pove}awe energetske efikasnosti toplotnih pumpi primenom...

Slobodan Pejkovi}*, Vladi mir @ivanovi}

Fil ter Frigo d. o. o., Beograd, Srbija

Pove}awe energetske efikasnosti toplotnih pumpiprimenom gasnog motora za pogon rashladnihkompresora ‡ primeri iz prakse ‡Stru~ni radUDK: 621.512/.513:621.541

Jedan od „~istih” primarnih energenata je prirodni ‡ zemni gas ~ije re-zerve i potro{wa u svetu imaju izraènu te`wu rasta i ~ijom je zna~aj-nom primenom zavr{en 20. vek. Ekolo{ki zahtevi i Kjoto protokolstavqaju prirodni gas ispred ostalih primarnih izvora energije.Rashladni ure|aji i toplotne pumpe koje koriste gasni mo tor za pogonrashladnih kompresora nastali su u Japanu nakon druge svetske naftnekrize 1973 godine. U Japanu je rasla potreba za elektri~nom energijom, aelektrane nisu mogle da isprate potrebe trì{ta. Japansko Minis-tarstvo za me|unarodnu trgovinu i industriju, pokrenulo je 1981.godine, asocijaciju za tehnologiju hla|ewa gasom povezuju}i time pro-izvo|a~e motora sa prirodnim gasom kao pogonskim gorivom, sa pro-izvo|a~ima opreme za klimatizaciju. Kao rezultat toga u Japanu je1987. godine po~ela proizvodwa rashladnih ure|aja i toplotnih pumpisa gasnim pogonom. U to vreme AISIN kao ~lan grupacije TOJOTA po~iweproizvodwu gasom pogowenih rashladnih ure|aja i toplotnih pumpi.Kompanija TOJOTA kao veliki proizvo|a~ motora za au to mo bile, raz-vila je poseban mo tor koji kao pogonsko gorivo koristi prirodni gasili te~ni naftni gas za primenu u rashladnim ure|ajima.Potro{wa elektri~ne energije raste iz godine u godinu zbog promeneklimatskih uslova i sve ve}e potrebe za klimatizacijom poslovnih istambenih objekata. Potro{wa elektri~ne energije u na{oj zemqi uletwem periodu se izjedna~ila sa potro{wom u zimskom periodu zbogugra|enih klimatizera. Ugradwom, odnosno primenom gasom pogowenihtoplotnih pumpi bi se zna~ajno smawila te`wa ka porastu potro{weelektri~ne energije.U radu je dat prikaz toplotne pumpe, proizvod firme AISIN iz Japanakoja se koristi za klimatizaciju objekta ORSIM u Vr~inu. Ovo je prvatakva instalacija izvedena u Srbiji i nalazi se u pogonu od decembra2008. godine.Ovaj rad ima za ciq da ukaè na prednosti upotrebe gasom pogowenihtoplotnih pumpi u odnosu na toplotne pumpe sa rashladnim kompreso-rima pogowenim elektro motorima.

Kqu~ne re~i: toplotna pumpa, rashladni kompresor, gasni mo tor,energetska efikasnost

S. Pejkovi} i dr.: Pove}awe energetske efikasnosti toplotnih pumpi ...TERMOTEHNIKA, 2011, XXXVII, 3, 293‡309

293

* Odgovorni autor; elektronska adresa: [email protected]

Uvod

U svetu danas postoje dva osnovna problema: nestanak fosilnih goriva i

zaga|ewe okoline. Istra`ivawa su usmerena na re{avawe ovih problema na dva

na~ina:

(a) razvijawem alternativnih energetskih izvora (posebno obnovqivih energetskih

izvora), i

(b) poboq{awem energetske efikasnosti opreme koja koristi fosilna goriva.

U dana{woj privredno-politi~koj situaciji „svi” }ute ili ̀ ele da zabora-

ve da termoelektrane za proizvodwu elektri~ne energije rade sa stepenom korisnos-

ti 25‡35% i sa visokim stepenom zaga|ewa okoline. Na drugoj strani mnogi „stru~-

waci” uzimaju u ra~un elektri~nu energiju kao „primarnu”. Gorivo se uglavnom pret-

vara u elektri~nu energiju u termoelektranama, a otpadna toplota se ispu{ta u oko-

linu. Elektri~na energija se potom prenosi do potro{a~a (toplotnih pumpi), gde se

pretvara u mehani~ki rad elektro motora. U ovom procesu energija se transformi{e

dva puta i toplotni gubitci su veliki.

Na sl. 1 je dat {ematski prikaz transformacije, prenosa i gubitaka energije

od pri- marnog energenta do krajweg korisnika.

Energetska efikasnost bi se mogla pove}ati kada bi se transformisawe go-

riva moglo „pribli`iti” mestu gde je energija potrebna, gde bi toplota oslobo|ena

prilikom sagorevawa goriva mogla efikasno da se upotrebi. Gasom pogowene top-

lotne pumpe su bliske ovom konceptu.

Na sl. 2 je {ematski prikazano pretvarawe primarne energije, preko razli-

~itih oblika transformacije i wihovih gubitaka, da bi se kod krajweg korisnika do-

bila jednaka koli~ina toplote za grejawe.

Jasno je da su gasne toplotne pumpe najpovoqnije jer je potrebno svega 67%

primapne energije za dobijawe potrebne koli~ine toplote.Osnovna razlika izme|u elektri~nih i gasnih toplotnih pumpi je u potreb-

noj koli~ini primarne energije i vrsti motora koja se koristi za pogon scroll kom-presora. Kod gasnih toplotnih pumpi rashladni kompresori su preko remenog


294

Slika 1. Transformacija i prenos energije

prenosa pogoweni gasnim motorom sa unutra{wim sagorevawem. Iako efikasnostgasnog motora nije velika (oko 30‡45%), preko 80% toplote sagorevawa mo`e da seiskoristi. Ovo je glavna prednost gasom pogowenih toplotnih pumpi. Za rekupera-ciju toplote se koristi koli~ina toplote od dimnih gasova (produkata sagorevawa) i koli~ina toplote potrebna za hla|ewe motora.

Na sl. 3. je grafi~ki prikazanaemisija CO2 u atmosferu kod raz-li~itih tipova instalacija.

Emisija CO2 u atmosferu je ~ak~etiri puta mawa prilikom ko-ri{}ewa gasom pogowenih top-lotnih pumpi u odnosu na grejaweelektri~nom energijom, a 40% ma-wa u odnosu na grejawe kotlom nagas.

Na sl. 4. su grafi~ki prikazanigodi{wi tro{kovi za grejawe iklimatizaciju pri upotrebi top-lotne pumpe sa pogonom na gas, sjedne strane, i gasnog kotla i agre-gata za hla|ewe vode sa elektropogonom, s druge strane.


295

Slika 2. Pretvarawe primarne energije u korisnu toplotu

Slika 3. Emisija CO2

Zbog direktnog i efikas-

nog iskori{}ewa otpadne to-

plote pogonskog motora i iz-

duvnih gasova, kao i upotrebe

besplatne energije okoline,

mogu da se ostvare u{tede do

50%.

Energetska efikasnostgasnih toplotnih pumpi

Koli~ina toplote koju

proizvodi toplotna pumpa

teorijski obuhvata sumu ko-

li~ine toplote primqene od

toplotnog izvora i energije

potrebne za ostvarivawe ci-

klusa ‡ pokretawe kompre-

sora. Kod toplotnih pumpi sa elektri~nim pogonom kompresora koeficijent

grejawa COP (co ef fi cient of per for mance) je definisan kao odnos snage grejawa razme-

wene u kondenzatoru i ukupne absorbovane snage potrebne za rad agregata.

Za toplotne pumpe pogowene gasnim motorom energetska efikasnost ure-

|aja PER (pri mary en ergy ra tio ‡ primarni energetski odnos) se defini{e kao odnos

dobijene toplotne energije i toplotne energije utro{enog goriva – HHV (higher heat -

ing value). HHV ‡ vi{a grejna vrednost za gorivo obuhvata celokupnu energetsku vred-

nost kao i koli~inu toplote produkata sagorevawa (kada se ohlade na 25 °C).

Za toplotne pumpe sa elektri~nim pogonom PER se tako|e mo`e definisati

kao proizvod COP i koeficijenta korisnog dejstva.

Prikaz ostvarivih COP i PER za razli~ite tipove toplotnih pumpi na

temperaturi isparavawa od 0 °C i temperaturi kondenzacije od 50 °C dat je u tabl. 1.

Opis sistema klimatizacije i pripreme sanitarnetople vode na objektu ORSIM u Vr~inu

Objekat ORSIM u Vr~inu (sl. 5) je namewen izradi ortopedskih pomagala isastoji se od prizemqa i sprata. U prizemqu je administrativno-medicinski deo,proizvodwa i magacin veleprodaje, a na spratu administrativno-medicinski deo.


296

Slika 4. Godi{wi tro{kovi za grejawe i klimatizaciju

Komercijalne toplotne pumpe Industrijske toplotne pumpe

Tip toplotne pumpe COP PER Tip toplotne pumpe COP PER

Motorni elektro pogon 2,5‡5,0 3,0

Motorni pogon na gas 0,8‡2,0 1,0‡2,1

AISIN 25HPAXGP710 3,94 1,56

Administrativno-medicinski deo se prostire na neto povr{ini od 315 m2 u

prizemqu i 320 m2 na spratu objekta i zauzima neto zapreminu od 2040 m3.

Magacin se prostire na neto povr{ini od 245 m2 i zauzima neto zapreminu od

1030 m3.

Proizvodwa se prostire na neto povr{ini od 185 m2 i zauzima neto zapre-

minu od 780 m3.

Ukupna neto povr{ina objekta je 1065 m2, a neto zapremina je 3850 m3.

Ceo objekat je termi~ki dobro izolovan.

Projektni uslovi

Spoqna projektna temperatura:letozima

35 °C/33%, relativna vlaga‡18 °C

Unutra{we projektne temperature:‡ prodajni prostori i kancelarije:

letozima

27 °C20 °C

‡ magacin veleprodaje:leti se ne klimatizujezima 15 °C


297

Slika 5. Izgled objekta ORSIM

Prikaz sistema klimatizacije

Grejawe i hla|ewe kompletnog prostora sem ma{inske sale, sanitarnih

prostora kao i ostava obavqa se ven ti la tor-konvektor (fan-coil) aparatima. Ovi

aparati rade u temperaturskim re`imima rada zimi 42/38 °C, leti 12/7 °C. Usvojeni su

aparati firme RHOSS, Italija, dimenzionisani prema dobicima toplote leti i

gubicima toplote zimi.

U sanitarnim prostorijama predvi|eni su aluminijumski radijatori dimen-

zionisani tako da pokriju transmisione i ventilacione gubitke prostorija. Svi

radijatori su odvojeni zasebnim cevovodom i ventilima tako da se leti mogu iskqu-

~iti.

Sistem za pripremu vode za klimatizaciju objekta (na {emi 1), sastoji se od

spoqa{we i unutra{we jedinice gasne toplotne pumpe AISIN tip AXGP710 i

AWS25HP, akumulacionog tanka i tri pumpe za cirkulaciju vode do fan-coil aparata i

radijatora.

Toplotna pumpa ima nominalnu rashladnu snagu od 71 kW pri temperaturi

spoqa{weg vazduha od 35 °C, temperaturi vode na ulazu/izlazu iz ispariva~a od 12/7°

i temperaturi unutra{weg vazduha od 27 °C i nominalnu snagu grejawa od 85 kW pri

temperaturi spoqa{weg vazduha od 7 °C, temperaturi vode na ulazu/izlazu iz kon-

denzatora od 38/42° i temperaturi unutra{weg vazduha od 20 °C.


298

[ema 1. Razvod vode izme|u toplotne pumpe i fan-coil aparata

Svaki od tri dela objekta ima svoju pumpu za cirkulaciju vode do fan-coil

aparata. Svaki deo objekta moè nezavisno od ostatka sistema da se iskqu~i u slu~aju

da trenutno nema potrebe za grejawem, odnosno hla|ewem.

Akumulacioni tank je predvi|en da bi se pove}ala zapremina vode u celom

sistemu i time smawio broj ukqu~ewa/iskqu~ewa gasne toplotne pumpe kada radi u

reìmu smawenog optere}ewa.

Priprema sanitarne tople vode

Na {emi 2 prikazan je sistem za pripremu sanitarne tople vode koji se

sastoji od akumulacionog rezervoara sanitarne tople vode zapremine 500 litara sa

dve prohromske cevne „zmije” ‡ razmewiva~a toplote, gasnog kotla sa pumpom za

cirkulaciju vode izme|u gasnog kotla i rezevoara za sanitarnu toplu vodu, dodatnog

mod ula na gasnoj toplotnoj pumpi za pripremu sanitarne tople vode, pumpe za cirku-

laciju me{avine vode i etilen glikola izme|u gasne toplotne pumpe i rezervoara za

sanitarnu toplu vodu i pumpe za cirkulaciju pripremqene sanitarne vode do potro-

{a~a.

Priprema sanitarne tople vode se odvija na slede}i na~in. U toku letweg

reìma rada kada gasna toplotna pumpa priprema hladnu vodu za potrebe klimati-

zacije i u toku zime pri spoqa{wim temperaturama vazduha iznad ‡4 °C, kada gasna


299

[ema 2. Priprema i razvod sanitarne tople vode

toplotna pumpa priprema toplu vodu

za potrebe grejawa, sanitarna topla

voda se zagreva na ra~un otpadne top-

lote cirkulacijom sekundarnog flui-

da izme|u rezervoara za pripremu sa-

nitarne tople vode i mod ula za pripre-

mu sanitarne tople vode (sl. 6) na gas-

noj toplotnoj pumpi. Modul za pripre-

mu sanitarne tople vode koristi ot-

padnu toplotu od hla|ewa motora sa

unutra{wim sagorevawem i od hla|e-

wa izduvnih gasova za zagrevawe sekun-

darnog fluida kojim se daqe zagreva

sanitarna topla voda.

Kada toplotna pumpa radi pod pu-

nim optere}ewem snaga grejawa na do-

datnom modulu je 25 kW pri tem pera-

turi od 75 °C.

U ovom reìmu rada ostvaruje se ve-

lika u{teda energije jer se celokupna

potrebna koli~ina sanitarne tople

vode zagreva besplatno otpadnom top-

lotom (25 kW) od gasne toplotne pumpe.

Gasni kotao se koristi za pripremu

sanitarne tople vode u slede}im slu-

~ajevima:

‡ u zimskom periodu kada su spoqne tem per a ture vazduha jako niske i gasna top-

lotna pumpa nema dovoqnu koli~inu otpadne toplote za pripremu sanitarne

vode, i

‡ u prelaznom periodu (prole}e, jesen), kada su tem per a ture spoqa{weg vazduha

takve da nije potrebno dodatno ni zagrevati ni hladiti objekat, pa gasna toplotna

pumpa nije u funkciji.

Na {emi 3 je dat prikaz rada gasne toplotne pumpe sa osnovnim elementima

instalacije i smerovima strujawa fluida u letwem reìmu rada kada gasna toplotna

pumpa priprema hladnu vodu za potrebe klimatizacije i kada se otpadna toplota od

hla|ewa motora i izduvnih gasova koristi za pripremu sanitarne tople vode.

Na {emi 4 je dat prikaz rada gasne toplotne pumpe sa osnovnim elementima

instalacije i smerovima strujawa fluida u zimskom reìmu rada pri spoqa{wim

temperaturama vazduha (tsp) iznad ‡4 °C kada gasna toplotna pumpa priprema toplu

vodu za potrebe grejawa i kada se otpadna toplota od hla|ewa motora i izduvnih

gasova koristi za pripremu sanitarne tople vode.


300

Slika 6. Plo~asti razmewiva~ toploteza pripremu sanitarne tople vode

Na {emi 5. je dat prikaz

rada gasne toplotne pumpe sa

osnovnim elementima insta-

lacije i smerovima strujawa

fluida u zimskom reìmu ra-

da pri spoqa{wim tem pera-

turama vazduha ispod ‡4 °C

kada gasna toplotna pumpa

priprema toplu vodu za pot-

rebe grejawa i kada se otpad-

na toplota od hla|ewa moto-

ra i izduvnih gasova koristi

kao izvor toplote za efika-

san rad toplotne pumpe. U

ovom slu~aju se gasni kotao

koristi za pripremu sani-

tarne tople vode.

Glavni delovi gasnetoplotne pumpe

Gasna toplotna pumpa sastoji se od kondenzatorskog rashladnog agregata i

razdvojene ispariva~ke jedinice koja moè biti:

‡ za hla|ewe vode, i

‡ za hla|ewe vazduha

Kondenzatorski rashlad-

ni agregat sa vazduhom hla|e-

nim kondenzatorom kao os-

novni el e ment ima ~etvoro-

taktni gasni mo tor sa dva,

tri ili ~etiri cilindra u za-

visnosti od snage potrebne

za pogon rashladnih kompre-

sora.

Na sl. 7 se vidi unutra{-

wi deo kondenzatorskog ag-

regata AISIN gasne toplotne

pumpe sa motorom sa unu-

tra{wim sagorevawem, sk-

rol kompresorima i ostalim

elementima.

Mo tor pokre}e do ~etiri

skrol kompresora preko re-

menog prenosa i elektromag-


301

[ema 3. Gasna toplotna pumpa ‡ {ematski prikazreìma hla|ewa

[ema 4. Gasna toplotna pumpa ‡ {ematski prikazreìma grejawa za tsp > ‡4 °C

netnih spojnica. Rashladno

sredstvo je freon R410a.

Potrebna koli~ina vazduha

za odavawe odnosno uzimawe

toplote od okoline ostvaruje

se pomo}u aksijalnih venti-

latora. Kapacitet spoqa{-

we jedinice se reguli{e od

10% do 100% kontinualno.

Na sl. 8 se vide skrol kom-

presori sa elektromagnet-

nim spojnicama i remenim

prenosom.

Elementi rashladnog kru-

ga se podudaraju sa elementi-

ma tradicionalnih rashlad-

nih ma{ina: ~etvorokraki

ventili, termoekspanzioni

ventil, fil ter/su{a~, greja~

kartera i elementi za{tite

i regulacije. Na sl. 9. se vidi

deo elemenata rashladnog

kruga kod AISIN gasne top-

lotne pumpe.

Kondenzatorski agregat

je opremqen dodatnim setom

delova kojim se obezbe|uje

priprema sanitarne pot-

ro{ne tople vode. Snaga gre-

jawa se kre}e od 15 do 25 kW

zavisno od re`ima rada ure-

|aja.

Sistemi sa gasom pogowe-

nim toplotnim pumpama pos-

taju energetski efikasniji

kada se koriste za istovreme-

no zagrevawe sanitarne tople

vode i prostorija {to nije

mogu}e kod elektri~nih top-

lotnih pumpi.

Na slici 10. se vidi kondenzatorski deo AISIN gasne toplotne pumpe sa do-

datnim razmewiva~em vazduh/antifriz i dodatnim modulom za pripremu sanitarne

tople vode.


302

[ema 5. Gasna toplotna pumpa ‡ {ematski prikazre`ima grejawa za tsp £ –4 °C

Slika 7. Gasni mo tor i pu`ni kompresorAISIN ‡ TOY OTA gasne toplotne pumpe

Gasni motori toplotnih pumpi su konstruisani za radni vek od najmawe

40000 ~asova (automobilski motori su konstruisani za radni vek od 2000 do 3000

~asova). Za potrebe klimatizacije vazduha ure|aj se naj~e{}e koristi do 4000 radnih

~asova godi{we, iz ~ega sledi da je radni vek motora min i mum 10 godina.


303

Slika 8. Skrol kompresori

Slika 9. Deo kondenzatorskog agregatagasne toplotne pumpe

Slika 10. Unutra{wi izgledkondenzatorskog agregata

Servisni in ter val za gasne motore toplotnih pumpi je 10.000 ~asova. Da bi

se obezbedili ovako duga~ki servisni intervali, koje nude gasom pogowene toplotne

pumpe, wihovi motori zahtevaju rezervu uqa (procewena potro{wa uqa je 3 cl/h). Do

50 l uqa se nalazi u dodatnom rezervoaru za uqe. Sistem za uqe ima eksternu uqnu

pumpu za cirkulaciju od rezervoara za uqe do kartera motora. Mo tor tako|e ima

unutra{wu uqnu pumpu kao i kod automobilskih motora. Fil ter za vazduh je jako

sli~an filteru za vazduh kod automobilskih motora.

Bitno je napomenuti da ovi gasni motori nisu uzeti iz automobilske indus-

trije, ve} su specijalno razvijeni za ovu namenu i imaju mogu}nost regulacije broja

obrtaja. Minimalan broj obrtaja motora je 800 min–1, a maksimalan 2600 min–1.

Gasne toplotne pumpe imaju nizak nivo buke (51 dBA na 1 m od ma{ine) i nis-

ku vrednost emisije {tetnih gasova.

Grani~ni temperaturski uslovi rada su: grejawe od ‡20 °C do +23 °C; hla|ewe

od ‡10 °C do +43 °C.

Gasne toplotne pumpe se kod svih Japanskih proizvo|a~a rade u veli~inama

od 22 do 71 kW rashladne snage. Snaga grejawa ovih ure|aja je do 85 kW. Za ve}e potrebe

ure|aji se mogu povezati paralelno.

AISIN je za 2010. godinu predvideo proizvodwu jo{ 2 modela rashladnih snaga

84 kW i 112 kW i snaga grejawa 100 kW i 134 kW.

Spoqa{wa jedinica gasne toplotne pumpe je kompresorsko kondenzatorski

agregat i moè da se koristi u direktnim ili indirektnim sistemima hla|ewa.

Kod direktnog sistema (sl. 11) unutra{we jedinice su sa direktnom ekspan-

zijom rashladnog sredstva (razmewiva~ toplote freon/vazduh) i na jednu spoqnu je-

dinicu u zavisnosti od kapaciteta se moè prikqu~iti maksimalno 60 unutra{wih

jedinica.

Kod indirektnog sistema (sl. 12), osnovna unutra{wa jedinica je sa direkt-

nom ekspanzijom (razmewiva~ toplote freon/voda) i moè da se poveè sa fan-coil

aparatima ili vazdu{nim sistemima ‡ klima komorama (razmewiva~ toplote

voda/vazduh).

U oba slu~aja spoqa{wa jedinica nema potrebe za ma{inskim prostorom.

Prikqu~ak za gas je na spoqa{woj jedinici i ne zahteva posebne protiv-poàrne

uslove.


304

Slika 11. AISIN gasna toplotna pumpa i unutra{we jedinice sa direktnom ekspanzijom

Prednosti gasnih toplotnih pumpi u odnosuna elektri~ne toplotne pumpe

Prednosti gasnih toplotnih pumpi u odnosu na elektri~ne toplotne pumpe su:

‡ Umesto elektri~nog motora za pogon kompresora toplotne pumpe koristi se mo -

tor sa unutra{wim sagorevawem (SUS), a gorivo moè biti prirodni ili te~ni

naftni gas (TNG).

‡ U zimskim uslovima rada toplota dobijena hla|ewem SUS motora i toplota do-

bijena hla|ewem izduvnih gasova koristi se kao izvor toplote potrebne za

efikasan rad toplotne pumpe pa je zbog toga mogu} rad ove vrste toplotnih pumpi

i pri spoqa{wim temperaturama do ‡20 °C. Otapawe ispariva~a nije potrebno pa

je time dodatno pove}ana energetska efikasnost ovih ure|aja. Za rad sistema nije

potreban alternativni izvor energije za potrebe grejawa.

‡ Strujom se napajaju samo ventilatori, pumpe i upravqa~ke elektronske jedinice

(10% u odnosu na elektri~ne toplotne pumpe iste rashladne snage).

‡ Pri pogonu SUS motora mogu} je povrat toplotne energije za pripremu sanitarne

tople vode.

‡ Otapawe spoqa{weg razmewiva~a toplote vazduh/freon u zimskom periodu rada

se postiè kori{}ewem otpadne toplote od gasnog motora, a ne prebacivawem

ciklusa rada kao kod elektri~ne toplotne pumpe. Zbog toga gasna toplotna pumpa

moè da proizvodi toplotu bez prekida u radu.

‡ Rekuperacijom toplote od SUS motora,

ukupna koli~ina toplote koju daje sistem

za grejawe moè da se pove}a i do 25%. Ovo

zna~i da ~ak i na visokim spoqa{wim

temperaturama (do 10 °C) koli~ina top-

lote za grejawe }e biti ve}a od svih ti-

pova toplotnih pumpi sa elektri~nim po-

gonom.

Na sl. 13 je prikazan uticaj pada spo-

qa{we tem per a ture vazduha na promenu sna-

ge grejawa toplotnih pumpi sa gasnim i elek-

tri~nim pogonom.


305

Slika 12. AISIN gasna toplotna pumpa, unutra{wa jedinica i fan-coil aparati

Slika 13. Efikasnost toplotnihpumpi u zavisnosti od spoqa{we

temperature

Energetska efikasnost elektri~nih toplotnih pumpi zna~ajno pada sa

padom tem per a ture spoqa{weg vazduha pa je zbog toga za tem per a ture spoqa{weg

vazduha ispod 0 °C potrebno predvideti alternativno grejawe.

Gasom pogowene tolotne pumpe u reìmu grejawa mogu da obezbede vi{e od

80% nominalne toplotne snage pri spoqnim temperaturama vazduha do ‡20 °C i

samim tim nije potrebno obezbediti alternativno grejawe (kotao i sl.).

Prednost gasnih toplotnih pumpi je posebno izraèna kod rada na redu-

kovanom optere}ewu kod koga se uz pomo} procesora za upravqawe brojem obrtaja

gasnog motora i motora ventilatora postiè prilago|avawe kapaciteta toplotne

pumpe sa trenutnim toplotnim optere}ewem objekta. Na ovaj na~in se pove}ava ener-

getska efikasnost ure|aja.

Na sl. 14 je prikazan rad top-

lotne pumpe sa elektri~nim pogo-

nom i gubicima energije koji se jav-

qaju usled ~estih ukqu~ewa i is-

kqu~ewa.

Na sl. 15 je prikazan rad gasne

toplotne pumpe sa regulacijom ka-

paciteta u zavisnosti od trenutnog

toplotnog optere}ewa.

Isplativost, investicionii eksploatacioni tro{kovi

U pogledu investicionih tro{-

kova gasne toplotne pumpe su skup-

qe od elektri~nih toplotnih pum-

pi u kom binaciji sa gasnim kotlom,

ali ova razlika u ulagawu, sa da-

na{wim cenama energenata, moè

da se povrati za nekoliko godina.

Uporedili smo tradicionalni

sistem sa gasnim kotlom i agregatom za hla|ewe vode sa vazduhom hla|enim konden-

zatorom i novi sistem sa gasnom toplotnom pumpom.

Cena gasne toplotne pumpe rashladne snage 71 kW sa freon-voda modulom i

modulom za pripremu sanitarne tople vode ko{ta 33.750 €.

Eksploatacioni tro{kovi pri punom optere}ewu ure|aja za 1400 h godi{we

grejawa i 600 h godi{we hla|ewa po trenutno aktuelnim cenama iznose 3.420 €.

Nasuprot tome tradicionalno re{ewe sa gasnim kotlom i agregatom za hla-

|ewe vode iste rashladne snage ko{ta 17.500 €.

Sa istim brojem radnih ~asova i pri punom optere}ewu ure|aja eksplo-

atacioni tro{kovi za tradicionalni sistem iznose 5.410 €.

Razlika u investicionim tro{kovima je 16.250 € koja se otplati zahvaquju}i

razlici u eksploatacionim tro{kovima za 8 godina.


306

Slika 14. Toplotna pumpa sa elektro pogonom

Slika 15. Gasna toplotna pumpa

Pored ove pogodnosti i tro{kovi odràvawa za gasnu toplotnu pumpu su

mawi.

Ovom kalkulacijom nisu obuhva}ene prednosti gasnih toplotnih pumpi i

uticaj na smawewe tro{kova eksploatacije kod rada na redukovanom optere}ewu,

kao ni tro{kovi izgradwe kotlarnice i dimwaka pri izvo|ewu tradicionalnog re-

{ewa (agregat za hla|ewe vode + gasni kotao).

Pregled ostvarenih rezultata na instalaciji u Vr~inu

Rad sistema je epra}en u periodu od 22. decembra 2008. do 22. decembra 2009.

godine.

Ukupna potro{wa gasa na godi{wem nivou je iznosila 6983 Nm3 za potrebe

grejawa, hla|ewa i pripreme sanitarne tople vode za objekat povr{ine 1065 m2 i

zapremine 3850 m3.

Prema integrisanom broja~u sati rada u ovom periodu gasna toplotna pumpa

je radila 1609 sati.

Maksimalna potro{wa gasne toplotne pumpe je 5,57 Nm3/h gasa u reìmu

hla|ewa i 5,63 Nm3/h gasa u reìmu grejawa. Ukoliko zanemarimo utro{enu koli~inu

gasa u gasnom kotlu snage 22 kW za pripremu sanitarne tople vode dobi}emo prose~nu

potro{wu gasne toplotne pumpe od 4,34 Nm3/h gasa.

Prema poznatom broju zaposlenih, wihovom radnom vermenu i zapremini

rezervoara za sanitarnu toplu vodu moè se proceniti da je gasni kotao ra dio oko 133

sata za godinu dana i potro{io 366 Nm3 gasa. Kada od ukupne godi{we potro{we gasa

oduzmemo procewenu potro{wu gasnog kotla dolazimo do prose~ne potro{we gasne

toplotne pumpe od 4,11 Nm3/h gasa.

Stvarni eksploatacioni tro{kovi za gasnu toplotnu pumpu rashladne snage

od 71 kW za pe riod rada od godinu dana na objektu ORSIM u Vr~inu iznose 1.890 € za

gas i 235 € za elektri~nu energiju.

Za prva tri zimska meseca 2010. godine toplotna pumpa je radila 881 sat i

tom prilikom potro{ila 2778 Nm3 gasa pa prose~na potro{wa iznosi samo 3,15

Nm3/h gasa.

U slede}ih mesec dana, odnosno u periodu od 23. marta do 28. aprila 2010.

toplotna pumpa je radila 61,6 sati i tom prilikom potro{ila 177,1 Nm3 gasa pa

prose~na potro{wa iznosi samo 2,875 Nm3/h gasa.

Zakqu~ak

Potro{wa elektri~ne energije raste iz godine u godinu zbog promene kli-

matskih uslova i sve ve}e potrebe za klimatizacijom poslovnih i stambenih obje-

kata. Potro{wa elektri~ne energije u na{oj zemqi u letwem periodu se izjedna~ila

sa potro{wom u zimskom periodu zbog ugra|enih klimatizera. Ugradwom, odnosno

primenom gasom pogowenih toplotnih pumpi bi se zna~ajno smawila te`wa ka po-

rastu potro{we elektri~ne energije, a samim tim i emisije CO2.


307

Emisija CO2 u atmosferu je ~ak ~etiri puta mawa prilikom kori{}ewa ga-

som pogowenih toplotnih pumpi u odnosu na grejawe elektri~nom energijom, a 40%

mawa u odnosu na grejawe kotlom na gas.

Kako je primena Kjoto protokola prioritetna u Evropi pa i u celom svetu,

to se u Evropskoj Uniji predvi|a smawewe emisije CO2 za 8% u periodu od 2008. do

2012. godine. To je jak motiv za pove}awe energetske efikasnosti agregata za hla|ewe

vode i toplotnih pumpi i primenu gasom pogowenih toplotnih pumpi.

Literatura

[1] Lazzarin, R., Noro, M., Dis trict Heat ing and Gas En gine Heat Pump: Eco nomic Anal y sisBased on a Case Study, Appl Ther mal Eng., 26 (2006), 2-3, 193-199

[2] Hepbasli, A., et al., A Re view of Gas En gine Driven Heat Pumps (GEHPs) for Residental andIn dus trial Ap pli ca tions

Ab stract

In crease of Heat Pump Energy Ef fi ciency byUs ing Gas En gine to Drive the Re frig er a tionCom pres sors – Ex am ples from Practice

by

Slobodan PEJKOVI]*, and Vladi mir @IVANOVI]

Fil ter Frigo d. o. o., Belgrade, Ser bia

One of the “pure” pri mary fuel is nat u ral gas whose nat u ral re serves and con -sump tion in the world have shown sig nif i cant growth at the end of the 20th cen tury. En vi -ron men tal re quire ments and the Kyoto Pro to col ob li ga tions put nat u ral gas in front ofthe other pri mary en ergy sources.

Air-con di tion ing and heat pumps that use the gas en gine to drive the re frig er a -tion com pres sors were made in Ja pan af ter the sec ond world oil cri sis in year 1973 whenthe grow ing elec tric ity needs led to the sit u a tion that plants were un able to track the mar -ket needs. Jap a nese Min is try of In ter na tional Trade and In dus try, launched in 1981,made con nec tion be tween the as so ci a tions for de vel op ing tech nol o gies of cool ing gas en -gines that are us ing nat u ral gas as fuel sources, and man u fac tur ers of air con di tion ingequip ment. As a re sult, in Ja pan in year 1987 be gan pro duc tion of nat u ral gas driven aircon di tion ers and heat pumps.

Elec tric ity con sump tion is grow ing year by year due to cli mate change and grow -ing de mand for air con di tion ing busi ness and res i den tial fa cil i ties. Power con sump tion inour coun try in the sum mer is equal to con sump tion in the win ter be cause huge num ber ofair con di tion ers in stalled.


308

The pa per pres ents the heat pump, a prod uct of AISIN from Ja pan that is usedfor air con di tion ing in the build ing “ORSIM” in Vr~in. This is the first such in stal la tionswere car ried out in Ser bia and is in op er a tion since De cem ber 2008. This pa per aims toshow the ad van tages of gas-driven heat pump in com par i son to heat pumps with re frig er -ant com pres sors pow ered by elec tric mo tors.

Key words: heat pump, re frig er a tion com pres sor, gas en gine, en ergy ef fi ciency

* Cor re spond ing au thor; e-mail: [email protected]

Rad primqen: 11. aprila 2011.Rad revidiran: 24. maja 2012.Rad prihva}en: 3. juna 2012.


309

pove}awe energetske efikasnosti toplotnih pumpi primenom...

Documents