Pasivna kuća Olib 2016, Projektom je obrađen koncept instalacija grijanja, hlađenja i rekuperacije koji je primjenjiv u Primorskoj Hrvatskoj za razinu A+ kuća. Hidrotehničke instalacije obuhvaćaju sakupljanje kišnice, bioobradu otpadne vode i dobivanje sive vode za zalijevanje površina te posebne spremnike za svježu vodu.

Cijene energenata se mijenjaju ovisno o stanju na tržištu te se primjenom pojedinih tehnoloških rješenja i pravilnim odabirom energenta može dugoročno značajno uštedjeti. U tablicama je napravljena usporedba troška upotrebe određenog energenta ovisno o potrebnoj količini energije koja se mora dovesti u sustav u zavisnosti nekoliko faktora: učinkovitost uređaja, ogrijevna vrijednost te cijena energenta. Analiza je napravljena na nominalnom iznosu od 10.000 kWh godišnje energije za grijanje pri čemu treba imati na umu da su dizalice topline uređaji koji mogu grijati i hladiti tijekom cijele godine. Kompaktna dizalica topline ima opciju i dogrijavanja sanitarne vode odnosno to je uređaj 3 u 1 dok za usporedbu klasični sustavi kao što su kotlovi na pelete, plin ili UNP imaju samo mogućnost grijanja zgrade i grijanja sanitarne vode te je potrebno ugraditi dodatni rashladnik vode. Kod zračnih dizalica topline faktor učinkovitosti opada sa smanjivanjem temperature vanjskog zraka, ali je od svih kompresorskih tehnologija zračna dizalica topline najpovoljnija po cijeni. Ekonomskom analizom se dolazi do podatka da je zračna dizalica topline konkurentna do temperatura u rangu između -10 i -15°C te se ispod te temperature može koristiti drugi sustav grijanja.

ZRAČNA DIZALICA TOPLINE
Klimatski uvjeti koji vladaju u Hrvatskoj, omogućavaju primjenu reverzibilnih dizalica topline sa svrhom grijanja i hlađenja, kojima se može pouzdano grijati i kod najnižih temperatura vanjskog zraka koje se mogu pojaviti na mikrolokaciji. Za grijanje i hlađenje prostora odabrane su tzv. reverzibilne dizalice topline koje mogu prebacivati režim rada iz grijanja u hlađenje i obrnuto prema potrebi.

U instalaciji je predviđena uporaba
* zračna dizalica topline
* postavljena na postolju
* s odvodom kondenzata
* u zoni malog prolaska korisnika zgrade
* sa smjerom ispuha otpadnog zraka u zonu niskog prolaska
* primarna uporaba za hlađenje i grijanje

Osnovni energent zgrade je energija okoliša koja se primjenom transformacijskih tehnologija pretvara u traženi energetski oblik. Električna energija iz mreže se koristi za pokretanje dizalice topline koja istovremeno crpi energiju koja se akumulirala u okolišu. Uređaji se koriste u kombinaciji s vanjskim zrakom, geotermalnim sondama, zemnim kolektorima ili površinskim vodama kao izvorima topline. Akumulirana Sunčeva energija u zraku, vodama ili tlu se koristi kao izvor energije za grijanje zgrada. Dizalica topline potom pretvara dva ulazna oblika energija u korisni oblik toplinske energije koja se akumulira u sustavu. Dizalice topline pretvaraju električnu energiju u toplinsku ili rashladnu energiju te pri tome imaju faktor sustava SPF u rangu 2,5 - 5,5 ovisno o vrsti dizalice topline koje imaju faktor dizalice COP 4,5 - 5,5. U režimu hlađenja energija se iz zgrade prebacuje pomoću dizalice topline u zrak, vodu ili tlo. Osnovni princip rada dizalice topline je da iz elektro-energetske mreže uzme 1 kW električne energije te iz okoliša 2-4 kW obnovljive akumulirane energije dok se u zgradu ubacuje zbroj tih energija ili 3-5 kW toplinske energije.

Dizalice topline su uređaji koji svoj rad baziraju na kompresorskom ciklusu u kojem se određenom mediju oduzima ili predaje toplina. Naziv dizalica u sebi nosi korijen transporta odnosno podizanja energetskog nivoa određenog medija što je u ovom slučaju voda grijanja. Proces toplinskih izmjena uključuje u sebi vanjski zrak te vodu grijanja zgrade. Ovisno o lokaciji zgrade odabire se koji će izvor energije biti najprikladniji za tražene uvjete primjene. Primjenom prirodnih energetskih izvora zgrada se povezuju s okolišem te se tijekom zime vrši izmjena energije u smjeru okoliša prema zgradi dok je tijekom ljeta energetski tok suprotan od zgrade prema okolišu. Za pravilan rad sustava presudan je dualni tok energije i regeneracija toplinskog izvora tijekom godine. Energija se crpi pomoću dizalica topline iz zemlje, vode ili zraka. Kao stabilan energetski izvor se smatra zemlja i podzemna voda koja tijekom godine ima stabilnu temperaturu između 14-16°C. Temperatura zraka tijekom godine oscilira te je zrak idealan energetski izvor u sredinama s blagom primorskom klimom. Dizalice topline kao izvor energije koriste energiju vode, zraka ili zemlje odnosno tri prirodna energetska elementa koji do sada nisu korišteni u masovnoj primjeni za grijanje i hlađenje zgrada. Sunčeva energija se akumulira u biomasi te se izgaranjem odnosno vatrom energija Sunca pretvara u primjenjivu toplinsku energiju. Također se akumulira kao unutrašnja potencijalna energija koja se manifestira kroz promjenu u temperaturi vode, zraka te zemlje.

Predviđen je centralizirani sustav koji tijekom cijele godine održava tražene mikroklimatske uvjete. Zračna dizalica topline ima u područjima umjerene geoklime srednji godišnji faktor učinkovitosti iznad SPF 3,5 dok sam faktor uređaja postiže vrijednost COP 5,5. U odnosu na grijanje pomoću plinskog sustava odnosno zemnog plina ostvaruju se uštede 30-40% ovisno o geoklimi lokacije zgrade. U odnosu na grijanje pomoću zemnog plina ostvaruje se smanjenje i u emisiji ugljičnog-dioksida CO2 za 50% što je dovoljan razlog primjene ovih sustava. Nominalna radna temperatura je oko +5°C vanjskog zraka dok kod temperatura vanjskog zraka od -10°C jedinica gubi 10-15% snage, a sam uređaj ima mogućnost rada do -25°C uz pravilno dimenzioniranje. U odnosu na klasične dualne sustave grijanja i hlađenja ostvaruje se i ušteda na potrebnom prostoru jer jedinica u sebi ima integrirano grijanje i hlađenje te se olakšava i održavanje sustava.

Tok energije kroz sustav:
- zrak prolazi kroz pločasti izmjenjivač, isparivač
- istovremeno s druge strane pločastog izmjenjivača prolazi radni kompresorski medij koji hladi prostor i oduzima toplinu
- radni medij isparava u pločastom izmjenjivaču, isparivaču
- kompresor usisava ispareni radni medij
- kompresor se napaja električnom energijom u odnosu 1 kW električne = 3-4 kW topline energije
- para radnog medija se komprimira na višu temperaturu i tlak te se para istovremeno ubrizgava u kondenzator
- kondenzator je drugi pločasti izmjenjivač
- sa druge strane pločastog kondenzatora nalazi se medij grijanja
- voda se zagrijava i preuzima na sebe toplinu radnog medija u kondenzatoru i pri tome hladi radni medij
- dizalica topline transportira energiju iz okoliša na vodu sustava grijanja pomoću prijenosnog radnog kompresorskog medija
- nakon što je izvršena predaja topline ohlađeni radni medij dolazi do ekspanzijskog ventila
- ekspanzijski ventil prigušuje radnu tvar na niži tlak te se istovremeno vrši i smanjivanje temperature radnog medija
- pothlađeni radni medij ponovno ulazi u prvi izmjenjivač ili isparivač te se zatvara krug radne tvari

Zračna dizalica zrak/voda se može koristiti kao izvor topline, osnovni nedostatak je zaleđivanje vanjske jedinice i gubitak na učinkovitosti kod niskih temperatura te je potrebno tijekom hladnijih dana koristiti dogrijavanje preko dodatnog izvora topline daljinskog toplovoda, plinskog bojlera, kotla na biomasu i pelete ili električnog grijača. Po početnoj investiciji zračne dizalice su najpovoljnije, ali imaju i najmanju učinkovitost i najviše energije će trošiti za grijanja i hlađenje građevine. Kod zračnih dizalica topline dolazi do velikog pada instalirane snage kod niskih temperatura te kod temperatura od -15°C zračna dizalica izgubi preko 50% nominalne snage koja se daje za +5°C. Te bi za snagu grijanja od 25 kW kod -15°C i kontinentalnu klimu bilo potrebno instalirati duplo veću zračnu dizalicu od nominalno potrebne odnosno oko 40-50kW nominalne snage koju ona može dati pri temperaturi zraka od +5°C. Zračne dizalice dio snage dodatno gube na odleđivanje same jedinice te je za tu razliku gubitka vremena grijanja također potrebno instalirati dodatno oko 20% nominalne snage.

SAMSUNG EHS TDM model RD160PHXEA
dizalice topline vanjska jedinica
električni priključak 2 faze, 220-240 V, 50Hz
snaga grijanja 16,0 kW uz COP 4,60 za -20 / 35 °C
grijanje PTV -20 / 43 °C
snaga hlađenja 15,5 kW uz EER 3,60 za 10 / 46 °C
električna snaga 3,90-4,70 kW
jakost struje 17,3-20,8 A
radna tvar R410A
cijev kapljevine 9,52 mm 3/8 "
cijev pare 15,88 mm 5/8 "
max dužina cijevi 70 m
max visinska razlika 30 m
buka 53 dBA
masa 108 kg
dimenzije ŠxVxD 932 x 1128 x 375

SAMSUNG Hydro Unit model NH160PHXEA
dizalice topline hydro jedinica
električni priključak 2 faze, 220-240 V, 50Hz
el. grijač 6,0 kW
snaga grijanja 11,0-16,0 kW za 15-55°C
snaga hlađenja 7,0 kW
cijev vode DN 32
ekspanzijska posuda 8,0 lit
sigurnosni ventil 2,9 bar
cijev kapljevine 9,52 mm 3/8 "
cijev pare 15,88 mm 5/8 "
masa 48 kg
dimenzije ŠxVxD 510 x 850 x 315

SAMSUNG Indoor model Vivace NH022VHXEA
električni priključak 2 faze, 220-240 V, 50Hz
el. snaga 30 W, 0,13 A
snaga grijanja 2,2 kW
snaga hlađenja 2,5 kW
nivo buke 31/21 dB(A)
cijev freona 6,35 1/4" - 12,70 1/2"
odvod kondenzat 18 mm
masa 8,5 kg
dimenzije Š x V x D 825 x 285 x 189

INSTALACIJA REKUPERACIJE
Rekuperatori su uređaji koji se ugrađuju u niskoenergetske i pasivne građevine te im je osnovni cilj smanjivanje ventilacijskih gubitaka građevine pomoću integriranih pločastih izmjenjivača topline zrak-zrak. Jedinice imaju integrirani sustav filtracije zraka u kojem se iz zraka odvajaju čestice peludi, prašine, pore plijesni te se sustavom osigurava higijenski ispravan zrak. Sustavi su idealni za primjenu u kućama u kojima žive astmatičari jer je moguće osigurati higijenski ispravan zrak tijekom cijele godine. Osnovni element uređaja je saćasti izmjenjivač kroz koji prolaze dvije struje zraka te se preko stijenki izmjenjivača vrši izmjena topline. Topli otpadni zrak dolazi iz građevine te prelazi preko izmjenjivača, predaje toplinu te se potom izbacuje u okoliš. Na drugom ulazu je svježi zrak koji je tijekom zime hladan, prolazi preko izmjenjivača, prima toplinu na sebe te se zagrijava, a tako zagrijan ubacuje se u građevinu. Sličan je princip rada i tijekom ljeta kada se topli okolišnji zrak hladi povratnim unutrašnjim zrakom. Potrebno je koristiti sustav ventilacije jer je građevina gotovo hermetički zatvorene te ima jako malu infiltraciju prirodnog zraka na razini od 0,3 do max 0,6 i/h pa da se osigura higijenska izmjena zraka ugrađuju se ventilacijski sustavi. Korištenjem ventilacijskih sustava podiže se kvaliteta života u građevini jer se stalno dovodi svježi zrak te se na taj način izbjegava pojava ustajalog i vlažnog zraka, smanjuje se mogućnost pojave gljivica i plijesni unutar same građevine. Sustav također smanjuje ventilacijske gubitke građevine jer korišteni rekuperator ima mogućnost povrata i do 90% energije iz otpadnog zraka.

INSTALACIJA SOLARNOG SUSTAVA
Solarni sustav je opskrba energijom bez stvaranja štetnih plinova, kojom se štede fosilni energenti i rasterećuje okoliš. Solarni sustavi u nabavi iziskuju relativno velike investicije, međutim, osiguravaju donekle i neovisnost od porasta cijene nafte i plina ili drugih izvora energije. Solarni sustav je investicija u budućnost koja ne zahtijeva opsežno održavanje, ne podliježe krizama i osigurava određenu neovisnost. Dozračena energija koja dospijeva do površine zemlje naziva se globalnim zračenjem. Snaga i udio izravnog i difuznog zračenja u velikoj mjeri ovise o godišnjoj dobi i lokalnim vremenskim prilikama. Difuzno zračenje nastaje raspršivanjem, refleksijom i lomom na oblacima i česticama u zraku. Ono se također može iskoristiti za solarnu tehniku. U oblanom danu s difuznim udjelom zračenja od 80% dozračena energija je 300 W/m2. Ovisno o lokaciji, godišnje sunčevo zračenje u Hrvatskoj iznosi od 1.150 do 1.600 kWh/m2. Načelno vrijedi: I na našim prostorima Sunce daje dovoljno energije zračenja za zagrijavanje PTV i podršku grijanju.

Strojarski projekt
Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.