-ПРОЈЕКТНИ ЗАДАТАК-

ИСТРАЖИВАЧКИ РАД У МАШИНСТВУ

Истраживање најоптималнијег места za постављања зидних панела на спољним зидовима за зидно грејање објекта

коришћењем софтверског пакета Energy Plus i Google SketchUp

Предметни професор: Студент:

Проф др. Славко Арсовски Миладин Радомировић 313/2014

Крагујевац, 2015.год.

САДРЖАЈ:

РЕЗИМЕ ......................................................................................................1

University of KragujevacFaculty of Engineering

Department of Energy & Process Engineering

Универзитет у КрагујевцуФакултет инжењерских наука

Катедра за енергетику и процесну технику

ПОСТАВЉАЊЕ ХИПОТЕЗА.....................................................................................................21.УВОД..............................................................................................................................31.1. Зидно грејање 3

1.2 Energy Plus и Google SketchUp.......................................................................... ..52.ОПИС ОБЈЕКТА 6

2.1 Физички опис објекта.......................................................................................... 72.2 Термички опис објекта..........................................................................................9

3.АНАЛИЗА РЕЗУЛТАТА..............................................................................................103.1 Резултати са постављеним зидним панелима на спољним зидовима...........103.2 Резултати са постављеним зидним панелима на спољним зидовима на висини од 1,8m..........................................................................................................12

4.ДИСКУСИЈА ....................................................................................................165. ЗАКЉУЧАК ....................................................................................................196. ЛИТЕРАТУРА ....................................................................................................20

РЕЗИМЕ

У овом истраживачком раду раду вршено је одређивање најоптималнијег места за постављање зидних панела за зидно грејање објекта на спољним зидовима објекта. Коришћењем наведених пакета упоређени су резултати потрошње енергије зависно од места постављања зидних панела на објекту тј. ситуације када су панели постављени на целим спољним зидовима и ситуације када су панели постављени на висини од 1,8 м. Добијени резултати за конкретан објекат биће приказани графички. Програм за добијање резултата потрошње енергије је Energy Plus док се графички приказ објекта радио у Google SketchUp-у. Сам семинарски рад садржи поступак рада у истом, као и сликовите приказе самог програма.Систем грејања у овом објекту је зидни, а сви зидни панели прикључени су на гасни котао.

Кључне речи : зидно грејање, зидни панели, оптимална висина постављања, уштеда енергије.

ПОСТАВЉАЊЕ ХИПОТЕЗА

ХИПОТЕЗА 1: Потрошена енергија је већа када су зидни панели постављени на целим спољним зидовима него када су панели постављени на висини од 1,8m.

ХИПОТЕЗА 2 : Постављањем панела на већ дефинисаној висини остварује се уштеда у потрошњи енергије.

1. У В О Д

1.1 Зидно грејање

Зидно грејање је варијанта панелног грејања. Интересантно је у естетском погледу нарочито у комбинацији са неким другим системом грејања. Најједноставнији облик овог грејања је са грејачима у виду металних плоча између којих су грејне цеви у непосредном контакту са њима. Ови склопови су узидани у нивоу површине зида.

Панелни грејачи у зиду стављају се до 1,5 м висине. Услед мањег утицаја на угодност човека од бочног зрачења топлоте него плафонског, температуре површина зидних грејача могу достизати до 70°C.

Слика 1.1 Зидно грејање

Зидно грејање се може изводити самостално или у комбинацији са подним грејањем. Зидно грејање ради на принципу нискотемпературног грејања и омогућује низак утрошак енергије. Зидни панели се постављају пре малтерисања на сам зид, повезују, а затим се зидови малтеришу. Приликом грејања цела површина покривена панелима зрачи (емитује) топлоту. Овај систем зидних

5

панела се користи и за хлађење, јер лети у цевном систему циркулише расхлађена вода и на тај начин просторија се природно хлади.Постоји могућност регулације температуре за сваку просторију.

Слика 1.2 Зидно грејање

Добрим распоредом грејача у појединим просторијама може се постићи врло добро уједначене температуре водећи рачуна о спољним зидовима и положају прозора. Врло добри резултати се постижу и када се ово грејање комбинује са плафонским или ваздушним, па се његови грцејачи поставе испод прозора. И у оваквим комбинацијама обавезно је издвајање токова појединих система, чиме се могу применити различите температуре флуида и бољи ефекат регулисања. Ове комбинације су нарочито погодне у подручјима где су прелазна доба дужег трајања.

6

1.2 Energy Plus и Google SketchUp

Energy Plus је програм за симулацију и анализу енергетских и термичких процеса грађевинских објеката. Заснован је на корисничком опису објеката, физичком изгледу зграде, повезаних механичких и других система. Energy Plus прорачунава енергију потребну за грејање и хлађење објеката у оквиру предвиђених оптималних вредности температура, као и потрошњу енергије примарног постројења са опремом. Energy Plus је програм који опонаша реалне услове „микроклиме” и енергетских потреба једног објекта. Google SketchUp је 3D софтвер за моделирање. Једноставан је за употребу, брз и прецизан. Употребом посебног plug-ина омогућава се коришћење овог програма у Energy Plus окружењу.

Слика 2. Окружење Gooдle SketchUp-а са потребним алатима

Слика 3. Окружење EnerдyPlus-а

7

2. ОПИС ОБЈЕКТААнализирани објекат приказан је на слици 4.1 и слици 4.2, и спада у групу стамбених објеката. Објекат се састоји из два нивоа и служи искључиво за становање. Објекат чине 10 просторија (две дневне собе, четири спаваће собе,две кухиње и два купатила). Покривен је кровом који је на две воде

Слика 4.2 Изглед просторија

Спољни омотач објекта представља класичну фасаду која се састоји од стиропора дебљине 5 cm , шупље опеке 20 cm, као и кречног малтера дебљине 1 cm са обе стране опеке.

Слика 5.Технички приказ објекта

Табела 1. Грађевински материјал који се користио у прорачуну

Материјал Густинаρ ¿)

Дебљинаδ (m)

Специфична топлота

c (J /kgK )

Коефицијент провођења топлоте

λ (W /mK )

8

Цементна кошуљица 2100 0,04 1050 1,4Шљунак 1700 0,2 840 0,81

Неармирани бетон 1800 0,15 960 0,93Армирани бетон 2400 0,04 960 2,04Кречни малтер 1600 0,02 1050 0,81

Паркет 700 0,02 1670 0,21Монта 1200 0,16 920 0,6

Гитер блок 1200 0,19 920 0,52Стиропор 20 0,05 1260 0,041

Керамичке плочице 1700 0,015 920 0,87Битумен 1100 0,01 1050 0,19Стиродур 33 0,02 1500 0,035

Сваки од горе наведених материјала са својим карактеристикама је одрађен у EnergyPlus-у (слика 6.).

Слика 6. EnerдyPlus (карактеристике грађевинских материјала)

Грађевинске конструкције са њиховим елементима су приказани у табели 2.

Табела 2. Састав грађевинских конструкција

Грађевинске конструкције Елементи грађевинске конструкцијеУнутрашњи зид Кречни малтер

Гитер блокКречни малтер

Спољашњи зид СтиропорГитер блок

Кречни малтер

9

Под на земљи-паркет ПаркетЦементна кошуљица

СтиродурНеармирани бетон

ШљунакПод на земљи-плочице Керамичке плочице

Цементна кошуљицаСтиродур

PVC фолијаНеармирани бетон

ШљунакТаванска конструкција Стаклена вуна

МонтаКречни малтер

Кровна конструкција CrepПлафонска конструкција Паркет

Армирани бетонМонта

Кречни малтерВрата Боровина

Прозор Стакло 3mmВаздух 13mmСтакло 3mm

2.2 Термички опис објекта

Како је сам процес размене топлоте унутар објекта веома сложен, у овом раду је коришћен софтвер EnergyPlus, верзија 7.1. Програм омогућава симулацију реалних услова термичког оптерећења објекта. Програм узима у обзир и спољне факторе, као што је утицај сунчевог зрачења, утицај осенчења на спољни омотач објекта, утицај инфилтрације и сл.Дефинисањем коришћења објекта од стране људи, рада инсталиране електричне опреме,инсталисаног осветљења и коришћења система грејања, може се пратити еколошко-енергетско понашање објекта.

У посматраном објекту живи домаћинство које броји четворо члана. Као електрични потрошачи у објекту се користе класични уређаји типични за свако домаћинство (шпорет, фрижидер, ТВ,радио, веш машина, замрзивач,итд.). У објекту су коришћене класичне сијалице са ужареним влакном. Све просторије се греју према унапред задатим, односно прописаним температурама. Грејна сезона, односно период за који је вршена симулација је од 15. октобра до 15. априла.

10

Слика 7. Елементи грађевинске конструкције од којих се састоји кућа за коју се врши анализа

Слика 8. Прозори и врата у просторији

11

3.АНАЛИЗА РЕЗУЛТАТА

3.1 Резултати са постављеним зидним панелима на спољним зидовима

Слика 9. Зидни панел постављен на спољном зиду дневне собе

На следећим графицима и табелама биће приказани добијени резултати,односно количина енергије која је потребна за грејање објекта током зимске сезоне.

Табела 3. Потрошња енергије за грејање куће са постављеним зидним панелима на спољним зидовима

потрошња у J потрошња у kWh потрошња у kWh/ m2

Октобар 4989035246 1385.843 9.557539Новембар 11924662096 3312.406 22.84418Децембар 15655016044 4348.616 29.99045

Јануар 16257386780 4515.941 31.14442Фебруар 13215406350 3670.946 25.31687

Март 11244091151 3123.359 21.5404Април 4502973944 1250.826 8.626387Укупно 77788571611 21607.94 149.0203

12

Октобар

Новембар

Децем

барЈан

уар

Фебруар Мар

т

Април0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

потрошња у kWh

потр

ошњ

а га

са [k

Wh]

Слика10. Потрошња енергије за грејање куће са постављеним зидним панелима на спољним зидовима у kWh

Октобар

Новембар

Децем

барЈан

уар

Фебруар Мар

т

Април0

5

10

15

20

25

30

35

потрошња у kWh/ m2

потр

ошњ

а га

са [

kWh/

m2]

Слика11. Потрошња енергије за грејање куће са постављеним зидним панелима на спољним зидовима у kWh/m2

13

3.2 Резултати са постављеним зидним панелима на спољним зидовима на висини од 1,8m

Слика 12. Зидни панел постављен на спољном зиду дневне собе на висини од 1,8m

На следећим графицима и табелама биће приказани добијени резултати,односно количина енергије која је потребна за грејање објекта током зимске сезоне.

Табела 4. Потрошња електричне енергије за хлађење куће без стакленика

J kWh kWh/m2

Јун3309191682

919.2199 6.339448

Јул3686584048

1024.051 7.062422

Август3662626712

1017.396 7.016526

Укупно10658402442

2960.667 20.4184

Табела 5. Потрошња енергије за грејање куће са постављеним зидним панелима на спољним зидовима на висини од 1,8m

потрошња у J потрошња у kWh потрошња у kWh/ m2

Октобар 3520963285 978.0454 6.74514Новембар 8402089791 2333.914 16.09596Децембар 11105389482 3084.83 21.27469

Јануар 11567663724 3213.24 22.16028

14

Фебруар 9369533296 2602.648 17.9493Март 7891366934 2192.046 15.11756

Април 3156138025 876.705 6.046241Укупно 55013144537 15281.43 105.3892

Октобар

Новембар

Децем

барЈан

уар

Фебруар Мар

т

Април0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

потрошња у kWh

потр

ошњ

а га

са [

kWh]

Слика13. Потрошња енергије за грејање куће са постављеним зидним панелима на спољним зидовима на висини од 1,8m у kWh

Октобар

Новембар

Децем

барЈан

уар

Фебруар Мар

т

Април0

5

10

15

20

25

потрошња у kWh/ m2

потр

ошњ

а га

са [

kWh/

m

2]

15

Слика14. Потрошња енергије за грејање куће са постављеним зидним панелима на спољним зидовима на висини од 1,8m у kWh/m2

Зидни панели на целом спољном

зиду

Зидни панели на висини од 1,8m

0

5000

10000

15000

20000

25000

Потрошња гаса за грејање у kWh

Пот

рош

ња

гаса

[kW

h]

Слика 15. Потрошња енергије за грејање куће у kWh

Зидни панели на целом спољном

зиду

Зидни панели на висини од 1,8m

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Потрошња гаса за грејање у kWh/m2

Пот

рош

ња

гаса

[kW

h/m

2]

16

Слика 16. Потрошња енергије за грејање куће у kWh/m2

Октобар

Новембар

Децем

барЈан

уар

Фебруар Мар

т

Април0

200

400

600

800

1000

1200

1400

уштеда у kWh

уште

да г

аса

[kW

h]

Слика 17. Приказ уштеде енергије за грејање куће уколико се панели поставе на висини од 1,8m у kWh

17

Окто

бар

Новембар

Децем

барЈан

уар

Фебруар Мар

т

Април0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

уштеда у kWh/m2

уште

да г

аса

[kW

h/m

2]

Слика 18. Приказ уштеде енергије за грејање куће уколико се панели поставе на висини од 1,8m у kWh/m2

Табела 6.Уштеда у % када се панели поставе на 1,8m

Врста грејања Зидно панели на 1,8m

Уштеда у % 29.278

Дијаграм (слика 19) садржи приказ најниже температуре у грејној сезони, такође може се видети и температурни интервали зависно од доба дана.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

Доба дана у h

24.12

Тем

пера

тура

у 0

С

18

Слика 19. Графички приказ спољне температуре најхладнијег дана у години

Дијаграм (слика 20) садржи приказ највећих температуре у сезони хлађења, такође може се видети и температурни интервали зависно од доба дана.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 240

5

10

15

20

25

30

35

Доба дана у h

3.8

Тем

пера

тура

у 0

C

Слика 20. Графички приказ спољне температуре најтоплијег дана у години

4. ДИСКУСИЈА На почетку истраживачког рада било је потребно нацртати објекат по жељи у програму Google Sketch Up,потпуно га обележити (односи се на унутрашње зидове,спољне зидове,унутрашња и спољна врата,прозоре), поставити му одређено грејање (постављени зидни панели на спољним зидовима).Након што је објекат сређен у Google Sketch Up-у прешло се у подручје Energy Plus где су дефинисани run period (период почетка симулације), sizing period, материјали и констукције спољних и унутрашњих зидова, подова, унет одређен број људи у свакој просторији, осветљење, електричне уређаје, поставити климатизере итд. Када је све то завршено приступило се симулацији тако да су добијени резултати приказани у табели 3 а дијаграмски су представљени на сликама 10 и 11. Други задатак је био да се спољни зидови поделе на два дела, с тим да у доњим деловима зида буде смештен зидни панел (висина 1,8m слика 12) а да у горњем делу зида остане конструкција спољни зид слика 9 (састав конструкције спољног зида је приказан у табели 2). Затим је извршена симулација и добијени резултати приказани су у табели 5 а дијаграмски су представљени на сликама 13 и 14. Поређење резултата приказано је на дијаграмима 15 и 16 а уштеда у потрошњи је приказана на сликама 17 и 18.

19

Остварена је уштеда од 6326,51 kWh или у процентима 29,278 % (табела 6). На слици 19 дат је графички приказ спољне температуре најхладнијег дана у години (изабран је 24.12) а на слици 20 графички приказ спољне температуре најтоплијег дана у години (изабран 03.08). Овим су постављене хипотезе доказане.

5. ЗАКЉУЧАК

У времену када је потреба за енергијом све већа а исте је све мање, све више се посвећује пажња повећању енергетске ефикасности. У овом истраживању је извршена симулација у циљу добијања прецизних података о утрошеној енергији када су зидни панели постављени на спољним зидовима и када су постављени на висини од 1,8m и да ли ће се тиме што се панели не поставе не на цео зид већ на дефинисаној висини остварити уштеда у потрошњи енергије.

Добијени резултати показали су да се може остварити уштеда од 6326.51 kWh или 43.63 kWh/m2 током једне грејне сезоне, ЧИМЕ СМО ДОКАЗАЛИ ПОСТАВЉЕНЕ ХИПОТЕЗЕ.

20

У време када смо суочени са све већим порастом цена енергената за грејање а поготово гаса који се сматра горивом будућности свака уштеда у потрошњи енергије па макар била и минимална добро је дошла. Недостатак примене оваквог приступа постављању зидног грејања је немогућност уградње зидног грејања у већ завршене објекте или преправке већ постојећих система.

Несумљиво да је повећање енергетске ефикасности један од најбржих начина за повећање економске и еколошке ефикасности, а управо таквим приступом шаљемо поруку да делимо забринутост за несигурну енергетску будућност.

6. ЛИТЕРАТУРА[1] Тодоровић, Б., Пројектовање постројења за централно грејање, Машински факултет, Београд, 2005.[2] Слободан Зрнић, Живојин Ћулум., Грејање и климатизација са применом соларне енергије, Београд.[3] Правилник о енергетској ефикасности зграда, министарство зивотне средине рударства и просторног планирања Републике Србије.

21