Istorijat toplotnih pumpi
Uticaj i zasluge Švajvarske i značajne međunarodne prekretnice
Sažetak : Švajcarski pioniri su p...
1 NAUČNI PRISTUP – OSNOVE TOPLOTNIH PUMPI
Robert Mayer uspostavio je princip ekvivalentnosti između rada i toplotne energi...
3 INDUSTRIJALIZACIJA 1876-1918
U ovom periodu funkcionalni modeli pionira zamenjeni su pouzdanijim i optimizovanijim
indus...
proizvodio je oko 175 kg/h soli u neprekidnom radu. Piccardov sistem je bio veliki uspeh.
Godine 1881, realizovan je proje...
Na pragu i tokom Drugog svetskog rata Švajcarska je ponovo doživela ozbiljan nedostatak
uglja. Grejanje otpadnom toplotom ...
sa radijalnim kompresorom

Sulzer klipni kompresor

5 PERIOD NISKE CENE NAFTE 1951-1972
1950-te i 1960-te su karakteristič...
pionira da razviju odgovarajuće sisteme malih snaga ( slika 8 ). Oni su uglavnom bili vešti
tehničari za rashladne, grejne...
Slika 9 : Jedna od 440kW-nih toplotnih pumpi železničke stanice u Lucernu
Godine 1979 , na osnovu predloga Lucien Borela, ...
Kako je Švajcarska imala vrlo ograničen sistem daljinskog grejanja, ove velike toplotne
pumpe morale su biti izvezene. Sa ...
Posle 1998 udeo toplotnih pumpi na tržištu, za grijanje hlađenje i toplu sanitarnu vodu,
značajno je porastao. Toplotne pu...
Vizija objekta "nula energija" postaje realnost 2006/2007 realizacijom projekta stambenog
naselja Eulachhof u Vinterthuru,...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Istorijat preveden

700 views

Published on

Published in: Automotive
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
700
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
6
Actions
Shares
0
Downloads
9
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Istorijat preveden

  1. 1. Istorijat toplotnih pumpi Uticaj i zasluge Švajvarske i značajne međunarodne prekretnice Sažetak : Švajcarski pioniri su prvi shvatili nacin funkcionisanja sistema isparavanja i kompresije. Prvi projekti toplotne pumpe realizovani su u Švajcarskoj. Do danas Švajcarska ostaje jedna od najznačajnijih zemalja u pogledu primene toplotne pumpe. Njena pionirska uloga u razvoju vertikalnih bunarskih izmenjivača toplote, korišćenje toplote kanalizacione otpadne vode, uljanih klipnih kompresora i turbo kompresora, je dobro poznata. Najveća ikada proizvedena toplotna pumpa dolazi iz Švajcarske. Iako postoji prilično sveobuhvatna distribucija prirodnog gasa, 75 % novih stanova izgrađenih u Švajcarskoj se trenutno zagreva toplotnim pumpa. Ovaj rad predstavlja pregled ove uspešne priče fokusirajući se na uticaj Švajcarske i njihov uticaj na razvij i prekretnice u korišćenju toplotnih pumpi. Ovaj rad je rezime detaljnog izveštaja sa mnogim referencama na ovu temu, pripremljen u ime Švajcarske federalne kancelarije za energetiku [ Zogg 2008 ]. UVOD Još od kamenog doba, čovečanstvo je u stanju da proizvede toplotu veštački izazivajući požare. Ali problem veštačkog hlađenja je mnogo složenija i nije bilo rešenja do pre 1850, kada su prvi pioniri izmislili rashladne mašine. Iste mašine mogu da se koriste i u svrhu grejanja, kao toplotne pumpe. Ogromna potražnja za hlađenjem dovela je do brzog razvoja ove novootkrivene tehnologije i do trijumfalnog širenja širom sveta. Kod odgovarajuće dizajniranih stambenih zgrada centralne i severne Evrope potrebno je samo grejanje kako bi se održala ugodna klima tokom hladnog godišnjeg perioda. To je razlog zašto je u ovim regionima za stambeni objekte od posebnog interesa samo grejanje. Toplotna energija može se proizvesti i pomoću jeftinog prirodnog gasa i naftnih kotlova. Grejanje samo toplotnim pumpama stoga mora da zadovolji visoke zahteve u pogledu efikasnosti i ukupnih troškova u cilju takmičenja sa manjim pristupačnijim kotlovima. Još uvek je izazov pobediti u ovom takmičenju u cilju povećanja energetske efikasnosti. Zašto toplotne pumpe koristiti samo za grejanje? Kotao uvek ima neke gubitke. Zato se iz kotla oslobađa manje od 100 % iskoristive toplote od 100% primarne unite energije. Odnos dobijene i primarne unete energija ( PER ) je ispod 1. To neodbranjivo znači rasipanje eksergije. Ovaj princip mora da bude zamenjen kombinacijom kogeneracionih jedinica ili modernim kombinovanim ciklusom elektrana sa toplotnim pumpama. Ovaj odnos će se sada povećati tako da za 100 % ulazne energije imamo 150 % do 200% korisne dobijene energije, pa i još više u budućnosti. Naredni tekst će se fokusirati na razvoj toplotnih pumpi koje proizvode toplotu kao glavnu korisnu energiju. Švajcarski doprinos međunarodnim kretanjima će biti istaknut i stavljen u kontekst relevantnih međunarodnih prekretnica u razvoju toplotnih pumpi i rashladne tehnike. Ovo poslednje je snažno pokrenulo razvoj toplotnih pumpi.
  2. 2. 1 NAUČNI PRISTUP – OSNOVE TOPLOTNIH PUMPI Robert Mayer uspostavio je princip ekvivalentnosti između rada i toplotne energije 1842 godine, koji je eksperimentalno dokazano James Prescott 1849 godine. 1847, Hermann fon Helmholz uspostavilja princip o održanju energije ( 1. zakon termodinamike ) . Nicolas Leonard Sadi Carno je 1824 prvi uspeo da uspostavi preciznu vezu između toplote i rada. Njegov privatno objavljen rad je ponovio Benoit Paul Emile Clapeyron i preformulisao u sada široko korišćen Karnoov ciklus, od Rudolf Julius Emanuel Clausius-a (1855-1867 profesor na ETH Cirih ). Clausius je prvo naveo osnovne ideje 2. zakona termodinamike i uveo koncept entropije 1850 godine . Godine 1851, nezavisno od Clausius-a, ali priznajući njegove zasluge i prvenstvo, Vilijam Tomson, i Lord Kelvin kasnije, dao je više opštu formulu za 2. zakona termodinamike i uveo termo - dinamičku temperaturnu skalu (1852). 1866, Ludvig Bolcman Eduard dao je novo značenje 2. zakonu povezivanjem koncepta entropije sa konceptom verovatnoće u statističkoj fizici. U 1878 godini, Josiah Wilard Gibs spoznaje vrednosti entalpije, a Ričard Mollier uvodi ovo saznanje u primenjenu termodinamiku 1902 . Od ideja iznetih od strane G. Zeugner (1859) i Hans Lorenca ( 1896 ), javila se ideja o eksergiji, korisnom radu. 1870 Karl fon Linde uspostavila rigorozni termodinamički pristup hlađenju . Frederik Svarts vrši fundamentalni rad na organofluornoj hemiji 1890. 2 PIONIRI PRE 1875 U ovom periodu , toplotne pumpe su forsirane za potrebe grejanja. Međutim kasniji razvoj je zasnovan uglavnom na pronalascima u cilju pokrivanja velike potražnje za hlađenjem, naročito u prehrambenoj industriji. Godine 1834 J. Perkins izgrađuje prvu praktičnu mašinu za proizvodnju leda. 1855 , A.C. Tvining je predstavio prvu komercijalnu fabriku za proizvodnju leda pomoću isparavanja i kompresije refrigenta . 1856 J. Harison razvija prvi kompresor spreman za praktičnu rad. Uvedeno je nekoliko refrigenata : Amonijak za apsorpcione sistem od strane F. Carre-a, za kompresione sistemime od strane J. Beath- a 1868 i D. Boile 1873, metil etar od strane Ch. Tellier 1863, ugljen-dioksid od strane Tadeusa S.C. Love 1866, a sumpor-dioksid od strane R. Pictet-a 1874. P. Van der Veyde je izumeo termostatički kontrolisan sistem hlađenja već od 1870. Koncentracija i kristalizacija isparavanjem se primenjuje širom sveta u velikoj meri. U otvorenom parno-kompresionom ciklusu izlazna para takvih sistema je komprimovana na viši pritisak u culju kondenzovanja i korišćenja toplote oko 10 K iznad temperature ključanja kako bi se obezbedio dobar prenos toplote. Ova mala temperaturna razlika je optimalna za proces toplotne pumpe. Ovo je razlog zašto je mehaničko isparavanje realizovano mnogo ranije u odnosu na toplotne pump za grejanje prostora i druge niskotemperaturne primene. P von Rittinger je bio prvi koji je pokušao da realizuje ovu ideju na 14 kW-noj fabric soli u Austriji, u Ebensu. Pored pomalo čudnog zatvorenog ciklusa javilo se dosta problema u radu samog procesa. Pilot postrojenje nikada nije uspešno pušteno u rad. Godine 1851, Francuz F. Carre, uspečno je dizajnirao komercijalni sistem za hlađenje na bazi amonijaka. To je bila prva rashladna mašina koja je ostvarila zapažen žnačaj u industriji. Razvoji su uglavnom empirijski - teorija apsorpcionih mašina je došla mnogo kasnije sa E. Altenkirch-om 1910 godine .
  3. 3. 3 INDUSTRIJALIZACIJA 1876-1918 U ovom periodu funkcionalni modeli pionira zamenjeni su pouzdanijim i optimizovanijim industrijskim proizvodima na osnovu bržeg naprednijeg naučnog znanja i industrijske sposobnosti. Rashladni sistemi su počeli da se proizvode u većem obimu. Nemac, C von Linde je najvažnija osoba u ovom period koja je uvela značajne promene. Bio je talentovan inženjer i preduzetnik, ali i izuzetan istraživača i predavač. eć 18 5, Politehničko Društvo Minhena izvodi prve komparativne testove na rashladnim mašinama. Oko 1900 dolazi do pronalska većine značajnik otkrića. Do 1918 amonijak je bio dominantan rashladni fluid i bilo je mnogo vise proizvođača kompresora u SAD i u Evropi. U Švajcarskoj su to bili Escher Vis u Cirihu, Sulzer u Vinterthuru i Societe Genevoise u Ženevi. Tokom 1878 Sulzer, jedan od vodećih proizvođača parnih motora, počinje sa izgradnjom rashladnih kompresora i elektrana kao logično širenje svog opsega poslovanja "parne mašine i kompresori". Sulzer postaje jedan od najznačajnijih proizvođača. Rashladni kompresori (Slika 1) bili su ogromni i teški u to vreme. U 18 8, Sulzer ostvaruje izvoz rashladne elektrane za pravljenje leda u Bombaj, Indija. Njegova dva Sulzer klipna kompresora su pokretana preko dva Sulzer parna motora snage 37 kW svaki. Prva hladnjača u Švajcarskoj je instalirana u 1879 za Hurlimann pivari u Cirihu. 1898 Sulzer prvi proizvodi kompresor sa dvofaznim jedinjenjem amonijaka, zatim sledi 1,45 MW rashladni kompresor 1909 i postrojenja za klimatizaciju za hotel u Buenos Airesu 1914 . U to vremeje parna mašina je bila dominantni način pokretanja kompresora . Slika 1: Klipni kompresor ( Patentirao Sulzer, CH-8404 Winterthur) U 1876 , Raul Pikte patentira horizontalni SO2 kompresor. Ova uspešna mašina je proizvedena od strane "Societe genevoise" u Švajcarskoj. Raul Pikte je takođe patentirao mešavinu SO2 i CO2 kao rashladni fluid. tokom 1913, Escher Vis je napravio 70 kW hlormetanski kompresor pod licencom Douane. Švajcarski inženjer turbine Hajnrih Zoelli prvi je predložio električno pogonjenu toplotnu pumpu koja bi koristila podzemne izvore za proizvodnju niskotemperaturne energije. Njemu je 1912 odobren ovaj švajcarski patent, ali on je bio ispred svog vremena. Verovatno stimulisan eksperimentima Rittinger u Ebenseu, prva istinski funkcionalna instalacija fabrike soli razvijena je u Švajcarskoj od strane P. Piccard-a na Univerzitetu u Lozani i inženjera J.H. Veibel-a u Ženevi 18 6. 18 prva toplotna pumpa u Švajcarskoj je instalirana za potrebe solane u Beks-u . To je bio veći projekat u odnosu na Rittinger-ov i
  4. 4. proizvodio je oko 175 kg/h soli u neprekidnom radu. Piccardov sistem je bio veliki uspeh. Godine 1881, realizovan je projekat elektrane u Ebensee-u. Četiri Piccardova sistema primenjena su u Salies du Salat u Francuskoj i jedan u Schonbecku , Nemačkoj . Manji sistem je realizovan u Aarau. Prvi elektricno pogonjen parno-kompresorski sistem imao je COP 11.7. Postrojenje je izgrađeno od strane švajcarske kompanije Kummler & Matter. Na osnovu ohrabrujućih rezultata realizovano je nekoliko drugih parno-kompresorskih postrojenja u Švajcarskoj u godinama koje su usledile. 4 GREJANJE TOPLOTNIM PUMPAMA POSTAJE KONKURENTNO 1919-1950 U ovom periodu, toplotne pumpe za grejanje prostora i sanitarnu toplu vode ostvarile su razvoj od retkih prvih prototipova do pouzdanog, efikasnog i, u zavisnosti od pojedinačnih graničnih uslova, čak ekonomski održivih grejanih sistema. Povećanje brzine rotacije kompresora rezultiralo je u smanjenju mase i težine. Posle 1918 električni motor postao je prvi izbor za pogon kompresora. O 1920 sinhroni električni motor , direktno vezan za kompresor, postaje veoma popularan. Od 1920, Sulzer proširuje svoju već obimnu proizvodnju kompresora na NH3, CO2 i metil hlorid. Od 1922 Sulzer takođe započinje proizvodnju kompaktnih rashladnih jedinica. Tokom 1927 Sulzer patentira i izvodi najveći svetski rashladni sistem, kapaciteta 9,4 MW. 193 je usledila još veća verzija od 11,6 MW. Tokom ranih 1930-ih, Sulzer uvodi nepodmazivani "suvi klipni kompresor " koji je prvi put korišćen za komprimovanje vazduha, a posle modifikacije 1955, korišćen je za rashladne sisteme. Sulzer je počeo da pravi turbo kompresore već od 1909, 1927 stupa na tržiđte sa višestepenim amonijačnim turbokompresorom sa parnom turbinom kao pogonom. 1936 Escher Wyss započinje proizvodnju valjčanog klipnog kompresora, takozvanog " Rotasco ". Ovaj tip kompresor izabran je za prvu evropsku toplotnu pumpu u Cirihu ( slika 2 ). Slika 2: Rotasco kompresor (Hochbauamt, CH-8090 Zürich) Švajcarska je patila od nedostatka snabdevanja gorivom tokom i posle Prvog svetskog rata . S druge strane, ona je dostigla vodeću poziciju u energetskom inženjeringu i tu leži veliki potencijal za proširenje hidroenergije. Teškoće čine ljude kreativnim. 1918 počinje ozbiljna diskusija o mogućnostima grejanja pomoću toplotnih pumpi. U svojoj knjizi Thevenot je napisao: " To je bila Švajcarska, zemlja siromašna u rezervi fosilnih goriva, ali bogat u hidroenergiji, koja je dala podsticaj za ovaj metod grejanja ... "
  5. 5. Na pragu i tokom Drugog svetskog rata Švajcarska je ponovo doživela ozbiljan nedostatak uglja. Grejanje otpadnom toplotom počelo je da se praktikuje već 1930. U period od 1938 do 1945 instalirano je 35 toplotnih pumpi za grejanje, uglavnom od dva konstruktora Sulzer i Escher Vyss. Braun Boveri u Badenu je aktivno učestvovao u projektima. Glavni izvori toplote su voda jezera i reka, podzemne vode i otpadna toplota. 1944 , nakon pet godina uspešnog rada toplotnih pumpi, zaključeno je da su rezultati korišćenja toplotnih pumpi veoma zadovoljavajući. Do 1955 bilo je oko 60 toplotnih pumpi u Švajcarskoj, a najveća od njih je dostizala 5,86 MW. Svetska prekretnica je ugradnja toplotne pumpe iz 1937/38 koja je zamenila grejanje jednokrevetne soba preko peći na drva, u Cirihu, slika 3 . Da bi sprečili veliku buku i vibracije Escher Vyss realizuje svoj patentirani valjčani klipni kompresor , takozvani "Rotasco", Slika 2 . 2001, nakon 63 godina rada, istorijska toplotna pumpa je zamenjen novim. Od 2001 ova toplotna pumpa, koja je najstarija i još uvek operativna, pušta se u rad na jedan sat svake nedelje kako bi se održala u životu. Zatvoreni bazen u Cirihu je 1941 dobio toplotnu pumpu 1 MW. Ona koristi otpadnu toplotu iz obližnje trafo stanice i jezersku vodu kao izvor toplote. Toplotna pumpa 5.8 MW Walche postrojenja na obalama reke Limmat, za potrebe sistema daljinskog grejanja, počela je sa radom u 1942. Sastoji se od dve Brown Boveri ( BBC ) 2 MW-ne termoblok toplotne pumpe sa petostepenim radijalnim kompresorom ( slika 4 ) i jednom Sulzer 1,86 MW-nom toplotnom pumpom sa trostepenim klipnim kompresorom (slika 5). Slika 3: Gradska zgrada u Cirihu, pored reke Limmat kao izvor toplote Slika 4: Walche postrojene, Brown Bover termoblok Slika 5: Walche postrojenje, trostepeni
  6. 6. sa radijalnim kompresorom Sulzer klipni kompresor 5 PERIOD NISKE CENE NAFTE 1951-1972 1950-te i 1960-te su karakteristične po konstantnom padu cene nafte. To je imalo ogroman uticaj na dramatično smanjenje udela toplotih pumpi za zagrevanje prostora, što je rezultiralo određenom stagnacijom u njihovom razvoju i prodoru na tržište. U toplijim podnebljima je i dalje postojala potreba za hlađenjem i grejanjem. U ovim regionima, toplotne pumpe su nastavile svoj uspeh. U ovom periodu povratak investicija u toplotne pumpe nije bilo moguće sve do naftnog embarga 1973. Nove instalacije su ograničene na posebne slučajeve. Uzimajući napredne posebne tarifa za električnu energiju, Escher Wyss postavlja novu 350 kW amonijačnu toplotnu pumpu u bolnici u Altdorfu 1961. Ona je postigla respektabilnu efikasnost od 52,3%. Tokom 1960-ih i 1970-ih , Escher Vyss održava udeo od oko 30% na svetskom tržištu toplotnih pumpi. U kasnim 1960-im i ranim 1970-im, računar izazvala ogromnu promenu, najpre u dizajnu i optimizaciji, a zatim i u kontroli i upravljanju toplotnim pumpama. Razvijeno je ogromno tržište malih klima uređaja za stambene objekte i automobilsku industriju u SAD-u i Japanu. U SAD postrojenja toplotne pumpe koja koriste podzemnu vodu kao izvor toplote, realizovana su oko 1952. Japan je značajno povećao broj jedinica klima uređaja, a bio je i takođe veoma zainteresovan za veclike sisteme grejanja i hlađenja. Klima uređaji iz SAD-a i Japana su bili veoma slabo prihvatćeni u Centralnoj Evropi ( neprijatan protoka vazduha i buka, umerena efikasnost). U Francuskoj i Nemačkoj toplotne pumpe su korišćeni samo sporadično. Godine 1969, u Nemačkoj je realizovan prvi projekat toplotne pumpe koja koristi zemlju kao izvor toplote. 6 ENTUZIJAZAM I RAZOČARENJA 1973-1989 1973 je bila jedna od najvažnijih prekretnica u istoriji dvadesetog veka . Arapske članice Organizacije zemalja izvoznica nafte (OPEC) su odlučile da smanje izvoz nafte zapadnim zemljama. Ovaj naftni embargo je imao razarajuć efekat na nacionalne privrede, praćen globalnom recesijom i visokom inflacijom. Do kraja embarga u martu 1974 , cena nafte je porasla za preko 300 % . To je bilo vreme kada alternativna energija i racionalno korišćenje energije postaje javni prioritet. Osnovana je IEA koja je prepoznala značaj tehnologije toplotne pumpe. Ova tendencija je ubrzana nakon druge nafte krize 1979 i posebno nakon 1980 , kada je izbio rat između Irana i Iraka. Alternativna energija postaje sve više popularna i bilo je dosta optimizma u vezi zamene fosilnih goriva nuklearnom energijom. Ubrani rast tržišta toplotnih pumpi donosi previše konkurenata sa nedovoljnim znanjem. Ovo kao i sledeći kolaps cena nafte bili su razlozi za kolaps evropskog tržišta do kraja 1980. Širom sveta, 1979 ,broj toplotnih pumpi je procenjen na oko 800.000 bez, i 4.000.000 sa klima uređajima. Posle više od dve decenije stagnacije, toplotne pumpe su doživele preporod tokom naftne krize 1973. Usledio je razvoj druge generacije toplotnih pumpi za sisteme centralnog grejanja, za stanove i kuće. Međutim, postojao je nedostatak malih ( 10 - 50 kW) sistema toplotnih pumpi sa vazduhom ili zemljom kao izvorom toplote. Ovo je motivisalo nekoliko
  7. 7. pionira da razviju odgovarajuće sisteme malih snaga ( slika 8 ). Oni su uglavnom bili vešti tehničari za rashladne, grejne i električne sisteme. Patentirali su vise sistema toplotnih pumpi malih snaga. Uglavnom su koristili R-12 , a kasnije i R-22 kao sredstvo za hlađenje, hermetički klipni kompresor i druge rashladne komponente dostupne na svetskom tržištu. Do 1978 najčešći izvor toplote bio je kombinacija horizontalnih izmenjivača toplote sa solarnim krovnim kolektorima. Podjednako dobro korišćena je i otpadna toplota kanalizacije, kao i energija vode jezera i reka. Faktor performanse malih jedinica ( 10-50 kW) bio je oko 1,9 do 2,3 za vazduh kao izvor toplote i ne mnogo veći za horizontalne izmenjivače toplote smestene u zemlji. Ipak slika prvog buma toplotnih pumpi završena je pogoršanom slikom zbog velikog broja neozbiljnih konkurenata. Slika 8 : “Grimm Machine” toplotna pumpa male snage Treća generacija malih toplotnih pumpi, nakon 1979/1980, bila je manjih gabarita sa manjim sadržajem rashladnog fluida. Tržište toplotnih pumpi malih snaga ( 50-1000 kW) bilo je podeljeno na 3 aktivne kompanije. Hoval Herzog, koji je 1975 realizovao 620 kW-ni sistem koji koristi otpadnu toplotu kanalizacionog postrojenja kao izvor toplote . Autofrigor Scheco je izbacio rešenja za kombinovano korišćenje grejanja i hlađenja gde god je moguće. Sulzer - Escher - Vyss je takođe sa velikim uspehom realizovao vise postrojenja. Tokom 1980, gasni i dizel motor bili su glavni pokretači toplotnih pumpi sa grejnim rasponom snage od 200 kW do 1000 kW. Problem su bili troškovi održavanja koji su bili suviše visoki. Na osnovu višedecenijskog iskustva i znanja , Sulzer - Escher - Vyss je zauzeo lidersku poziciju u projektima velikih toplotnih pumpi ( > 1 MW ). Jedan od prvih ostvarenja savremenog koncepta, kombinacije električnih toplotnih pumpi sa kogeneracionim jedinicama, realizovala je kompanija Sulzer - Escher- Vyss 1984 na železničkoj stanici u Lucernu . Četiri jedinice toplotne pumpe sa grejnim snagom od 440 kW svaka ( slika 9 ) i vodom iz jezera Lucern, kao izvor toplotne energije, su pogonjene sa tri gasna kogeneraciona motora snage 374 kWel svaki . U letnjem periodu toplotne pumpe su radile u režimu čilera. Sistemom je upravljao kompjuterski sistem. Nakon zamene R - 12 amonijakom, 1990, ukupna grejna snaga je povećana na ,2 MW sa primarnim odnosom energije oko 2.
  8. 8. Slika 9 : Jedna od 440kW-nih toplotnih pumpi železničke stanice u Lucernu Godine 1979 , na osnovu predloga Lucien Borela, inženjer konsultant Ludvig Silberring dizajnira 23 MW-no postrojenje za grejanje Švajcarskog federalnog instituta za tehnologiju u Lozani (EPFL) . Projekat je realizovao Sulzer - Escher- Vyss (Slika 10) i sastojao se od dve gasne turbine od 3 MW električne energije i 5, MW toplotne energije, svaka. Dve identične, električnom energijom pogonjene, amonijačne toplotne pumpe sa ekonomajzerom imale su vijčani kompresor sa ubrizgavanjem ulja. Ove toplotne pumpe, sa grejnom snagom od 3.9 MW, koristile su amonijak kao radni fluid a vodu iz Ženevskog jezera kao izvor toplote. Sa ukupnom snagom grejanja od 7,8 MW ovaj zatvoreni sistem toplotne pumpe postaje najveća u Švajcarskoj. Slika 10: 23MW Sulzer - Escher- Vyss postrojenje, Lozana
  9. 9. Kako je Švajcarska imala vrlo ograničen sistem daljinskog grejanja, ove velike toplotne pumpe morale su biti izvezene. Sa snagom grejanja od 180 MW , Sulzer - Escher – Vyss je u Stokholmu 1984 / 1985 instalirao, najveću na svetu, toplotnu pumpu sa šest jedinica od 30 MW ( slika 11 ) koje koriste morsku vodu kao izvor toplotne energije. Slika 11: Jedna od šest 30MW Sulzer toplotna pumpa za daljinsko grejanje u Stokholmu 7 USPEŠNA PRIČA 1990 – PA DO DANAS Jeftinije, efikasnije i pouzdanije toplotne pumpe postale su dostupne . Rastući ekološki problemi kreirale su ideju o uštede primarne energije, tako da grejanje toplotnim pumpama sve više i više postaje popularo. Ovi argumenti su ojačani nacionalnim i međunarodnim naporima i R&D kontrolom kvaliteta. U nekim zemljama postoje dodatni finansijski podsticaji za korišćenje toplotnih pumpi. Tehnikom isparavanja i kompresije ovladalo se već godinama ranije. U ovom period jedan od izazova je promena rashladnog fluida. Fokusna tačka razvoja je optimizacija sistema i jeftinija masovna proizvodnja. Postoji tendencija ka prirodnim rashladnim fluidima, pre svega, amonijaku kao i višim vrednostima efikasnosti sistema grejanja i hlađenja. Od 1990, korišćenje tehnologije toplotne pumpe uzima maha, naričito u Evropi. Toplotne pumpe koje koriste zemlju kao izvor toplote postaoju sve više popularne, posebno u Austriji , Kanadi , Nemačkoj , Švedskoj , Švajcarskoj i u SAD. Razvojem računarskih programa za precizniji dizajn i proračune, izmenjivači toplote za vertikalne bušotine postali su dostupni. Godine 1993 , Stiebel Eltron je predstavio svoju prvu toplotnu pumpu na propan. Kompanija je razvila toplotnu pumpu sa integrisanim korišćenjem otpadne toplote iz izduvnih gasova i integrisanim rezervoarom tople vode za niskoenergijske objekte sa kontrolisanom ventilacijom.
  10. 10. Posle 1998 udeo toplotnih pumpi na tržištu, za grijanje hlađenje i toplu sanitarnu vodu, značajno je porastao. Toplotne pumpe polako osvajaju tržište. U poslednjih 15 godina, prosečna vrednost COP-a, na ispitnim paerametrima, temperature vazduha ( 2 °C ) / voda ( 35 °C ), za snage toplotne pumpe ( 2.5-30 kW ), porastao je za 30% od 2.6 do 3.4 , a vrednost COP-a za temperaturu zemlje ( 0 °C ) / voda ( 35 °C ), za snage toplotne pumpe ( 580 kW ) porastao je za 17 %, sa 3.8 na 4.45. Trenutno su razmenjivači toplote vertikalnih bušotinasu dovedeni do maksimalne dužine od 350 m. Najčešća dubina bušenja varira od 150m ( pasivno letnje hlađenje) do 250 m ( sa zagrevanjem ) . Najveći projekat vertikalnih izmenjivača toplote realizovan je 2005 za Dolder Hotel u Cirihu sa 72 sonde (Slika 12). Pošto postoji značajna potreba za hlađenjem, polje radi kao geotermalno skladište energije. Slika 12: Geotermalno skladište za vreme radova U hotelu Dolder u Cirihu Pored standardnih instalacije toplotne pumpe, tokom ovog perioda realizovano je mnogo inovatnih većih sistema. Toplotne pumpe sada koriste nekonvencionalne izvore toplote , kao što su drenažne vode iz novih voznih tunela kroz Alpe, niskotemperaturni sistemi koji se snabdevaju toplotnom energijom iz postrojenja za preradu otpadnih kanalizacionih voda, neprečišćene otpadne vode i planinska jezera. Realizovano je dosta kombinacija toplotnih pumpi sa kogeneracionim jedinicama. Nekoliko velikih toplotnih pumpi 90 MW grejne i 60 MW rashladne snage izvezla je kompanija Friotherm. Tokom 2006, Stiebel Eltron je izgradio najveću fabriku za proizvodnju toplotnih pumpe u Evropi, kapaciteta 25000 toplotnih pumpi godišnje. Mnogi veliki sistemi toplotnih pumpi su izgrađeni u Švedskoj i Norveškoj .
  11. 11. Vizija objekta "nula energija" postaje realnost 2006/2007 realizacijom projekta stambenog naselja Eulachhof u Vinterthuru, sa 132 stanova. Zgrade, sa izolacijom od 38 cm, značajno nadmašuje švajcarski standard. 1240 m2 fotonaponskih panela ukupne snage 1 6 kWp obezbeđuje potrebnu energiju za pogon dve toplotne pumpe i duvaljki u kontrolisanoj ventilaciji, na godišnjem nivou srednjih vrednosti. Otpadna toplota kontrolisane ventilacije je izvor toplote prve visoko efikasne toplotne pumpe za grejanje prostora sa napojnim temperaturama ispod 30 °C. Izvor toplote druge toplotne pumpe, za pripremu sanitarne tople vode, je otpadna toplota fekalnih voda, preko FEKA rezervoara ( Slika 13 ). Pomoćno grejanje iznosi od oko 8,5 % od ukupne potražnje za toplotnom energijom i obezbeđuje se iz postrojenja za spaljivanje otpada. Slika 13: FEKA rezervoar za korišćenje otpadne toplote kanalizacione vode

×