Niskotemperaturni geotermalni izvori topline

Gojko Šimunović, dipl.ing.stroj.Valentin Burek, univ.bacc.ing.mech.

Sadržaj1. Klasifikacija i vrsta obnovljivih izvora2. Eksergija vode i tla3. Voda kao izvor topline za dizalice topline4. Mogućnosti primjene niskotemperaturnih sustava grijanja i visokotemperaturnih sustava hlađenja

Sadržaj1. Klasifikacija i vrsta obnovljivih izvora2. Eksergija vode i tla

3. Voda kao izvor topline za dizalice topline

4. Mogućnosti primjene niskotemperaturnih sustava grijanja i visokotemperaturnih sustava hlađenja

3

Klasifikacija obnovljivih izvora

+ Dostupnost gotovo svugdje

- Niska iskoristivost zbog velike varijacije u temperaturama

- Veći iznos investicije

+ Velika iskoristivost zbog konstantnosti temperature

voda

zemlja

zrak

iskoristivost

dostupnost

sunce

4

- Biomasa (biogorivo, bioplin) - Hidroenergija [HE];- Solarna fotonaponska energija [PV];- Solarna toplinska energija [ST];- Energija vjetra [W];- Geotermalna energija [GT];- Energija mora (plima i oseka, valovi i morske struje) [M]

- Eksergija vode i tla- [Energija iz otpada]

[B];

Vrste obnovljivih izvora energije

Sadržaj1. Klasifikacija i vrsta obnovljivih izvora

2. Eksergija vode i tla

3. Voda kao izvor topline za dizalice topline

4. Mogućnosti primjene niskotemperaturnih sustava grijanja i visokotemperaturnih sustava hlađenja

6

– Geotermalne dizalice topline uređaji su koji kao toplinski izvor koriste eksergiju tla i vode, dok zračne dizalice topline koriste zrak kao izvor topline

– Eksergija tla raste s povećanjem dubine bušotina za ugradnju vertikalnihgeotermalnih izmjenivača

– Eksergija tla na manjim dubinama (1-2 m) varira ovisno o godišnjim dobima

– Korištenje energije podzemnih voda za grijanje i hlađenje bazirano je na relativno konstantnoj temperaturi tijekom cijele godine (najizdašniji i najeftiniji izvor toplinske i rashladne energije)

Eksergija vode i tla

7

Izvori topline i načini korištenja

Vertikalni izmjenjivač

(sonda)

Površinski kolektor (cijevni)

Površinski kolektor

(kapilarni )

Crpni i upojni bunar

8

9

Presjek profila bušenja

10

Kerestinec:geotermalna dizalica topline s površinskim cijevnim kolektorskim poljem

- Niskoenergetska “Marles” kuća- Dizalica topline geoTHERM exclusiv VWS 103/2- Toplinski izvor: površinski cijevni kolektor

11

Zagreb,Gornji Bukovac:dizalica topline s vertikalnim izmjenjivačima topline (geotermalne sonde)

- Dizalica topline geoTHERM VWS 171/2- Multifunkcionalni spremnik za grijanje i PTV allSTOR VPA 1500

- Toplinski izvor: vertikalni izmjenjivači topline(geotermalna sonda: 3x100m)

12

Zagreb – Šestine:geotermalna dizalica topline (tlo-voda) kombinirana solarnim toplovodnim kolektorima

- Dizalica topline geoTHERM VWS 300/2- Solarni kolektori VFK 145 V (Pa=2,35 m2) – 7 komada- Multifunkcionalni spremnik za grijanje i PTV allSTOR VPA 1500

- Toplinski izvor: vertikalni izmjenjivači topline(geotermalna sonda- 5x100m)

13

Karlovac, Odeta: geotermalna dizalica topline (voda-voda) kombinirana solarnim toplovodnim kolektorima

- Dizalica topline geoTHERM VWS 300/2- Solarni kolektori VFK 145 V (Pa=2,35 m2)–6 kom- Multifunkcionalni spremnik za grijanje i PTV allSTOR VPS 2000/2- Toplinski izvor: podzemna voda (crpni i upojni bunar)

Sadržaj1. Klasifikacija i vrsta obnovljivih izvora

2. Eksergija vode i tla

3. Voda kao izvor topline za dizalice topline

4. Mogućnosti primjene niskotemperaturnih sustava grijanja i visokotemperaturnih sustava hlađenja

15

Korištenje dizalica topline s podzemnom vodom kao izvorom toplinePrednosti vode kao izvora topline

- Voda je najizdašniji izvor toplinske i rashladne energije- Najeftiniji izvor toplinske i rashladne energije- Relativno konstantna temperatura tijeko cijele godine

Nedostaci vode kao izvora topline- Kemijska uvjetovanost vode- Izdašnost izvora- Nije dostupna na svim područjima- U slučaju korištenja morske vode skuplji sustav ( međuizmjenjivači moraju biti izrađeni od titana )- Potrebna detaljna geološka ispitivanja podzemnih voda- U slučaju korištenja površinskih voda problematika prljavih voda- Kompleksna izvedba sustava crpnog i upojnog bunara

Crpni i upojni bunar

16

Dizalica topline s bunarima kao izvorom topline – sustav s rastavljivim međuizmjenjivačem topline

Legenda1 Zaporni ventil2 Prikaz temperature3 Prikaz tlaka4 Kompenzacijska posuda sa rasolinom sa sigurnosnim

ventilom5 Međuizmjenjivač topline primarnog kruga između

bunara i toplinske crpke6 Crpni bunar7 Upojni bunar8 Pokrov sa odzračivaćem9 Transportna cijev10 Cijev je potrebno kompaktnu i zaštičenu od korozije

uvesti pod vodu11 Podvodna crpka12 Filtrirajuća cijev13 Filtrirajuća cijev

17

Primjena dizalica topline u industriji

‒ Povrat investicije puno je kraći nego u stanogradnji s obzirom da su izdašnosti izvora topline veći i duže je vrijeme rada dizalice topline

‒ Zbog specifičnosti svakog pojedinog proizvodnog procesa, primjena dizalica topline u industriji zahtjeva specifično tehnološko rješenje za svaki pojedini projekt

‒ Visok nivo odgovornosti za ispravno funkcioniranje sustava zbog mogućih velikih šteta u slučaju zastoja u proizvodnji

Projekt “Ribnjaci – Kaniška Iva”

18

Projektni zadatak i rješenje sa sustavom geoTHERM

Ribogojilište jegulja -zatečeno stanje

‒ Montažni objekt sa 17 velikih bazena promjera 6 m i visine 1 m te 6 malih bazena promjera 2 m i visine 1 m

‒ Potreba za konstantnim dovođenjem 7-10 m3/h svježe vode temperature 22° C – gubici topline preko 100 kW

‒ Kotao na loživo ulje snage 130 kW; vrtoglavi rast cijena sirove nafte na tržištu uzrokovao je velike ekonomske probleme i opterećivao proces proizvodnje budući da je loživo ulje bilo glavni energent za zagrijavanje bazenske vode

Rješenje ‒ Korištenje temperature otpadne vode tehnološkog procesa kao izvora topline pomoću Vaillant geoTHERM dizalice topline VWS 460/2 (46 kW)

Projektni zadatak ‒ Smanjiti troškove energije u proizvodnom procesu uz gornji limit investicije od maks. 200.000 KN i vrijeme povrata do 2 godine

Ribogojilište jegulja -zatečeno stanje

‒ Montažni objekt sa 17 velikih bazena promjera 6 m i visine 1 m te 6 malih bazena promjera 2 m i visine 1 m

‒ Potreba za konstantnim dovođenjem 7-10 m3/h svježe vode temperature 22° C – gubici topline preko 100 kW

‒ Kotao na loživo ulje snage 130 kW; vrtoglavi rast cijena sirove nafte na tržištu uzrokovao je velike ekonomske probleme i opterećivao proces proizvodnje budući da je loživo ulje bilo glavni energent za zagrijavanje bazenske vode

Ribogojilište jegulja -zatečeno stanje

‒ Montažni objekt sa 17 velikih bazena promjera 6 m i visine 1 m te 6 malih bazena promjera 2 m i visine 1 m

‒ Potreba za konstantnim dovođenjem 7-10 m3/h svježe vode temperature 22° C – gubici topline preko 100 kW

‒ Kotao na loživo ulje snage 130 kW; vrtoglavi rast cijena sirove nafte na tržištu uzrokovao je velike ekonomske probleme i opterećivao proces proizvodnje budući da je loživo ulje bilo glavni energent za zagrijavanje bazenske vode

Ribogojilište jegulja -zatečeno stanje

‒ Montažni objekt sa 17 velikih bazena promjera 6 m i visine 1 m te 6 malih bazena promjera 2 m i visine 1 m

‒ Potreba za konstantnim dovođenjem 7-10 m3/h svježe vode temperature 22° C – gubici topline preko 100 kW

‒ Kotao na loživo ulje snage 130 kW; vrtoglavi rast cijena sirove nafte na tržištu uzrokovao je velike ekonomske probleme i opterećivao proces proizvodnje budući da je loživo ulje bilo glavni energent za zagrijavanje bazenske vode

Ribogojilište jegulja -zatečeno stanje

Projektni zadatak

‒ Montažni objekt sa 17 velikih bazena promjera 6 m i visine 1 m te 6 malih bazena promjera 2 m i visine 1 m

‒ Potreba za konstantnim dovođenjem 7-10 m3/h svježe vode temperature 22° C – gubici topline preko 100 kW

‒ Kotao na loživo ulje snage 130 kW; vrtoglavi rast cijena sirove nafte na tržištu uzrokovao je velike ekonomske probleme i opterećivao proces proizvodnje budući da je loživo ulje bilo glavni energent za zagrijavanje bazenske vode

Ribogojilište jegulja -zatečeno stanje

‒ Smanjiti troškove energije u proizvodnom procesu uz gornji limit investicije od maks. 200.000 KN i vrijeme povrata do 2 godine

Projektni zadatak

‒ Montažni objekt sa 17 velikih bazena promjera 6 m i visine 1 m te 6 malih bazena promjera 2 m i visine 1 m

‒ Potreba za konstantnim dovođenjem 7-10 m3/h svježe vode temperature 22° C – gubici topline preko 100 kW

‒ Kotao na loživo ulje snage 130 kW; vrtoglavi rast cijena sirove nafte na tržištu uzrokovao je velike ekonomske probleme i opterećivao proces proizvodnje budući da je loživo ulje bilo glavni energent za zagrijavanje bazenske vode

Ribogojilište jegulja -zatečeno stanje

‒ Smanjiti troškove energije u proizvodnom procesu uz gornji limit investicije od maks. 200.000 KN i vrijeme povrata do 2 godine

Projektni zadatak

‒ Montažni objekt sa 17 velikih bazena promjera 6 m i visine 1 m te 6 malih bazena promjera 2 m i visine 1 m

‒ Potreba za konstantnim dovođenjem 7-10 m3/h svježe vode temperature 22° C – gubici topline preko 100 kW

‒ Kotao na loživo ulje snage 130 kW; vrtoglavi rast cijena sirove nafte na tržištu uzrokovao je velike ekonomske probleme i opterećivao proces proizvodnje budući da je loživo ulje bilo glavni energent za zagrijavanje bazenske vode

Ribogojilište jegulja -zatečeno stanje

‒ Korištenje temperature otpadne vode tehnološkog procesa kao izvora topline pomoću Vaillant geoTHERM dizalice topline VWS 460/2 (46 kW)

‒ Smanjiti troškove energije u proizvodnom procesu uz gornji limit investicije od maks. 200.000 KN i vrijeme povrata do 2 godine

Projektni zadatak

‒ Montažni objekt sa 17 velikih bazena promjera 6 m i visine 1 m te 6 malih bazena promjera 2 m i visine 1 m

‒ Potreba za konstantnim dovođenjem 7-10 m3/h svježe vode temperature 22° C – gubici topline preko 100 kW

‒ Kotao na loživo ulje snage 130 kW; vrtoglavi rast cijena sirove nafte na tržištu uzrokovao je velike ekonomske probleme i opterećivao proces proizvodnje budući da je loživo ulje bilo glavni energent za zagrijavanje bazenske vode

Ribogojilište jegulja -zatečeno stanje

Rješenje ‒ Korištenje temperature otpadne vode tehnološkog procesa kao izvora topline pomoću Vaillant geoTHERM dizalice topline VWS 460/2 (46 kW)

‒ Smanjiti troškove energije u proizvodnom procesu uz gornji limit investicije od maks. 200.000 KN i vrijeme povrata do 2 godine

Projektni zadatak

‒ Montažni objekt sa 17 velikih bazena promjera 6 m i visine 1 m te 6 malih bazena promjera 2 m i visine 1 m

‒ Potreba za konstantnim dovođenjem 7-10 m3/h svježe vode temperature 22° C – gubici topline preko 100 kW

‒ Kotao na loživo ulje snage 130 kW; vrtoglavi rast cijena sirove nafte na tržištu uzrokovao je velike ekonomske probleme i opterećivao proces proizvodnje budući da je loživo ulje bilo glavni energent za zagrijavanje bazenske vode

Ribogojilište jegulja -zatečeno stanje

19

Primjena geotermalne dizalice topline tehnološka otpadna voda – voda

‒ Faza projektiranja trajala je četiri tjedna i u potpunosti je riješena od strane Vaillantovih stručnjaka

‒ Zbog relativno visoke temperature otpadne vode (22° - 24° C), visok stupanj onečišćenja i visoku agresivnost vode odlučili smo se za konstrukciju specijalnih spiralnih PE izmjenjivača

‒ Medij kojim je ispunjen kolektorski krug je 30% otopina 1,2 propilen glikola

‒ Svi proračuni kolektorskog polja u kasnijoj eksploataciji pokazali su se potpuno točnim

Projektiranje sustava

20

‒ Dizalica topline puštena je u pogon Travanj 2008. godine

‒ Primjenom sustava daljinskog upravljanja vrnetDIALOG dizalica topline pod stalnim je nadzorom stručnjaka Vaillant tehničkog odjela

‒ Rekordan prinos toplinske energije iz otpadne vode zabilježen je u 11. mjesecu i iznosio je 36.021 kWh

‒ Godišnji prinos kreće se na nivou od 200.000 – 250.000 kWh

‒ Prosječan godišnji COP iznosi približno 6,5‒ Godišnje smanjenje emisije CO2 od 136 tona‒ Ukupna ušteda toplinske energije u odnosu na

prethodni sustav iznosi preko 400.000 kWh (35.000 litara loživog ulja)

Povrat investicije kroz 14 mjeseci

Primjena geotermalne dizalice topline tehnološka otpadna voda – voda

21

Rekuperacija tehnološke vode

‒ Specijalno projektirani slobodno protočni pločasti izmjenjivač topline

‒ Kapacitet izmjenjivača iznosi 80 kW‒ Automatski sustav kontrole onečisćenosti

izmjenjivača‒ Godišnji prinos izmjenjivača oko 250 000 kWh

Planiranje budućih sustava

‒ Rekuperacija zraka – ugradnja zračnog rekuperatora zraka

‒ Fotonaponski sustav za proizvodnju električne energije

‒ Krajnji cilj: Energetski neovisan objekt

22

Primjena dizalica topline u poslovnim objektima

‒ Lokacija objekta Rugvica – Dugo Selo

‒ Zgrada se sastoji od tri zasebne cijeline:

- proizvodno skladišni prostor

- uredski prostor- edukacijski prostor

- Korisna površina obijekta: 2200 m2

Projekt “Poslovno skladišna zgrada – Wavin”

23

Projektni zadatak i rješenje sa sustavom geoTHERM

Poslovno skladišna zgradaWavin zatečeno stanje

‒ Niskoenergetski montažni objekt sa neto korisnom površinom 2200 m2

‒ Ukupna grijana površina (uredi i školski centar) iznosi 550 m2

‒ Zatečeno stanje: kondenzacijski plinski kotao 46 kW‒ Površinski sustav stropnog grijanja i hlađenja

Rješenje‒ Ugradnja geotermalne dizalice Vaillant geoTHERM VWS 171/2‒ Međuspremnikom ogrijevne vode VPS 750 ‒ Pločastim međuizmjenjivačem topline čija je svrha zaštita isparivača

dizalice i mogučnost ostvarenja sustava pasivnog hlađenja

Projektni zadatak‒ Projektiranje sustava grijanja i hlađenja s geotermalnom dizalicom topline

voda - voda ‒ Cilj: smanjenje utroška primarne energije (plin), smanjenje emisije

stakleničkih plinova (CO2) i povećavanje efikasnosti sustava

24

Primjena geotermalne dizalica topline voda – voda (podzemna slatka voda)

‒ Projektni zadatak riješen je u suradnji s tvrtkama Eksperterm i Wavin

‒ Zbog bogatstva podzemnih voda u ovom području odlučili smo se na korištenje ovog najizdašnijeg toplinsko –rashladnog izvora

‒ Međuizmjenjivač podzemne vode projektiran je u svrhu ostvarenja pasivnog sustava hlađenja

25

‒ Dizalica topline puštena je u pogon Studeni 2008. godine

‒ Primjenom sustava daljinskog upravljanja vrnetDIALOG dizalica topline pod stalnim je nadzorom stručnjaka Vaillant tehničkog odjela

‒ Kontinuirani toplinski učinak dizalice topline 28 kW

‒ Rashladni učinak pasivnog hlađenja 30 kW

‒ COP grijanja 5,5‒ EER u hlađenju 25-30

Primjena geotermalne dizalica topline voda – voda (podzemna slatka voda)

26

Projekt “Novi Vinodolski”

– Lokacija obijekta Novi Vinodolski

– Niskoenergetski stambeni obijekt

– Korisna površina obijekta: 260 m2

Primjena geotermalne dizalice topline voda - voda (morska voda)

27

Projektni zadatak i rješenje sa sustavom geoTHERM

Niskoenergetski stambeni objektzatečeno stanje

‒ Niskoenergetski troetažni stambeni objekt‒ Ukupno grijana i hlađena površina stambenog objekta 260 m2

‒ Sustav niskotemperaturnog podnog grijanja

‒ Geotermalne dizalice topline geoTHERM VWS 101/2‒ Međuspremnik VPS 500 i spremnik PTV-a geoSTOR VIH RW 300‒ Međuizmjenjivač za morsku vodu (titan)‒ Potopna bunarska pumpa otporna na morsku vodu‒ Ventilokonvektorski sustav hlađenja ‒ Niskotemperaturni sustav podnog grijanja

Projektni zadatak‒ Projektiranje sustava grijanja, hlađenja i PTV-a s geotermalnom dizalicom

topline ‒ Izvor toplinske i rashladne energije: morska voda (sustav crpnog i

upojnog bunara)

Rješenje

28

Primjena geotermalne dizalice topline voda - voda (morska voda)

‒ Izbor morske vode kao toplinskog izvora za geotermalnu dizalicu topline zbog same blizine mora

‒ Temperatura podzemne morske vode prosječne temperature 13 °C osigurala je nužne uvijete za primjenu ventilokonvektorskog pasivnog hlađenja

‒ Cijelokupni sustav grijanja i hlađenja u potpunosti je automatiziran

29

‒ Dizalica topline puštena je u pogon Srpanj 2007. godine

‒ Primjenom sustava daljinskog upravljanja vrnetDIALOG dizalica topline pod stalnim je nadzorom stručnjaka Vaillant tehničkog odjela

‒ COP u grijanju 5,5‒ EER u pasivnom hlađenju 25 – 30‒ Geotermalnom dizalicom topline voda –

voda (morska vod) u potpunosti je potvrdio očekivanja u pogledu efikasnosti i funkcionalnosti cijelokupnog sustava grijanja i hlađenja

‒ Ukupne potrebe za grijanjem, hlađenjem i pripremom PTV-a ostvarene su bez dodatnog uređaja za dogrijavanje

Primjena geotermalne dizalice topline voda - voda (morska voda)

30

Projekt “Višestambena zgrada, Pazdigradska ulica, Split”

Primjena geotermalne dizalice topline voda - voda (morska voda)

– Lokacija objekta Pazdigradska, Split

– Niskoenergetski višestambeni objekt

– Korisna (grijana) površina objekta: 520 m2

31

Projektni zadatak i rješenje sa sustavom geoTHERM

Niskoenergetski višestambeni objektzatečeno stanje

‒ Niskoenergetski višestambeni objekt‒ Ukupno grijana i hlađena površina stambenog objekta 520 m2

‒ Sustav niskotemperaturnog podnog grijanja i ventilokonvektorskog hlađenja

Rješenje

‒ Geotermalne dizalice topline geoTHERM VWS 171/2‒ Međuspremnik VPS 500 i spremnik PTV-a, 2 x geoSTOR VIH RW 300‒ Međuizmjenjivač za morsku vodu (titan)‒ Potopna bunarska pumpa otporna na morsku vodu‒ Ventilokonvektorski sustav grijanja i hlađenja (pasivno hlađenja) ‒ Niskotemperaturni sustav podnog grijanja‒ Inteligentni sustav regulacije

Projektni zadatak‒ Projektiranje sustava grijanja, hlađenja i PTV-a s geotermalnom dizalicom

topline ‒ Izvor toplinske i rashladne energije: morska voda (sustav crpnog i

upojnog bunara)

32

‒ Izbor morske vode kao toplinskog izvora za geotermalnu dizalicu topline zbog same blizine mora

‒ Temperatura podzemne morske vode prosječne temperature 13 ° C osigurala je nužne uvijete za primjenu ventilokonvektorskog pasivnog i aktivnog hlađenja

‒ Cijelokupni sustav grijanja i hlađenja u potpunosti je automatiziran

Primjena geotermalne dizalice topline voda - voda (morska voda)

33

‒ Dizalica topline puštena je u pogon Rujan 2008. godine

‒ Primjenom sustava daljinskog upravljanja vrnetDIALOG dizalica topline pod stalnim je nadzorom stručnjaka Vaillant tehničkog odjela

‒ COP u grijanju 5,5‒ EER u pasivnom hlađenju 25 – 30‒ Geotermalnom dizalicom topline voda –

voda (morska vod) u potpunosti je potvrdio očekivanja u pogledu efikasnosti i funkcionalnosti cijelokupnog sustava grijanja i hlađenja

‒ Ukupne potrebe za grijanjem, hlađenjem i pripremom PTV-a ostvarene su bez dodatnog uređaja za dogrijavanje

Primjena geotermalne dizalice topline voda - voda (morska voda)

34

35

36

Sadržaj1. Klasifikacija i vrsta obnovljivih izvora

2. Eksergija vode i tla

3. Voda kao izvor topline za dizalice topline

4. Mogućnosti primjene niskotemperaturnih sustava grijanja i visokotemperaturnih (pasivnih) sustava hlađenja

38

Podjela niskotemperaturnih sustava grijanja prema uvjetima montaže

Mala temperaturna razlika između medija za grijanje/hlađenje i temperature stropova, zidova i podova preduvjet su za maksimalno iskorištavanje prirodnnih, alternativnih izvora energije u največoj mogučoj mjeri.

Dijelovi građevine s velikom površinom i masom su betonski stropovi, zidovi i gotovi betonski konstrukcijski djelovi.

Prema tipu ugradnje razlikujemo:– Suha ugradnja:

Montaža tvorničkih gotovih elemenata u spušteni strop, na zid i u podPodručje primjene: kod izvedenih građevinskih objekata (rekonstrukcija postoječih sustava grijanja)

– Mokra ugradnja:Područje primjene: novogradnja

- a) podžbukne toplinsko rashladne mreže - b) temperaturno aktiviranje betonske jezgre- c) specijalna primjena (prilazne ceste, trgovi, parkirališta, travnjaci

sportskih terena…)

39

Suha ugradnja

40

a) podžbukne toplinsko rashladne mreže

41

b) temperaturno aktiviranje betonske jezgre– Posve pojednostavljeno, pojam toplinskog aktiviranja betonske jezgre možemo razumjeti

kao plansko korištenje velike površine građevinskih elemenata i njihove mase u toplinske svrhe u smislu grijanja i hlađenja

42

c) specijalna primjena (prilazne ceste, trgovi, parkirališta, travnjaka sportskih terena…)

43

c) specijalna primjena (prilazne ceste, trgovi, parkirališta, travnjaka sportskih terena…)

44

Hvala na pozornosti !