Povećanje energetske efikasnosti toplotnih pumpi primenom gasnog motora za pogon rashladnih kompresora

Default kategorija
- Default child

Projekti

Opis sistema klimatizacije i pripreme sanitarne tople vode na objektu ORSIM u Vrčinu

Objekat ORSIM u Vrčinu (slika 5.) je namenjen izradi ortopedskih pomagala i sastoji se od prizemlja i sprata. U prizemlju je administrativno-medicinski deo, proizvodnja i magacin veleprodaje, a na spratu administrativno-medicinski deo.

Administrativno-medicinski deo se prostire na neto površini od 315 m2 u prizemlju i 320 m2na spratu objekta i zauzima neto zapreminu od 2040 m3.

Magacin se prostire na neto površini od 245 m2 i zauzima neto zapreminu od 1030m3.Proizvodnja se prostire na neto površini od 185m2 i zauzima neto zapreminu od 780m3.

Ukupna neto površina objekta je 1065 m2 , a neto zapremina je 3850 m3.

Ceo objekat je termički dobro izolovan.

PROJEKTNI USLOVI

Spoljna projektna temperatura:

leto 35ºC / 33%, rel. vlaga
Zima -18ºC.

Unutrašnje projektne temperature:

prodajni prostori i kancelarije: leto 27ºC, zima 20ºC
magacin veleprodaje: leti se ne klimatizuje, zima 15°C

PRIKAZ SISTEMA KLIMATIZACIJE

Grejanje i hlađenje kompletnog prostora sem mašinske sale, sanitarnih prostora kao i ostavavrši se ventilator konvektor (fan-coil) aparatima. Fan-coil aparati rade u temperaturskimrežimima rada zimi 42/38ºC, leti 12/7ºC. Usvojeni su fan-coil aparati firme RHOSS-Italija,dimenzionisani prema dobicima toplote leti i gubicima toplote zimi.

U sanitarnim prostorijama predviđeni su aluminijumski radijatori dimenzionisani tako dapokriju transmisione i ventilacione gubitke prostorija. Svi radijatori su odvojeni zasebnimcevovodom i ventilima tako da se leti mogu isključiti.

Šema 1: razvod vode između toplotne pumpe i fan-coil aparata

Sistem za pripremu vode za klimatizaciju objekta (na šemi 1.), sastoji se od spoljašnje iunutrašnje jedinice gasne toplotne pumpe AISIN tip AXGP710 i AWS25HP, akumulacionogtanka i tri pumpe za cirkulaciju vode do fan-coil aparata i radijatora.Toplotna pumpa ima nominalnu rashladnu snagu od 71kW pri temperaturi spoljašnjegvazduha od 35°C, temperaturi vode na ulazu/izlazu iz isparivača od 12/7° i temperaturiunutrašnjeg vazduha od 27°C i nominalnu snagu grejanja od 85kW pri temperaturispoljašnjeg vazduha od 7°C, temperaturi vode na ulazu/izlazu iz kondenzatora od 38/42° itemperaturi unutrašnjeg vazduha od 20°C.

Svaki od tri dela objekta (administrativno-medicinski deo, proizvodnja i magacin veleprodaje)ima svoju pumpu za cirkulaciju vode do fan-coil aparata. Svaki deo objekta može nezavisnood ostatka sistema da se isključi u slučaju da trenutno nema potrebe za grejanjem, odnosnohladjenjem.

Akumulacioni tank je predviđen da bi se povećala zapremina vode u celom sistemu i timesmanjio broj uklučenja / isključenja gasne toplotne pumpe kada radi u režimu smanjenogopterećenja.

PRIPREMA SANITARNE TOPLE VODE

Na šemi 2. prikazan je sistem za pripremu sanitarne tople vode koji se sastoji odakumulacionog rezervoara sanitarne tople vode zapremine 500 l sa dve prohromske cevnezmije-razmenjivača toplote, gasnog kotla sa pumpom za cirkulaciju vode izmedju gasnogkotla i rezevoara za sanitarnu toplu vodu, dodatnog modula na gasnoj toplotnoj pumpi zapripremu sanitarne tople vode, pumpe za cirkulaciju mešavine vode i etilen glikola izmedjugasne toplotne pumpe i rezervoara za sanitarnu toplu vodu i pumpe za cirkulacijupripremljene sanitarne vode do potrošača.

Priprema sanitarne tople vode se odvija na sledeći način. U toku letnjeg režima rada kadagasna toplotna pumpa priprema hladnu vodu za potrebe klimatizacije i u toku zime prispoljašnjim temperaturama vazduha iznad -4ºC, kada gasna toplotna pumpa priprema topluvodu za potrebe grejanja, sanitarna topla voda se zagreva na račun otpadne toplotecirkulacijom sekundarnog fluida između rezervoara za pripremu sanitarne tople vode imodula za pripremu sanitarne tople vode (slika 6.) na gasnoj toplotnoj pumpi. Modul zapripremu sanitarne tople vode koristi otpadnu toplotu od hlađenja motora sa unutrašnjimsagorevanjem i od hlađenja izduvnih gasova za zagrevanje sekundarnog fluida kojim sedalje zagreva sanitarna topla voda.

Kada toplotna pumpa radi pod punim opterećenjem snaga grejanja na dodatnom modulu je25kW pri temperaturi od 75°C.

U ovom režimu rada ostvaruje se velika ušteda energije jer se celokupna potrebna količinasanitarne tople vode zagreva besplatno otpadnom toplotom (25kW) od gasne toplotnepumpe.

Gasni kotao se koristi za pripremu sanitarne tople vode u sledećim slučajevima:

u zimskom periodu kada su spoljne temperature vazduha jako niske i gasna toplotnapumpa nema dovoljnu količinu otpadne toplote za pripremu sanitarne vode.
u prelaznom periodu (proleće, jesen), kada su temperature spoljašnjeg vazduhatakve da nije potrebno dodatno ni zagrevati ni hladiti objekat, pa gasna toplotnapumpa nije u funkciji.

Slika 6. Pločasti razmenjivač toplote za pripremu sanitarne tople vode

Šema 3. Gasna toplotna pumpa – šematski prikaz režima hlađenja

Na šemi 3. je dat prikaz rada gasne toplotne pumpe sa osnovnim elementima instalacije ismerovima strujanja fluida u letnjem režimu rada kada gasna toplotna pumpa pripremahladnu vodu za potrebe klimatizacije i kada se otpadna toplota od hlađenja motora i izduvnihgasova koristi za pripremu sanitarne tople vode.

Šema 4. Gasna toplotna pumpa – šematski prikaz režima grejanja za tsp>-4°C

Na šemi 4. je dat prikaz rada gasne toplotne pumpe sa osnovnim elementima instalacije ismerovima strujanja fluida u zimskom režimu rada pri spoljašnjim temperaturama vazduhaiznad -4ºC kada gasna toplotna pumpa priprema toplu vodu za potrebe grejanja i kada seotpadna toplota od hlađenja motora i izduvnih gasova koristi za pripremu sanitarne toplevode.

Šema 5. Gasna toplotna pumpa – šematski prikaz režima grejanja za tsp≤ -4°C

Na šemi 5. je dat prikaz rada gasne toplotne pumpe sa osnovnim elementima instalacije ismerovima strujanja fluida u zimskom režimu rada pri spoljašnjim temperaturama vazduhaispod -4ºC kada gasna toplotna pumpa priprema toplu vodu za potrebe grejanja i kada seotpadna toplota od hlađenja motora i izduvnih gasova koristi kao izvor toplote za efikasanrad toplotne pumpe. U ovom slučaju se gasni kotao koristi za pripremu sanitarne tople vode.

Glavni delovi gasne toplotne pumpe

Gasna toplotna pumpa sastoji se od kondenzatorskog rashladnog agregata i razdvojeneisparivačke jedinice koja može biti:

Za hlađenje vode
Za hlađenje vazduha

Kondenzatorski rashladni agregat sa vazduhom hlađenim kondenzatorom kao osnovnielement ima četvorotaktni gasni motor sa dva, tri ili četiri cilindra u zavisnosti od snagepotrebne za pogon rashladnih kompresora.

Na slici 7. se vidi unutrašnji deo kondenzatorskog agregata AISIN gasne toplotne pumpe samotorom sa unutrašnjim sagorevanjem, scroll kompresorima i ostalim elementima.

Motor pokreće do četiri scroll kompresora preko remenog prenosa i elektromagnetnihspojnica. Rashladno sredstvo je freon R410a. Potrebna količina vazduha za odavanjeodnosno uzimanje toplote od okoline ostvaruje se pomoću aksijalnih ventilatora. Kapacitetspoljašnje jedinice se reguliše od 10% do 100% kontinualno.

Na slici 8. se vide scroll kompresori sa elektromagnetnim spojnicama i remenim prenosom.


Slika 7. Gasni motor i scroll kompresor AISIN - TOYOTA gasne toplotne pumpe	Slika 8. Scroll kompresori	Slika 10. Unutrašnji izgledkondenzatorskog agregata

Elementi rashladnog kruga se podudaraju sa elementima tradicionalnih rashladnih mašina:četvorokraki ventili, termoekspanzioni ventil, filter / sušač, grejač kartera i elementi zaštite iregulacije.

Kondenzatorski agregat je opremljen dodatnim setom delova kojim se obezbeđuje pripremasanitarne potrošne tople vode. Snaga grejanja se kreće od 15 do 25 kW zavisno od režimarada uređaja.

Sistemi sa gasom pogonjenim toplotnim pumpama postaju energetski efikasniji kada sekoriste za istovremeno zagrevanje sanitarne tople vode i prostorija što nije moguće kodelektričnih toplotnih pumpi.

Na slici 10. se vidi kondenzatorski deo AISIN gasne toplotne pumpe sa dodatnimrazmenjivačem vazduh / antifriz i dodatnim modulom za pripremu sanitarne tople vode.

Gasni motori toplotnih pumpi su konstruisani za radni vek od najmanje 40.000 časova(automobilski motori su konstruisani za radni vek od 2.000 do 3.000 časova). Za potrebeklimatizacije vazduha uređaj se najćešće koristi do 4.000 radnih časova godišnje, iz čegasledi da je radni vek motora minimum 10 godina.

Servisni interval za gasne motore toplotnih pumpi je 10.000 časova. Da bi se obezbediliovako dugački servisni intervali, koje nude gasom pogonjene toplotne pumpe, njihovi motorizahtevaju rezervu ulja (procenjena potrošnja ulja je 3cl/h). Do 50l ulja se nalazi u dodatnomrezervoaru za ulje. Sistem za ulje ima eksternu uljnu pumpu za cirkulaciju od rezervoara zaulje do kartera motora. Motor takođe ima unutrašnju uljnu pumpu kao i kod automobilskihmotora. Filter za vazduh je jako sličan filteru za vazduh kod automobilskih motora.

Bitno je napomenuti da ovi gasni motori nisu uzeti iz automobilske industrije, već suspecijalno razvijeni za ovu namenu i imaju mogućnost regulacije broja obrtaja. Minimalanbroj obrtaja motora je 800 min-1, a maksimalan 2600 min-1.

Gasne toplotne pumpe imaju nizak nivo buke (51dBA na 1 m od mašine) i nisku vrednostemisije štetnih gasova.

Granični temperaturski uslovi rada su: grejanje od -20°C do +23°C; hlađenje od -10°C do+43°C.

Gasne toplotne pumpe se kod svih Japanskih proizvođača rade u veličinama od 22 do 71kW rashladne snage. Snaga grejanja ovih uređaja je do 85 kW. Za veće potrebe uređaji semogu povezati paralelno.

AISIN je za 2010. godinu predvideo proizvodnju još 2 modela rashladnih snaga 84kW i112kW i snaga grejanja 100kW i 134kW.

Spoljašnja jedinica gasne toplotne pumpe je kompresorsko kondenzatorski agregat i možese koristiti u direktnim ili indirektnim sistemima hlađenja.

Kod direktnog sistema (slika 11.) unutrašnje jedinice su sa direktnom ekspanzijomrashladnog sredstva (razmenjivač toplote freon/vazduh) i na jednu spoljnu jedinicu uzavisnosti od kapaciteta se može priključiti maksimalno 60 unutrašnjih jedinica.

Slika 11. AISIN gasna toplotna pumpa i unutrašnje jedinice sa direktnom ekspanzijom

Kod indirektnog sistema (slika 12.), osnovna unutrašnja jedinica (AWS) je sa direktnomekspanzijom (razmenjivač toplote freon/voda) i može se povezati sa fan-coil aparatima ilivazdušnim sistemima – klima komorama (razmenjivač toplote voda/vazduh).

Slika 12. AISIN gasna toplotna pumpa, AWS unutrašnja jedinica i fan-coil aparati

U oba slučaja spoljašnja jedinica nema potrebe za mašinskim prostorom. Priključak za gasje na spoljašnjoj jedinici i ne zahteva posebne protiv požarne uslove.

Prednosti gasnih toplotnih pumpi u odnosu na električne toplotne pumpe

Prednosti gasnih toplotnih pumpi u odnosu na električne toplotne pumpe su:

Umesto električnog motora za pogon kompresora toplotne pumpe koristi se motor saunutrašnjim sagorevanjem (SUS), a gorivo može biti prirodni ili tečni naftni gas(TNG).
U zimskim uslovima rada toplota dobijena hlađenjem SUS motora i toplota dobijenahlađenjem izduvnih gasova koristi se kao izvor toplote potrebne za efikasan radtoplotne pumpe pa je zbog toga moguć rad ove vrste toplotnih pumpi i pri spoljašnjimtemperaturama do -20ºC. Otapanje isparivača nije potrebno pa je time dodatnopovećana energetska efikasnost ovih uređaja. Za rad sistema nije potrebanalternativni izvor energije za potrebe grejanja.
Strujom se napajaju samo ventilatori, pumpe i upravljačke elektronske jedinice (10%u odnosu na električne toplotne pumpe iste rashladne snage).
Pri pogonu SUS motora moguć je povrat toplotne energije za pripremu sanitarnetople vode.
Otapanje spoljašnjeg razmenjivača toplote vazduh / freon u zimskom periodu rada sepostiže korišćenjem otpadne toplote od gasnog motora, a ne prebacivanjem ciklusarada kao kod električne toplotne pumpe. Zbog toga gasna toplotna pumpa može daproizvodi toplotu bez prekida u radu.
Rekuperacijom toplote od SUS motora, ukupna količina toplote koju daje sistem zagrejanje se može povećati i do 25%. Ovo znači da čak i na visokim spoljašnjimtemperaturama (do 10ºC) količina toplote za grejanje će biti veća od svih tipovatoplotnih pumpi sa elektro pogonom.

Isplativost, investicioni i eksploatacioni troškovi

U pogledu investicionih troškova gasne toplotne pumpe su skuplje od električnih toplotnihpumpi u kombinaciji sa gasnim kotlom, ali se ova razlika u ulaganju sa današnjim cenamaenergenata za nekoliko godina može povratiti.

Vršili smo upoređenje između tradicionalnih sistema sa gasnim kotlom i agregatom zahlađenje vode sa vazduhom hlađenim kondenzatorom i novih sistema sa gasnom toplotnompumpom.

Cena gasne toplotne pumpe rashladne snage 71kW sa freon-voda modulom i modulom zapripremu sanitarne tople vode košta 33.750 EUR.

Eksploatacioni troškovi pri punom opterećenju uređaja za 1400 h/god grejanja i 600 h/godhlađenja po trenutno aktuelnim cenama iznose 3.420 EUR.

Nasuprot tome tradicionalno rešenje sa gasnim kotlom i agregatom za hlađenje vode isterashladne snage košta 17.500 EUR.

Sa istim brojem radnih časova i pri punom opterećenju uređaja eksploatacioni troškovi zatradicionalni sistem iznose 5.410 EUR.

Razlika u investicionim troškovima je 16.250 EUR koja se otplati zahvaljujući razlici ueksploatacionim troškovima za 8 god.

Pored ove pogodnosti i troškovi održavanja za gasnu toplotnu pumpu su manji.

Ovom kalkulacijom nisu obuhvaćene prednosti gasnih toplotnih pumpi i uticaj na smanjenjetroškova eksploatacije kod rada na redukovanom opterećenju, kao ni troškovi izgradnjekotlarnice i dimnjaka pri izvođenju tradicionalnog rešenja (agregat za hlađenje vode + gasnikotao).

Kompletan tekst možete preuzeti u PDF formatu sa linka

POVEĆANJE ENERGETSKE EFIKASNOSTI TOPLOTNIH PUMPIPRIMENOM GASNOG MOTORA ZA POGON RASHLADNIHKOMPRESORA

Izvor:

POVEĆANJE ENERGETSKE EFIKASNOSTI TOPLOTNIH PUMPIPRIMENOM GASNOG MOTORA ZA POGON RASHLADNIHKOMPRESORA

Autori: Slobodan PEJKOVIĆ - Vladimir ŽIVANOVIĆFilter Frigo d.o.o., Beograd