A+/A+ Regionalni centar kompetentnosti Ruđera Boškovića Zagreb 2023, izvedeni projekt izgradnje moderne obrazovne zgrade koja bi se koristila kao centar za primjenu obnovljivih izvora energije i automatizacije sustava. Zgrada je centar za obrazovanje novih inženjerskih generacija kao i za stručno usavršavanje postojećeg inženjerskog kadra.

 

Strojarskim projektom obrađene su slijedeće instalacije

Termotehnika:
- primjena obnovljivih izvora energije
- primjena ZelEN obnovljive tarife električne energije
- zrak-voda, voda-voda dizalica topline za grijanje i hlađenje
- ventilokonvektori za grijanje i hlađenje, podno grijanje, betonska jezgra
- centralna rekuperacija i ventilacija zraka
- sunčani toplinski pretvornici sa zaštitom od pregrijavanja
- sustav centralnog i daljinskog upravljanja termotehničkim instalacijama BEMS Building Energy Management System

Održivost:
- obnovljivi izvori energije za grijanje i hlađenje zgrade

Generiranje energije zgrade:
- zrak-voda dizalica topline koja transportira toplinsku energiju okolišnjeg zraka u sustav grijanja
- voda-voda dizalica topline koja transportira toplinsku energiju podzemne vode u sustav grijanja
- sunčani toplinski pretvornici vezani na sustav grijanja potrošne tople vode
- sunčani fotonaponski pretvornici vezani na napajanje vlastite potrošnje zgrade

 

Predmet nabave je usluga projektiranja dijela glavnog i izvedbenog projekta i nabava usluge projektantskog nadzora te ishođenje potrebne dokumentacije za izgradnju Regionalnog centra kompetentnosti Ruđera Boškovića, koji se financira iz Europskog fonda za regionalni razvoj iz poziva Uspostava infrastrukture regionalnih centara kompetentnosti u strukovnom obrazovanju kao podrška procesu reforme strukovnog obrazovanja i osposobljavanja, KK. KK.09.1.3.01.

Predmet nabave obuhvaća usluge izrade dijela Glavnog i cijelog Izvedbenog projekta, te izradu detaljnih i točnih troškovnika po kojima se planira provesti nabava radova u sklopu projekta rekonstrukcije i dogradnje Regionalnog centra kompetentnosti Ruđera Boškovića. Izrada dijela Glavnog i cijelog Izvedbenog projekta nužni su za osiguravanje tehničkih i zakonskih preduvjeta za izgradnju i opremanje Regionalnog centra kompetentnosti Ruđera Boškovića, sukladno Zakonu o gradnji (NN 153/13, 20/17, 39/19, 125/19) i drugim primjenjivim podzakonskim propisima.

Nova zgrada Regionalnog centra kompetentnosti Ruđera Boškovića koristiti će se u edukacijske i istraživačke svrhe. Stoga su na temelju idejnog rješenja živućeg laboratorija za pametne zgrade i obnovljive izvore energije, a kojeg je izradio Laboratorij za energetsku učinkovitost Fakulteta strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Zagrebu (u nastavku LEU), definirani posebni uvjeti koji su obvezujući. Uvjeti se odnose na optimizaciju ovojnice zgrade te sustave grijanja, hlađenja, ventilacije, izvora toplinske i rashladne energije, proizvodnje električne energije te sustava mjerenja, nadzora i upravljanja. Izvođač je obvezan tijekom razrade projekta konzultirati se s Naručiteljem i LEU vezano uz sva tehnička pitanja, pojašnjenja i nejasnoće, a koji će donijeti konačne odluke o sustavima zgrade.

Strojarskim projektom predviđena je ugradnja dvije zrak-voda dizalice topline koje bi se koristile za samostalno grijanje zgrade tijekom zimske sezone te hlađenje tijekom ljeta. Svaka zrak-voda dizalica topline je dimenzionirana na potreban kapacitet te se kod niskih temperatura druga jedinica aktivira prema potrebi.

Toplinska mreža sustava obuhvaća podnu mrežu grijanja u većini prostorija s povećanim boravkom osoba te u prostorijama gdje je potrebno samo grijanje kao što su sanitarni blokovi. U jednom dijelu prostorija predviđena je ugradnja instalacije betonske jezgre koja bi se koristila za akumulaciju toplinske energije prema potrebi kao i za istraživačke djelatnosti. U pratećim prostorijama hodnicima te smještajnim prostorijama drugog kata previđena je ugradnja ventilokonvektora za grijanje i hlađenje.

Zgrada je opremljena centralnim sustavom pripreme i obrade zraka preko klima-komore koja će osigurati dovođenje dostatnih količina svježeg zraka tijekom godine. Sustav ventilacijskih kanala vođen je vidljivo te je izoliran u dijelu prolaska kroz hodnike pomoću kaširane vune s aluminijskom folijom. Obzirom da je zgrada izrazito zrakotijesna dostatne minimalne količine svježeg zraka se dovode sustavom prisilne ventilacije.

Svi elementi instalacija su vezani na centralni sustav upravljanja radom koji će osigurati optimizaciju troškova pogona sustava grijanja, hlađenja i ventilacije. Pravilnom parametrizacijom elemenata sustava postići će se niska potrošnja energije cijele zgrade.

 

DIZALICE TOPLINE

Klimatski uvjeti koji vladaju u Hrvatskoj omogućavaju primjenu reverzibilnih dizalica topline sa svrhom grijanja i hlađenja zgrade. Pomoću uređaja se može pouzdano grijati i kod najnižih temperatura vanjskog zraka koje se mogu pojaviti na mikrolokaciji odnosno do -20°C. Za grijanje i hlađenje prostora odabrane su tzv. reverzibilne dizalice topline koje mogu prebacivati režim rada iz grijanja u hlađenje i obrnuto prema potrebi s vrlo niskim vremenom promjene režima rada sustava.

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. Uporabom zelene tarife električne energije ili energije fotonapona sustav postaje 100% obnovljiv!

Dizalice topline su uređaji koji svoj rad baziraju na kompresorskom ciklusu u kojem se određenom mediju oduzima ili predaje toplinska energija. Naziv dizalica u sebi nosi korijen transporta odnosno podizanja energetskog nivoa određenog medija što je u ovom slučaju voda odnosno glikol grijanja ili hlađenja. 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 Sunčeve energije 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, a također se akumulira kao unutrašnja potencijalna energija koja se manifestira kroz promjenu u temperaturi vode, zraka te zemlje te postaje izvor energije za dizalice topline!

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 obnovljivih 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 čime se ukupno smanjuje investicija.

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 pravilno dimenzionirati sustav. 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 te će kod niskih temperatura od -20°C zračna dizalica izgubiti preko 40-50% nominalne snage koja se daje za +5°C. Te bi za snagu grijanja od 25 kW kod -20°C i kontinentalnu klimu bilo potrebno instalirati duplo veću toplinsku snagu zračne dizalice topline od nominalno potrebne toplinske snage odnosno oko 40-50 kW 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 5-10% nominalne snage.

ODABIR VENTILOKONVEKTORA
Jedinice za grijanje i hlađenje prostorija su ventilokonvektori. Sustav grijanja je odabran u režimu 45/40°C dok je režim hlađenja 7/12°C. Svaki VK je spojen na sustav odvoda kondenzata te sifona koja smanjuje mogućnost prijenosa mirisa kroz sustav odvodnje. U svakoj prostoriji je postavljen jedan zidni regulator koji upravlja radom jednog ili grupe VK ovisno o sobnoj temperaturi, programiranju i režimu rada hlađenja ili grijanja.

BETONSKA JEZGRA

Osnovni princip termalno aktivnog građenja je da ih se održava hladnim koristeći zakone fizike. Uponorov TABS sistem koristi građevne strukture, na primjer betonske stropove, kao aktivni sistem pohrane energije. Hladna voda teče kroz cijevi u centru betonskog stropa, i tako ga hladi. Povišenje temperature u sobi, na primjer uzrokovano suncem ili unutarnjim izvorima topline, apsorbira se i tako stvara udobnu klimu u prostoru.

Uponor TABS koristi toplinsku masu betonske konstrukcije objekta postavljanjem cijevi koje mogu transportirati vodu za grijanje i hlađenje. Stropovi, podovi i zidovi bit će korišteni za hlađenje ali će biti korišteni i za zagrijavanje objekta. Umetnute cijevi koriste betonsku masu za pohranjivanje i izmjenu toplinske energije.

TAB sustav Uponor nije klima-uređaj i ne zamjenjuje ventilacijski sustav, ali se zadatak konvencionalnih tehnologija smanjuje na minimum čime se osigurava najbolja moguća klimu na nevidljiv i nečujan način. Nevidljiv je, bez mirisa i bez vlage. Radna temperatura sustava je blizu temperature okoline. Tako se Uponor TAB sustav idealno može kombinirati s obnovljivim izvorima energije.

Uponor TABS proširuje aktivaciju površine betona tako da uključuje "'thermal socket'" koja omogućava hlađenje/grijanje elemenata direktno iz betonskog stropa. Sustav ima automatski uređaj za zaključavanje. To znači da se dodatni elementi mogu spojiti u kasnijoj fazi. Uponor TABS postavljen je izravno na oplatu za podnu ploču i betoniran je zajedno s distribucijskim vodovima.

CENTRALNA KLIMA KOMORA GRAĐEVINE

Rekuperatori i klima-komore 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 zgradama u kojima se duže boravi 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.

Modularna katna klima komora predviđena za unutarnju podnu ugradnju, a sastoji se od: toplinski izoliranog kućišta Aluzinc AZ 150 s vanjske strane i plastificiranog pocinčanog lima s unutarnje strane, debljina izolacije 40mm iz poliuretanske pjene, postolja, visokoučinkovitog pločastog rekuperatora topline, visoko učinkovitih motora direktno pogonjenih ventilatora, vodenog grijača/hladnjaka, vodenog grijača, filtera na strani dovodnog i odvodnog zraka, evaporativnog ovlaživača i fleksibilnih spojeva. Komora se isporučuje bez elemenata automatske regulacije.

INSTALACIJA BUNARSKE TEHNIKE
Za pripremu niskotemperaturnog ogrjevnog medija - tople vode, na lokaciji Tehničke škole Ruđera Boškovića u Zagrebu predviđa se ugradnja sustava dizalica topline voda-voda, koja kao obnovljivi izvor energije koristi podzemnu vodu. Za ove je potrebe nužno osigurati oko 4,2 l/s podzemne vode.
Moglo bi se pretpostaviti da bi za nastavak vodoistražnih radova za najpovoljniju lokaciju zdenaca i projektiranje optimalne ugradbene konstrukcije zdenaca bilo potrebno provesti geofizička mjerenja (geoelektrika), na osnovu koje bi se locirala i izradila istraživačko-piezometarska bušotina, a kasnije, temeljem prikupljenih podataka, izradili istraživačko-eksploatacijski i istraživačko-upojni zdenac. Međutim, objektivno se može zaključutu da se korištenjem raspoloživih podataka o litološkom razvitku vodonosnih naslaga raspolaže s dovoljno pouzdanih podataka te se može odmah pristupiti izvedbi zdenaca.
Na taj način bi se investitoru uštedila znatna financijska sredstva i omogućilo da raspoloživim sredstvima može odmah zatvoriti financijsku konstrukciju, te riješiti problem osiguravanja podzemne vode, bez pronalaženja dodatnih izvora prihoda.

Strojarski projekt termotehničkih instalacija
Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.
Silvano Sušilović, dipl.ing.stroj.