Janez Basej

1. Janez Basej Izkoriščanje toplote zemlje s toplotno črpalko

2. Kazalo • UVOD • DELOVANJE TOPLOTNE ČRPALKE • VIRI TOPLOTE • STROŠKI IN PRIHRANKI • TOPLOTNA ČRPALKA V PRAKSI • NASVETI

3. UVOD • Del sončne energije, ki doseže zemljo se vskladišči v zraku, vodi, zemlji, kameninah in rastlinah (biomasi). • Vskladiščena energija, ki jo je mogoče izkoriščati, ne onesnažuje okolja, je brezplačna in cca 15-tisočkrat presega vse človeške potrebe po energiji. • Toplotna energija je povsod okoli nas, vendar na nizki temperaturni ravni. Toplotna črpalka je naprava, ki izrablja toploto iz okolja in jo pretvarja v toploto za segrevanje zgradb in sanitarne vode. • Ogrevanje s toplotno črpalko predstavlja energetsko učinkovit in okolju prijazen način ogrevanja

4. DELOVANJE TOPLOTNE ČRPALKE Toplotne črpalke izkoriščajo toploto, ki je shranjena v zemlji, kameninah ali površinskih vodah. Princip delovanja temelji na v naravi shranjeni sončni toploti, ki ogreje medij v kolektorskem sistemu za nekaj stopinj. Toplotna črpalka dvigne prejeto toploto na višji temperaturni nivo, primeren za ogrevanje radiatorskega sistema in sanitarne vode. Razmerje med vloženo in prejeto energijo je v nekaterih sistemih lahko že preko 4,5. Medij, ki kroži v zaprtem kolektorskem sistemu je nestrupen in razgradljiv.

5. DELOVANJE TOPLOTNE ČRPALKE 4 – pri pretoku skozi ekspanzijski ventil se visoki tlak hladiva zniža in utekočini. 3 – visoka temperatura hladiva ogreje v kondenzatorju ogrevalno vodo sistema (6) 2 – kompresor uparjeno hladivo komprimira (zvišata se tlak in temperatura) 1 – hladivo v uparjalniku odvzame toploto iz okolice (5) in se upari

6. VIRI TOPLOTE • Toplotne črpalke se razlikujejo glede na vir energije, ki ga izrabljajo. Kateri vir toplotne energije je najprimernejši je odvisno od: • Energetske porabe hiše • Instaliranega ogrevalnega sistema • Pogojev, ki jih nudi narava v okolici hiše

7. VIRI TOPLOTE • IZKORIŠČANJE TOPLOTE ZEMLJE • Sonce, veter in dež ogrevajo zemljo, kjer se toplota shranjuje za hladnejše dni. • S toplotno črpalko izkoriščamo toploto zemlje v globljih plasteh (1 – 2 m) • V zemljo položimo kolektorsko cev, v kateri se pretaka nestrupena tekočina, ki se zaradi toplote ogreje za nekaj stopinj. • Položitev kolektorja je prilagojena tako, da je delovanje sistema uravnovešeno preko celega leta. • Pravilno dimenzioniran zemeljski kolektor ne vpliva na rast zelenja in dreves.

8. VIRI TOPLOTE • IZKORIŠČANJE TOPLOTE ZEMLJE

9. VIRI TOPLOTE • IZKORIŠČANJE TOPLOTE KAMENIN • Izkoriščamo toploto kamenin – preizkušen, zanesljiv in trajen vir toplote • Poseg na zemljišču majhen, vendar zelo drag – ena ali več vrtin, v katere vstavimo kolektorske cevi. • Uporablja pri velikih porabnikih energije – visoki prihranki upravičijo investicijo. • Princip delovanja podoben kot pri zemeljskem kolektorju. • Medij, ki kroži v kolektorju se v kameninah ogreje za nekaj stopinj.

10. VIRI TOPLOTE • IZKORIŠČANJE TOPLOTE KAMENIN

11. VIRI TOPLOTE • IZKORIŠČANJE TOPLOTE POVRŠINSKIH VODA • Izkoriščamo toploto vode v jezerih, počasi tekočih rekah, zajezitvah in morjih. • Ogreva se pomladi in poleti, jeseni se počasi ohlaja, pozimi pa zadrži toploto zaradi ledenega pokrova s snegom in zaradi toplote dna. • Toploto lahko izkoriščamo z namestitvijo kolektorja na dno vode ali v primerih velike količine vode, ko ta poleti ne zamrzne, toploto izkoriščamo neposredno preko prenosnikov toplote – sistem je potrebno zavarovati proti zamrznitvi.

12. VIRI TOPLOTE • IZKORIŠČANJE TOPLOTE POVRŠINSKIH VODA

13. VIRI TOPLOTE • IZKORIŠČANJE TOPLOTE PODTALNICE • Sistemi s podtalnico so odprti sistemi (najnižja tempetratura vode za izkoriščanje je 3°C) • Vrtina ne sme biti preplitva, da zagotovimo enakomerni dotok in konstantno temperaturo preko celega leta. • Izkoriščena (ohlajena) voda odteka v ponikalno vrtino ali kanalizacijo meteornih vodá. • S potopno črpalko črpamo vodo iz vodnjaka ali vrtine do toplotne črpalke. • Boljši izkoristek ogrevanja kot pri kolektorskem sistemu.

14. VIRI TOPLOTE • IZKORIŠČANJE TOPLOTE PODTALNICE

15. VIRI TOPLOTE • IZKORIŠČANJE TOPLOTE ZUNANJEGA ZRAKA • Zunanji zrak je neizčrpen vir toplotne energije. Toploto se da izkoriščati tudi pri zelo nizkih temperaturah. • Ni potrebna investicija v vir toplote. Moč toplotne črpalke se znižuje s temperaturo zunanjega zraka. • Izkoriščamo toploto zunanjega zraka do -15 °C. • Toplotna črpalka dvigne pridobljeno toploto na višji temperaturni nivo za ogrevanje. • Prednost je v nizki investiciji in relativno visokem prihranku energije.

16. VIRI TOPLOTE • IZKORIŠČANJE TOPLOTE ZUNANJEGA ZRAKA

17. VIRI TOPLOTE • IZKORIŠČANJE ODPADNE TOPLOTE PREZRAČEVALNIH SISTEMOV • Izkoristimo odpadno toploto, kjer je že urejen prisilno (ventilatorsko) prezračevanje • IZKORIŠČANJE ODPADNE TOPLOTE TEHNOLOŠKIH SISTEMOV • Izkoriščanje odpadne toplote v industriji (tehnološke vode, kanalizacijske odplake,…) • SPECIALNE REŠITVE • Izkoriščanje toplote podzemne vode

18. STROŠKI IN PRIHRANKI • STROŠKI (PRIHRANKI) IZGRADNJE • Vgradnja toplotne črpalke ni nujno draga investicija, če upoštevamo specifičnosti gradnje že v fazi načrtovanja doma. • Investicija je odvisna tudi od vira toplote, ki ga izkoriščamo • Ogrevalni sistem s toplotno črpalko ne potrebuje: • Kislinoodpornega šamotnega (nujno pri kurilnem olju in večini plinskih kotlov) • Prostora za shrambo kurilnega olja (običajno velik vsaj 6 m2) • Posebnega prostora za “kurilnico” (običajno velik vsaj 6 m2) • Za toplotno črpalko potrebujemo okoli 2 m2 nezahtevnega prostora (v garderobi, garaži,…)

19. STROŠKI IN PRIHRANKI • STROŠKI (PRIHRANKI) IZGRADNJE • Ker ne potrebujemo shrambe za kurilno olje in kurilnice, je lahko hiša nekoliko manjša, prihranjen znesek pa namenimo za toplotno črpalko. Investicija v toplotno črpalko tako ni znatno višja kot je cena klasičnega ogrevalnega sistema na kurilno olje. • Za vgradnjo toplotne črpalke je možno dobiti subvencijo države v obliki nepovratnih sredstev. • Za zamenjavo starega ogrevalnega sistema s toplotno črpalko je mogoče dobiti tudi ugoden ekološki kredit.

20. STROŠKI IN PRIHRANKI • PRIHRANKI ENERGIJE • Doseženi prihranki so visoki (od 50 – 80% energije za ogrevanje hiše in sanitarne vode). Odvisni so od: • Temperature vira toplote • Temperature vode v ogrevalnem sistemu • Dodatne prihranke energije lahko dosežemo z dobro izolacijo hiše. • Prihranek energije lahko dosežemo z spremembo režima ogrevanja (iz visokotemperaturnega ogrevanja na nizkotemperaturno ogrevanje)

21. TOPLOTNA ČRPALKA V PRAKSI • V Gorenjskih elektrarnah smo novembra 2004 vgradili dve toplotni črpalki moči 26 kW. • Celotna investicija je bila 40.000 EUR. Pridobili smo 40% nepovratnih sredstev. • Toplotna črpalka izkorišča toploto vode reke Save, katero zajemamo iz jezu za HE Sava ter jo vanjo vračamo še pred vstopom v elektrarno. • Zajeto vodo preko izoliranih cevi vodimo skozi 4 prenosnike toplote, kjer voda odda toploto in se pri tem ohladi za max. 2°C. • Oddano toploto s pomočjo toplotnih črpalk dvignemo na višji nivo in tako ogrevamo radiatorski sistem. • Zaradi določanja učinka toplotne črpalke merimo urno porabo električne energije in urno pridobljeno toploto

22. TOPLOTNA ČRPALKA V PRAKSI • V letu 2006 smo s toplotno črpalko proizvedli 174 MWh toplotne energije in pri tem porabili 64,5 MWh električne energije. • Proizvedeno toploto iz toplotnih črpalk predstavlja prihranek 19.300 l kurilnega olja. • V letu 2006 je bil skupni prihranek zaradi ogrevanja s toplotno črpalko 4.000 EUR. • Zmanjšanje emisije CO2 je bilo 18 t v letu 2006.

23. TOPLOTNA ČRPALKA V PRAKSI

24. TOPLOTNA ČRPALKA V PRAKSI

25. TOPLOTNA ČRPALKA V PRAKSI

26. NASVETI • Pri načrtovanju objekta upoštevajte: • dobra izolacija objekta zniža toplotne izgube in zniža potrebno maksimalno moč ogrevanja, • vgradite nizkotemperaturni ogrevalni režim – talno ogrevanje, s katerim dosežemo visok izkoristek, • izberite najprimernejši nizkotemperaturni vir toplote, • v sistem vgradite primerno velik akumulator tople vode – bojler, da je zagotovljena količina tople vode tudi pri večji porabi, • v dobro izoliranem objektu zagotovite dobro prezračevanje.

27. Hvala za pozornost! janez.basej@gorenjske-elektrarne.si Tel: 04/ 2083 586 GSM: 041/706-252