Stadion NK Petlovac 2012, projektnim rješenjem predviđena je rekonstrukcija sustava grijanja tople potrošne vode uvođenjem novog toplinskog podsustava solarnih kolektora i spremnika tople vode koji se dodatno grije pomoću kotla na biomasu baziranog na pirolitičkoj tehnologiji izgaranja drvne mase.

INSTALACIJA GRIJANJA
Drvna biomasa nastaje akumulacijom sunčeve energije u drvnoj masi kroz složeni proces fotosinteze te se ovaj izvor energije može svrstavati pod obnovljive izvore energije, ali ne i u čiste izvore energije jer se u procesu izgaranja oslobađa CO2 u atmosferu. Drvna masa je CO2 neutralna jer je jednaka količina CO2 koja se koristi za stvaranje drvne mase i količina CO2 koja se oslobodi tijekom izgaranja. Korištenjem biomase može se osigurati stalni izvor obnovljive energije koja stalno nastaje u prirodi. Biomasa je dio zatvorenog ugljičnog kruga. Ugljik iz atmosfere se pohranjuje u biljkama, prilikom spaljivanja ugljik se ponovno oslobađa u atmosferu kao ugljični dioksid CO2. Dok god se poštuje princip obnovljivog razvoja (zasadi se onoliko drveća koliko se spali biomase) ovaj oblik dobivanja energije nema značajnog utjecaja na okolinu. Biomasa se smatra obnovljivim izvorom energije i često se naziva ugljično neutralno gorivo, no ono ipak može doprinjeti globalnom zagrijavanju. To se događa kad se poremeti ravnoteža sječe i sađenja drveća, na primjer kod krčenja šuma ili urbanizacije zelenih površina. Kada se biomasa koristi kao gorivo umjesto fosilnih goriva ona ispušta jednaku količinu CO2 u atmosferu. Ugljik iz biomase koji čini otprilike pedeset posto njene mase je već dio atmosferskog ugljičnog kruga. Biomasa apsorbira CO2 tokom svog životnog ciklusa te ga ispušta natrag u atmosferu kad se koristi za dobivanje energije. Kod fosilnih goriva je to drugačiji proces jer se kod njih ugljik izdvaja iz dugotrajnih spremnika u kojem bi inače bio zauvijek zarobljen i ispušta se u atmosferu.

SKLADIŠTENJE DRVETA
Drvo koje se koristi za ogrjev ne bi smjelo imati udio vode veći od 25%. Svako drvo sa većim postotkom vlage dovodi do pada temperature ispod optimalne što uzrokuje povećanu količinu dima te je moguće i oštećenje samog dimnjaka stvaranjem slojeva čađe. Korištenjem prevlažnog drveta opada i njegova ogrjevna vrijednost, a samim time i proizvedena toplina budući se dio energije sadržane u drvetu troši na isparavanje vode (0,68 kWh/kg vode). Postotak vlage u drvetu ima izuzetno veliku ulogu na ogrjevnu vrijednost drveta. Svježe pripremljena drva sadrže čak i do 50% vode u svojoj težini pa je sukladno tome i njihova ogrjevna vrijednost vrlo mala. Smatra se da ogrjevno drvo postiže potrebnu suhoću, ovisno o vrsti drveta, tek nakon jedne do dvije godine skladištenja. Procjenjuje se da je iz cjepanice prosječne veličine s početnim sadržajem vlage od otprilike 50% potrebno prije upotrebe izvući 475 ml vode odnosno gotovo pola litre. Kako je drvo prirodni materijal podložno je prirodnom procesu raspadanju stoga je potrebno u što kraćem roku postići optimalni udio vode u iznosu od 20%. Može se računati da drvo, suho i uskladišteno, zbog prethodno navedenog procesa godišnje može izgubiti čak i do 3% ogrjevne vrijednosti. Prilikom loženja nikako se ne savjetuje koristiti trulo, onečišćeno ili drvo tretirano kemikalijama budući da bi isto brzo zagušilo vatru, stvorilo naslage čađe u dimnjaku i samom sustavu grijanja te u slučaju korištenja tretiranog drveta može doći do proizvodnje toksičnih i kancerogenih spojeva i emisija pri izgaranju.

PIROLITIČKI KOTAO
Rasplinjavanje je proces u kojem se drvo pretvara u plinove koji kasnije mogu izgarati u motorima s unutrašnjim sagorijevanjem. Piroliza je jedna od tri osnovne faze procesa izgaranja drveta dok pirolitički kotlovi u sebi provode proces rasplinjavanja drveta, izgaranja drveta te kasnije izgaranja rasplinutog drveta uz konačni visoki stupanj djelovanja. Piroliza je toplinsko raspadanje drveta kroz promjenu njegovog agregatnog stanja. Na temperaturama iznad 100 °C toplinskim zagrijavanjem iz drveta se počinju oslobađati plinovi. Ova se faza odvija u svim pećima odnosno kotlovima loženim na drvo bez obzira na njihov tip, njihovu starost i sl. Kod pirolitičkih kotlova, faza pirolize je naglašena zahvaljujući posebnoj konstrukciji kotla, regulaciji i ugrađenom ventilatoru. Kotlovi na pirolizu najčešće imaju dvodjelno ložište i ventilator s promjenjivim brojem okretaja koji dobavlja potrebnu količinu zraka. U gornjem dijelu ložišta dolazi do sušenja drveta, njegove toplinske razgradnje i stvaranja žara. Ventilator u gornji dio ložišta dovodi zrak pri čemu u području oko žara dolazi do rasplinjavanja, odnosno intenzivnog stvaranja drvnog plina. Količina dovedenog primarnog zraka u gornji dio ložišta dovoljna je samo za rasplinjavanje ali ne i za potpuno izgaranje. Zbog podtlaka/predtlaka (ovisno o mjestu ugradnje ventilatora) nastali drvni plin prelazi u donji dio ložišta. Prolaskom kroz područje žara i kroz sapnicu, plin se upali i u potunosti izgara. Potpunost izgaranja osigurana je dovođenjem sekundarnog zraka kroz sapnicu. Kvaliteta i izgled plamena podsjeća na izgaranje ulja ili plina na klasičnim plamenicima. Centralni uređaj za pripremu ogrjevne vode radi u režimu 75/60°C, a prema proračunima gubitaka i odabiru ogrjevnih tijela odabran je slijedeći uređaj za zagrijavanje. Do ložišta u potrebno je dovesti dovoljnu količinu svježeg zraka, kako bi se nadomjestio zrak iskorišten za gorenje, te zrak koji izlazi zajedno sa dimnim plinovima. Presjek kanala za dovod svježeg zraka za sagorijevanje mora iznositi približno polovicu presjeka dimnjaka. Na taj način se postiže optimalna temperatura i volumenski protok dimnih plinova. S obzirom da se danas obično koriste hermetički zatvorena stolarija, zrak sagorijevanja potreban za izgaranje potrebno je dovesti pomoću vlastitog voda.

SUNČANI TOPLINSKI PRETVORNICI
Pretvaraju sunčevu energiju u toplinsku energiju te nalaze primjenu u sustavima pripreme sanitarne potrošne vode te u sustavima grijanja građevina. U sustavima pripreme sanitarne tople vode ostvaruju se uštede na razini 80-100% ovisno o dimenzioniranju pokrivenosti sustava. Sustav se dimenzionira prvenstveno za pripremu sanitarne vode, ali se može proširiti i na pomoć u grijanju. Pravilnim postavljanjem kuta pretvornika od 15° pa do 65° može se toplinsko polje dimenzionirati za različite toplinske zahtjeve i razdoblja korištenja. Tijekom zime je gotovo nemoguće 100% pokriti toplinske potrebe klasičnim sunčanim sustavima, ali je moguće primjenom velikih međuspremnika topline i hibridnih sustava koji se rijetko primjenjuju u Europi. Višak sunčeve energije se može koristiti tijekom ljeta u sustavima solarnog hlađenja. Optimalni kut nagiba kolektora ovisi o namjeni pretvornika, ako se sustav koristi pretežito tijekom zime potrebno ga je postaviti pod kutem od 10 do 20° dok ako se koristi tijekom zime potrebno ga je postaviti pod kutem od 50 do 60°. Optimalni godišnji kut postavljanja kolektora se za Hrvatsku kreće na razini od 35 do 40°.

DRAIN BACK SUSTAV
Beztlačni sunčani sustav (DRAIN BACK) se primjenjuje kod zgrada koje se stalno ne koriste kao što su vikendice ili se koristi kod sustava koji se dimenzioniraju za pomoć u grijanju odnosno kod sustava koji su predimenzionirani za grijanje sanitarne vode. Primjenom sustava koji nije pod tlakom moguće je cijeli krov prekriti sunčanim toplinskim pretvornicima te je moguće koristiti sunčevu energiju prema potrebi. To je sustav koji nije pod tlakom te nema ekspanzijsku posudu te toplinske dilatacije radnog medija na sebe preuzima drain spremnik. Zahvaljujući posebno projektiranim pločastim kolektorima sa strukturnim staklom te sa serpetinskim apsorberom, sustav u fazi mirovanja gravitacijskim putem slijeva vodu nazad u izmjenjivač spremnika tako da su pretvornici tada ispunjeni zrakom i nema opasnosti od pregrijavanja pa se sustav lako može predimenzionirati. Osnovni problem kod zračno-vodenih krugova je što se moraju koristiti visokotlačne crpke koje mogu podignuti vodu iz razine spremnika do sunčanih toplinskih pretvornika, a ta visina može biti i do 15 m. Često se u radu kombiniraju dvije crpke za pokretanje sustava i punjenje pretvornika te kada se cjevovodi napune gasi se jedna crpka i aktivna je samo jedna radna. Crpka mora cijelo vrijeme rada biti potopljena da bi sustav mogao funkcionirati te u sustavu ne smije biti nepovratnih ventila da se osigura povrat vode u spremnik. Spremnik bi trebao biti što bliže pretvornicima da ne dolazi do velikih gubitaka na električnoj snazi crpke. Kod dimenzioniranja sustava potrebno je obratiti pozornost na radnu visinu dobave crpke te na potreban pad distribucijskih cjevovoda da se ostvari slijevanje vode u spremnik kod gašenja crpke. Glavni element drain back sustava je spremnik u koji se slijeva voda gravitacijskim putem kada crpka ne radi. Sustav se može napuniti i destiliranom vodom koja neće ostaviti naslage minerala na toplinskim pretvornicima kod isparavanja vode. U drain back sustavima se koriste isključivo pločasti pretvornici jer se samo iz njih može prirodnim tokom vratiti radni medij, dok se vakuumski ne mogu koristiti u ovim sustavima zbog same konstrukcije vakuumskih cijevi. Moguće je koristiti klasičnu diferencijalnu regulaciju koja pali i gasi crpku na osnovi razlike temperatura na vrhu pretvornika i dna spremnika. Kada je temperatura na vrhu pretvornika veća za 15°C od temperature na dnu spremnika onda se aktivira crpka, dok se crpka gasi kod razlike od 5°C. Kada temperatura na vrhu spremnika dostigne 95°C također se gasi crpka te se aktivira kada temperatura padne ispod 90°C. Osnovni nedostatak drain back sustava su šumovi koji se stvaraju u cjevovodima kroz koje može teći dualni tok vode i zraka. Te se stvaraju šumovi oko samog drain spremnika koji se mora dobro zvučno i toplinski izolirati.

Strojarski projekt
Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.