Vodovod

Segrevanje vode, s toplotno črpalko »voda/voda«

Vir toplote »voda«


Voda ni kot zrak. V okolju je povsod ni na razpolago, predvsem ne v izobilju. Vendar pa obstajajo tudi v vodi različni načini, da lahko uporabimo v vodi nabrano količino toplote.

Ogrevanje s toplotno črpalko

Sisteme s toplotno črpalko običajno izvedemo tako, da lahko z njimi hkrati ogrevamo in hladimo objekt. To je z energetskega, ekološkega in tudi ekonomskega vidika najugodnejša rešitev.

Pri ogrevanju s toplotno črpalko sonce prispeva do 75% potrebne energije, ki je shranjena v okolju. Toplotna črpalka deluje s pomočjo vode, zemlje in zraka.Toplotna črpalka potrebuje za delovanje tudi električno energijo in sicer za pogon kompresorja. To je približno 1/4 toplote za ogrevanje hiše. Preostali del toplote izvira iz toplotnega vira, na katerega je toplotna črpalka priključena. Razmerje med pridobljeno toplotno energijo in porabljeno pogonsko eneregijo je za toplotne črpalke - zrak približno 3,5; za toplotne črpalke -zemlja približno 4,0 in toplotne črpalke -voda približno 4,5.

V principu je toplotna črpalka podobna kompresorski hladilni napravi in ima tudi enake sestavne elemente: kompresor, kondenzator, dušilni ventil in uparjalnik Razlika je v tem, da hladilna naprava z uparjanjem hladilnega sredstva odvaja toploto iz prostora, to pomeni, da znižuje temperaturo, medtem, ko toplotna črpalka, s kondenzacijo delovnega sredstva, dovaja toploto v prostor. Pri tem izkoriščamo pojav, da se tekočine pri visokem tlaku uparjajo pri višji temperaturi, kot pa je temperatura uparjanja pri nižjem tlaku.

Slika 1 - Podtalnica se v zemlji segreva, temperatura je odvisna od globine in letnega časa
Slika 1 - Podtalnica se v zemlji segreva, temperatura je odvisna od globine in letnega časa

V osnovi poznamo tri izvedbe toplotnih črpalk glede na medij (okolico), ki ga hladimo in medij, ki ga ogrevamo. Tako poznamo sisteme toplotnih črpalk zrak/voda, voda/voda, zemlja/voda. Pri označevanju tipa toplotnih črpalk se na prvo mesto postavlja medij, ki ga hladimo, na drugo mesto pa medij, ki ga grejemo.

Podtalnica

Podtalnica je še posebej ekonomičen vir toplote, predvsem zaradi konstantne temperature med 8... 10 oC (glej sliko št. 1) skozi celo leto,v globini več kot 5 m. To je dejansko konstantna temperaturna raven, ki omogoča monovalentnim toplotnim črpalkam delovanje preko celotne kurilne sezone.

S toplotno črpalko "voda - voda" dosegamo visok izkoristek, oziroma visoka grelna števila konstantno, preko celega leta. Z relativno visoko temperaturo toplotnega vira je razmerje med skupno pridobljeno energijo in vloženo električno energijo najvišje. Vsi ogrevalni sistemi "voda - voda" nudijo zelo široko področje uporabe ogrevanja in ohlajevanja, skupaj s pripravo sanitarne vode. Sistem toplotne črpalke voda-voda zagotavlja največ energije po najnižji ceni.

Za pridobivanje toplote iz podtalnice potrebujemo dva vodna zajetja ali studenca. Iz enega zajetja, podtalnico črpamo in jo, preko toplotne črpalke, vodimo do drugega vodnjaka (ponorja), kjer jo ponovno vračamo pod površino zemlje (slika št. 2).

Slika 2 - Shema vodnega zajetja za delovanje toplotne črpalke voda/voda ali voda/zrak
Slika 2 - Shema vodnega zajetja za delovanje toplotne črpalke voda/voda ali voda/zrak
  1. Presek studenca
  2. Prerez dna studenca
  3. Prerez cevi za filter
  4. Nasuti pesek okoli filtra
  5. Glinena zavora
  6. Nastavna cev za filter
  7. Odvodna cev
  1. Priključna glava
  2. Odprtina za dovod kabla
  3. Jašek studenca
  4. Dovodna in odvodna instalacija
  5. Zaporni ventil
  6. Prazna cev
  7. Potopna črpalka
  1. Rezervna črpalka
  2. Prazna cev
  3. Manometer
  4. Izpust za vodo
  5. Merilnik temperature
  6. Varovalo pretoka

V peščenih tleh  ali pri zelo globoki podtalnici lahko izvedemo tudi zemeljske vrtine - sonde.

Uporaba podtalnice je primerna, če se, na zemljišču, kjer stoji zgradba za ogrevanje, podtalnica ne nahaja globlje od 20....25 m. Pomembno je,  da je voda na razpolago v zadostnih količinah in, da je struktura tal primerna. Posebno pozornost je pri vsem tem potrebno nameniti temu, da je vode zadosti tudi v sušnem obdobju. Za enodružinsko hišo s toplotnimi potrebami med 12....15 kW, potrebujemo toplotno črpalko z močjo okoli 2,5 m3/h. Seveda pa si je potrebno pred uporabo podtalnice pridobiti, od pristojnega organa, dovoljenje za njeno uporabo. Da ugotovimo, če količina vode ustreza vsem zahtevam, je priporočljivo predhodno izvesti meritve z preizkusno vrtino.

Drugi in ključni dejavnik za odločitev uporabe podtalnice je vsekakor kvaliteta vode. Potrebna je analiza vode, ki nam da informacijo o tem, kateri materiali so najprimernejši za izdelavo uparjalnika toplotne črpalke. Razen tega se, s pomočjo prisotnega železa in mangana oceni, če obstaja nevarnost za vodo v črpalnem vodnjaku.

Na podlagi vseh potrebnih raziskav in analiz se pričakuje dovoljenje od pristojne institucije za uporabo podtalnice, za izrabo toplote. Izvedbo vrtine in vodnjaka lahko izvede samo za to pristojno podjetje.

Slika 2 prikazuje strukturo upravičenosti za izgradnjo vodnjaka. Za izvedbo vseh vrtin in cevovodov se morajo uporabljati izključno le nerjaveči materiali.

Preglednica št. 1: Toplotna moč toplotne črpalke v kW
Preglednica št. 1: Toplotna moč toplotne črpalke v kW

Pri uporabi podtalnih voda, v glavnem, uporabljamo potopne črpalke. Za uporabo do maksimalne globine 6 m lahko uporabimo tudi centrifugalno črpalko , ki jo vgradimo nad površino zemlje. Potrebno dimenzijo črpalke izračunamo, glede na velikost toplotne črpalke in količino volumskega pretoka vode. Za približni, oziroma grobi izračun se lahko poslužimo podatkov v preglednici št. 1. Pri tem lahko pride do povprečne ohladitve podtalne vode za približno 4....5 K. Določanje črpalne višine je odvisno od tlačnih izgub toplotne črpalke, cevne instalacije, od vgrajenih armatur, kakor tudi od višinskega razmerja, med nivojem podtalnice in nivojem kondenzatorja v toplotni črpalki.

Hidravlična povezava med lego vodnjaka za toplotno črpalko - voda/voda je prikazana na sliki št. 3.  K temu je nujno dodati, da je potrebno v črpalnem jašku namestiti povratni ventil, da se prepreči delovanje črpalke, ko je cev prazna. Za zajetje večjih delov umazanije se vgradi vodni filter. Vodnjak moramo, na primer, pred zagonom predhodno dobro očistiti in sprati. Da to lahko izvedemo je potrebno vgraditi kratko cevno povezavo (bypass), z odgovarjajočimi zapornimi organi in potrebnimi preseki. Poleg tega je priporočljiva še vgradnja varovala za količino pretoka, da se v primeru prenizkega vodnega pretoka ali prevelikega onesnaženja vode, črpalka izključi in prepreči zamašitev filtra. S tem lahko preprečimo poškodbo pretočne črpalke, kakor tudi zamrznitev uparjalnika v toplotni črpalki. Poleg vsega navedenega je priporočljiva tudi vgradnja vodnega števca.

Slika 3 - Povezava podtalnice s toplotno črpalko za ogrevanje »voda/voda«
Slika 3 - Povezava podtalnice s toplotno črpalko za ogrevanje »voda/voda«

Legenda k sliki št. 3

  1  Voda / voda, toplotna črpalka
  2  Fleksibilni priključki
  3  Zaporni organ
  4  Prezračevalnik
  5  Potopna črpalka
  6  Povratni ventil
  7  Filter
  8  Kratka vezava z zapornim organom
  9  Priključek za jemanje vzorca vode
10  Predtok in povratek ogrevalnega sistema

Površinske vode

Za izraz površinske vode smatramo stoječo in pretočno vodo, ki se nahaja na površini zemlje. Površinska voda, kot toplotni vir ni tako zanimiva za izkoriščanje, kot podzemna, saj se njena temperatura spreminja v odvisnosti od temperature zraka v okolju. Med stoječo vodo prištevamo ribnike in jezera, med pretočne pa potoke in reke. Površinske vode so zelo dober toplotni hranilnik, vendar so izpostavljene večjim sezonskim temperaturnim nihanjem. Tudi v normalnih zimskih mesecih lahko, v večini primerov pade temperatura vode na površini pod +7....+5 °C, kar povzroča nevarnost zaledenitve uparjalnika toplotne črpalke. Zato je v takšnih primerih priporočljiva vgradnja bivalentne toplotne črpalke.

Pogoji za odvzem toplote v površinskih vodah so približno enaki kot za uporabo podtalnice.

Priporoča se:

  • da se nahaja toplotni hranilnik vode čim bližje zgradbi, ki jo želimo ogrevati
  • da ima vodni zbiralnik zadostno količino vode, ki odgovarja zahtevanim potrebam ogrevanja s toplotno črpalko
  • da je voda primerne kakovosti
  • kvaliteta vode mora ustrezati zahtevanim uredbam

Pri odvzemih pretočne vode moramo vgraditi umirjevalni bazen, oziroma korito. V vodi nahajajoče se delci umazanije in usedlin se tukaj lahko deponirajo na dno korita. Načeloma, pa je potrebno kasneje poskrbeti, da, z določenimi časovnimi intervali in s pomočjo odgovarjajočega filtra, ki ga vgradimo v cevno instalacijo,  vodo očistimo vseh nečistoč. Pri odvzemih vode, kjer je prisotna velika stopnja umazanije, je najprimernejša uporaba toplotnega menjalnika ali vgradnja večjega števila cevi. Pri slednjem zapisanem primeru bo, potem odvzeta toplota, preko vmesnega preklopnika, napolnjenega s slanico, dovedena do toplotne črpalke. Materiali za izvedbo cevne instalacije in priklop toplotne črpalke se izberejo glede na kvaliteto vode, ki jo bomo uporabljali v ta namen.



Knjiga Ogrevanje


Knjiga »Ogrevanje – vse za ogrevalno tehniko«, ki jo smo jo izdali meseca julija 2013, ne zagotavlja samo znanja o tehniki, zamenjuje tudi številne in že do zdaj uveljavljena mnenja strokovnjakov. Moja želja je , da se s pomočjo kakovostne strokovne knjige, kateri bodo sledile še knjige, kjer bodo opisani sodobni načini o prezračevanju, kakovostni gradnji objektov kot je ničelna energijska hiša ter izvajanje vodovodnih instalacij.

Naročite svoj izvod knjige Ogrevanje