vključno z zalogovnikom za toplo vodo. Zalogovnik vode je potreben zaradi

sorazmerno dolgega zagona toplotne črpalke do polnega obratovanja, ki znaša pri tako

velikih TČ približno 6 minut. Kljub temu smo dimenzionirali zalogovnik velikosti le

10.000 litrov, zaradi zelo precizne regulacije prej omenjenih kompresorjev. Ko bo sistem

obremenjen, bodo kompresorji delovali oziroma obratovali s polno močjo, ko pa sistem ne

bo potreboval tolikšne toplotne energije, se bo moč kompresorjev zaradi regulacije

ustrezno zmanjšala.

Za priključitev ogrevne vode iz vseh štirih zalogovnikov na vročevod bomo uporabili cevni

kolektor primernih dimenzij.

Slika 4.9: Shema posameznega postroja

Slika 4.10 prikazuje predvideno traso toplovoda za izvedbo daljinskega ogrevanja, ki ga v

nalogi ne bomo posebej obravnavali. Glede na sorazmerno nizko temperaturo v sistemu

daljinskega ogrevanja (65 °C) bi verjetno prvotni porabniki dejansko pridobili vodo z

omenjeno temperaturo 65 °C, porabniki na koncu cevovoda pa zagotovo za nekaj stopinj

Celzija manj. Večina izmed obravnavanih objektov je že bila energetsko sanirana, zato se

uporablja nizkotemperaturni režim ogrevanja in bi sistem zadostoval potrebam. Objekti, ki

še niso bili energetsko sanirani, pa bi morali imeti dovolj velika grelna telesa, da bi se

ogreli kljub nekoliko nižji temperaturi vode.


31

Slika 4.10: Predviden potek cevovodov daljinskega ogrevanja

4.5 PRETOK PODTALNE VODE

Glede na karakteristike toplotne črpalke znaša minimalni pretok podtalne vode za vsak

posamezni sistem 65 m3/h. To pomeni, da je treba za vse štiri ločene sisteme izdelati

tolikšno število sesalnih vrtin, da bomo zagotovili pretok podtalne vode vsaj 260 m3/h in

prav toliko enako globokih ponornih vrtin.

Kot je navedeno v uvodnem poglavju, sta se decembra 2013 na obravnavanem območju

izdelali dve testni vrtini, da bi ugotovili izdatnost vrtine oziroma približno količino in

temperaturo podtalne vode. Izdelani sta bili vrtini z vgrajenimi plastičnimi vodnjaškimi

cevmi premera 114/102 mm, maksimalni pretok črpanja pa je v eni izmed vrtin znašal kar

5 l/s oziroma 18 m3/h [23]. V nalogi smo predpostavili, da ima podtalnica na celotnem

območju izdelave vrtin enako temperaturo in pretok, kot jo je imela v omenjeni prvi testni

vrtini. Glede na visok pretok črpalne vode je bilo že v Poročilu o črpalnem preizkusu, ki ga

je izdelalo podjetje Iztok Palir s.p., navedeno, da bi bilo v primeru koriščenja podtalne

vode smiselno izdelati vrtine premera 160 mm za večjo izdatnost [23].


32

Že pri dimenzioniranju TČ smo povedali, da podatki niso povzeti po standardu, ampak gre

za realne vrednosti. S tem razlogom bomo tudi pri izračunu potrebnih vrtin upoštevali

podatke, ki smo jih pridobili s testno vrtino in ne bomo računali morebitne izdatnosti vrtine

premera 160 mm, saj ne moremo z gotovostjo trditi, da bi bile izračunane vrednosti tudi

realne. Za sesalne vrtine bomo tako upoštevali pretok podtalne vode v cevi premera

110 mm, ponorne vrtine pa bomo zaradi manjšega števila potrebnih vrtin povečali na

premer 160 mm.

Pretok podtalne vode v cevi premera 114/102 mm je znašal 18 m3/h. Za vsak ločen sistem

toplotne moči 1.040 kW potrebujemo pretok 65 m3/h oziroma 0,018 m

3/s.

Število potrebnih sesalnih vrtin za posamezni sistem TČ se izračuna po naslednji enačbi:

(4.5)

kjer je:

– število potrebnih sesalnih vrtin (kos),

– potreben celoten prostorninski pretok (m3/s),

– prostorninski pretok posamezne vrtine (m3/s).

Število potrebnih sesalnih vrtin za posamezni sistem znaša:

o o

Za vsak sistem je potrebno izdelati 4 sesalne vrtine, za štiri ločene sisteme pa torej skupno

16 vrtin.

Pretok črpanja za posamezno TČ bo znašal iz vseh štirih vrtin:


33

Pretok črpanja znaša za vsako TČ 72 m3/h oziroma 0,02 m

3/s.

Za vse štiri sisteme toplotnih črpalk potrebujemo minimalni pretok 260 m3/h oziroma

0,072 m3/s. Iz tega sledi, da je skupno število potrebnih sesalnih vrtin sledeče:

o o

Skupno število potrebnih sesalnih vrtin znaša 14,44 oziroma zaokroženo 15 kosov. Glede

na dejstvo, da bo vsak izmed štirih sistemov deloval popolnoma neodvisno od drugega,

znaša skupno število potrebnih sesalnih vrtin 16 kosov, za vsak posamezen sistem po 4

sesale vrtine.

Kot je bilo povedano, bodo imele ponorne vrtine premer 160 mm. Glede na dejstvo, da

znaša pretok črpanja za posamezno TČ 72 m3/h, mora biti takšen tudi izpust.

Prostorninski ali volumski pretok je določen s prostornino tekočine, ki steče skozi izbrani

presek v neki časovni enoti.

(4.6)

kjer je:

– prostorninski ali volumski pretok (m3/s),

– diferencial prostornine tekočine (m3),

– diferencial časa (s).

Volumski pretok nestisljive snovi skozi dano tokovno cev je produkt hitrosti fluida in

prereza cevi:

(4.7)

kjer je:


34

– prostorninski ali volumski pretok (m3/s),

– hitrost tekočine (m/s),

– prerez cevi (m2).

V primeru stacionarnega gibanja nestisljive tekočine velja, da je prostorninski pretok za

vsak prerez tokovne cevi enak, spremeni se le hitrost tekočine:

(4.8)

kjer je:

– prerez prve tokovne cevi (m2),

– hitrost tekočine v prvi tokovni cevi (m/s),

– prerez druge tokovne cevi (m2),

– hitrost tekočine v drugi tokovni cevi (m/s).

Pri izračunu potrebnega števila ponornih vrtin premera 160 mm smo upoštevali enako

hitrost tekočine kot pri sesalnih vrtinah, spremeni se le presek cevi.

Hitrost tekočine v sesalni vrtini premera 110 mm, ki ima prostorninski pretok 0,005 m3/s,

je:

Prostorninski pretok v tokovni cevi premera 160 mm znaša pri enaki hitrosti tekočine kot v

sesalni vrtini premera 110 mm:

Prostorninski pretok v cevi premera 160 mm znaša 38 m3/h. Pretok črpanja za posamezno

toplotno črpalko znaša 72 m3/h, enak mora biti tudi izpust, za kar potrebujemo naslednje

število ponornih vrtin premera 160 mm:


35

o o

Za izpust vode iz posamezne TČ oziroma sistema je treba izdelati 2 izpustni ali ponorni

vrtini premera 160 mm.

Za posamezno toplotno črpalko oziroma sistem je treba izdelati 4 sesalne vrtine premera

110 mm in 2 ponorni vrtini premera 160 mm.

Skupno število vrtin za celoten postroj je:

- 16 vrtin premera 110 mm,

- 8 vrtin premera 160 mm.


36

5 PRERAČUN IN STROŠKOVNA ANALIZA

V prejšnjem poglavju smo dimenzionirali toplotno črpalko ter potrebno število teh in

potrebno število sesalnih in ponornih vrtin glede na skupne toplotne potrebe. Zasnovali

smo štiri ločene sisteme TČ, pridobljeno vročo vodo iz posamezne črpalke pa bomo

združili s pomočjo cevnega kolektorja, ki ni predmet magistrske naloge. Prav tako ni

predmet naloge dimenzioniranje in vrednost izvedbe vročevoda za potrebe daljinskega

ogrevanja, saj je ta potreben za vse vrste ogrevalnih naprav in je investicija sorazmerno

enaka.

Pri stroškovni analizi bomo podali stroške izgradnje obravnavanega postroja naprav in

stroške obratovanja takšnih naprav. Glede na znane dosedanje stroške ogrevanja

obravnavanih objektov bomo podali čas, v katerem se bo investicija povrnila.

5.1 VREDNOST INVESTICIJE

V nadaljevanju so podane realne vrednosti za dobavo toplotne črpalke, zalogovnika,

obtočne črpalke ter potopnih črpalk in ocene pomožnega materiala in montažnih del, saj se

te postavke običajno obračunajo po dejansko vgrajenih količinah in dejansko porabljenih

delovnih urah.

Tabela 5.1 podaja oceno investicije za toplotno črpalko voda/voda.


37

Tabela 5.1: Investicija izgradnje toplotne črpalke [22]

Poz. Predmet Kol. EM Vrednost

1 dvostopenjska toplotna črpalka voda/voda za ogrevanje 1 kpl 240.000,00 €

2 zalogovnik tople vode 10.000 litrov 1 kos 5.645,00 €

3 obtočna črpalka Q = 90 m3/h, P = 2 x 11 kW 1 kpl 11.200,00 €

4 potopna črpalka s plaščem Q = 18 m

3/h, H = 20 m, P =

3,5 kW 4 kpl 8.800,00 €

5 material za strojno povezavo kotlovnice (OCENA) 1 kpl 20.000,00 €

6 material za elektro povezavo kotlovnice (OCENA),

električni dovod ni predmet povezave 1 kpl 4.500,00 €

7 montaža toplotne črpalke (montaža kotlovnice) – OCENA 1 kpl 21.000,00 €

8 izvedba sesalne vrtine premera 110 mm (OCENA) 4 kpl 14.000,00 €

9 izvedba ponorne vrtine premera 160 mm (OCENA) 2 kpl 9.800,00 €

10 izgradnja kotlovnice (OCENA) 1 kpl 25.000,00 €

Skupaj pozicije 359.945,00 €

DDV (9,5 %) 34.194,78 €

Za plačilo 394.139,78 €

Za skupno potrebno toplotno moč 3.570 kW oziroma potrebno toplotno energijo

3.362.679 kWh/leto, je treba vgraditi 4 dvostopenjske toplotne črpalke, vrednost investicije

celotnega postroja pa znaša 1.576.559,12 € z DDV.

5.2 STROŠKI OBRATOVANJA TOPLOTNE ČRPALKE

Stroški obratovanja TČ se izračunajo po naslednjih enačbah:

(5.1)

kjer je:

– poraba električne energije (kWh/leto),

– električna moč toplotne črpalke (kW),

– čas obratovanja toplotne črpalke (h/leto).


38

(5.2)

kjer je:

– strošek obratovanja toplotne črpalke (€/leto),


– vrednost električne energije (€/kWh).

Električna moč TČ znaša v obravnavanem primeru 254 kW. Tej vrednosti je treba dodati

še električno moč obtočne črpalke in električno moč štirih potopnih črpalk. Električna moč

obtočne črpalke znaša 2 x 11 kW, skupaj torej 22 kW, moč posamezne potopne črpalke pa

znaša 3,5 kW, skupaj za vse štiri torej 14 kW.

Električna moč potrebnih naprav, torej TČ, obtočne črpalke in potopnih črpalk znaša

290 kW. S tem se grelno število COP ne zmanjša, saj je to trenutno grelno število TČ.

Vzporedno s TČ ves čas obratujejo tudi vse štiri potopne črpalke in obtočna črpalka.

Grelno število COP se s tem ne zmanjša, zmanjša pa se SPF, to je letno grelno število, ki

se nanaša na določen sistem kot celoto. Investitorju je zato SPF pomembnejši podatek kot

COP, saj zajema delovanje oziroma stroške delovanja vseh naprav v sistemu. COP znaša v

obravnavanem primeru 4,1, SPF pa znaša po dodanih električnih močeh potopnih črpalk in

obtočne črpalke 3,6.

Število ur delovanja ogrevalnega sistema znaša za območje Štajerske 1900 ur na leto.

V obravnavanem primeru bomo stroške obratovanja TČ izračunali iz že znanih potreb po

toplotni energiji in znanega letnega grelnega števila, saj vsi štirje sistemi ne bodo

obratovali skozi celotno ogrevalno sezono, ampak le ob dalj časa trajajočih nizkih

temperaturah.

Iz znane potrebne toplotne energije in znanega grelnega števila izračunamo potrebno

električno energijo po naslednji enačbi:


39

(5.3)

kjer je:



– letno grelno število.

V obravnavanem primeru znaša letna poraba električne energije:

leto

Povprečna cena električne energije za industrijo je znašala v drugem polletju 2015

0,0919 €/kWh, vključno z DDV [24].

leto

Letni stroški obratovanja vseh 4 sistemov TČ znašajo glede na preteklo porabo toplotne

energije 85.841,72 € na leto.

Letni stroški obratovanja vseh štirih ločenih toplotnih črpalk znašajo 85.841,72 €.

5.3 TRENUTNI STROŠKI OGREVANJA

Glede na izračune porabe toplotne energije oziroma glede na preteklo porabo toplotne

energije, ki je navedena v Študiji izvedljivosti o daljinskem ogrevanju na lesno biomaso v

občini Polzela, ki jo je izdelalo podjetje Energetika Projekt d.o.o., je navedeno, da se 79 %

javnih zgradb ogreva z ekstra lahkim kurilnim oljem, preostalih 21 % pa z zemeljskim

plinom. To pomeni, da pridobimo 79 % skupaj potrebne toplotne energije, ki znaša

3.362.679 kWh/leto, z rabo ekstra lahkega kurilnega olja in 21 % z rabo zemeljskega plina.

Iz tega sledi, da pridobimo z uporabo ELKO 2.656.516 kWh toplotne energije na leto in

706.163 kWh/leto z uporabo zemeljskega plina.


40

5.3.1 Energijsko število in kurilna vrednost

Energijsko število se uporablja kot vodilo za oceno energijske učinkovitosti stavbe in

pomeni »specifično porabo energije na enoto površine zgradbe v določenem časovnem

obdobju [5]«.

Energijsko število se lahko izračuna za obstoječe objekte, tudi za javne zgradbe, s čimer

ocenimo njihovo energijsko učinkovitost [5].

Vrednosti končne energije različnih ogrevalnih sistemov, preračunane na enoto kWh, ne

moremo primerjati med seboj, zaradi različnih izkoristkov ogrevalnih sistemov, različnih

agregatnih stanj in merskih enot. Za potrebe primerjave cen energentov moramo te spraviti

na isto energijsko enoto. Pri tem je treba upoštevati različne kurilne vrednosti energentov,

ki jih podaja tabela 5.2 [25].

Tabela 5.2: Kurilne vrednosti energentov [5]

ENERGENT KURILNA VREDNOST

(kWh/enota)

Kurilno olje 10,0 kWh/L

Zemeljski plin 9,5 kWh/Sm3

Utekočinjen naftni plin (UNP) 12,8 kWh/kg

6,9 kWh/L

25,9 kWh/m3

Rjavi premog 3,9 kWh/kg

Lignit 3,1 kWh/kg

Suhi les 4,2 kWh/kg

Kurilna vrednost ekstra lahkega kurilnega olja znaša 10,0 kWh/L, kurilna vrednost

zemeljskega plina pa 9,5 kWh/Sm3 (Sm

3 pomeni standardni kubični meter in je

dogovorjena enota za količino snovi, zlasti plina).

Iz znanih kurilnih vrednosti posameznih energentov izračunamo porabo določenega

energenta glede na znano energijo po naslednji enačbi:


41

(5.4)

kjer je:

– količina energenta (l, Sm3),


– kurilna vrednost (kWh/L, kWh/Sm3).

5.3.1.1 Ekstra lahko kurilno olje

Kot je že bilo povedano, se za ogrevanje obravnavanih 18 objektov pridobi 2.656.516 kWh

toplotne energije z uporabo ELKO, ki ima kurilno vrednost 10,0 kWh/L. To pomeni, da se

za ogrevanje letno porabi sledeča količina kurilnega olja:

litrov

Letna poraba ELKO torej znaša 256.651,60 litrov.

Cena za 1 liter ekstra lahkega kurilnega olja je 29. 4. 2016 znašala 0,72 €, vključno z DDV

[26].

To pomeni, da znaša letni strošek ogrevanja s kurilnim oljem 191.269,15 €. Vrednosti so

bile v preteklih letih še veliko višje, saj se je v zadnjem letu vrednost kurilnega olja znižala

kar za 35 %.


42

5.3.1.2 Zemeljski plin

Z ogrevalnimi sistemi na zemeljski plin se letno za obravnavane objekte pridobi 706.163

kWh toplotne energije. Kurilna vrednost zemeljskega plina znaša 9,5 kWh/Sm3. Za

ogrevanje se tako porabi sledeča količina zemeljskega plina:

Letna poraba zemeljskega plina znaša 74.332,95 Sm3.

Vrednost 1 Sm3 zemeljskega plina je 29. 4. 2016 znašala 0,3537 €, vključno z DDV [27].

Letni strošek ogrevanja z uporabo zemeljskega plina znaša 26.291,60 €.

Skupni stroški ogrevanja z zemeljskim plinom in kurilnim oljem znašajo:

Skupni trenutni stroški ogrevanja znašajo torej 217.560,75 €.

5.4 PRIMERJAVA VREDNOSTI OGREVANJA IN POVRAČLJIVOST

INVESTICIJE

Tabela 5.3 prikazuje vrednost investicije, letne stroške ogrevanja z izkoriščanjem

geotermalne energije in dejanske letne stroške ogrevanja.


43

Tabela 5.3: Vrednost investicije in letni stroški obratovanja

Naziv Vrednost

Stroški izgradnje 2 sistemov toplotnih črpalk 1.576.559,12 €

Letni stroški ogrevanja z geotermalno energijo 85.841,72 €

Trenutni letni stroški ogrevanja 217.560,75 €

Iz podatkov v preglednici lahko izračunamo, da bi znašala razlika ogrevanja z geotermalno

energijo glede na trenutno stanje kar 131.719,03 € na leto.

Povračljivost investicije:

let

Investicija v izgradnjo obravnavanega sistema ogrevanja z izkoriščanjem geotermalne

energije bi se povrnila že nekoliko prej kot v dvanajstih letih, kar je tudi značilno za velike

ogrevalne sisteme s toplotnimi črpalkami. Glede na dejstvo, da je predvidena doba

obratovanja takšnih sistemov 25 in več let, je izgradnja takšnega sistema ogrevanja

rentabilna in predvsem gospodarna.


44

6 SKLEP

Cilj oziroma namen magistrskega dela je bil proučiti možnost izkoriščanja geotermalne

energije za ogrevanje več stavb in sanitarne vode v osrednjem delu občine Polzela. Za

ogrevanje več porabnikov hkrati je treba zgraditi sistem daljinskega ogrevanja, ki ni bil

predmet naloge, tudi izgube daljinskega ogrevanja niso bile upoštevane. Namen je bil le

dokazati smiselnost izgradnje nekoliko večjega sistema ogrevanja z izkoriščanjem

geotermalne energije za ogrevanje več stavb oziroma sistema večjih toplotnih potreb.

V prvi fazi je iz znanih potreb po toplotni energiji in toplotni moči dimenzionirana

potrebna toplotna črpalka. Ta je nekoliko predimenzionirana, zaradi možnosti naknadne

priključitve dodatnih porabnikov. Po dimenzioniranju toplotne črpalke je iz potrebnega

minimalnega pretoka primarne oziroma podtalne vode določeno število potrebnih sesalnih

in ponornih vrtin. Premer sesalne vrtine je ostal enak, kot je bil premer testne vrtine,

premer izpustne vrtine pa smo povečali zaradi izdelave manjšega števila le-teh.

Po dimenzioniranju toplotne črpalke in izračunu potrebnega števila vrtin je bila izdelana

analiza investicije in stroškov obratovanja. Izračuni so pokazali, da bi bili letni stroški

obratovanja obravnavanega sistema kar 131.719,03 € nižji kot znašajo trenutni stroški

ogrevanja obravnavanih objektov, ob predpostavki nespremenjenih cen energentov in

električne energije. Gledano iz ekonomskega vidika je investicija v izgradnjo sistema

ogrevanja z izkoriščanjem geotermalne energije zelo smiselna, saj se ta povrne že nekoliko

prej kot v dvanajstih letih, predviden čas obratovanja takšnih sistemov pa znaša 25 ali več

let. To pomeni, da bi z izgradnjo takšnega sistema prihranili ogromno denarja, znižali pa bi

tudi porabo primarne energije.

V primeru, da bi v nalogi obravnavali tudi daljinsko ogrevanje in ne bi zanemarili izgub, bi

verjetno prišli do ugotovitve, da so te previsoke in da je sistem daljinskega ogrevanja

dolžine 784 metrov z izkoriščanjem geotermalne energije nesmiseln. Izgradnja takšnega

sistema ogrevanja je gospodarna za ogrevanje več strnjenih stavb, kjer toplovodni cevovod


45

ni predolg ali pa za ogrevanje kakšnega večjega objekta oziroma podjetja. Glede na to, da

bi bil celoten postroj toplotnih črpalk oziroma bi bile vse štiri toplotne črpalke postavljene

na območju izdelave vrtin, torej na območju podjetja Garant d.d. v stečaju, si upam trditi,

da bi lahko z uporabo geotermalne energije ogrevali celotno podjetje. V prihodnje se

pričakuje prodaja podjetja Garant d.d. v stečaju več malim podjetnikom, z izdelavo

obravnavanega sistema pa bi lahko zagotovili ogrevanje vseh že obstoječih objektov in

morebitnih novih.


46

VIRI IN LITERATURA

[1] Markl, L. Primerjava sistemov ogrevanja stanovanjske hiše: Diplomsko delo.

Maribor: Fakulteta za strojništvo, 2011. Dostopno na:

https://dk.um.si/Dokument.php?id=20600 [16. 3. 2015].

[2] Grobovšek, B. Oskrba z energijo iz OVE v prihodnosti in sedanjosti. Dostopno na:

http://gcs.gi-zrmk.si/Svetovanje/Clanki/Grobovsek/PT279.htm [16. 3. 2015].

[3] Grobovšek, B. Možnosti koriščenja geotermalne energije. Dostopno na:

http://gcs.gi-zrmk.si/Svetovanje/Clanki/Grobovsek/PT228.htm [16. 3. 2015].

[4] Torhač, E. Izkoriščanje nizkotemperaturnih geotermalnih virov z

visokotemperaturno toplotno črpalko za daljinsko ogrevanje: Doktorska disertacija.

Maribor: Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, 2012. Dostopno na:


[5] Envirodual, d.o.o., Končno poročilo: Lokalni energetski koncept občine Polzela.

Grosuplje, 2013.

[6] Občina Polzela, splošni podatki. Dostopno na:

http://www.polzela.si/obcina/splosnipodatki [30. 3. 2015].

[7] Polzela_zemljevid. Dostopno na: http://www.kam.si/obcine/polzela.html [30. 3.

2015].

[8] Geotermalna energija. Dostopno na:

http://www.focus.si/ove/index.php?l1=vrste&l2=geotermalna [30. 3. 2015].

[9] Žagar, K. Kogeneracijsko ogrevanje stanovanjske hiše z ORC procesom:

Diplomsko delo. Krško: Fakulteta za energetiko, 2013. Dostopno na:

https://dk.um.si/Dokument.php?id=59172&lang=slv [30. 3. 2015].

[10] Salobir, B. Geotermija v rudarski praksi. Posvetovanje rudarskih in geotehnoloških

strokovnjakov ob 40. skoku čez kožo, str. 121–128. Dostopno na:

http://www.srdit.si/40skok/clanki/09BSalobirSkok07clanek.pdf [31. 3. 2015].

[11] Sestava Zemlje/Earth's Internal Structure. Dostopno na:

http://www.kompaski.si/home/geoloske-osnove-geology-basics/3-zgradba-zemlje-earth-s-

internal-structure [09. 12. 2015].

https://dk.um.si/Dokument.php?id=20600

http://gcs.gi-zrmk.si/Svetovanje/Clanki/Grobovsek/PT279.htm



http://www.polzela.si/obcina/splosnipodatki

http://www.kam.si/obcine/polzela.html

http://www.focus.si/ove/index.php?l1=vrste&l2=geotermalna

https://dk.um.si/Dokument.php?id=59172&lang=slv

http://www.srdit.si/40skok/clanki/09BSalobirSkok07clanek.pdf

http://www.kompaski.si/home/geoloske-osnove-geology-basics/3-zgradba-zemlje-earth-s-internal-structure

http://www.kompaski.si/home/geoloske-osnove-geology-basics/3-zgradba-zemlje-earth-s-internal-structure


47

[12] Slovenija in geotermalna energija. Dostopno na:

https://sites.google.com/site/obnovljivsi/slovenija-in-geotermalna-energija [10. 12. 2015].

[13] Rajver, D. Rman, N. Lapanje, A. Prestor, J. Geothermal Development in Slovenia:

Country Update Report 2010–2014, Proceedings World Geothermal Congress 2015.

Melbourne, Australia, 2015. Dostopno na:

https://pangea.stanford.edu/ERE/db/WGC/papers/WGC/2015/01034.pdf [10. 12. 2015].

[14] Zbašnik-Senegačnik, M. Pasivna hiša, Fakulteta za arhitekturo. Ljubljana: 2008.

[15] Labudovič, B. Priročnik za ogrevanje, Energetika marketing. Ljubljana: 2006.

[16] Rotnik, K. Praznik, M. Toplotne črpalke. Dostopno na: http://gcs.gi-

zrmk.si/Svetovanje/Publikacije.URE/URE1-12.htm [10. 12. 2015].

[17] Regvart, L. Oskrba povprečne slovenske hiše s toplotno energijo: diplomsko delo.

Maribor: Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, 2009. Dostopno na:


[18] Tehnohlad d.o.o, Priročnik za projektiranje in montažo toplotne črpalke.

[19] Energetika Projekt, d.o.o., Študija izvedljivosti: Daljinsko ogrevanje na lesno

biomaso v kraju Polzela. Vransko, 2014.

[20] Grobovšek, B. Prihranki energije pri posodobitvi ogrevanja in energetski obnovi

ovoja stavbe. Dostopno na: http://gcs.gi-zrmk.si/Svetovanje/Clanki/Grobovsek/PT120.htm

[31. 3. 2016].

[21] Kompresorji Bitzer. Dostopno na:

https://www.bitzer.de/gb/en/products/Technologies/Screw-Compressors [13. 4. 2016].

[22] Tehnohlad d.o.o, Ponudba za dobavo in montažo toplotne črpalke voda/voda, 17. 3.

2016.

[23] Iztok Palir s.p., Poročilo o črpalnem preizkusu, 15. 12. 2013.

[24] Republika Slovenija, Statistični urad RS, Cene električne energije za industrijo.

Dostopno na: http://pxweb.stat.si/pxweb/Dialog/Saveshow.asp [24. 4. 2016].

[25] Grobovšek, B. Kako se ogrevate najceneje in z učinkovitim ogrevalnim sistemom.

Dostopno na: http://gcs.gi-zrmk.si/Svetovanje/Clanki/Grobovsek/PT38.htm [29. 4. 2016].

[26] Petrol d.d., Kurilno olje. Dostopno na: http://www.petrol.si/za-dom/izdelki/kurilno-

olje [29. 4. 2016].

[27] Gen-i d.o.o., Redni cenik zemeljskega plina. Dostopno na:

http://www.poceniplin.si/za-dom/cene-in-tarife/cenik/ [29. 4. 2016].

https://sites.google.com/site/obnovljivsi/slovenija-in-geotermalna-energija

https://pangea.stanford.edu/ERE/db/WGC/papers/WGC/2015/01034.pdf

http://gcs.gi-zrmk.si/Svetovanje/Publikacije.URE/URE1-12.htm

http://gcs.gi-zrmk.si/Svetovanje/Publikacije.URE/URE1-12.htm



https://www.bitzer.de/gb/en/products/Technologies/Screw-Compressors

http://pxweb.stat.si/pxweb/Dialog/Saveshow.asp


http://www.petrol.si/za-dom/izdelki/kurilno-olje

http://www.petrol.si/za-dom/izdelki/kurilno-olje

http://www.poceniplin.si/za-dom/cene-in-tarife/cenik/


48

PRILOGE

PRILOGA A: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE

ZAKLJUČNEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV


49

PRILOGA B: IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA

Documents

IZKORIŠČANJE GEOTERMALNE ENERGIJE ZA OGREVANJE - … · IV IZKORIŠČANJE GEOTERMALNE ENERGIJE ZA OGREVANJE STAVB NA OBMOČJU OBČINE POLZELA Ključne besede: geotermalna energija,