Pasivno ogrevanje

Brezplačna toplota iz zapuščenih vojnih bunkerjev


Morda pa bo v teh bunkerjih v prihodnosti spet zasvetila, kakšna lučka je že pred leti zapisal novinar Večera Braco Zavrnik. Tokrat tudi tista, ki sem jo predstavil že pred več kot 20 leti.

Že v letu dva tisoč sem podal pobudo za izrabo toplote v podzemnih vojnih bunkerjih, ki so v zelo dobrem stanju v Mariboru. Zapuščena zaklonišča oziroma bunkerji še iz časa druge svetovne vojne nam nudijo možnost izrabe poceni energije.

K tem razmišljanjem me je spodbudil članek že prej omenjenega novinarja v časopisu Večer, ko je opisoval, da v Mariboru obstajajo bunkerji, ki so dolgi tudi več kilometrov. Kdor spremlja razvoj ogrevalne tehnike, bo po branju tega članka, vedel, zakaj se gre.

Sodobni varčni energetski sistemi delujejo z nizkimi temperaturami. Za izrabo toplote so primerni sončni sistemi ali toplotne črpalke. V prvem primeru je neugodno to, da potrebujemo velike toplotne hranilnike, pri drugem pa je za delovanje potreben izvor energije, ki nam bo stalno na razpolago.

Za toplotne črpalke je znano tudi to, da delujejo do temperature okolja od + 2 do 5 oC. Da ne bi v hladnem obdobju ostali brez toplote, je takšen vir treba najti. Za izrabo toplote v podzemnem bunkerju bi v našem primeru ustrezala toplotna črpalka, ki deluje na zrak / zrak. V tem primeru mora biti na razpolago stalna in dovolj visoka temperatura zraka iz okolja.

Buunker na Teznu v Mariboru - Poslovna cona TAM
Buunker na Teznu v Mariboru - Poslovna cona TAM

V Mariborskih zapuščenih medvojnih bunkerjih sva skupaj s takratnim energetskim svetovalcem Glavnik Alešem napravila meritve in spoznala, da bi bila izraba toplote, ki bi jo dobili iz podzemnega bunkerja, ki stoji na Teznem pod nekdanjo tovarno Metalna oziroma pod Sarajevsko ulico zelo ustrezna za izrabo. Ta bunker je najmanjši od vseh, primernih za izrabo v našem mestu in meri v dolžino približno 170 m. Naložba v ta projekta bi bila cenovno ugodna in povrnjena v relativno kratkem času.

Opis bunkerja:

Dimenzija bunkerja se nahaja približno 10 m pod zemljo in ima presek 1,4 x 2,0 m, ter dolžino 170 m. Temperatura v notranjosti je bila opravljena pri zunanji temperaturi in pri odprtem vhodu v notranjosti bunkerja -9 oC ter po dosedanjih izkušnjah konstantna +8 oC. Žal pa kasneje, ko so vgradili na vhodu v bunker vrata, meritev nisva ponovno izvedla, zagotovo bi bile približno enako visoke kot v bunkerju, ki stoji pod nekdanjo Tovarno avtomobilov in motorjev Maribor. Tu je temperatura skozi celo leto skoraj enaka in znaša v povprečju okrog +18 oC, kar potrjujejo tudi ohranjeni dokumenti, ki jih vzdrževalci bunkerja še vedno hranijo.

Da bi bilo mogoče pridobivati toploto iz zemlje, ki obdaja bunker, bi bila potrebna preprosta razdelitev celotnega bunkerja na dva dela. S tem bi dobili krožni kanal, po katerem bi zrak na eni strani vstopal in se ob stenah bunkerja ogreval in nato v uparjalniku toplotne črpalke hladil. Na osnovah izkušenj pri gradnjah toplotnih sond je mogoče izračunati s stalnim dotokom toplote pri temperaturni razliki med steno in zrakom s 3 K v približni količini 58 W/m2.

Na osnovah geometrijskih podatkov, ki veljajo za cestne predore se po enakem postopku lahko izračuna tudi površina bunkerja, ki znaša 1156 m2. Presek kanala za zrak pa je (1,4 x 2,0) / 2 = 1,4 m2.

Količina toplote, ki jo lahko trajno odvzamemo, je torej:

Q = 58 x 1156 = 67014 W

Potrebna količina zraka za odvod toplote pri segretju za 5K je:

V = 67 014 / 1000 x 5 = 13,4 kg /s (pri gostoti 1,25 kg/m3 dobimo 10,72 m3/s)

Hitrost gibanja zraka v bunkerju je:

v = 10,72 / 1,4 = 77,6 m/s

Toplota bo prestopila iz stene na zrak, če znaša prestop toplote pri tej hitrosti in temperaturni razliki vsaj 3K, torej 58 / 3 = 19,33 W/m2K

Za prestop toplote pri toku ob ravni steni in hitrosti nad 5 m na sekundo se izračuna po enačbi:

a = 7 x 15 x 0,78 w = 7 x 15 x 0,78 x 660 x 0,78 = 35,00 W/m2

Ker je izračunani toplotni prestop zraka večji od potrebnega, bo v praksi temperatura zraka nekoliko višja. Glede na ne stacionarno stanje, ki se bo pojavilo pri vklopu ali izklopu toplotne črpalke, je takšen prestop toplote nedopusten.

Celoten sistem bo v stacionarnem stanju deloval pri naslednjih temperaturnih pogojih:

Temperatura stene bunkerja:   Tt = 8 °C

Temperatura zraka na vstopu:  Tzl = 2, 5 °C

Temperatura zraka na izstopu:  Tz2 = 7,5 °C

Temperaturna razlika zraka:  dTz = 5,0 K

Srednja temperaturna razlika:  dTm = 3 K

Pri temperaturi uparjanja + 1,0 °C dobimo srednjo aritmetično temperaturno razliko na uparjalniku toplotne črpalke 4K. Pri moči uparjalnika 67 kW, dobimo za kA = 16,75 kW/K. Pri hitrosti zraka skozi uparjalnik v = 7,66 m na sekundo in zunanji prestop toplote na ravnih rebrih približno 50 W / m2K dobimo potrebno površino za orebrenja pri približno 335 m2. Pri razmerju Az/An = 20 (so orebrene površine cevi) dobimo notranjo površino cevi 16,75 m2. Pri toplotnem prestopu pri uparjanju hladiva R 134a 4000 W / m2K, dobimo moč uparjalnika Q = 16.75.4000 = 67000 W. Uparjanje je zaradi majhnih temperaturnih razlik zelo veliko. Njeno optimiranje je predmet idejnega projekta. Z nižanjem temperature uparjanja pod 0 °C bi se njegova velikost zmanjšala, toda s tem bi padlo tudi grelno število.

Pri temperaturi ogrevala vode 50 / 40 °C bi bila primerna temperatura utekočinjanja 55 °C.

Režim delovanja toplotne črpalke bi bil torej ¸ 1 / 55 °C. Z upoštevanjem zgornjih podatkov bi dobili grelno število:

e = (273,15 ¸ 55) / (273,15 ¸ 1) = 6,076  

Potrebna električna energija za pogon kompresorja bi teoretično znašala:

P = 67 014 / 6,076 = 11 027 W

Pri izkoristku motorja z močjo 0,9 kW dobimo potrebno moč motorja s približno 12,25 kW.

Ker se moč motorja prišteva k toploti utekočinjanja je torej moč kondenzatorja in s tem tudi moč ogrevanja enaka 67,01 ¸ 12,25 = 79,36 kW. Za utekočinjanje bi bilo zelo primerno izbrati ploščne prenosnike toplote, ki so zelo kompaktni. Toplotna črpalka bi lahko bila nameščena v samem bunkerju, kjer bi bile nameščene tudi obtočne črpalke za ogrevalni sistem.

Padec tlaka zaradi uporov v kanalu, kljub veliki hitrosti, bi bil relativno majhen. Pri hidravličnem premeru kanala 1,04 m in hitrosti 7,66 m / s znaša padec tlaka R = 0,6 Pa / m, pri absolutni  hrapavosti kanala 1 mm. Celotna izguba tlaka pri 170 x 0,6 = 102 Pa. Lokalni upori in upori v uparjalniku se ocenjujejo na 300 Pa. Skupaj torej približno 400 Pa. Pri predhodno izračunanem pretoku zraka 12,72 m3 / s, bi bila potrebna moč ventilatorja:

Pv = V.dp/h = 12,72.300 / 0,75 = 5088 W  (približno 5,1 kW)

Toplota ventilatorja se bo seveda koristno uporabila, vendar je zato grelno število manjše.

e = 67 / (12,25 ¸ 5,09) = 3,86

To je komaj še sprejemljivo, zato bi bilo treba zelo skrbno izbrati uparjalnik in zagotoviti čim manjše izgube tlaka. To je mogoče opraviti le s proizvajalcem naprave. Potrebno realno grelno število bo torej nekje med 3,86 in 6,07.

V vsakem primeru je tehnično mogoče izvesti sistem, ki bi učinkovito izrabljal toploto zemlje v tem in številnih drugih bunkerjih v Mariboru in še kje v Sloveniji. Ker je dotok toplote v tem bunkerju relativno slab in odvisen tudi od sestave zemlje ter globine bunkerja pod zemljo, je treba predhodno izdelati idejni projekt, ki bo podrobneje opredelil parametre prenosa toplote in parametre toplotne črpalke. Z izbiro temperaturnega režima se bistveno spreminja tudi učinkovitost sistema in s tem njegova ekonomična izraba. Sedanje izkušnje s toplotnimi sondami so v svetu pozitivne in ni razlogov, da tudi v tem primeru bunkerja in drugih, ne bi bilo tako.

Ključno pri tem je določanje prevodnosti zemlje in potrebne moči ventilatorja za obtok zraka. Za dinamično analizo obnašanja bunkerja skozi ogrevalno sezono je treba opraviti z ustrezno simulacijo in izračunom temperaturnega polja v zemlji.

Razdelitev kanala po navpični smeri na dva dela bi se izvedla s tanko predelno steno z zrakom neprepustnega materiala na primer 30 / 50 mm debelih plošč iz stiropora, vloženega v stojke, in za zrak ne prepustne folije vpete med strop in pod itd.

Zgornja analiza kaže, da je mogoče uporabiti bunker za pridobivanje toplote za ogrevanje (poleti pa za hlajenje). Ogrevalni sistem mora biti nizko temperaturni (50 / 40 oC), če želimo doseči nizko ceno ogrevanja.

Projekt je zanimiv, saj ne posega v okolje. Tako je mogoče izkoristiti nekaj, kar je obstoječega in prepuščenega na propadanje. K sodelovanju je treba pritegniti stanovalce bližnjega stanovanjskega naselja nad bunkerjem. Z dobro opravljenim in predstavljenim projektom se lahko doseže interes stanovalcev ali industrije. Gradbeni posegi kot so, nadgradnja mansardnih stanovanj na stolpičih, ki stojijo neposredno nad bunkerjem z zamenjavo dotrajanih oken, izvedbo toplotno izolacijske na fasade in izvedba strojnih instalacij, bi naredila ogrevanje z nizko ceno in bivanjem stanovalcem še prijetnejše. Da se bo to uresničilo pa je potrebna tudi dodatna pomoč.

Projekt sem leta 2007 predstavil strokovnemu svetu agencije EnergaP (energetska agencija za Podravje – zavod za trajnostno rabo energije). Projekt je bil predstavljen na Evropski agenciji v Bruslju in v Poslovnem območju Tezno (nekdanji TAM), kjer stoji podoben in ne izrabljen bunker v dolžini 4,5 km. Na obeh straneh je takrat vladal velik interes za izrabo tovrstne energije, obljubljena pa so bila tudi finančna sredstva. Pozitivno oceno nad projektom je izrazil tudi prof. dr. Peter Novak, ki je preveril zapis in izračun projekta.

Projekt sem predstavil že na začetku tega tisočletja na Univerzi Fraunhofer Stuttgart ), glej stran v reviji "Energija prihodnosti". Nad idejo so bili navdušeni in se čudili, da smo v našem mestu znali te bunkerje ohraniti v tako dobrem stanju. Naložbe pri koriščenju zelene energije predvsem zaradi visoke cene toplotnih hranilnikov zagotovo najvišje. V našem mestu in po celotni Sloveniji je takšnih in podobnih bunkerjev oziroma toplotnih hranilnikov veliko. Žal, pa te toplote, ki nam jo ti bunkerji nudijo za koriščenje brezplačne toplote ne, znamo izrabljati …?

Predor podzemne železnice v Stuttgartu
Predor podzemne železnice v Stuttgartu

Da so strokovnjaki v Nemčiji tisti, ki peljejo energetski voz naprej in jih nič ne moti izvor ideje sem se, imel priložnost prepričati, ko sem na spletu našel članek, kjer so v mestu Stuttgart že pred dvema leto začeli s poskusnim izvajanjem koriščenja toplote v bunkerjih podzemne železnice. Njihovi stroški za izvedbo projekta bodo nedvomno nekajkrat višji, kot bi bili pri nas, pa ponovno dokazujejo, da je pamet pred denarjem, glej objavljen članek v tej reviji, pod naslovom "Energija prihodnosti".

Da se to izplača, so si Nemci zagotovo predhodno že izračunali.        

Še enkrat se je treba spomniti zamisel omenjenega novinarja, da globoko v podzemlju mesta Maribor še vedno obstaja preplet betonskih hodnikov, ki so nemi pričevalci medvojnega obdobja našega mesta, obeleženega s posebej kruto represijo nacističnega okupatorja in zaznamovanega z rušilno močjo zavezniških bomb, ki so korenito preobrazile fizično in tudi siceršnjo podobo našega mesta.

I.K.



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