A+ Općinsko državno odvjetništvo Varaždin 2022, izvedbeni projekt rekonstrukcije grijanja s uvođenjem centralnog hlađenja i upravljanja. Instalacija je projektirana sukladno novim tehničkim zahtjevima za rekonstrukcije. Od termotehničkih sustava predviđena je ugradnja zrak-voda dizalice topline, rekuperatora zraka i centralnog upravljanja.

 

Strojarskim projektom obrađene su slijedeće instalacije

Termotehnika:
- primjena obnovljivih izvora energije
- primjena ZelEN obnovljive tarife električne energije
- zrak-voda dizalica topline za grijanje i hlađenje
- ventilokonvektori za grijanje i hlađenje
- zonska ventilacija i rekuperacija zraka
- 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
- akumulator toplinske energije

 

USPOREDBA CIJENE ENERGENATA

Cijene energenata se mijenjaju ovisno o stanju na tržištu te se primjenom pojedinih tehnoloških rješenja i pravilnim odabirom energenta može dugoročno značajno uštedjeti. Napravljena je usporedba troška uporabe određenog energenta ovisno o potrebnoj količini energije koja se mora dovesti u sustav zavisno o 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. No broj dana ispod optimalnih temperatura je nizak stoga se zračne dizalice topline mogu samostalno koristiti i tijekom cijele godine rada sustava!

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 rada s obnovljivim izvorima topline. Akumulirana Sunčeva energija u okolišu 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 grijanja. 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 okoliš. 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 električne 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 okoliš te vodu / glikol grijanja zgrade. Ovisno o lokaciji zgrade odabire se koji će izvor energije okoliša 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 okoliša. Temperatura zraka tijekom godine oscilira te je zrak idealan energetski izvor u sredinama s blagom primorskom klimom. Dizalice topline kao izvor energije koriste energiju okoliša odnosno prirodni energetski element Sunčeve energije koji do sada nije korišten u masovnoj primjeni za grijanje i hlađenje zgrada. Sunčeva energija se akumulira kao unutrašnja potencijalna energija koja se manifestira kroz promjenu u temperaturi okoliša odnosno vode, zraka ili zemlje čime postaje izvor energije za rad dizalica 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 +7°C vanjskog zraka dok kod temperatura vanjskog zraka od -10°C jedinica gubi 20-25% 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 +7°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 +7°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.

Kompresorska vanjska jedinica ugrađuje se na otvorenom prostoru. Vanjska jedinica opremljena je svom potrebnom zaštitnom i zapornom armaturom, te vlastitom automatskom regulacijom (inverterska kontinuirana regulacija) za samostalan rad. Kondenzatori su hlađeni zrakom i namijenjeni su za vanjsku ugradnju. Jedinice rade sa rashladnim medijem R410a. Rashladni krug uključuje kolektor, filter i separator ulja. Ugrađeni su presostati visokog i niskog tlaka, osjetnici temperature rashladnog medija, temperature ulja, temperature izmjenjivača i vanjske temperature. Jedinica je opremljena on/off ventilima na parnoj i tekućinskoj fazi i servisnim Schrader ventilima. Sve funkcije su upravljane preko ugrađenog mikroprocesora.

Osnovne mikroprocesorske funkcije su kontinuirana regulacija učina kompresora, izjednačavanje tlaka ulja, kontrola povrata ulja, auto restart (nakon nestanka ili prekida napajanja), automatsko prepoznavanje i adresiranje svih unutarnjih jedinica putem komunikacijske veze. Individulano podesive funkcije su Low - Noise operation - rad sa smanjenim kapacitetom u svrhu snižavanja buke u određeno vrijeme, noćni režim rada (dva stupnja); i-Demand - funkcija koja omogućava ograničavanje maksimalne priključne snage u svrhu limitiranja potrošnje u kritičnom razdoblju. Jedinice su opremljene funkcijom automatskog nadopunjavanja rashladnog medija i očitanja propuštanja rashladnog medija direktno na vanjskoj jedinici. Jedinica se postavlja na postolje izrađeno iz čeličnih kvadratnih profila. Između postolja i jedinice postavljaju se gumeni antivibracijski podlošci.

CIRKULACIJSKE CRPKE
Cirkulacijske elektronske crpke upravljanje preko razlike pada tlaka, visokoučinkovite s niskom potrošnjom električne energije. Elektronski regulirane cirkulacijske crpke s integriranom kontrolom diferencijskog tlaka. S lijevano željeznim kućištem i rotorom iz nehrđajućeg čelika, komplet sa spojnim i brtvenim materijalom.

U području grijanja, hlađenja i klimatizacije mogu se postići uštede na električnoj energiji do čak 90% ako se ugrade visokoučinkovite crpke s malom potrošnjom. S ciljem značajnog smanjivanja potrošnje električne energije cirkulacijskih crpki s mokrim rotorom na području Europske unije, donesena je Direktiva 2009/125/EZ o uspostavljanju okvira za postavljanje zahtjeva za eko-dizajn za proizvode koji koriste energiju (tzv. Direktiva ErP) ErP čije odredbe su stupile na snagu 1. siječnja 2013. godine (što vrijedi za crpke s mokrim rotorom, dok su odredbe za crpke sa suhim rotorom na snazi od 16. lipnja 2011). Direktiva će u nekoliko faza nametnuti vrlo stroge kriterije energetske učinkovtosti.

Osnovne značajke elektronskih crpki je iznimno mala potrošnja električne energije zbog inovativne tehnologije elektronički komutiranog motora (tzv. EC motora) i napredne elektroničke regulacije. Elektronički regulirane cirkulacijske crpke s mokrim rotorom s frekvencijskim pretvaračem automatski namještaju rad u skladu s promjenama u radu sustava grijanja. Osobito velike uštede u usporedbi s nereguliranim crpkama postižu se pri radu s djelomičnim opterećenjem (što čini i do 94% radnog vremena crpke). Tehnologija EC motora predstavlja najsuvremeniju izvedbu motora na istosmjernu struju (tzv. DC-motora) i njezina glavna značajka je vrlo velika energetska učinkovitost. To omogućava dvostruko veću učinkovitost u usporedbi s elektronički reguliranim crpkama s uobičajenim pogonom.

AKUMULATOR TOPLINE
Buffer spremnici se koriste za akumulaciju toplinske energije te stabilizaciju rada sustava. Uvijek postoji razlika u količini energije koja se troši u zgradi te količini energije koja se predaje spremnicima. U direktnom spoju toplinskih uređaja koristi se modulacija izlazne snage da se stabilizira odnos proizvodnje i potrošnje toplinske energije. Buffer spremnici se ujedno koriste za akumulaciju toplinske energije u noćnim satima kada je niža tarifa električne energije u modelu rada sa zračnom dizalicom topline.

Da se osigura ispravan rad sustava potrebno je osigurati dovoljnu količinu radnog medija između dizalice topline i distribucijske mreže sa svrhom da se smanji broj paljenja i gašenja dizalice topline tijekom jednog radnog sata. Preveliki broj paljenja i gašenja djeluje na smanjenje radnog vijeka kompresora i ostale prateće elektronske opreme u uređaju. Paljenje i gašenje uređaja ima dodatnu posljedicu velike oscilacije temperature vode koja se šalje u sustav i smanjuje regurabilnost cijelog sustava.

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.

UPRAVLJANJE TEMPERATUROM
Regulacija grijanja i hlađenja ostvaruje se uz pomoć zidnog termostata koji upravlja radom jedinice (temperatura, ventilator i on-off). Rad jedinice se može programirati u više režima i brzina rada prema potrebama i željama korisnika. Sve jedinice rashladnog kruga povezane su serijski signalnim kabelom sa zaštitom od elektromagnetskih smetnji. Sustav je opremljen za potpuni programirani autonomni rad. Regulacija je kontinuirana (10-100%). Upravljači se ugrađuju na zid (nadžbukno), a povezani su signalnim kabelom s pripadajućom unutarnjom regulacijskom centralnom jedinicom.

REKUPERACIJA ZRAKA 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 nakon čega se 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 zatvorena 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 boravka u građevini jer se stalno dovodi svježi zrak. Primjenom prisilne ventilacije izbjegava se akumulacija ustajalog i vlažnog zraka, a smanjuje se mogućnost pojave gljivica i plijesni unutar same građevine. Sustav također smanjuje ventilacijske gubitke građevine jer predviđeni rekuperator ima mogućnost povrata 85-90% energije iz otpadnog zraka.

Strojarski projekt termotehnike
Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.