Voda ni kot zrak. V okolju je povsod ni na razpolago, predvsem ne v izobilju. Vendar pa obstajajo tudi v vodi različni načini, da lahko uporabimo v vodi nabrano količino toplote.
Ogrevanje s toplotno črpalko
Sisteme s toplotno črpalko običajno 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 črpalko sonce prispeva do 75% potrebne energije, ki je shranjena v okolju. Toplotna črpalka deluje s pomočjo vode, zemlje in zraka.Toplotna črpalka potrebuje za delovanje tudi električno 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 črpalka priključena. Razmerje med pridobljeno toplotno energijo in porabljeno pogonsko eneregijo je za toplotne črpalke - zrak približno 3,5; za toplotne črpalke -zemlja približno 4,0 in toplotne črpalke -voda približno 4,5.
V principu je toplotna črpalka 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 črpalka, s kondenzacijo delovnega sredstva, dovaja toploto v prostor. Pri tem izkoriščamo pojav, da se tekočine pri visokem tlaku uparjajo pri višji temperaturi, kot pa je temperatura uparjanja pri nižjem tlaku.
V osnovi poznamo tri izvedbe toplotnih črpalk glede na medij (okolico), ki ga hladimo in medij, ki ga ogrevamo. Tako poznamo sisteme toplotnih črpalk zrak/voda, voda/voda, zemlja/voda. Pri označevanju tipa toplotnih črpalk se na prvo mesto postavlja medij, ki ga hladimo, na drugo mesto pa medij, ki ga grejemo.
Podtalnica
Podtalnica je še posebej ekonomičen 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 omogoča monovalentnim toplotnim črpalkam delovanje preko celotne kurilne sezone.
S toplotno črpalko "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 električno energijo najvišje. Vsi ogrevalni sistemi "voda - voda" nudijo zelo široko področje uporabe ogrevanja in ohlajevanja, skupaj s pripravo sanitarne vode. Sistem toplotne črpalke voda-voda zagotavlja največ energije po najnižji ceni.
Za pridobivanje toplote iz podtalnice potrebujemo dva vodna zajetja ali studenca. Iz enega zajetja, podtalnico črpamo in jo, preko toplotne črpalke, vodimo do drugega vodnjaka (ponorja), kjer jo ponovno vračamo pod površino zemlje (slika št. 2).
|
|
|
V peščenih tleh ali pri zelo globoki podtalnici lahko izvedemo tudi zemeljske vrtine - sonde.
Uporaba podtalnice je primerna, če se, na zemljišču, kjer stoji zgradba za ogrevanje, podtalnica ne nahaja globlje od 20....25 m. Pomembno je, da je voda na razpolago v zadostnih količinah 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 črpalko z močjo okoli 2,5 m3/h. Seveda pa si je potrebno pred uporabo podtalnice pridobiti, od pristojnega organa, dovoljenje za njeno uporabo. Da ugotovimo, če količina vode ustreza vsem zahtevam, je priporočljivo predhodno izvesti meritve z preizkusno vrtino.
Drugi in ključni dejavnik za odločitev uporabe podtalnice je vsekakor kvaliteta vode. Potrebna je analiza vode, ki nam da informacijo o tem, kateri materiali so najprimernejši za izdelavo uparjalnika toplotne črpalke. Razen tega se, s pomočjo prisotnega železa in mangana oceni, če obstaja nevarnost za vodo v črpalnem vodnjaku.
Na podlagi vseh potrebnih raziskav in analiz se pričakuje 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 upravičenosti za izgradnjo vodnjaka. Za izvedbo vseh vrtin in cevovodov se morajo uporabljati izključno le nerjaveči materiali.
Pri uporabi podtalnih voda, v glavnem, uporabljamo potopne črpalke. Za uporabo do maksimalne globine 6 m lahko uporabimo tudi centrifugalno črpalko , ki jo vgradimo nad površino zemlje. Potrebno dimenzijo črpalke izračunamo, glede na velikost toplotne črpalke in količino volumskega pretoka vode. Za približni, oziroma grobi izračun se lahko poslužimo podatkov v preglednici št. 1. Pri tem lahko pride do povprečne ohladitve podtalne vode za približno 4....5 K. Določanje črpalne višine je odvisno od tlačnih izgub toplotne črpalke, cevne instalacije, od vgrajenih armatur, kakor tudi od višinskega razmerja, med nivojem podtalnice in nivojem kondenzatorja v toplotni črpalki.
Hidravlična povezava med lego vodnjaka za toplotno črpalko - voda/voda je prikazana na sliki št. 3. K temu je nujno dodati, da je potrebno v črpalnem jašku namestiti povratni ventil, da se prepreči delovanje črpalke, ko je cev prazna. Za zajetje večjih delov umazanije se vgradi vodni filter. Vodnjak moramo, na primer, pred zagonom predhodno dobro očistiti in sprati. Da to lahko izvedemo je potrebno vgraditi kratko cevno povezavo (bypass), z odgovarjajočimi zapornimi organi in potrebnimi preseki. Poleg tega je priporočljiva še vgradnja varovala za količino pretoka, da se v primeru prenizkega vodnega pretoka ali prevelikega onesnaženja vode, črpalka izključi in prepreči zamašitev filtra. S tem lahko preprečimo poškodbo pretočne črpalke, kakor tudi zamrznitev uparjalnika v toplotni črpalki. Poleg vsega navedenega je priporočljiva tudi vgradnja vodnega števca.
|
Legenda k sliki št. 3 |
|
1 Voda / voda, toplotna črpalka |
Površinske vode
Za izraz površinske vode smatramo stoječo in pretočno vodo, ki se nahaja na površini zemlje. Površinska voda, kot toplotni vir ni tako zanimiva za izkoriščanje, kot podzemna, saj se njena temperatura spreminja v odvisnosti od temperature zraka v okolju. Med stoječo vodo prištevamo ribnike in jezera, med pretočne pa potoke in reke. Površinske vode so zelo dober toplotni hranilnik, vendar so izpostavljene večjim sezonskim temperaturnim nihanjem. Tudi v normalnih zimskih mesecih lahko, v večini primerov pade temperatura vode na površini pod +7....+5 °C, kar povzroča nevarnost zaledenitve uparjalnika toplotne črpalke. Zato je v takšnih primerih priporočljiva vgradnja bivalentne toplotne črpalke.
Pogoji za odvzem toplote v površinskih vodah so približno enaki kot za uporabo podtalnice.
Priporoča se:
- da se nahaja toplotni hranilnik vode čim bližje zgradbi, ki jo želimo ogrevati
- da ima vodni zbiralnik zadostno količino vode, ki odgovarja zahtevanim potrebam ogrevanja s toplotno črpalko
- da je voda primerne kakovosti
- kvaliteta vode mora ustrezati zahtevanim uredbam
Pri odvzemih pretočne vode moramo vgraditi umirjevalni bazen, oziroma korito. V vodi nahajajoče se delci umazanije in usedlin se tukaj lahko deponirajo na dno korita. Načeloma, pa je potrebno kasneje poskrbeti, da, z določenimi časovnimi intervali in s pomočjo odgovarjajočega filtra, ki ga vgradimo v cevno instalacijo, vodo očistimo vseh nečistoč. Pri odvzemih vode, kjer je prisotna velika stopnja umazanije, je najprimernejša uporaba toplotnega menjalnika ali vgradnja večjega števila cevi. Pri slednjem zapisanem primeru bo, potem odvzeta toplota, preko vmesnega preklopnika, napolnjenega s slanico, dovedena do toplotne črpalke. Materiali za izvedbo cevne instalacije in priklop toplotne črpalke se izberejo glede na kvaliteto vode, ki jo bomo uporabljali v ta namen.
