Parno grijanje

Parno grijanje vrsta je grijanja koja koristi vodenu paru proizvedenu u parnom kotlu za prijenos toplinske energije. Para se dovodi u grijalice (radijatore) gdje se hladi i kondenzira, pri čemu se oslobađa i toplina isparavanja, a kondenzat se ponovno vraća kotlu. Upotrebom pare kao prijenosnika topline mogu se razmjerno velike količine topline s malom masom nositelja (u usporedbi s toplom vodom) prenositi cjevovodom na veće udaljenosti. Parom se brže zagrijavaju prostorije i takvo grijanje zahtijeva manje početne (investicijske) troškove. Nedostatci su takva grijanja otežana centralna regulacija, zbog čega su česta pregrijavanja prostorija i veći potrošak topline; manjak akumulacije topline u grijalicama; veća opasnost od korozije u vodovima kondenzata; visoka površinska temperatura grijalica koja ovisi o tlaku pare. Parno se grijanje uglavnom koristi za daljinsko grijanje.

Grijanje parom

Zbog navedenih nedostataka para se ne upotrebljava za grijanje stambenih i uredskih prostorija, ali se može uspješno upotrijebiti za grijanje velikih dvorana, koje su samo povremeno u pogonu i gdje se traži brzo zagrijavanje. Prema tlaku vodene pare u postrojenju razlikuju se: grijanje parom niskog tlaka, grijanje parom nižeg tlaka od atmosferskog (vakuumsko parno grijanje) i grijanje parom visokog tlaka.

Grijanje parom niskog tlaka ili otvoreni sustav parnog grijanja

Vodena para se proizvodi u posebnim niskotlačnim parnim kotlovima. Prema propisima pogonski tlak pare ne smije biti viši od 0,5 bara pretlaka (0,05 MPa). Prekoračenje dozvoljenog tlaka u niskotlačnim kotlovima sprečava se pomoću sigurnosne hidrostatske cijevi. Hidrostatska cijev je uspravna U cijev s vodom kao zapornom tekućinom. Kraći krak je u vezi s parnim prostorom kotla, a dulji krak, duljine koja odgovara pogonskom tlaku uređaja, spojen je s posebnom otvorenom posudom. Ako se pri višim tlakovima ne mogu hidrostatske cijevi smjestiti u strojarnicu, mogu se umjesto njih na kotlovima predvidjeti sigurnosni ventili opterećeni utezima.

Za dobar rad parnog grijanja važno je ispravno odabrati pogonski tlak vodene pare u kotlu i tlak ispred radijatorskih ventila. Tako se na primjer za velike praonice rublja, kuhinje i različite industrijske svrha obično ima tlak od 0,3 do 0,5 bara pretlaka.

Para koja se dovodi radijatoru specifično je lakša od zraka koji se nalazi u njemu, pa ga istisne kroz cjevovod za kondenzat. Da se omogući odzračivanje, mora se kondenzatni cjevovod spojiti s atmosferom. Podešavanjem dovoda pare radijatoru pomoću regulacijskog ventila, povećava se ili smanjuje površina kondenzacije, a time i odavanja topline radijatora.

Niskotlačno parno grijanje izvodi se, s obzirom na vođenje cjevovoda, s gornjom i donjom razdiobom pare.

Gornja razdioba

U uređajima s gornjom razdiobom para struji od kotla kroz uzlazni ogranak do razdjelne mreže u najvišem katu, a odatle preko silaznih parnih ogranaka do pojedinih radijatora. Kondenzat i zrak iz radijatora odvode se kroz silazne kondenzatne vodove u sabirnu mrežu kondenzata u podrumu i natrag u kotao. U kondenzatnom cjevovodu razina se vode nalazi iznad srednjeg vodostaja kotla, i to u iznosu koji odgovara pogonskom tlaku pare. To je takozvana tlačna zona.

Kad se sabirni kondenzatni vod nalazi ispod tlačne zone, naziva se vlažnim kondenzatnim vodom, jer je cijeli presjek cijevi ispunjen kondenzatom. Smještaj voda iznad tlačne zone naziva se suhim kondenzatnim vodom, jer je samo djelomično cijev ispunjena kondenzatom, a djelomično zrakom.

Donja razdioba

U uređajima s donjom razdiobom para se razvodi ispod stropa podruma s padom u smjeru strujanja pare. Parni vod odvodnjava se pomoću posebnih U cijevi, s duljinom kraka nešto većom od stupca vode između tlačne zone i srednjeg vodostaja kotla. Od razdjelne mreže para se kroz uzlazne ogranke dovodi radijatorima. Od radijatora odvodi se kondenzat i zrak kroz silazne ogranke u suhi ili mokri sabirni kondenzatni vod i natrag u kotao. U kondenzatnom vodu ispod vodostaja kotla odvodnjava se parni vod neposrednim spojem na sabirni kondenzatni vod. Tada se odzračuje posebnim odzračnim cjevovodom koji je smješten iznad tlačne zone.

Ako su radijatori postavljeni dovoljno visoko iznad kotlova, kondenzat će moći slobodnim padom dotjecati kotlu. Kad je pogonski tlak manji od 0,2 bara pretlaka, obično je dovoljna visinska razlika između sabirnog voda kondenzata i vodostaja kotla koja osigurava slobodnu cirkulaciju kondenzata. Pri višim tlakovima i nisko položenim kondenzatnim vodovima treba predvidjeti posebne uređaje za automatski povrat kondenzata u kotlove. U tim uređajima sakuplja se kondenzat u sabirni spremnik, a odatle se pomoću crpke tlači kondenzat u visoko položenu posudu za napajanje kotla. Visinska razlika razine vode u toj posudi i vodostaja kotla mora odgovarati pogonskom tlaku pare povećanom za iznos otpora strujanja u cijevima od posude do kotla i nekim sigurnosnim dodatkom.

Pri višim tlakovima posuda je zatvorena i priključena na parni vod. Površina je vode u posudi stalno pod pogonskim tlakom pare, pa je dovoljno da je visina iznad vodostaja kotla jednaka otporima strujanja u priključnom cjevovodu. Dotok vode u kotao podešava se prema vodostaju kotla pomoću automatskog regulatora vodostaja.

Vakuumsko parno grijanje

Tada u kondenzatnim vodovima vlada podtlak, koji se održava vakuumskom crpkom ili pumpom (kondenzatna zračna crpka) upijanjem zraka i moguće pare. Temperatura radijatora, a time i odavanje topline, podešava se izborom tlaka pare u uređaju i podtlaka u kondenzatnom vodu. Radijatori su uvijek napunjeni parom. Pomoću posebnog automatskog uređaja za odvod kondenzata osigurava se odvod nastalog kondenzata i zraka, a sprečava odvod pare. Prednosti takvog grijanja prema niskotlačnom parnom grijanju jesu: niža temperatura radijatora, bolja mogućnost centralne regulacije i brzi povrat kondenzata u kotao.

Nedostaci su: više ulaganje i pogonski troškovi zbog veoma precizne montaže.

Prema izvedbi mogu se razlikovati dva glavna tipa vakuumskog grijanja: jednostavno i diferencijalno grijanje.

Jednostavno vakuumsko parno grijanje

U kondenzatnom vodu obično se održava apsolutni tlak od 0,2 do 0,3 bara, a u parnom vodu vlada, već prema opterećenju uređaja, veći ili manji pretlak, odnosno podtlak. Vakuumska crpka dovodi kondenzat u kotao ili u spremnik, a zrak tlači u atmosferu.

Diferencijalno vakuumsko parno grijanje

Diferencijalno vakuumsko parno grijanje razlikuje se od jednostavnog grijanja time što se stalno između parnog i kondenzatnog dijela uređaja automatski održava konstantna razlika tlaka, i to oko 0,1 bara, dok se visina apsolutnog tlaka pare mijenja prema promjeni vanjske temperature. Pri veoma niskoj vanjskoj temperaturi tlak je pare u radijatoru približno jednak atmosferskom tlaku ili nešto viši od njega, a pri višim vanjskim temperaturama može se tlak pare smanjiti do najnižeg apsolutnog tlaka od oko 0,2 bara. Pri tom se mijenja temperatura pare od 100 °C do 60 °C. Ako je potrebni učin grijanja još manji nego što odgovara najnižoj temperaturi, toliko se učin može postići samo smanjenjem količine pare ili periodičnim grijanjem.

Grijanje parom visokog tlaka

Visokotlačno parno grijanje radi s pretlakom većim od 0,5 bara. Primjenjuje se za prijenos topline na veće udaljenosti za daljinsko grijanje, odnosno grijanje nekog područja, i za grijanje toplinskih naprava. Za neposredno grijanje prostorija ne upotrebljava se para visokog tlaka zbog visoke površinske temperature i slabe mogućnosti regulacije. Izuzetno se upotrebljava za grijanje tvorničkih hala kad se raspolaže odušnom parom iz parnih strojeva, i to pri tlakovima pare od 1 do 2 bara pretlaka. Da se sprijeći prodiranje visokotlačne pare u cjevovod za kondenzat, treba iza svakog trošila pare ugraditi automatski uređaj za odvod kondenzata posebne izvedbe za visoki tlak. Kondenzat od svih trošila pare sakuplja se u spremniku kondenzata, a odatle se pomoću automatskog uređaja za povrat kondenzata tlači u posudu za napajanje kotlova. Za kotlove i sve parne naprave s tlakovima iznad 0,5 bara pretlaka vrijede propisi za visokotlačne kotlove.^[1]

Geotermalno grijanje

Podrobniji članak o temi: Geotermalno grijanje

Geotermalna elektrana Hellisheiði (Island).

Geotermalno grijanje se zasniva na izravnoj upotrebi geotermalne energije, a takav način grijanja se upotrebljava još od doba paleolitika. U 2004. godini je otprilike sedamdeset država svijeta izravno koristilo 270 P J geotermalne topline, a ta brojka je u konstantnom porastu. Od 2007. godine instalirano je još 28 G W geotermalnog toplinskog kapaciteta diljem svijeta, zadovoljavajući time 0,07 % globalne potrošnje primarne energije.^[2] Geotermalno grijanje ima visoki stupanj termodinamičkoe iskoristivosti jer nema potrebe za pretvorbom energije, ali je efikasnost uporabe niska i iznosi oko 20 %, jer je posljedica sezonske upotrebe topline za grijanje (većinom zimi).

Geotermalna energija potječe iz topline sadržane u Zemlji. Ta toplina nastaje kao posljedica radioaktivnog raspadanja minerala i od solarne energije koja se apsorbirala na površini Zemlje.^[3] Većina visoko temperaturne geotermalne topline nastaje na mjestima spajanja tektonskih ploča, jer je tamo vulkanska aktivnost bliža površini Zemlje. Na tim mjestima temperature zemlje i podzemnih voda mogu biti veće od temperature koja je potrebna u sustavima za grijanje. Toplina je također pohranjena i u hladnijim predjelima Zemlje. Već na šest metara ispod Zemljine površine je temperatura konstantna, te je po iznosu jednaka prosječnoj godišnjoj temperaturi zraka.^[4] Ta se toplina može izvući pomoću toplinskih pumpi.

Izvori

↑ "Tehnička enciklopedija" (Grijanje), glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.
↑ Fridleifsson,, Ingvar B.; Bertani, Ruggero; Huenges, Ernst; Lund, John W.; Ragnarsson, Arni; Rybach, Ladislaus. 6. travnja 2009. O. Hohmeyer and T. Trittin (ur.). The possible role and contribution of geothermal energy to the mitigation of climate change (pdf). Luebeck, Germany. str. 59–80. Pristupljeno 15. siječnja 2014. |url-status=dead zahtijeva |archive-url= (pomoć)CS1 održavanje: dodatna interpunkcija (link)
↑ Heat Pumps, Energy Management and Conservation Handbook, 2008. str. 9–3
↑ Mean Annual Air Temperature

[1] "Tehnička enciklopedija" (Grijanje), glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.

[IPCC-2] Fridleifsson,, Ingvar B.; Bertani, Ruggero; Huenges, Ernst; Lund, John W.; Ragnarsson, Arni; Rybach, Ladislaus. 6. travnja 2009. O. Hohmeyer and T. Trittin (ur.). The possible role and contribution of geothermal energy to the mitigation of climate change (pdf). Luebeck, Germany. str. 59–80. Pristupljeno 15. siječnja 2014. |url-status=dead zahtijeva |archive-url= (pomoć)CS1 održavanje: dodatna interpunkcija (link)

[heatpumps9-3-3] Heat Pumps, Energy Management and Conservation Handbook, 2008. str. 9–3

[4] Mean Annual Air Temperature

[1]

[2]

[3]

[4]