Dario
Iz zemlje se ne može dobiti više energije nego posjeduje toplinski akumulator, a toplinski kapacitet je konačan te ga je potrebno postepeno prazniti da se omogući regeneracija putem dotoka energije Sunca 40-80 W/m2 [19] te padalina kiše ili dotoka površinske vode. Cilj je ostvarivanje balansa crpljenja i regeneracije. Drugi izvor energije koji obavlja regeneraciju je dubinski toplinski tok koji dolazi iz središta Zemlje te je usmjeren prema površini, stabilan je jednako raspoređen tok na razini 0,052 W/m2 [19]. Potrebno je napraviti balans energije koja se crpi iz toplinskog spremnika i energije koja dolazi u njega da temperatura spremnika bude stabilna. Tijekom zime se energija crpi iz zemlje dok je potrebno tijekom ljeta energiju vratiti u toplinski spremnik dodatnim pasivnim hlađenjem građevine. Osnovni elementi kod dimenzioniranja zemnih izmjenjivača su temperature na dubinama od 0 do 200m, koeficijent provođenja topline strukture zemlje i postojanje podzemnih vodenih tokova. Potrebno je obuhvatiti područja geologije, termo-geologije i hidro-geologije da se dobiju okvirni podatci za početne proračune. Realni podatci su osnova za pravilno dimenzioniranje izmjenjivača topline da se sprijeći predimenzioniranje. Stvarne temperature i stvarni koeficijenti provođenja topline svih slojeva zemlje definirati će toplinske tokove između zemlje i izmjenjivača te potrebne dimenzije, površine zemnih izmjenjivača. Velike su varijacije podzemnih karakteristika mikrolokacija te nije moguće primjeniti jedan model dimenzioniranja za drugu lokaciju bez poznavanja strukture zemlje. Mjerenje temperaturnog odziva je jedina metoda da se ispita izmjena topline na određenoj mikrolokaciji.
Autor: Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.
Što je geotermalna energija?
Geotermalna energija je termalna energija koju proizvodi zemlja i koja se nalazi u tlu, vodi i stijeni. Zemljina geotermalna enegija je nastala od nastanka planeta, radioaktivnog propadanja minerala, vulkanske aktivnosti i sunčane energije koja se absorbira na površini. Razlika temperature u zemljinoj jezgri i na površini se zove geotermalni gradijent i on utječe na kontinuirani protok topline od zemljine jezgre prema površini.
Još od vremena paleolitika izvori geotermalne energije su se koristili za kupelji, a u doba starog Rima i za grijanje prostora, no bili su limitirani na područja koja se nalaze na granicama tektonskih ploča. Moderna tehnologija dizalica topline omogućava šire korištenje geotermalne energije i više nije toliko ograničena na samo određena područja. Geotermalni izvori oslobađaju znatno manje otpadnih plinova nego što to rade fosilna goriva, čineći razvoj dizalica topline kao glavni izvor topline u kućanstvima i postrojenjima važan korak ka zdravijoj i sretnijoj budućnosti.
Kako možemo iskoristiti geotermalnu energiju?
Budući da geotermalna energija ne ovisi o promjenjivim izvorima energije kao što su vjetar i sunčana energija, može se koristiti tokom cijele godine bez obzira na vremenske uvjete. Geotermalne dizalice topline uzimaju toplinu iz tla i pretvaraju je u toplinsku energiju i to puno učinkovitije od konvencionalnih peći. Dizalice topline crpe energiju na mnogo plićim i hladnijim izvorima od tradicionalnih geotermalnih tehnika, i često imaju dodatne funkcije kao što su pasivno hlađenje, sezonsko skupljanje energije, prikupljanje sunčane energije i grijanje.
Geotermalne dizalice topline se mogu koristiti za grijanje prostora na gotovo bilo kojoj lokaciji i u svako doba godine, a da pri tome ne štete okolišu. Primjer dobre iskoristivosti geotermalne energije je sustav grijanja na Islandu koji se sastoji od mreža cijevi ispunjenih toplom izvorskom vodom iz gejzira koja zagrijava stambene i poslovne zgrade a nakon toga se vraća nazad u tlo ispod ulica da svojom toplinom otopi snijeg. Geotermalna energija je svuda oko nas, dostupna je, besplatna i iskoristiva!
www.toplinskepumpe.com
Što je geotermalna energija?
Geotermalna energija je termalna energija koju proizvodi zemlja i koja se nalazi u tlu, vodi i stijeni. Zemljina geotermalna enegija je nastala od nastanka planeta, radioaktivnog propadanja minerala, vulkanske aktivnosti i sunčane energije koja se absorbira na površini. Razlika temperature u zemljinoj jezgri i na površini se zove geotermalni gradijent i on utječe na kontinuirani protok topline od zemljine jezgre prema površini.
Još od vremena paleolitika izvori geotermalne energije su se koristili za kupelji, a u doba starog Rima i za grijanje prostora, no bili su limitirani na područja koja se nalaze na granicama tektonskih ploča. Moderna tehnologija dizalica topline omogućava šire korištenje geotermalne energije i više nije toliko ograničena na samo određena područja. Geotermalni izvori oslobađaju znatno manje otpadnih plinova nego što to rade fosilna goriva, čineći razvoj dizalica topline kao glavni izvor topline u kućanstvima i postrojenjima važan korak ka zdravijoj i sretnijoj budućnosti.
Kako možemo iskoristiti geotermalnu energiju?
Budući da geotermalna energija ne ovisi o promjenjivim izvorima energije kao što su vjetar i sunčana energija, može se koristiti tokom cijele godine bez obzira na vremenske uvjete. Geotermalne dizalice topline uzimaju toplinu iz tla i pretvaraju je u toplinsku energiju i to puno učinkovitije od konvencionalnih peći. Dizalice topline crpe energiju na mnogo plićim i hladnijim izvorima od tradicionalnih geotermalnih tehnika, i često imaju dodatne funkcije kao što su pasivno hlađenje, sezonsko skupljanje energije, prikupljanje sunčane energije i grijanje.
Geotermalne dizalice topline se mogu koristiti za grijanje prostora na gotovo bilo kojoj lokaciji i u svako doba godine, a da pri tome ne štete okolišu. Primjer dobre iskoristivosti geotermalne energije je sustav grijanja na Islandu koji se sastoji od mreža cijevi ispunjenih toplom izvorskom vodom iz gejzira koja zagrijava stambene i poslovne zgrade a nakon toga se vraća nazad u tlo ispod ulica da svojom toplinom otopi snijeg. Geotermalna energija je svuda oko nas, dostupna je, besplatna i iskoristiva!
www.toplinskepumpe.com
Objavljeno u
Energijske tehnologije
Označeno u
Zračne dizalica topline su poznate kao klima jedinice ili zrak-zrak uređaji koje se koriste masovno za hlađenje tijekom ljeta te za grijanje u krajevima koji imaju prosječne zimske projektne temperature na razini -5 do 0 °C odnosno u primorskoj Hrvatskoj. Prvenstveno se koriste za hlađenje, no moguće je i grijanje. Broj unutrašnjih jedinica može biti od jedne (mono sustavi) do nekoliko (multi-split sustavi).To su sustavi kod kojih je freon u cijevima prenosnik topline. Složeniji sustavi su VRV ili variable refrigerant volume, sustavi s promjenljivim volumenom radne tvari koji mogu istovremeno vršiti grijanje i hlađenje građevine. Složeni freonski sustavi koji se u praksi nisu pokazali idealnim za održavanje u slučaju puštanja freona na jednom od varova, spojeva cijevi. Oko cijevi se postavlja izolacija koja dodatno onemogućuje pronalazak mjesta propuštanja. Sustavi zrak-voda koriste vanjsku jedinicu koja crpi toplinu iz okolišnjeg zraka te se toplina prenosi vodom na sustav grijanja ili spremnik tople vode.
Preporuča se da sustav ima spremnik koji na sebe prima oscilacije energetskih potreba građevine te se primjenom toplinskog spremnika smanjuje broj paljenja i gašenja kompresora čime se povećava vijek trajanja uređaja. Toplinski spremnik ili buffer za obiteljske kuće bi trebao imati zapreminu od 60 do 200 litara ovisno o snazi sustava te modelu grijanaj da se smanji broj paljenja i gašenja dizalice topline. Vanjska jedinica ima u sebi isparivač, kompresor, eskpanzijski ventil te regulacijske elemente. Kod temperatura vanjskog zraka nižih od 5 do 7°C dolazi do postepenog zaleđivanja isparivača jer je temperatura freona u isparivaču niža za 5 do 10°C od vanjskog zraka da se ostvari prijelaz topline. Zbog zaleđivanja vanjske jedinice koje se koriste za grijanje moraju imati režim odleđivanja u kojem se proces rada dizalice topline okreće te se jedinica odleđuje toplim freonom. Kod odleđivanja toplina se odvodi iz građevine odnosno spremnika sanitarne vode te građevina postaje toplinski izvor. Tijekom procesa odleđivanje ne grije se građevina već se hladi te je potrebno dimenzionirati zračnu dizalicu topline na veću snagu nego nominalnu da se niveliraju oscilacije u toplinskom radu. Pojedini proizvođači garantiraju rad uređaja do temperatura vanjskog zraka od -15 do -20°C. Uređaji mogu teoretski raditi na niskim temperaturama ali im je SPF onda na razini 1,0-1,5 što je istovjetno grijanju klasičnim energentima ili električnim grijačima koji imaju COP 1,0. Koliki će biti iznos faktora suastava SPF ovisi prvenstveno o temperaturi okolišnjeg zraka te će SPF na svakoj lokaciji biti drugačiji. Treba obratiti pozornost na geografsku lokaciju kada se odabiru zračne dizalice topline jer kod krivog odabira najstaju dugoročno visoki troškovi energenta.
Po investiciji je najpovoljnija zračna dizalica topline koja i u idealnim uvjetima ne može postići visoki faktor sustava, dok je po cijeni pogona u rangu s klasičnim energentom zemnim plinom. Velika prednost zračne dizalice topline je što joj je za pogon potrebna električna energija te se može koristiti kao uređaj za grijanje na izoliranim područjima koji imaju instalirane fotonaponske sustave za proizvodnju električne energije. Zračne dizalice mogu imati veliku primjenu na otocima gdje ne postoji plinska mreža, spremnici ukapljenog naftnog plina ili se žele zamjeniti postojeći sustavi grijanja lož uljem. Osnovni nedostatak zračnih dizalica je buka koju stvaraju tijekom rada, a riječ je o konstantnoj buci koja može negativno utjecati na korisnike prostora te susjedne građevine i korisnike.
Slika 6. Zračni toplinski izvor: zračna dizalica [1]
Koncepcija korištenja energije otpadnog zraka za grijanje građevine je nova i sustavi su predviđeni za grijanje građevina malih toplinskih zahtjeva kao što su pasivne građevine. Kanalima se zrak temperature oko 20°C odvodi iz sanitarija, kuhinje i hodnika te se vodi do zračne dizalice koja koristi otpadni zrak kao toplinski izvor koji ima stabilnu temperaturu. Zagrijani svježi zrak temperature oko 26 do 30°C se potom ubacuje u građevinu u zone boravka dnevnu sobu i spavaće sobe. Koncepcija ove zračne dizalice se može kombinirati s radom rekuperatorske ili regeneratorske jedinice koja preko izmjenjivača vrši povrat topline otpadnog zraka građevine. Ovim sustavima se može napraviti klimatizacija građevine, grijanje i hlađenje zraka, povrat topline te filtriranje zraka. Na tržištu postoji mali broj uređaja koji mogu zadovoljiti tražene uvjete no očekuje se razvoj novih tehnoloških rješenja kako se bude povećavao udio pasivnih građevine jer su ove jedinice prvenstveno namjenjene za primjenu u kombinaciji sa solarnom pasivnom arhitekturom. Uređaj je namjenjen prvenstveno za grijanje građevine te se priprema tople sanitarne vode mora osigurati zasebnim sustavom kao što je solarni sustav.
Slika 7. SPF ispitivanih zračnih dizalica topline [1]
Ispitivane zračne dizalice topline su postigle faktore učinka u prosjeku 2,2 dok je maksimalni postignuti učinak sustava 3,2. Postignuti COP samog uređaja je na razini minimalno 1,2 do maksimalnog učinka 3,3. Učinak zračnih dizalica topline ovisi o vanjskoj temperaturi zraka te im učinak pada sa snižavanjem okolišne temperature zraka, a i velike su oscilacije temperature toplinskog izvora odnosno zraka. Sustavi koji su postigli učinkovitost ispod 2,0 su pogrešno instalirani ili su instalirani na pogrešnim lokacijama. Zračne dizalice topline nisu u pravilu predviđene za instaliranje u krajevima s niskim temperaturama zraka u sezoni grijanja, a posljedica takih instalacija je učinak sustava od 1,2.
Autor: Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.
Autor: Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.
Objavljeno u
Energijske tehnologije
Označeno u
Sve dizalice topline posredno koriste energiju Sunca koja se akumulirala u zraku, zemlji, vodi i biomasi. Sunčeva energija se kroz energetske transformacije može koristiti za grijanje odnosno hlađenje građevina te za stalnu obnovljivu proizvodnju električne energije pomoću koje se pokreću dizalice topline. Stalni dotok energije Sunca osigurava nesmetani rad projektiranih sustava i stabilnost temperatura odabranih toplinskih izvora pri čemu se toplinski tok kreće u granicama od 40 do 80 W/m2 za područje Europe [19].
Potencijal iskorištenja energije koju dobivamo od Sunca je ogroman te se je taj potencijal trenutačno neiskorišten. Tendencija je da se do 2020. godine udio obnovljivih izvora energije poveća na 20% dok je ambiciozni plan da se udio poveća do 2100. godine na 100% energije iz Sunca. Godišnje na Zemlju zračenjem od Sunca dolazi količina energije koja je tisuću puta veća od godišnjih potreba. Godišnje Sunce na svaku građevinu dozrači nekoliko puta više energije nego što ta građevina treba energije za grijanja i pripremu sanitarne vode. Jedna od najtrajnijih zagonetki u solarnoj fizici je zašto je Sunčeva vanjska atmosfera ili korona, milijune stupnjeva toplija od Sunčeve površine. Sada znanstvenici vjeruju da su otkrili glavni izvor vrućeg plina koji obnavlja zalihe plina u koroni - mlazove plazme koji se uzdižu malo iznad Sunčeve površine. Ovo otkriće se odnosi na fundamentalno pitanje u astrofizici: kako se energija prenosi iz Sunčeve unutrašnjosti kako bi stvorila njegovu vruću vanjsku atmosferu. "Oduvijek je bila zagonetka otkriće zašto je Sunčeva atmosfera toplija od njegove površine." rekao je Scott McIntosh, solarni fizičar na High Altitude opservatoriju Nacionalnog centra za atmosferska istraživanja u Boulderu, Kolorado, i sudionik ovog istraživanja. "Potvrdom da ovi mlazovi ubacuju zagrijanu plazmu u Sunčevu vanjsku atmosferu, možemo puno bolje razumjeti to područje te vjerojatno poboljšati naše znanje o Sunčevom suptilnom utjecaju na Zemljinu gornju atmosferu." Istraživanje, čiji su rezultati objavljeni prošlog tjedna u časopisu Science, proveli su znanstvenici iz Lockheed Martin's Solar and Astrophysics Laboratory (LMSAL), NCAR, te Sveučilišta u Oslu. Istraživanje je podržala NASA i Nacionalna znanstvena fundacija, NCAR-ov sponzor. "Ova su opažanja značajan korak u razumijevanju promatrane temperature u solarnoj koroni." izjavio je Rich Behnke iz NSF-ovog Odjela za atmosferske i geosvemirske znanosti koji je financirao istraživanje. "Ona su nam dala novi uvid u odašiljanje energije kod Sunca i drugih zvijezda. Rezultati su također odličan primjer moći suradnje između sveučilišta, privatne industrije i državnih znanstvenika i organizacija." Istraživački tim se usredotočio na mlazove plazme poznate kao spikule, fontane plazme koja se kreće od blizine površine Sunca do vanjske atmosfere. Desetljećima su znanstvenici vjerovali da spikule mogu odašiljati toplinu u koronu. Ipak, nakon promatračkog istraživanja provedenog 1980ih, otkriveno je da spikule plazme ne dosežu koronalne temperature te je ta teorija odbačena. "Zagrijavanje spikula na milijune stupnjeva nikad nije bilo direktno promatrano te se njihova uloga u zagrijavanju korone odbacila kao nevjerojatna." rekao je Bart De Pontieu, glavni istraživač i solarni fizičar na LMSAL-u. 2007. godine, De Pontieu, McIntosh i drugi kolege su identificirali novu vrstu spikula koja se gibala puno brže i trajala puno kraće od običnih spikula. Te spikule "Tipa II" uzdizale su se prema gore velikom brzinom, često i preko 100 kilometara u sekundi, prije no što bi nestale. Brzo nestajanje ovih mlazova nalagalo je da je plazma koju su prenosili bila jako vruća, ali nedostajali su dokazi dobiveni direktnim promatranjem. Istraživači su koristili podatke iz novih promatranja pomoću Atmospheric Imaging Assembly-a na NASA-inom nedavno lansiranom Solar Dynamics Observatory i NASA-inom Focal Plane Package for the Solar Optical Telescope (SOT) na japanskom satelitu Hinode za testiranje njihove hipoteze. "Visoka prostorna i temperaturna rezolucija novijih instrumenata bila je presudna u otkrivanju ove prethodno skrivene opskrbe korone materijom." dodao je McIntosh. "Naša promatranja otkrivaju, po prvi puta, povezanost jedan na jedan između plazme koja se zagrijava na milijune stupnjeva i spikula koje ubacuju plazmu u koronu." Otkrića su postavila izazov postojećim teorijama koronalnog zagrijavanja. "Tijekom prošlih nekoliko desetljeća, znanstvenici su predložili širok spektar teoretskih modela, ali nedostatak detaljnog promatranja značajno je otežao napredak. "Jedan od naših najvećih izazova je razumjeti što dovodi i zagrijava materijal u spikulama." kazao je De Pontieu. Ključni korak, prema De Pontieuu, bit će bolje razumijevanje regije između Sunčeve vidljive površine, ili fotosfere i njegove korone. Još jedna NASA-ina misija, Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS), predviđena je za lansiranje 2012. godine kako bi odašiljala detaljne podatke o kompleksnim procesima i ogromnim razlikama u gustoći, temperaturi i magnetskom polju između fotosfere i korone. Istraživači se nadaju da će im to pomoći otkriti više o zagrijavanju pomoću spikula i samom lansirnom mehanizmu. LMSAL je dio Lockheed Martin Space Systems Company koja dizajnira i razvija, testira, proizvodi i upravlja širokim spektrom sustava napredne tehnologije za nacionalnu sigurnost i vojsku, civilnu upravu i komercijalne kupce.
www.znanost.com
Sunčeva energija je obnovljiv i neograničen izvor energije od kojeg, izravno ili neizravno, potječe najveći dio drugih izvora energije na Zemlji.Sunčeva energija u užem smislu podrazumijeva količinu energije koja je prenesena Sunčevim zračenjem, a izražava se u J. Sunčeva se energija u svojem izvornom obliku najčešće koristi za pretvorbu u toplinsku energiju za sustave pripreme potrošne tople vode i grijanja (u europskim zemljama uglavnom kao dodatni energent) te u solarnim elektranama, dok se za pretvorbu u električnu energiju koriste fotonaponski sustavi.Sunčevo zračenje je kratkovalno zračenje koje Zemlja dobiva od Sunca. Izražava se u W/m2, a ovisno o njegovom upadu na plohe na Zemlji može biti:
Sunčeva energija je obnovljiv i neograničen izvor energije od kojeg, izravno ili neizravno, potječe najveći dio drugih izvora energije na Zemlji.Sunčeva energija u užem smislu podrazumijeva količinu energije koja je prenesena Sunčevim zračenjem, a izražava se u J. Sunčeva se energija u svojem izvornom obliku najčešće koristi za pretvorbu u toplinsku energiju za sustave pripreme potrošne tople vode i grijanja (u europskim zemljama uglavnom kao dodatni energent) te u solarnim elektranama, dok se za pretvorbu u električnu energiju koriste fotonaponski sustavi.Sunčevo zračenje je kratkovalno zračenje koje Zemlja dobiva od Sunca. Izražava se u W/m2, a ovisno o njegovom upadu na plohe na Zemlji može biti:
neposredno: zračenje Sunčevih zraka
difuzno zračenje neba: raspršeno zračenje cijelog neba zbog pojava u atmosferi
difuzno zračenje obzorja: dio difuznog zračenja koji zrači obzorje
okosunčevo difuzno (cirkumsolarno) zračenje: difuzno zračenje bliže okolice Sunčevog diska koji se vidi sa Zemlje
odbijeno zračenje: zračenje koje se odbija od okolice i pada na promatranu plohu.
Učin Sunčevog zračenja iznosi oko 3,8 • 1026 W, od čega Zemlja dobiva 1,7 • 1017 W. Zemlja od Sunca godišnje dobiva oko 4 • 1024 J energije što je nekoliko tisuća puta više nego što iznosi ukupna godišnja potrošnja energije iz svih primarnih izvora. Prosječna jakost Sunčevog zračenja iznosi oko 1367 W/m2 (tzv. solarna konstanta). Spektar Sunčevog zračenja obuhvaća radio-valove, mikrovalove, infracrveno zračenje, vidljivu svjetlost, ultraljubičasto zračenje, X-zrake i Y-zrake. Najveći dio energije pri tome predstavlja IC zračenje (valne duljine > 760 nm), vidljiva svjetlost (valne duljine 400 - 760 nm) te UV zračenje. U spektru je njihov udio sljedeći: 51% čini IC zračenje, 40% UV zračenje, a 9% vidljiva svjetlost. Pod pojmom iskorištavanja Sunčeve energije u užem se smislu misli samo na njezino neposredno iskorištavanje, u izvornom obliku, to jest ne kao, primjerice, energija vjetra ili fosilnih goriva. Sunčeva se energija pri tome može iskorištavati aktivno ili pasivno. Aktivna primjena Sunčeve energije podrazumijeva njezinu izravnu pretvorbu u toplinsku ili električnu energiju. Pri tome se toplinska energija od Sunčeve dobiva pomoću solarnih kolektora ili solarnih kuhala, a električna pomoću fotonaponskih (solarnih) ćelija. Pasivna primjena Sunčeve energije znači izravno iskorištavanje dozračene Sunčeve topline odgovarajućom izvedbom građevina (smještajem u prostoru, primjenom odgovarajućih materijala, prikladnim rasporedom prostorija i ostakljenih ploha itd).
www.croenergo.eu
Objavljeno u
Energijske tehnologije
Označeno u
Investitorima koji izgrađuju nove građevine treba objasniti prednosti moderne pasivne i niskoenergetske arhitekture te strojarskih instalacija koje se ugrađuju u spomenute građevine. Instalirana snaga dizalice topline je usko vezana uz tip građevine te ovisi da li je ona klasična, niskoenergetska ili pasivna. Najmanju instaliranu snagu trebaju pasivne građevine pa je preporuka da se prvo napravi kvalitetna izolacija građevine na razini pasivne građevine 20-25 cm izolacije za kontinentalnu Hrvatsku ili 15-20 cm za primorsku. Nakon definiranja toplinske ovojnice građevine se dimenzionira sustav grijanja te se odabire i toplinski izvor dizalice topline. Investicija u izolaciju će dugoročno smanjiti troškove energenata te će smanjiti i početnu investiciju u sustav grijanja. Pasivna građevina po definiciji ima toplinsko opterećenje od maksimalno 15 W/m2 pa iz tako malog opterećenja slijedi i manja snaga dizalice topline, mala potrebna površina zemnog izmjenjivača, manji broj potrebnih sondi te ukupno manji sustav. Kombinacijom solarne pasivne arhitekture, velike izolacije moguće je postići jako malu investiciju u sustav grijanja.
Ako se dizalica topline instalira u postojeće građevine potrebno je prvo poboljšati izolaciju građevine, zamjeniti prozore boljima te smanjiti ukupnu energetsku potrebu građevine. Provesti energetsko certificiranje građevine u kojem će se dobiti niz mjera za povećanje energetske učinkovitosti građevine, mjere za poboljšanje korištenja građevine i preporuke za nove instalacije primjenjive u postojećoj građevini. Jedno od ispitivanja koje se provodi tijekom energetskog certificiranja je i blower door test ili ispitivanje infiltracije zraka u građevini, a podatak je važan za proračun transmisijskih gubitaka građevine. Ugradnja dizalica topline je moguća u starim građevinama, ali uz nužne rekonstrukcije građevine.
Osnovno pitanje je uvijek: Koliko to sve košta? Ako se klasične instalacije ugrađuju u niskoenergetske građevine jako brzo se može doći do visoke investicije u strojarske instalacije. Krivulja ukupnih troškova raste s brojem instalacija koje se mogu ugraditi: zemni kolektori ili sonde, geotermalne ili zračne dizalice, podno grijanje i stropno hlađenje, rekuperacija zraka, solarni toplinski sustav, solarni fotonaponski sustav. U području pasivnih građevina dolazimo do točke padanja investicije, a to je točka u kojoj se kombinira solarna pasivna arhitektura sa rekuperatorskim sustavima. Zona minimalnih sustava potrebnih za grijanje građevine te područje najmanje investicije.
Slika 1. Optimiziranje instalacija u pasivnim i niskoenergetskim građevinama
Autor: Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.
Objavljeno u
Zelena gradnja
Označeno u
Osnovna definicija kaže da je to uređaj koji koristi električnu energiju da bi prebacio toplinsku energiju iz jednog toplinskog spremnika u drugi. Potreban je izvor topline koji može biti: okolišnji i otpadni zrak, zemlja, podzemne i otpadne vode itd. Uređaj crpi energiju iz okoliša te ju prenosi u građevinu. Energija se prebacuje u toplinski ponor sustav grijanja građevine ili se energija koristi za pripremu sanitarne vode. Dizalice topline manjih snaga su prisutne u svakom domaćinstvu u zamrzivačima i klima jedinicama (zračna dizalica). Za sustave grijanja promatraju se dizalice topline većih snaga od 5kW na više ovisno o potrebnoj toplinskoj snazi sustava. Energiju s niže razine na višu podiže kompresor u koji se unosi električna energija da se ostvari krug rada dizalice topline.
Pretpostavimo da je izvor električne energije termoelektrana pokretana fosilnim gorivom. Elektrane tog oblika imaju faktore pretvorbe na razini 35% odnosno 1 / 2,85 odnosno potrebno je uvesti 2,85 jedinica zemnog plina u elektranu da se dobije 1 jedinica električne energije. Potom se električna energija koristi u sustavu dizalice topline koja ima faktor sustava SPF 5,5. Ako je učinkovitost plinskog uređaja 90% dolazi se do podatka da je za usporedivi plinski sustav potrebno 550% / 90 % = 6,1 jedinica toplinske energije zemnog plina. Grubom računicom 6,1 / 2,85 = 2,14 dobiva se podatak da je potrebno duplo više zemnog plina da se dobije ista snaga sustava. Nizom sličnih analiza došlo se do zaključka da je usporedna razina faktora sustava SPF zemnog plina na razini 1,8-2,2 što je osnovni podatak za daljne tehno-ekonomske analize opravdanosti investicije. Velika prednost dizalica će se ostvariti kod korištenja obnovljivih izvora energije za dobivanje električne energije. [17]
Faktor dizalice ili COP predstavlja odnos toplinske energije koju proizvede dizalica topline u odnosu na električnu energiju koja je dovedena uređaju. Što je veći COP potrebno je manje električne energije da se stvori ista snaga toplinske energije te što je veći COP to je bolji uređaj. Za COP 3,0 potrebno je u dizalicu topline, uređaj dovesti 1 kW električne energije da se dobiju 3 kW toplinske energije. Učinkovitost dizalica topline nije jednaka za sve modele i proizvođače te treba odabirati uređaje klase A odnosno energetski učinkovite uređaje. Dizalice topline se ispituju prema normi BS EN 14511-2 i kroz standardne uvjete B0W50 (eng. brine, glikol pri 0°C i eng. water, voda pri 50°C) dodatni testovi su pri B0W35 (0°C / 35°C) i B5W35 (5°C / 35°C) te se testovima pri tim uvjetima dobiva COP ispitivane dizalice topline.
Slika 1.: Faktor dizalice u odnosu na temperaturu toplinskog izvora [7]
Ukupna godišnja učinkovitost sustava (faktor sustava) predstavlja odnos toplinske energije koju je proizvela dizalica topline u odnosu na ukupnu električnu energiju koja je dovedena u sustav da bi se ostvarilo grijanje građevine, priprema sanitarne vode, dodatno dogrijavanje te rad crpki i automatske regulacije. Za faktor sustava od 3,0 potrebno je dovesti 1kW električne energije u sustav da se dobije 3kW toplinske energije na toplinskim ponorima: podnom grijanju, spremniku sanitarne vode. Da se ostvari ukupni faktor sustava od 3,0 potrebno je da je COP dizalice topline veći i na razini od oko 3,5-4,0 da se pokriju električne potrebe na pumpama i automatskoj regulaciji. Razlika temperature toplinskog izvora (zrak, zemlja, voda) mora biti što bliža temperaturi toplinskog ponora (podno grijanje, ventilokonvektori, radijatori, zrak). Nailazi se često na preporuke da se dizalica topline ne dimenzionira na maksimalno opterećenje već na 70-80% potrebne maksimalne toplinske snage te da bi dizalica topline tim odabirom mogla pokriti 85-95% dana grijanja. Pokazati će se da taj model odabira negativno djeluje na faktor sustava. Primjena električnog dogrijavanja će se zabraniti poslije 2015. godine jer električni grijači imaju najveću emisiju CO2.
Slika 2. Vremenski udio različitih temperatura tijekom godine [22]
Autor: Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.
Povijest razvoja dizalica topline
Lord Kevin
Učinkovitost dizalice topline
www.toplinskepumpe.com
Svoju povijest započele su davne 1852. godine kada je Lord Kevin razvio koncept dizalice topline. Taj koncept skoro 90 godina kasnije usavršio je američki izumitelj Robert C. Webber. Webber je ideju za dizalicu topline dobio kada je eksperimentirajući sa svojim zamrzivačem slučajno opekao ruku nakon nenamjernog dodirivanja izlazne cijevi rashladnog sustava. Taj događaj dao mu je ideju kako postaviti osnovnu mehaniku za izgradnju dizalica topline. Webber je sljedeći nekoliko jednostavnih koraka uspio usavršiti prototip. Prvo je spojio izlaznu cijev svojeg zamrzivača sa vrućom vodom iz bojlera, te je onda s obzirom na to da je zamrzivač proizvodio konstantan višak topline zagrijavao toplu vodu u tzv. "petlji".
Lord Kevin
William Thomson također poznat i kao Lord Kelvin 1852. godine razvio je koncept dizalice topline. Thomson je želio teorijski dokazati da se toplina može protokom izmjeniti iz vrućeg u hladno. Prilikom razvijanja svog uređaja, Thomson mu je inicijalno namjenio ulogu da na zgradama i objektima služi kao klima uređaj i hladnjak. Tek kasnije Webber je uređaj doradio i prenamjenio u uređaj koji će prema potrebi moći i hladiti i grijati.
Učinkovitost dizalice topline
Tijekom 1940-ih, dizalica topline postala je jako popularna zbog svoje izvrsne učinkovitosti. Svoj puni procvat doživjela je u 70-im godinama zbog naftnog embarga arapskih zemalja kada se počela intenzivno buditi svijest o očuvanju potrošivih izvora energije, unatoč vrlo jeftinim naftnim derivatima u to vrijeme. Tada je profesor Dr. James Bose na Oklahoma State University prvi put pronašao pojam dizalice topline u knjizi o inženjeringu. On je iskoristio ideju dizalice topline i primjenio ju na način da zagrijava vodu bazena, pomoću cijevi kroz koju je prolazila vruća voda. To je bio početak nove ere u geotermalnim sustavima. Dr. Bose se vratio u Oklahoma State University i počeo razvijati svoju ideju, a Oklahoma je postala središnje mjesto za istraživanje i razvoj dizalica topline. International Ground Source Heat Pump Association (međunarodna organizacija geotermalnih dizalica topline) formirana je upravo u Oklahomi, a baza joj je upravo u kampusu Oklahoma State University, gdje dr. Bose služi kao izvršni direktor. Nakon toga je pomoću malog ventilatora uspio je pogoniti vrući zrak da struji po cijeloj prostoriji. Izum je funkcionirao i to je zapravo bila preteča današnjih dizalica topline. Nakon kratkog vremena Webber je odlučio iskoristiti toplinu tla pomoću bakrenih cijevi koje je smjestio u prizemlje i napunio ih plinom freonom koji je prikupljao i transportirao je toplinu tla kroz te cijevi. Uskoro je ventilator počeo koristiti kao generator zraka za svoj dom, a kada je shvatio da princip grijanja na dizalicu topline savršeno funkcionira, odlučio je prodati svoju peć na ugljen.
Objavljeno u
Energijske tehnologije
Označeno u
U dijagramima će biti prikazana usporedba toplinskih sustava s uređajima za izgaranje tekućih i plinskih energenata (zemni plin, UNP, lako loživo ulje) i dizalica topline koje koriste električnu energiju kao pogonski energent. Osnovna prednost će se pokazati kod usporedbe jednakosloženih klasičnih sustava i dizalica. Pretpostavljena je promjena cijene električne energije na razini 3,5% godišnje dok je promjena cijene plina pretpostavljena na razini 5% godišnje. Također će se na uštedu i investiciju dodati godišnja kamata od 5% da bi se napravila usporedba kamatnih krivulja. Kod novih građevina promatra se razlika u investicije dva pogona, te razlika u cijenama energenata dva različita sustava. Kod određivanja početne investicije potrebno je napraviti grubu procjenu koliko bi neki sustav koštao, te kada bi se anulirala početna investicija u odnosu na postignutu uštedu u pogonu.
Što je veća površina građevine to će se javljati i veća razlika u pogonu dva energenta te će se brže podizati krivulja uštede. Kod malih objekata treba paziti da se ne pretjera sa stupnjem složenosti instalacije jer se nikada neće postići izjednačenje zbog malog utroška energije. Pravilnim odabirom složenosti sustava mora se postići da se izjednačenje dogodi barem na 2/3 životnog vijeka instalacije i uređaja, da se ima osnove govoriti o uštedi u pogonu. Prema istraživanju Energy Saving Trust Velika Britanija vrijeme izjednačenja investicija te usporedba korištenja različitih energenata uz trenutačne cijene energenata i trenutačne cijene opreme. Razdoblja će se smanjiti snižavanjem cijena opreme, povećanjem cijene energenata i uvođenjem subvencija. Planira se postići uz subvencije izjednačenje geotermalnih na 8 godina, dok se za zračne sustave planira uz subvencije osigurati izjednačenje u roku 5 godina.
a) za geotermalne dizalice topline
- električna energija 18 godina
- uljni kotao 29 godina
- plinski kotao 47 godina
- električna energija 10 godina
- uljni kotao 16 godina
- plinski kotao 31 godina
Važna stavka kod sustava dizalica topline su subvencije Fonda za zaštitu okoliša i energetsku učinkovitost i subvencije lokalne uprave za sustave obnovljivih izvora topline. Bilo koji oblik subvencije na kamate i razni poticaji smanjuju opterećenje na početnu investiciju te time smanjuju vrijeme presijecanja krivulja investicije i uštede te ujedno olakšavaju odluku investitora da uloži veći iznos u obnovljive sustave grijanja. Postoji izrazito veliki broj kombinacija instalacija, ali je prikazano nekoliko grubih modela instalacija da se dobije slika kako se ponašaju krivulje investicije i uštede. Za pojedini slučaj potrebno je napraviti detaljnu tehničko-ekonomsku analizu sustava da se dobije realna slika ponašanja sustava. Plava krivulja (S1) – kamatna krivulja uštede kao posljedica razlika u pogonu
Ljubičasta krivulja (S2) – kamatna krivulja razlike investicija Zelena krivulja (S3) – razlika investicija, može se spuštati dodatnim subvencijama
MODEL 1A – klasična obiteljska kuća površine 200 m2 s godišnjom potrebom na razini od Q”hnd=100 kWh/m2a ili Qhnd=20000 kWh/a, sustav: dizalica topline zrak-voda COP 3.3, podno grijanje i PTV u rangu 450 kn/m2. Klasičan plinski sustav grijanja bi imao vrijednost u rangu 350 kn/m2. Promatra se razlika dva sustava.
Ljubičasta krivulja (S2) – kamatna krivulja razlike investicija Zelena krivulja (S3) – razlika investicija, može se spuštati dodatnim subvencijama
MODEL 1A – klasična obiteljska kuća površine 200 m2 s godišnjom potrebom na razini od Q”hnd=100 kWh/m2a ili Qhnd=20000 kWh/a, sustav: dizalica topline zrak-voda COP 3.3, podno grijanje i PTV u rangu 450 kn/m2. Klasičan plinski sustav grijanja bi imao vrijednost u rangu 350 kn/m2. Promatra se razlika dva sustava.
MODEL 2A – klasična obiteljska kuća površine 200 m2 s godišnjom potrebom na razini od Q”hnd=100 kWh/m2a ili Qhnd=20000 kWh/a, sustav: dizalica topline tlo (sonda)-voda COP 4.3, podno grijanje i PTV u rangu 650 kn/m2. Klasičan plinski sustav grijanja bi imao vrijednost u rangu 350 kn/m2. Promatra se razlika dva sustava.
MODEL 3A – klasična obiteljska kuća površine 200 m2 s godišnjom potrebom na razini od Q”hnd=100 kWh/m2a ili Qhnd=20000 kWh/a, sustav: dizalica topline voda-voda COP 5.5, podno grijanje i PTV u rangu 950 kn/m2. Klasičan plinski sustav grijanja bi imao vrijednost u rangu 350 kn/m2. Promatra se razlika dva sustava.
Što je građevina manja to se sporije podiže krivulja uštede jer je ta krivulja usko vezana uz godišnju potrebu energije. Te se iz količine energije i potrebnih energenata dobiva cijena pogona, a iz razlike cijena pogona i krivulja uštede. Kako raste površina građevina tako opada i specifična cijena investicije po m2. U slijedećih par modela biti će prikazana građevina nešto veće površine da se dobije osjećaj kretanja krivulja.
MODEL 1B – moderna niskoenergetska višestambena građevina površine 5000 m2 grijanja s godišnjom potrebom na razini od Q”hnd=40 kWh/m2a ili Qhnd=200000 kWh/a, te investicijom u sustav: dizalica topline zrak-voda COP 3.3, podno grijanje u rangu 450 kn/m2. Klasičan plinski sustav grijanja bi imao vrijednost u rangu 350 kn/m2. Promatra se razlika dva sustava.
MODEL 1B – moderna niskoenergetska višestambena građevina površine 5000 m2 grijanja s godišnjom potrebom na razini od Q”hnd=40 kWh/m2a ili Qhnd=200000 kWh/a, te investicijom u sustav: dizalica topline zrak-voda COP 3.3, podno grijanje u rangu 450 kn/m2. Klasičan plinski sustav grijanja bi imao vrijednost u rangu 350 kn/m2. Promatra se razlika dva sustava.
MODEL 2B – moderna niskoenergetska višestambena građevina površine 5000 m2 grijanja s godišnjom potrebom na razini od Q”hnd=40 kWh/m2a ili Qhnd=200000 kWh/a, te investicijom u sustav: dizalica topline voda-voda COP 5.5, zračno grijanje i hlađenje u rangu 950 kn/m2. Klasičan plinski sustav grijanja bi imao vrijednost u rangu 350 kn/m2. Promatra se razlika dva sustava. No treba istaknuti da sustav s dizalicom topline u ovom primjeru daje puno više nego što to može dati klasično grijanje te ta dva sustava uopće nisu usporediva.
Kod niskoenergetskih i pasivnih građevina javljaju se problemi niskog temperaturnog opterećenja pa je pri projektiranju potrebno optimizirati ogrjevno-rashladne površine bez da narušimo visoki stupanj ugodu u boravišnom prostoru. Predimenzionirati ogrjevno – rashladne površine znači povećati stupanj ugode u prostoru (smanjenje temperature ogrjevnog medija) ali i direktno povećati cijenu cjelokupne instalacije tako da se ovdje traži naročita pozornost projektanta. Plošna grijanja i hlađenja su najbolje rješenje u kombinaciji s dizalicama topline jer se kod sondi i bunara može dobro iskoristiti pasivno hlađenje.
Također je kod takvih građevina potrebno koristiti rekuperatorske jedinice za obradu zraka radi smanjenja toplinskih gubitaka nastalih dovođenjem svježeg vanjskog zraka u stambeni prostor građevine. Rekuperatorske jedinice se obavezno koriste kod pasivnih građevina, dok je kod niskoenergetskih to dodatna opcija za povećanje komfora. Kao kvalitetno rješenje za pasivne građevine nameću se sustavi grijanja, hlađenja i odvlaživanja preko centralnih klima komora.
Dizalice topline imaju mogućnost grijanja i hlađenje što im daje prednost u odnosu na klasične uređaje za grijanje (plinski i uljni kotlovi). Dizalice topline imaju veliku prednost kod građevina koje istovremeno imaju zahtjev za grijanjem i hlađenjem jer sam sustav funkcioniranja dizalice topline omogućava prijenos energije iz jednog dijela zgrade u drugi.
Kod modernih građevina sa visokim zahtjevima za stupnjem ugode prostora i održavanjem mikroklimatskih uvjeta u uskim temperaturnim granicama kao jedino logično rješenja nude se sustavi temeljeni na dizalicama topline. Da li će taj sustav biti s dizalicom topline zrak-voda ili geotermalnom dizalicom (tlo-voda, voda-voda) prvenstveno ovisi ispunjavanju nužnih uvjeta za primjenu nekog od navedenih tipova sustava kao i financijskim mogućnostima samog investitora za realizaciju projekta.
Također je kod takvih građevina potrebno koristiti rekuperatorske jedinice za obradu zraka radi smanjenja toplinskih gubitaka nastalih dovođenjem svježeg vanjskog zraka u stambeni prostor građevine. Rekuperatorske jedinice se obavezno koriste kod pasivnih građevina, dok je kod niskoenergetskih to dodatna opcija za povećanje komfora. Kao kvalitetno rješenje za pasivne građevine nameću se sustavi grijanja, hlađenja i odvlaživanja preko centralnih klima komora.
Dizalice topline imaju mogućnost grijanja i hlađenje što im daje prednost u odnosu na klasične uređaje za grijanje (plinski i uljni kotlovi). Dizalice topline imaju veliku prednost kod građevina koje istovremeno imaju zahtjev za grijanjem i hlađenjem jer sam sustav funkcioniranja dizalice topline omogućava prijenos energije iz jednog dijela zgrade u drugi.
Kod modernih građevina sa visokim zahtjevima za stupnjem ugode prostora i održavanjem mikroklimatskih uvjeta u uskim temperaturnim granicama kao jedino logično rješenja nude se sustavi temeljeni na dizalicama topline. Da li će taj sustav biti s dizalicom topline zrak-voda ili geotermalnom dizalicom (tlo-voda, voda-voda) prvenstveno ovisi ispunjavanju nužnih uvjeta za primjenu nekog od navedenih tipova sustava kao i financijskim mogućnostima samog investitora za realizaciju projekta.
Autor: Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.
Objavljeno u
Zelena gradnja
Označeno u
Da bi se mogla napraviti kvalitetna analiza isplativosti alternativnog tehničkog rješenja potrebno je izvršiti energetsku analizu građevine. Dostatan podatak se dobiva unutar energetske iskaznice građevine. Iz potrebne energije za grijanje i hlađenje se može dobiti niz potrebnih proračunskih parametara. Ako se promatraju cijene svakog energenta ili ako se promatra emisija stakleničkih plinova. Najčešće se vrši usporedba samo potrebne energije za grijanje jer se klasični energenti koriste samo u ogrjevnim sustavima.
ΘH,nd [kWh/a] ili godišnja potrebna toplinska energija za grijanje za stvarne klimatske podatke
ΘC,nd [kWh/a] ili godišnja potrebna toplinska energija za hlađenje građevine za godinu dana
Napravljena je usporedba nekoliko tipova klasičnih sustava grijanja sa sustavima geotermalnih dizalica topline. Korištene su postojeće cijene energenata na tržištu RH za ekonomsku analizu na osnovu cijene izvedbe sustava, pogonskih troškova kao i emisije onečišćujućih tvari (CO2)
Klasični sustavi:
- zemni plin 2,77 kn/m³
- UNP 5,9 kn/kg
- lož ulje 5,23 kn/L
- elektro-otporno 0,72 kn/kWh, srednja
Alternativni sustavi:
- dizalica topline zrak-voda COP=3,3
- dizalica topline tlo (sonda)-voda COP=4,3
- dizalica topline voda-voda COP=5,5
Usporedbom cijena energenata i potrebne energije za grijanje dobiva se i pogonski trošak. Najgrublja analiza je pokazala da i najlošija zračna dizalica s COP 3,3 može konkurirati svim današnjim klasičnim energentima (plin, ulje, el.otporno grijanje). Nedostatak zračnih dizalica je zaleđivanje u funkciji grijanja no i taj nedostatak rješava se adekvatnom konstrukcijom i razdiobom radnog medija unutar uređaja pa se dizalice zrak-voda mogu koristiti i u hladnijim klimatskim zonama.
Postoje tehnička rješenja na tržištu koja osiguravaju rad na nižim vanjskim temperaturama zraka. Po cijeni investicije dizalice topline zrak-voda se nalaze u rangu toplinskih generatora konkurentnih energenata. Ako se promatra emisija CO2 najmanju emisiju ima dizalica topline voda-voda s COP 5,5 što ima veliki značaj ako se odabir sustava vrši po tom kriteriju dok istovremeno sustav voda-voda ima i najmanje pogonske troškove.
| CIJENA POGONA (kn/god) | |||||||
| kWh/god | ZP | UNP | EL LU | EO | DT 3,3 | DT 4,3 | DT 5,5 |
| 5000 | 1.752 | 2.724 | 2.564 | 3.600 | 1.091 | 837 | 655 |
| 10000 | 3.504 | 5.448 | 5.127 | 7.200 | 2.182 | 1.674 | 1.309 |
| 50000 | 17.521 | 27.242 | 25.637 | 36.000 | 10.909 | 8.372 | 6.545 |
| 100000 | 35.041 | 54.483 | 51.275 | 72.000 | 21.818 | 16.744 | 13.091 |
| 500000 | 175.206 | 272.417 | 256.373 | 360.000 | 109.091 | 83.721 | 65.455 |
| 1000000 | 350.411 | 544.833 | 512.745 | 720.000 | 218.182 | 167.442 | 130.909 |
| EMISIJA CO2 (kg/god) | |||||||
| kWh/god | ZP | UNP | EL LU | EO | DT 3,3 | DT 4,3 | DT 5,5 |
| 5000 | 1.202 | 1.339 | 1.275 | 1.512 | 458 | 352 | 275 |
| 10000 | 2404 | 2678 | 2549 | 3024 | 916 | 703 | 550 |
| 50000 | 12.018 | 13.390 | 12.745 | 15.120 | 4.582 | 3.516 | 2.749 |
| 100000 | 24.035 | 26.780 | 25.490 | 30.240 | 9.164 | 7.033 | 5.498 |
| 500000 | 120.177 | 133.900 | 127.451 | 151.200 | 45.818 | 35.163 | 27.491 |
| 1000000 | 240.354 | 267.799 | 254.902 | 302.400 | 91.636 | 70.326 | 54.982 |
Uzimajući u obzir cijenu pogona i emisiju stakleničkog plina CO2 najprihvatljivije je grijanje putem dizalice topline. Cijena ukupne investicije raste sa složenošću sustava i regulacije koja upravlja sustavom. Dodatne subvencije na kamate, zajmovi ili donacije za smanjenjem investicije znatno bi doprinijele u širenju ove efikasne i nadasve ekološki prihvatljive tehnologije. Dodatne subvencije bi smanjile početni investicijski trošak i približile troškove izvedbe sustava dizalica topline s drugim energetskim sustavima.
Elektro-otporno grijanje je u pripremi da se njegova primjena ograniči i u potpunosti zabrani u EU s 2015 godinom. Iako su početna ulaganja u ovaj sustav najmanja, visoki pogonski troškovi uz visoku emisiju CO2 s pravom ga svrstavaju u sustave bez budućnosti.
Grijanje na zemni plin, lož ulje i UNP se može promatrati samo ako u blizini postoji distribucijski sustav ovih energenata. Centralni plinski opskrbni sustav pokazao je sve svoje nedostatke u Ukrajinsko-Ruskoj krizi tako da je nestašica plina poljuljala povjerenje u plin kao energent za grijanje na područjima koja su bila pogođena nestašicom plina.
Da bi sustav dizalica topline ispravno funkcionirao s visokim stupnjem korisnosti potrebno je pravilno dimenzionirati cijeli sustav grijanja i hlađenja građevine.
Da bi sustav dizalica topline ispravno funkcionirao s visokim stupnjem korisnosti potrebno je pravilno dimenzionirati cijeli sustav grijanja i hlađenja građevine.
*Potrebno je da ukupni faktor učina sustava bude iznad COP 2.6 da bi mogli govoriti o sustavu s obnovljivim izvorom energije prema Direktivi EU
*Za grijanje građevine je potrebno predvidjeti plošnu mrežu sa polaznom temperaturom od 35 do max 40 °C da bi radna električna snaga kompresora bila što niža te što niža temperatura kondenzacije radnog freona.
*Sve cirkulacijske crpke moraju biti energetske klase A da se što više smanji potrošnja energije za rad sustava
*Dodatne električne grijače treba izbjegavati jer oni dodatno smanjuju ukupni COP sustava.
*Sustave dizalica topline smiju projektirati te izvoditi samo ovlaštene specijalizirane tvrtke koje mogu garantirati visoku učinkovitost sustava u pogonu.
*Sustav u pogonu mora biti što jednostavniji sa što manje električnih elemenata.
*Priprema sanitarne potrošne vode mora biti kroz protočne sustave da se smanji mogućnost pojave bakterije legionele, pri čemu je kod protočnih sustava jako mala vjerojatnost razvoja te bakterije u odnosu na akumulacijske sustave. Koriste se dizalice topline koje mogu dogrijati vodu iznad 60°C.
*Polaznu temperaturu sanitarne tople vode treba održavati do max 45 °C jer nije potrebno rashlađivati vodu za tuširanje hladnom vodovodnom vodom.
Autor: Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.
Autor: Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.
Objavljeno u
Energijske tehnologije
Označeno u
Pasivne građevine predstavljaju veliki odmak od klasičnih i standardnih građevina u Hrvatskoj ka građevinama s niskom energetskom potrošnjom. Energetsko ograničenje grijanja građevine je oko 15 kWh/m2a na godišnjoj razini te se pasivne građevine još nazivaju i jedno-litarskim kućama. Građevine ovog tipa se smještaju u energetsku klasu A+prema energetskom certifikatu. Kod pasivnih građevina moguće je primjeniti strojarske tehnologije koje su dosta nepoznate na području Hrvatske te imaju do sada malu primjenu.
Dodatna ograničenja pasivnih građevina su vezana uz:
a) Strojarska ograničenja - ukupna energija za grijanje i pripremu sanitarne vode < 40 kWh/m2a na godišnjoj razini,- koeficijent prolaza topline zida mora biti manji od 0,15 W/m2K,- te prozora manji od 0,80 W/m2K,- ukupna izmjena zraka mora biti manja od 0,6 i/h,- te maksimalna temperaturna razlika između zona je 4 do 5°C.
b) Elektro ograničenja - ukupno instalirana električna snaga do 3,5 kW kod obiteljskih kuća - električni uređaji energetske klase A i A+
c) Građevinska ograničenja - kompaktna pravokutna građevina - orijentacija prema jugu glavnih prostorija - slobodan ulazak zimskog Sunca, nisko zimsko Sunce - sjenila iznad južnih prozora, zaštita od visokog ljetnog Sunca - zimzeleno drveće na južnim pročeljima
VERZIJA PRVA – PLOŠNA MREŽA
Energetski zahtjevi grijanja su vrlo niski 15 kWh/m2a u usporedbi s klasičnom gradnjom te se kao moguće tehničko rješenje predlaže plošna mreža. Plošna mreža podnog, zidnog i stropnog razvoda. Kod pasivnih građevina moguća je primjena plošne mreže no zbog izrazito malih toplinskih gubitaka dolazi do pojave toplo-hladnih zona koje nisu progrijane dovoljno zbog velikih rastera cijevnog razvoda te zbog toga plošna mreža nije najidealnije rješenje. Primjenjena je ista koncepcija kao i u projektiranju niskoenergetskih građevina te je korištena ista tehnologija s geotermalnom dizalicom topline kao toplinskim agregatom. Dosta visoka investicija u sustav grijanja je razlog da postoji potreba za razvojem novog sustava grijanja i hlađenja, a da se pri tome ograničimo na projektne zahtjeve pasivnih građevina.
VERZIJA DRUGA – ZRAČNI SUSTAV
Plošna mreža daje dobre rezultate u sustavima pasivnih građevina, ali ako težimo dodatnom smanjenju investicije moguće je napraviti klimatizaciju pasivne građevine te koristiti modele zračnih sustava. Zračni sustavi su razvijeni u Kanadi i SAD-u te su se počeli primjenjivati u Njemačkoj i Austriji u pasivnim građevinama. Dodatna specifičnost pasivnih građevina je potreba ugradnje rekuperatora zraka koji smanjuje ventiliacijske gubitke građevine. Broj izmjena svježeg zraka na sat ograničen je na 0,6 i/h cijele građevine. Ta količina zraka je sasvim dovoljna da se pokriju potrebe za svježim zrakom korisnika građevine. U pasivnim građevinama je za grijanje potrebno jako malo energije 15 kWh/m2a na godišnjoj razini. Zrak je slab nosioc topline, ali je sasvim dostatan da prenese dovoljno energije u prostor uz male protoke. Klimatizacijom građevine moguće je ostvariti putem zraka grijanje i hlađenje građevine, odvlaživanje zraka, preko klima komore se dobavlja i svježi zrak u građevinu te se vrši filtracija zraka. Vrši se filtracija odsisnog zraka iz građevine te se na taj način odvodi i nastala prašina u prostorijama. Filtrira se i svježi zrak te se smanjuje količina peludi i čestica prašine koje ulaze pa bi ovaj sustav bio idealan za astmatičare i osobe alergične na određenu pelud. Zračni sustav prema nabrojanom je gotovo idealan, no osnovni nedostatak ovog sustava je prenos buke s klima komore na prostorije kroz struju zraka u kanalima. Moguće je prenošenje zvuka iz jedne u drugu prostoriju, no ugradnjom lokalnih prigušivača buke se smanjuje ta mogućnost. Redovitom izmjenom filtera klima komore može se osigurati dugoročna čistoća kanala. Jedino se odisni kanal prlja česticama prašine iz prostorija, ali sve čestice ostaju na filteru odsisnog zraka prije prelaska preko rekuperatora. Pasivne građevine kao uvjet instalacija u osnovnoj verziji imaju rekuperator koji vrši izmjenu toplinske energije između odsisnog i svježeg zraka. Dodatno se ovaj sustav može proširiti s regeneratorom koji dodatno vrši povrat vlage u svježi zrak te ga ovlažuje u zimskom razdoblju. Regenerator je sastavni dio klima komore i dodatno opravdava primjenu sustava klimatizacije pasivnih građevina. Klasični hladnjaci klima komora su najčešće dimenzionirani na režim hlađenja 7/12°C. Korištenjem geotermalnih dizalica moguće je direktno pasivno hlađenje pri čemu se toplina građevine tijekom ljeta prenosi na zemlju, odnosno građevina se hladi putem zemlje. Temeratura zemlje je stabilna no mogu se očekivati varijacije u rasponu polaza od 10 do 15 °C. Potrebno je konstruirati izmjenjivač hlađenja koji može ohladiti ljetni zrak temperature oko 36°C na temperaturu 26 °C uz korištenje regeneratora koji dodatno smanjuje potrebnu rashladnu i toplinsku snagu.
U primjeni pasivnih građevina javili su se tehnički problemi koji se mogu poništiti na slijedeće načine:
Dovod svježeg zraka – ugradnjom rekuperatorske jedinice osigurava se dovod svježeg zraka te se istodobno smanjuju ventilacijski gubitci na minimum. Rekuperatori mogu biti centralni u višestambenim građevinama, lokalni rekuperator na zidu svake prostorije te rekuperatori u kompaktnim jedinicama.
Odvlaživanje građevina – prilikom korištenja građevine osobađa se vodena para iz osoba koje borave u prostorijama te velike količine vodene pare tijekom kuhanja. Odvlaživanje se može obaviti unutar klima komora ili korištenjem lokalnih odvlaživača prostora. Također je moguće na klasični rekuperator dograditi hladnjak u kanalnu mrežu te napraviti odvlaživanje zraka.
Klasične kuhinjske nape izbacuju zrak u atmosferu dok se kod pasivnih građevina ne mogu dopustiti gubitci tog oblika. Za primjenu u pasivnim građevinama prihvatljive su kuhinjska nape s ugljičnim filterom koje filtriraju mirise dok se oslobođena vlaga odvodi kroz centralni sustav odvođenja zraka.
Pasivne građevine su u pravilu hermetički zatvorene građevine kod kojih tijekom ljeta i zime ne bi trebalo otvarati prozore da se smanje toplinski gubitci, odnosno dobitci. U prijelaznim razdobljima proljeća i jeseni temperatura zraka je približna temperaturi zone boravka te je u tim razdobljima dopušteno otvaranje prozora.
SOLARNI SUSTAVI U PASIVNIM GRAĐEVINAMA
Ukupno toplinsko opterećenje za grijanje građevine i pripremu sanitarne vode bi trebalo biti ispod 40 kWh/m2a na godišnjoj razini u pasivnim građevinama. Za pripremu sanitarne vode rezervirano je 25 kWh/m2a dok za grijanje samo 15 kWh/m2a te je tu dodatnu energiju potrebno dobaviti putem solarnog sustava. Moderni solarni sustavi u sebi obuhvaćaju sustav grijanja građevine te pripreme sanitarne vode. U centralnom bufferu sprema se akumulirana toplina solarnog sustava, dok se na buffer spajaju izvori topline kao npr.: kamin na drva za centralno grijanje, kondenzacijski plinski bojler ili geotermalne dizalice topline. Složeni buffer prenosi toplinu na sustav grijanja građevine te na pripremu sanitarne vode. Moguće je ostvariti energetsku neovisnost pasivnih građevina primjenom ovih sustava.
KOMPAKTNI SUSTAVI U PASIVNIM GRAĐEVINAMA
U pasivnim građevinama potrebno je ugraditi veliki broj uređaja koji povećavaju značajno cijenu investicije. Na tržištu su se pojavili kompaktni uređaji za pasivne građevine koji sadrže nekoliko integriranih jedinica koje smo do sada mogli vidjeti samo zasebno: rekuperator, geotermalnu dizalicu topline, solarni sustav, pripremu sanitarne vode. Jedinice ovog oblika su dosta složene te je potrebno imati razvijenu mrežu lokalnih servisera koji opremu ove složenosti mogu i servisirati. Investitori traže sigurnost i stabilnost za sustav u kojeg ulažu te traže servisnu mrežu koja je dostupna, brza i učinkovita. Nepostojanje servisne mreže i školovanog kadra će vjerojatno biti velika kočnica primjene novih tehnologija. Sustavi ove složenosti obuhvaćaju nekoliko struka u sebi da se mogu izvesti do stadija pune funkcionalnosti pa je potrebno vršiti stalnu edukaciju instalatera opreme. Kompaktni sustavi su vjerojatno budućnost grijanja građevine i pripreme sanitarne vode.
ENERGETIKA U PASIVNIM GRAĐEVINAMA
Energetska učinkovitost je početni zahtjev kod primjene pasivnih građevina, a u odnosu na klasične građevine pasivne građevine imaju i do deset puta manju potrošnju energije grijanja. Energija za pripremu sanitarne vode je na istoj razini u svim vrstama građevina jer je ta energija vezana uz navike korisnika građevine. Smanjenje troškova energije te ujedno povećanje učinkovitosti sustava su glavne linije vodilje kod dimenzioniranja cijelog sustava. Veliki udio postojećih građevina u Hrvatskoj oko 85% je energetske klase E i D. Prema postojećim propisima vrši se izgradnja građevina u energetskoj klasi C. Niskoenergetske građevine su klase B i A, dok su pasivne građevine energetske klase A+.
INVESTICIJA U PASIVNU GRAĐEVINU
Pasivna gradnja je oko 15-20% skuplja od klasične gradnje u Hrvatskoj dok je ta razlika oko 7-8% u Austriji. Ukupne strojarske instalacije su ovisno o složenosti dva do šest puta skuplje od klasičnih sustava grijanja i hlađenja. Kada se promatra razlika u uštedi te početna investicija dolazi se do povrata u razdoblju oko 20-30 godina. Dodatni poticaji i subvencije značajno ubrzavaju povrat investicije. Svaki dodatni porast cijene energenata daje opravdanje za stalna razmatranja korištenja obnovljivih izvora energije te izgradnje pasivnih građevina. Ispravnim dimenzioniranjem pasivne građevine te korištenjem minimalnog broja instalacija moguće je izgraditi sustave sa dosta niskom cijene investcije te niskom potrošnjom energije.
Autor: Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.
Objavljeno u
Zelena gradnja
Označeno u
Niskoenergetske građevine su prvi korak od klasičnih i standardnih građevina u Hrvatskoj ka građevinama s niskom energetskom potrošnjom. Energetsko ograničenje grijanja građevine je oko 40-45 kWh/m2a na godišnjoj razini te se niskoenergetske građevine još nazivaju i tro-litarskim kućama. Građevine ovog tipa se smještaju u energetske klase A i B prema energetskom certifikatu. Niskoenergetska građevina predstavlja mali odmak od klasične građevine te se u njoj primjenjuju i klasični sustavi grijanja i hlađenja.
Energetski zahtjevi grijanja su vrlo niski u usporedbi s klasičnom gradnjom te se kao idealno tehničko rješenje pokazala plošna mreža. Plošna mreža podnog, zidnog i stropnog razvoda pri čemu se svaka mreža razlikuje po cijeni. Klasična podna mreža ima najnižu cijenu opreme na tržištu dok je po cijeni najviša stropna mreža. Plošna grijanja i hlađenja ne daju dobre rezultate kod klasične gradnje jer je ponekad potrebno ugraditi dodatni ventilokonvektor ili radijator te se lokalno mogu stvoriti previsoke temperature zbog visokih toplinskih tokova. Kod niskoenergetskih građevina rezultati su idealni i može se površinom predati više topline nego što je potrebno.
Plošno grijanje u režimu 35/30°C je niskotemperaturno i koristi se niski režim da se ostvare visoki energetski učinci grijanja dizalica topline do max COP 4,3-4,6. Temperaturni režimi su niži u usporedbi s klasičnim podnim grijanjem 45/40°C.
Plošno hlađenje u režimu 18/22°C je visokotemperaturno. U kombinaciji s geotermalnim dizalicama topline koristi se pasivno hlađenje pri čemu se mogu ostvariti učinci hlađenja do čak EER 20-25. Kod pasivnog hlađenja aktivne su samo cirkulacijske pumpe pri čemu se topline prenosi preko pločastog izmjenjivača hlađenja i dizalica topline nije aktivna. Da se što više pojednostavi instalacija za održavanje preporučljivo je odvojiti plohe grijanja i hlađenja kod večih sustava na zasebnu mrežu stropnog hlađenja građevine. Ne smije se prenisko ohladiti strop da ne dođe do kondenzacije vlage iz zraka na rashladnoj plohi stropa.
Zidna mreža plošnog grijanja ili hlađenja koristi predfabricirane elemente koji se postavljaju do visine od 1,5m da se omogući zavješenje elemenata na zidove. Moguće je koristiti i cijelu plohu zida, ali onda je potrebno obratiti pažnju što se postavlja na zidove. Isti elementi se mogu koristit i za stropnu mrežu koja je ožbukana žbukom s vlaknima i mrežicom. Nedostatak ovog sustava je debeli sloj žbuke na zidovima i stropu.
Geotermalne sonde su od svih izvora najpraktičnije za primjenu jer se mogu koristiti na svakoj lokaciji sa stabilnom zemljanom podlogom te bez podzemnih šupljina. U krškim krajevima mogu se javiti problemi u fazi bušenja sonde ako se naiđe na podzemnu šupljinu pri čemu u tom dijelu nema prijelaza topline te je upitno i postavljanje sonde u tim uvjetima. Prosječni energetski doprinos sonde je oko 50 W/m pri čemu toplinska izmjena ovisi o sastavu tla. Jedna sonda se sastoji od četiri međusobno povezane cijevi d32 koje na dnu imaju obješen uteg da sprijeći podizanje sonde te olakša polaganje sonde u bušotinu. Jedna sonda od 100m može u prosjeku osigurati 5kW toplinske energije u stalnom radu pri čemu je njezina cijena oko 40000 kn. Cijena sonde je velika prepreka kod masovnije primjene ove tehnologije.
Zemni kolektori su po cijeni najniži za postavljanje, ali njihov najveći nedostatak je što je potrebna velika površina uz građevinu. Sustav kolektora se do sada često koristio u ruralnim prigradskim naseljima te su se postavljali i ispod parkirališta trgovačkih centara. Prosječni energetski doprinos zemnog kolektora je oko 15 W/m pri čemu toplinska izmjena ovisi o sastavu tla te vlažnosti tla.
Preporučljiva je uvijek primjena podzemne vode i bunara ako postoji podzemna voda na lokaciji jer se mogu ostvariti i najveći faktori učina grijanja čak do COP 5,5. No sustavi s bunarima su primjenjivi samo kod velikih sustava gdje se može opravdati investicija u bunare. Dubina postavljanja pumpe ne bi smjela biti veća od 25m da se smanje gubitci cjevovoda i energija potrebna za podizanje vode do strojarnice.
Primarna regulacija je sklop osjetnika temperature, troputih ventila i crikulacijskih pumpi smještenih unutar strojarnice te povezano sve na centralnu regulaciju uređaja. Svrha primarne regulacije je upravljanje glavnim uređajima te priprema vode na traženu temperaturu za grijanje ili za hlađenje građevine.
Sekundarna regulacija predstavlja u plošnoj mreži sklop lokalnih osjetnika temperature koji su povezani sa sabirnicama smještenim u ormarićima plošne mreže. Moguća je direktna veza korektora temperature sa elektromagnetnim ventilima svakog kruga, sve ovisno o proizvodnom programu proizvođača opreme plošne mreže. Moguće je izvesti i zonsku regulaciju koja upravlja svi krugovima jedne zone, no taj način regulacije je trom i neprecizan jer se cijelom etažom upravlja iz jedne točke, ali je dobro primjenjiv kod niskoenergetskih građevina zboz malih energetskih potreba. Svi vodovi sekundarne regulacije su povezani 24V BUS vezama i spojeni su na centralni regulator kojim se može upravljati cijelim sustavom.
Dizalica topline je glavni toplinski agregat u niskoenergetskim građevinama te da se ostvare visoki učinci koriste se geotermalni toplinski izvori kolektori i sonde ili podzemne vode. Sustavi moraju biti što jednostavniji sa što manje električnih elemenata da ukupna potrošena energija bude što niža. Ukupna cijena investicije se kreće na razini 1500-2000 kn/m2 zbog složene distributivne plošne mreže grijanja i hlađenja te složenog izvora topline. Investicija u sustav ove složenosti je na razini složenosti kondenzacijske plinske tehnike s rashladnikom vode pri čemu se koristi ista plošna mreža.
Niskoenergetske građevine su prvi korak od klasičnih i standardnih građevina u Hrvatskoj ka građevinama s niskom energetskom potrošnjom. Energetsko ograničenje grijanja građevine je oko 40-45 kWh/m2a na godišnjoj razini te se niskoenergetske građevine još nazivaju 3 litarskim kućama.
Građevine ovog tipa se smještaju u energetske klase A i B prema energetskom certifikatu. Niskoenergetska građevina predstavlja mali odmak od klasične građevine te se u njoj primjenjuju i klasični sustavi grijanja i hlađenja. Energetski zahtjevi grijanja su vrlo niski u usporedbi s klasičnom gradnjom te se kao idealno tehničko rješenje pokazala plošna mreža. Plošna mreža podnog, zidnog i stropnog razvoda pri čemu se svaka mreža razlikuje po cijeni. Klasična podna mreža ima najnižu cijenu opreme na tržištu dok je po cijeni najviša stropna mreža. Plošna grijanja i hlađenja ne daju dobre rezultate kod klasične gradnje jer je ponekad potrebno ugraditi dodatni ventilokonvektor ili radijator te se lokalno mogu stvoriti previsoke temperature zbog visokih toplinskih tokova. Kod niskoenergetskih građevina rezultati su idealni i može se površinom predati više topline nego što je potrebno.
Plošno grijanje u režimu 35/30°C je niskotemperaturno i koristi se niski režim da se ostvare visoki energetski učinci grijanja dizalica topline do max COP 4,3-4,6. Temperaturni režimi su niži u usporedbi s klasičnim podnim grijanjem 45/40°C.
Plošno hlađenje u režimu 18/22°C je visokotemperaturno. U kombinaciji s geotermalnim dizalicama topline koristi se pasivno hlađenje pri čemu se mogu ostvariti učinci hlađenja do čak EER 20-25. Kod pasivnog hlađenja aktivne su samo cirkulacijske pumpe pri čemu se topline prenosi preko pločastog izmjenjivača hlađenja i dizalica topline nije aktivna. Da se što više pojednostavi instalacija za održavanje preporučljivo je odvojiti plohe grijanja i hlađenja kod večih sustava na zasebnu mrežu stropnog hlađenja građevine. Ne smije se prenisko ohladiti strop da ne dođe do kondenzacije vlage iz zraka na rashladnoj plohi stropa.
Zidna mreža plošnog grijanja ili hlađenja koristi predfabricirane elemente koji se postavljaju do visine od 1,5m da se omogući zavješenje elemenata na zidove. Moguće je koristiti i cijelu plohu zida, ali onda je potrebno obratiti pažnju što se postavlja na zidove. Isti elementi se mogu koristit i za stropnu mrežu koja je ožbukana žbukom s vlaknima i mrežicom. Nedostatak ovog sustava je debeli sloj žbuke na zidovima i stropu.
Geotermalne sonde su od svih izvora najpraktičnije za primjenu jer se mogu koristiti na svakoj lokaciji sa stabilnom zemljanom podlogom te bez podzemnih šupljina. U krškim krajevima mogu se javiti problemi u fazi bušenja sonde ako se naiđe na podzemnu šupljinu pri čemu u tom dijelu nema prijelaza topline te je upitno i postavljanje sonde u tim uvjetima. Prosječni energetski doprinos sonde je oko 50 W/m pri čemu toplinska izmjena ovisi o sastavu tla. Jedna sonda se sastoji od četiri međusobno povezane cijevi d32 koje na dnu imaju obješen uteg da sprijeći podizanje sonde te olakša polaganje sonde u bušotinu. Jedna sonda od 100m može u prosjeku osigurati 5kW toplinske energije u stalnom radu pri čemu je njezina cijena oko 40000 kn. Cijena sonde je velika prepreka kod masovnije primjene ove tehnologije.
Zemni kolektori su po cijeni najniži za postavljanje, ali njihov najveći nedostatak je što je potrebna velika površina uz građevinu. Sustav kolektora se do sada često koristio u ruralnim prigradskim naseljima te su se postavljali i ispod parkirališta trgovačkih centara. Prosječni energetski doprinos zemnog kolektora je oko 15 W/m pri čemu toplinska izmjena ovisi o sastavu tla te vlažnosti tla.
Preporučljiva je uvijek primjena podzemne vode i bunara ako postoji podzemna voda na lokaciji jer se mogu ostvariti i najveći faktori učina grijanja čak do COP 5,5. No sustavi s bunarima su primjenjivi samo kod velikih sustava gdje se može opravdati investicija u bunare. Dubina postavljanja pumpe ne bi smjela biti veća od 25m da se smanje gubitci cjevovoda i energija potrebna za podizanje vode do strojarnice.
Primarna regulacija je sklop osjetnika temperature, troputih ventila i crikulacijskih pumpi smještenih unutar strojarnice te povezano sve na centralnu regulaciju uređaja. Svrha primarne regulacije je upravljanje glavnim uređajima te priprema vode na traženu temperaturu za grijanje ili za hlađenje građevine.
Sekundarna regulacija predstavlja u plošnoj mreži sklop lokalnih osjetnika temperature koji su povezani sa sabirnicama smještenim u ormarićima plošne mreže. Moguća je direktna veza korektora temperature sa elektromagnetnim ventilima svakog kruga, sve ovisno o proizvodnom programu proizvođača opreme plošne mreže. Moguće je izvesti i zonsku regulaciju koja upravlja svi krugovima jedne zone, no taj način regulacije je trom i neprecizan jer se cijelom etažom upravlja iz jedne točke, ali je dobro primjenjiv kod niskoenergetskih građevina zboz malih energetskih potreba. Svi vodovi sekundarne regulacije su povezani 24V BUS vezama i spojeni su na centralni regulator kojim se može upravljati cijelim sustavom.
Dizalica topline je glavni toplinski agregat u niskoenergetskim građevinama te da se ostvare visoki učinci koriste se geotermalni toplinski izvori kolektori i sonde ili podzemne vode. Sustavi moraju biti što jednostavniji sa što manje električnih elemenata da ukupna potrošena energija bude što niža. Ukupna cijena investicije se kreće na razini 1500-2000 kn/m2 zbog složene distributivne plošne mreže grijanja i hlađenja te složenog izvora topline. Investicija u sustav ove složenosti je na razini složenosti kondenzacijske plinske tehnike s rashladnikom vode pri čemu se koristi ista plošna mreža.
Autor: Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.
Objavljeno u
Zelena gradnja
Označeno u
Cijene energenata na svjetskom tržištu podložne su stalnim promjenama zbog raznih utjecajnih faktora, što projektantima strojarskih instalacija stvara velike probleme pri odabiru primarnog energenta za termo-tehnički sustav koji pokriva potrebe za grijanjem, hlađenjem i potrošnom toplom vodom. Investitoru je nužno predložiti tehničko rješenje koje je u skladu s njegovim financijskim mogućnostima i koje će uz najmanja ulaganja imati najmanje pogonske troškove, male troškove održavanja uz maksimalni komfor koji pruža projektirani sustav. Cijene energenata u svim zemljama direktno ovise o poreznom sustavu te zemlje jer porezne stope na sve energente određuje dotična država. Pod pretpostavkom kada bi svi korisnici koji se koriste sustavima grijanja na plin prešli na sustave s kompresorskim dizalicama topline bilo bi realno za očekivati da bi cijena električne energije znatno porasla, no opet ostaje mogućnost ugradnje foto-naponskog sustava u svrhu održivosti cjelokupnog sustava.
Cijena izvedbe sustava s geotermalnim dizalicama topline je relativno visoka, ako se uspoređuje s klasičnim sustavima grijanja čija su trošila vezana na distribucijsku plinsku mrežu kao i toplinske mreže kogeneracijskih elektrana (daljinsko grijanje). Kod usporedbe nekoliko sustava i varijanti dizalica topline s klasičnim sustavima grijanja uz niz analiza isplativosti s obzirom na pogonske troškove i emisiju onečišćujućih tvari koje se ispuštaju u atmosferu (CO2, SO2, NOx) može se pokazati velika prednost dizalica topline.
Početna investicija u nisko temperaturne toplinske sustave s geotermalnom dizalicom topline kao generatorom rashladne i ogrjevne energije u nisko energetskim građevinama (max. 40-45 kWh/m²a ili klasa A, B građevine) 2-3 puta je veća u odnosu na klasični sustav grijanja s plinskim uređajem kao generatorom toplinske energije.
Na cijenu izvedbe cjelokupnog sustava s geotermalnom dizalicom topline utječe niz utjecajnih čimbenika kao što su tip izvora topline: površinski kolektor, vertikalna sonda, sustav međusobno povezanih bunara (upojni i izljevni bunar). Njihov odabir određuje instalirani toplinski učinak sustava, vrsta i sastav tla, postojanje dostatnih količina voda na prihvatljivim dubinama (max.25 m). Najskuplji su sustavi sa sondom kao izvorom topline, no ako uzmemo u obzir karakteristike kao što su izdašnost, pouzdanost i mogućnost pasivnog hlađenja, u potpunosti su opravdali svoju primjenu. Površinski kolektori našli su primjenu samo u ruralnim sredinama gdje postoje veće površine tla koje se mogu koristiti kao površinski toplinski izvor. Geotermalni sustavi sa vodom kao toplinskim izvorom za geotermalne dizalice topline usko su vezani za područja bogata plitkim podzemnim vodama izuzev zaštićenih vodocrpilištnih područja. Jako interesantno područje za primjenu ovog toplinsko / rashladnog izvora je priobalni dio Jadrana, a gledajući s ekonomske strane ovdje se krije najveći potencijal za primjenu dizalica topline voda-voda (slana ili boćata voda).
Cijena ukupne investicije sustava s geotermalnom dizalicom topline značajno raste ako sustav pokriva i potrebe za rashladnom energijom, sustavom površinskog visoko-temperaturnog sustava hlađenja (zidni i stropni sustav distribucije rashladne i ogrjevne energije).
Tako da udio troškova za ovaj tip distribucije topline s nužnom regulacijom često prelazi i 50 % od ukupne vrijednosti investicije. Visoki komfor koji pružaju nisko-temperaturni sustavi grijanja i hlađenja zajedno uz male pogonske troškove geotermalne dizalice topline i njen praktično zanemariv utjecaj na okoliš, “zaštitni znak” su ovog sustava.
Investicije koje se odnose na sustave s dizalicama topline zrak-voda niže su za cijenu izvedbe toplinskog izvora (sonda, kolektor, voda). Nedostatci kao što su veći troškovi održavanja, buka, manji stupanj korisnosti (COP), narušavanje izgleda građevine zbog elemenata čija je ugradnja nužno eksterna itd. ograničila je masovniju primjenu ovih sustava.
Zadaća svakog projektanta strojarskih termo-tehničkih sustava je osmisliti i projektirati sustav koji će imati što kraće vrijeme izjednačavanja troškova početne investicije kroz pogonske uštede projektiranog visoko efikasnog toplinskog sustava. Ovo vrijeme mora biti u okvirima vijeka trajanja opreme da bi se uopće moglo diskutirati o kvalitetnom i racionalnom tehničkom rješenju. U razdoblju od izjednačenja do kraja pogonskog vijeka uređaja dolazi do trajne uštede koja je rezultat kvalitetnog tehničkog rješenja. Na osnovu trajanja ovog vremena egzaktno se može kvalificirati izvedeni sustav i opravdanost njegove primjene.
Investicije u sustave dizalica topline kreću se na na razini 500 kn/m2 ovisno o složenosti instalacije i tipu regulacije sustava čak do 2000 kn/m2. Investicija klasičnog radijatorskog grijanja s kondenzacijskim plinskim aparatom je na razini 250-350 kn/m2.
Ekološki i učinkovitiji energetski sustavi (standardna rješenja) imaju početnu investiciju 2-3 puta veću od klasičnog sustava grijanja, ali se zato u samom pogonu može ostvariti znatna ušteda sa sustavom dizalice topline. Kod najsloženijih toplinskih sustava, koji su izvedeni po standardima koji pružaju najviši komfor s elementima inteligentne regulacije cjelokupnog sustava u objektu (grijanje, rasvijeta, hlađenje, odvlaživanje, ventilacija, rekuperacija itd.) nije moguće govoriti o povratu investicije u vijeku trajanja pojedinih elemenata sustava jer je početna investicija ponekad realno gledajući neprihvatljiva što znači da postoji ekonomska granica primjenjivosti ovih sustava. Geotermalne sonde, zemni kolektori i bunari imaju dugi životni vijek te je moguće isti izvor topline nekoliko puta koristit pri čemu je potrebno zamijeniti toplinski agregat nekoliko puta u razdoblju od stotinjak godina. Ekonomska opravdanost uvođenja složenih instalacija postoji samo ako se uzmu u obzir moguće subvencije fondova, države za poticanje korištenja obnovljivih izvora energije. Gledano s ekološke strane sustavi dizalica topline imaju manji utjecaj na okoliš zbog smanjenja emisije CO2 u atmosferu.
Autor: Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.
Objavljeno u
Zelena gradnja
Označeno u
Energetski Projekti
Energetski Video
Energetski Članci
Random članci
Random video
-
Igre velikih energetskih interesa
Kakva je budućnost fotonaponskih instalacija kada se p...
-
SD 2011 - ENJOY HOUSE presentation
Solar Decathlon 2011., Team New Jersey: Rutgers - The S...
-
Na rubu znanosti - Četvrta industrijska revolucija
Na rubu znanosti - Četvrta industrijska revolucija<...
Web Administrator
Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.
O nama
HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o. od 2004. se razvija u specijaliziranu tvrtku za projektiranje i primjenu obnovljivih izvora energije. Osnova projektnog managementa održivog razvitka društva je povećanje energijske djelotvornosti klasičnih instalacija i zgrada te projektiranje novih hibridnih energijskih sustava sunčane arhitekture. Cijeli živi svijet pokreće i održava u postojanju stalni dotok dozračene Sunčeve energije, a primjenom transformacijskih tehnologija Sunce bi moglo zadovoljiti ukupne energetske potrebe društva.
Kontakt info
HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o.
Petra Svačića 37a, 31400 Đakovo
Ured:
Kralja Tomislava 82, 31417 Piškorevci
Hrvatska
E-mail: info@hrastovic-inzenjering.hr
Fax: 031-815-006
Mobitel: 099-221-6503