Obnovljivi Izvori Energije u Stambenoj Zgradi

УНИВЕРЗИТЕТ У НОВОМ САДУФАКУЛТЕТ ТЕХНИЧКИХ НАУКАНОВИ САДМашинствоДепартман за енергетику и процесну техникуТоплотна техника

ПРИМЕНА ОБНОВЉИВИХ ИЗВОРАЕНЕРГИЈЕ У СТАМБЕНОЈ ЗГРАДИ

ЗАВРШНИ РАД-ОСНОВНЕ АКАДЕМСКЕ СТУДИЈЕ-

Ментор: Кандидат:Проф. др Душан Гвозденац Ненад Миловановић 16139

Нови Сад, Фебруар 2011, година

УНИВЕРЗИТЕТ У НОВОМ САДУ,ФАКУЛТЕТ ТЕХНИЧКИХ НАУКА

21000 НОВИ САД, Трг Доситеја Обрадовића 6

КЉУЧНА ДОКУМЕНТАЦИЈСКА ИНФОРМАЦИЈАРедни број, РБР:Идентификациони број, ИБР:Тип документације, ТД: Монографска публикацијаТип записа, ТЗ: Текстуални штампани материјалВрста рада, ВР: Завршни радАутор, АУ: Миловановић НенадМентор, МН: др Душан Гвозденац

Наслов рада: НР: Примена обновљивих извора енергије устамбеној згради

Језик публикације, ЈП: СрпскиЈезик извода, ЈИ: СрпскиЗемља публиковања, ЗП: СрбијаУже географско подручје, УГП: ВојводинаГодина, ГО: 2010Издавач, ИЗ: Ауторски репринтМесто и адреса, МА: ФТН; Трг Доситеја Обрадовића 6, Нови СадФизички опис рада, ФО:(поглавља / страна / цитат / табела / слика/ графика / прилога)

6 поглавља / 55 страна / 3 табеле / 9 слика/ 2 прилога

Научна област, НО: МашинствоНаучна дисциплина, НД: Гасна постројења

Предметна одредница/Кључне речи, ПО: Гасна рампа / Природан гас / Гаснапостројења / Гасни котлови

УДК

Чува се, ЧУ: Библиотеци ФТН-а;Трг Доситеја Обрадовића 6, Нови Сад

Важна напомена, ВН:Извод, ИЗ:

Датум прихватања теме, ДП:Датум одбране, ДО: 10.03.2010.Чланови комисије, КО: Председник: др

Члан: др Потпис ментораЧлан, ментор: др

Образац Q2.HA.04-05-Издање 1

UNIVERSITY OF NOVI SAD,FACULTY OF TECHNICAL SCIENCE

21000 NOVI SAD, Trg Dositeja Obradovića 6

KEY WORDS DOCUMENTATIONAccession number, ANO:Identification number, INO:Document type, DT: Monographic publicationType of record, TR: Textually printed documentContents code, CC: Bachelor workAuthor, AU: Milovanovic NenadMentor, MN: Ph. D Dusan Gvozdenas

Title, TI: Biogas

Language of text, LT: SerbianLanguage of abstract, LA: SerbianCountry of publication, CP: Republic of SerbiaLocality of publication, LP: VojvodinaPublication year, PY: 2011Publisher, PB: Author’s reprintPublication place, PP: FTN; Trg Dositeja Obradovica 6; Novi SadPhysical description, PD:(chapters / pages / ref. / tables / pictures/ graphs / appendixes)

6 chapters / 55 pages / 3 tables / 9 pictures/ 2 Appendixes

Scientific field, SF: Mechanical EngineeringScientific discipline, SD: Gas equipment

Subject/Key words, S/KW: Gas trains / Natural Gas / Gas equipment /Gas combustion chamber

UC

Holding data, HD: Library of Technical Sciences; Trg DositejaObradovica 6; Novi Sad

Note, N:Abstract, AB:

Accepted by the Scientific Board on, ASB:Defended on, DE: 10.3.2011.Defended Board, DB: President: Ph. D Masa Bukurov

Member: Ph. D Marija Vicevic Mentor’s signMember, Mentor: Ph. D Dusan Uzelac

Образац Q2.HA.04-05-Издање 1

САДРЖАЈ

Циљ завршног радаУвод

1. Прорачун губитака топлоте - зима ..........................................................................................3

1.1 Коефицијенти пролаза топлоте .............................................................................41.2 Рекапитулација топлтоних губитако по DIN 47011959 стандарду ....................5

2. Распложиве техонологије обновљивих извора енергије у стамбеним зградама ...............8

2.1 Соларне технологије................................................................................................8

2.1.1 Соларни системи за загревање воде........................................................82.1.2 Фотогалванска ПВ технологија.............................................................11

2.2 Коришћење енергије ветра...................................................................................142.3 Геотермална енергија............................................................................................15

2.3.1 Системи грејања са топлотном пумпом...............................................17

3. Техничка решења....................................................................................................................20

3.1 Топлотна пумпа – бивалентно паралелни систем .............................................203.2 Котао на гас – бивалентно паралелни систем.....................................................233.3 Котао на гас – моновалентни систем...................................................................253.4 Соларни ПВ панели...............................................................................................25

4. Техно економска анализа предвиђених техничких решења..............................................29

4.1 Оцена економичности грејања стамбене зграде топлотном пумпом премаусвејеном решењу са бивалентно паралелним системом.......................................29

4.1.2 Прорачун................................................................................................32

4.2 Оцена коришћења соларних ПВ панела ............................................................36

5. Рекапитулација пројекта.......................................................................................................38

ZaključciLiteraturaPrilozi

ПРИЛОЗИ

1. Детаљан приказ топлотних губитка стамбене зграде табеларно представљен2. Технички цртежи зграде

СПИСАК ОЗНАКА

Латинска слова:

a [ m3/mhPa2/3] – пропустљивост процепа

a1[-] – додатак на топлотне губитке топлотне пумпе и водова

b[-] – додатак на брже загревање воде и масе постројења

Cg [din/m3] – цена земнг гаса

Ce [din/kWh] - јединична цена електричне енергије

H [-] – карактеристика зграде

Hu [kJ/m3] - доња топлотна моћ земног гаса

I [din] – висина инвестиционог улагања за соларне панеле

ΔI [din] - вредност повећаних инвестиционих улагања за бивалентно паралелни систем

k [W/m2К] – коефицијент пролаза топлоте

Kegod [din/god] – годишњи трошкови електричне енергије

Kgodtp [din/god]- трошкови инвестиционих улагања за топлотне пумпе

Kgodk [din/god]- трошкови инвестиционих улагања за гасни котао

Kugod (din/god) – годишња уштеда у погонским трошковима

ΔKigod [din/god] -повећани годишњи трошкови због инвестиционих улагања у топлотну

пумпу

l [ m ] – укупна дужина фуга

n1 [-] – број сати погона у току дана

n2 [-] – број дана погона у току месеца

n [-] – број просечних сунчаних сати годишње

%p - проценат од инвестиције (зависи од врсте постројења)

P [kW] – номинална снага ПВ панела

Qh [W] – укупан губитак топлоте

QT [W] – трансмисиони губици услед пролаза топлоте кроз зидове, прозоре, врата

QO [W] – основни губитак топлоте

QV [W] – вентилациони губитак топлоте

Qtp [kW] – грејни капацитет топлотне пумпе

Qkot_bp [kW] – називно топлотно оптерећење котла у бивалентно паралелном систему

Qkot [kW] – називно топлотно оптерећење котла у моновалентном систему

Qgod [kWh/god] – годишње топлотно оптерћење система

Qgod_tp [kWh/god] – годишње топлотно оптерћење система са топлотном пумпом

Qgod_kot [kWh/god] – годишње топлотно оптерћење котла у б.п. систему

Qsrmes[kWh/mes] – месечно топлотно оптерећење система

Qmax [kW] – максимално часовно топлотно оптерећење (максимални топлотни губици)

Qmax_tp [kW] – максимално часовно топлотно оптерећење топлотне пумпе

Qmax_kot [kW] – максимално часовно топлотно оптерећење котла у б.п. систему

Qgod_pv[kWh/god] – годишња производња електричне енергије

R [-] – карактеристика просторије

tp [°C] – температура просторије

tsp [°C] – спољна пројектна температура

tsrmes [oC] – просечна месечна спољна температура

ZD [%] – додатак због прекида у раду

ZS [%] – додатак на страну света

ZE = 1

Грчка слова:

τgr [h/god]- дужина трајања грејне сезоне

τ [god] – време амортизације повећаних инвестиционих улагања

%tp - енергетски степен корисности реалне топлотне пумпе са бунарском пумпом (безциркулационе пумпе)

%kg - степен корисности котла

1

ЦИЉ ЗАВРШНОГ РАДА

Интезиван развој потрошње топлотне енергије, нагли пораст светске цене фосилних горива,као и сам еколошки фактор, приморава нас да данас користимо обновљиве изворе енергије.У раду су представљена теоријска разматрања најчешће примењиваних система саобновљивим извором енергије у згрдарству. Извршен је прорачун губитака топлоте застамбену зграду на IV спрата бруто површине 757 [m2] након чега су усвојена техничкарешења и то за:

Моновалентни систем грејања са котлом на гас Бивалентно паралелни систем грејања са топлотном пумпом и котлом на гас који ради

у вршном режиму Соларни ПВ панели (производња електричне енергје)

Представљена су основна теоретска разматрања за годишње топлотно оптерећење, трошковегорива, трошкове инвестиционог улагања, времена амортизације. Приказана је оценаекономичности и поређење система грејања стамбене зграде. Такође је урађена и економскаанализа примене соларних ПВ панела.

Циљ овог рада је био показати могућности примене расположивих технологија обновљивихизвора енергије у Србији, и што је можда још важније, приказати економске показатељеистих.

Kључне речи: топлотна пумпа,соларни панели, обновљиви ивори,анализа изводљивости

Key words: heat pump,solar panel’s, renewables, feasibility analysis

2

УВОД

Чисте енергетске технологије чине енергетски ефикасне технологије и технологијеобновљивих извора. Обе ове технологије смањују коришћење енергије из конвенцијалнихизвора, односно из фосилних горива. Ипак, енергетска ефикасност и обновљиви извори сувеома различите технологије међусобно. Мере енергетске ефикасности се односе на методеи средства за смањење потрошње енергије путем унапређења коришћења уређаја,побољшањем сервиса и одржавања, заменом система управљања итд.[1]

Чисте енергетске технологије које спадају у категорију енергетске ефикасности обавезноукључују и комбиновану производњу топлотне и електричне енергије, ефикасан системосветљења, вентилациони систем, фреквентне регулаторе за погон пумпи ивентилатора,поправку изолације, високо ефикасне омотаче зграда и прозора и другекомерцијалне и технологије које се развијају. Технологије обновљивих извора енергијетрансформишу обновљиве енергетске ресурсе у корисну топлотну, расхладну, електричнуили механчку енергију. Обновљиви извори енергије су они чија употреба не утиче на будућурасположивост. На пример, свака сагорела јединица гаса за производњу топлотне енергије зазагревање зграда значи и трајно једну мање јединицу природног гаса. Насупрот тога,коришћење соларне енергије за загревање зграда не значи ништа за будућност. [1]

При планирању пројекта примене чистих енергетских технлогија најпре треба размотритипримену економски прихватњивих мера енергетске ефикасности, па затим размотритипримену обновљивих извора. Таквим приступом смањује се инвестиција за применутехнологија обновлјивих извора енергије, јер су и енергетске потребе мање. Тиме применаобновљивих извора енергије постаје финансијски атрактивнија. [1]

Слика 1.Удео енергетских потрошњи по главним енергетским секторима у РС

Од укупне расположиве енергије у РС (слика 1.) највећи део се троши у индустрији (28%),затим следи транспорт (31%) и зградарство (41%). Треба нагласити да су ови процентислични у многим земљама без обзира на њихову економску развијеност.

Зграде готово да немају енергетски ефикасне технологије а још мање технологијеобновљивих извора, што оставља огроман простор за оптимизацију потрошње енергије уграђевинским објектима. Смањење потрошње енергије у овом сектору директно је повезаноса очувањем животне средине, економским и социјалним,напредком.

3

1. ПРОРАЧУН ГУБИТАКА ТОПЛОТЕ - ЗИМА

За прорачун губитака топлоте коришћен је софтверски пакет IntegraCAD, а добијенирезултати приказани су табеларно. Спољна пројектна темература је -18°C. Унутрашњапројектна температура је бирана према намени просторије док је за температуру таваницеусвојено -12°C а за темературу подрума -5°C. [3]

Карактеристика просторије R=0.9 Карактеристика зграде H=3.2 Пропустљивост процепа а=0.7 (и за врата, и за прозоре) Коефицијент пролаза топлоте за спољње прозоре к = 2.3 [W/m2К] Коефицијент пролаза топлоте за спољња врата к = 3.5 [W/m2К] Коефицијент пролаза топлоте за унутрашња врата к = 2.3 [W/m2К]

Губици топлоте рачунати су по следецим формулама: [4]

Qh = QT + QV [W]

QT = QO ( 1 + ZD + ZS ) [W]

QV = Σ ( a ∙ l ) ∙ R ∙ H ∙ ( tp – tSP ) ∙ZE [W]

где су:[4]

Qh [W] – укупан губитак топлоте (потребна енергија за грејање)

QT [W] – трансмисиони губици услед пролаза топлоте кроз зидове, прозоре, врата,састоје се од основних губитака топлоте увећаним додацима за стране света и прекид у раду

QV [W] – вентилациони гибитак топлоте узима у обзир дужину свих фуга напрозорима и вратима, карактеристику зграде и просторије као и унутрашњу и спољнупројектну температуру.

ZD [%] – додатак због прекида у раду

ZS [%] – додатак на страну света, додаје се када је просторија лоцирана северно

a [ m3/mhPa2/3] – пропустљивост процепа. Фактор који утиче на вентилационе губитке

l [ m ] – укупна дужина фуга

R [-] – карактеристика просторије

H [ WhPa2/3/m3K] – карактеристика зграде

tu [°C] – температура просторије

tsp [°C] – спољна пројектна температура

ZE = 1

4

Конструктивни подаци

Међуспратна конструкција: 3m Под приземља је армирана бетонска плоча дебљине 50 cm, у зависности од намене

просторије одозго је постављен или паркет или керамичке плочице. Међуспратна конструкција је армирано бетонска плоча дебљине 50 cm у зависности

од намене просторије одозго је постављен или паркет или керамичке плочице. Испод приземља је подрум са усвојеном температуром -5 °C, висине 2.65 [m] Зидови су од опеке обострано малтерисани и споља изолирани терволом. Прозори су дрвени двоструко размакнути (размак 12 mm) k=2.3[W/m2K] Врата су дрвена. За спољашна k=2.3[W/m2K]. За унтрашња k=2.3[W/m2K] Изнад IV спрата је таван са усвојеном температуром -12 °C Карактеристика зграде : нормално заклоњен предео – блоковска градња

Стамбена зграда броји 34 стана у којима је пријављено 84 корисника. Површине и запреминегрејаних просторија представљене су у прилогу 1. Објекат је саграђен 2009. године, и немавидљивих оштећења. Бруто и нето површине стамбене зграде представљене су у прилогу 1.

1.1 Коефицијенти пролаза топлоте[3]

Грађевинскаконструкција:

СПОЉАШЊИ ЗИДОВИСЗ

Материјал δ(cm)

λ(W/mK)

Ri(m2K/W)

Re(m2K/W)

МалтерОпекаТерволОпекаМалтер

2.0025.003.0012.002.00

0.810.760.0410.760.81

S 44.00 0.13 0.04КОЕФИЦИЈЕНТ ПРОЛАЗА ТОПЛОТЕ k(W/m2K): 0.70


УНУТРАШЊИ ЗИДОВИУЗ


λ(W/mK)

Ri(m2K/W)

Re(m2K/W)

МалтерОпекаМалтер

2.0025.002.00

0.811.510.81



ПОД ПРИЗЕМЊАПП


λ(W/mK)

Ri(m2K/W)

Re(m2K/W)

ПаркетЦементна косуљицаТерволБетонБлок испунаМалтер

2.005.005.0020.0016.002.00

1.41.40.041-0.520.81


5

Грађевинскаконструкција:Ознака:

МЕЂУСПРАТНА КОНСТРУКЦИЈАМК


λ(W/mK)

Ri(m2K/W)

Re(m2K/W)

ПаркетЦементна косуљицаСтиропорБетонБлок испунаМалтер

2.005.002.0020.0016.002.00

0.211.40.0411.510.520.81

S 50.00 0.13 0.13КОЕФИЦИЈЕН ПРОЛАЗА ТОПЛОТЕ k(W/m2K): 0.4

Грађевинскаконструкција:Ознака:

ТАВАНИЦАTA


λ(W/mK)

Ri(m2K/W)

Re(m2K/W)

Цементна косуљицаТерволБетонБлок испунаМалтер

4.008.004.0016.002.00

1.410.0411.510.520.81

S 34.00 0.13 0.04КОЕФИЦИЈЕН ПРОЛАЗА ТОПЛОТЕ k(W/m2K): 0.40

Због прегледности рада детаљан приказ топлотних губитака дат је у прилогу 1.

Вредност степен дан, за подручје Зрењанина је софтвер IntegraCad аутоматски узео у обзириз своје базе података, док су средње месечне температуре у току грејне сезоне представљенеу техно-економском разматрању (таб 4.2).

1.2 Рекапитулација топлтоних губитако по DIN 47011959 стандарду:

Рб. Спрат Стан Просторија tp(°C)

Qt(W)

Qv(W)

Qh(W)

1. Спрат 1 Стан Соба 22 2243 1603 3846

2. Спрат 1 Стан Купатило 24 210 36 246

3. Спрат 1 Стан Соба 22 1699 1420 3119


5. Спрат 1 Стан Соба 22 2129 1688 3817

6. Спрат 1 Стан Спаваћа соба 20 466 304 770


8. Спрат 1 Стан Соба 22 1234 966 2200

9. Спрат 1 Стан Соба 22 686 320 1006


11. Спрат 1 Стан Соба 22 1345 974 2319



14. Спрат 1 Стан Соба 22 3334 1441 4775

15. Спрат 1 Стан Соба 22 846 320 1166


6


18. Спрат 1 Стан WC 24 308 19 327

19. Спрат 1 Стан Соба 22 2234 779 3013



22. Спрат 1 Стан Соба 22 1254 779 2033



25. Спрат 2 Стан Дневни боравак 22 2644 872 3516


27. Спрат 2 Стан Дечија Соба 22 424 347 771



30. Спрат 2 Стан Предсобље 22 119 -18 101

31. Спрат 2 Стан Соба 22 1591 1219 2810






37. Спрат 2 Стан Соба 22 614 414 1028

38. Спрат 2 Стан Соба 22 1165 814 1979


40. Спрат 2 Стан Соба 22 1490 1193 2683


42. Спрат 2 Стан Соба 22 499 347 846

43. Спрат 2 Стан Соба 22 1284 899 2183



46. Спрат 2 Стан Соба 22 1364 992 2356



49. Спрат 2 Стан Соба 22 2189 1613 3802


51. Спрат 2 Стан Соба 22 1171 1098 2269









60. Спрат 3 Стан Соба 22 1591 1219 2810






7

66. Спрат 3 Стан Соба 22 614 414 1028

67. Спрат 3 Стан Соба 22 1165 814 1979


69. Спрат 3 Стан Соба 22 1490 1193 2683


71. Спрат 3 Стан Соба 22 499 347 846

72. Спрат 3 Стан Соба 22 1284 899 2183



75. Спрат 3 Стан Соба 22 1364 992 2356



78. Спрат 3 Стан Соба 22 2189 1613 3802


80. Спрат 3 Стан Соба 22 1171 1098 2269









89. Спрат 4 Стан Соба 22 1591 1219 2810






95. Спрат 4 Стан Соба 22 614 414 1028

96. Спрат 4 Стан Соба 22 1165 814 1979


98. Спрат 4 Стан Соба 22 1490 1193 2683


100. Спрат 4 Стан Соба 22 499 347 846

101. Спрат 4 Стан Соба 22 1284 899 2183



104. Спрат 4 Стан Соба 22 1364 992 2356



107. Спрат 4 Стан Соба 22 2189 1613 3802


Ukupno 95534 57802 153336

Qmax=153.3 (kW) – максимално часовно топлотно оптерећење (максимални топлотни губици)

Према максималним топлотним губицима се усваја одговарајући котао, топлотна пума, илинеки други систем за снадбевање енергијом.

8

2. РАСПЛОЖИВЕ ТЕХОНОЛОГИЈЕ ОБНОВЉИВИХ ИЗВОРА ЕНЕРГИЈЕ УСТАМБЕНИМ ЗГРАДАМА

Расположиве технологије обновљивих извора енергије које се најчешће интегришу устамбене и уoпште у објекте, у циљу побољшања енергетске ефикасности самог објекта су: [2]

Соларне технологије Коришћење енергије ветра Геотермална енергија

2.1 Соларне технологије

Две модерне и главне области соларне технологије које се користе за генерисањеенергије/ел.енергије су:

а) соларно – топлотнеб) фотогалванске

У солрано топлотне технологије, а од значаја за овај рад спадају, соларно загревање простораи соларно загревање воде( као замена за употребу ел. енергије).

2.1.1 Соларни системи за загревање воде

Соларни системи за загревање воде су најчешће употребљиване апликације за коришћењесоларне енергије у данашње време. Мали системи се користе за загревање воде удомаћинствима, док се већи системи користе за загревање воде потребне у индустријскимпроцесима. У основи постоје два система за загревање воде: [2]

Пасивни соларни системи са природном циркулацијом (термосифон) и Активни соларни системи са принудном циркулацијом Индустријски системи за загрејавање

Природна циркулација

На слици 2.1 дат је шематски приказ соларног система за загревање воде са природномциркулацијом. Он је још познат под називом термосифон или пасивно соларно загревањеводе, због тога што не захтева присуство пумпе ради успоствљања циркулације.

Слика 2.1Загревање воде са природном циркулацијом

9

Складишни резервоар се налази изнад колектора. Када се вода у колектору загреје, она сеподиже у резервоар зато што долази до промене њене густине. На тај начин се успостављакружни ток у систему. [2]

Принудна циркулација

Слика 2.2 даје приказ склопа система са принудном циркулацијом, и то:

Отворени систем Затворени систем Затворени систем са одзрачним судом

Слика 2.2 Отворени систем са принудном циркулацијом

У отвореном кружном систему, колектори су празни када не обезбеђују корисну топлоту, аскладишни резервоар је под атмосферским притиском. Недостатак овог система је потреба запумпом велике снаге, како би вода доспела у колекторе сваки пут када се они довољнозагреју. Овај недостатак је превазиђен у затвореном кружном систему који се налази подпритиском на приказаној слици 2.3

Слика 2.3 Затворени систем са принудном циркулацијом

10

У затвореном кружном систему који се налази под притиском пумпа се користи само засавладавање отпора у цевима. Због тога што је вода код овог система стално присутна уколекторима, захтева се употреба антифриза (пропилен гликол или етилен гликол) на онимлокацијама где може доћи до појаве замрзавања. Током летњих месеци, када се систем некористи, температуре у колектору могу постати веома високе проузрокујући значајан растпритиска. Ово може довести до цурења у систему сем ако се не допусти одређеној количинифлуида да изађе кроз сигурносни вентил. У оба случаја ваздух улази у систем проузрокујућирад пумпе на суво. Овај недостатак се може превазићи постављањем експанзионог суда усистему слика 2.4

Слика 2.4 Затворени систем са експанзионим судом

У овом систему, слика 2.4 када се пумпа искључи, вода из колектора се враћа у малискладишни резервоар, који може бити лоциран на месту где не може доћи до замрзавања.Овај резервоар може бити лоциран на вишем нивоу како би редуковао снагу пумпе. [2]

Индустријски системи за загрејавање

За температуре изнад 100 оС, а које се захтевају у индустријским системима, горе описанисистем са принудном циркулацијом се не може користити. Ови системи захтевају великеколекторске површине, складишта и пумпе, и.т.д. За више температуре морају сеупотребљавати вакуум или концентрацијски колектори. [2]

Системи за загревање простора

Соларни системи за загревање простора могу се поделити на активне и пасивне, а све узависности од тога који се метод може боље искористити за пренос топлоте. Системи којикористе пуме и/или вентилаторе за покретање флуида за пренос топлоте, називају сеактивним системима. Активни соларни енергетски системи захтевају соларни колектор(уређај који се користи за складиштење енергије), и систем управљања који је повезан сапумпом и/или вентилатором, који извлаче топлоту из просторије по потреби. Активнисоларни системи, конкретно пумпају флуид који је апсорбовао топлоту (ваздух, вода илинеко решење са антифризом) кроз колекторе. Систем за акумулацију топлоте користиеутецтиц (фазно пуњење), хемикалију за складиштење велике количине енергије у малојзапремини.

11

Системи који успешно користе природне феномене за транспорт топлоте нзивају сепасивним системима. Пасивни соларни енергетски системи користе архитектонски дизајн,природне материјале, или апсорциону структуру зграде као уштеду енергије система. Самазграда је у функцији соларних колектора и уређаја за складиштење. Пример пасивногсоларног система је такозвани тромбов зид. На осунчаној страни објекта поставља се зидначињен од материјала који може да се понаша као термичка маса – камен, метал, бетон,опека или резервоар за воду. Са спољашње стране тог масивног зида, попут фасаде постављасе добро изолована стаклена површина док између ова два зида, масивног и стакленог, остајепразан ваздушни простор. Преко дана зид акумулира топлоту и уколико ноћу спољнатемпература није превише ниска, температура масивног зида биће већа од температуреунутрашњег простора и преносиће се на њега. Пример пасивног соларног система је истакленик. Пасивни системи захтевају мале инвестиционе трошкове што се тиче опреме. [2]

2.1.2 Фотогалванска (ПВ) технологија добијања електричне енергије

Фотогалванска област соларно енергетске технологије се са друге стране бави директнимпретварањем сунчевих зрака у електричну енергију. Област фотогалванске технологије јевеома напредовала. Ефикасност ПВ ћелија се повећала са вредности мање од 10 %, у ранијимконцептима, до данашње ефикасности од око 30 % за сложене високо техничкелабараторијске инсталације. Најпрактичније инсталације широм света данас су једноставне удизајну и раде на око 14 % ефикасности претварања. Можда ово делује неефикасно, али морасе узети у обзир да је извор овакве енергије бесплатан и обновљив. Према NASA-и,отприлике 1353 W соларне снаге по метру квадратном (1353 W/m2) је доступно ван атосфере.Отприлике 10 до 30 % ове снаге је “изгубљено” рефлексијом или апсорцијом у атмосфери ито ваздухом, прашином и влагом, када је чисто небо. То значи да на земљу доспе између 950Wp/m2 и 1220 Wp/m2 по ведром дану. Количина соларне снаге на m2 земљине површине јепозната као ниво инсолације. Максимална снага се јавља када је сунце директно изнад инормално на колектујућу површину. [2]

Начин рада ПВ ћелија и основна подела

ПВ ћелије су првенствено направљене од полупроводног материјала, (Si). Такође додатакпримеса ствара Н-тип или П-тип материјала. Н-тип материјала је богат слободним илипокретним електронима. Слово Н означава негативно. Код материјала П-типа, структура везеатома, уствари ствара рупе –празна места где би уствари требао да буде електрон, и био би даје слободан. Према томе структура везе Si има мањак електрона. Зато П представљапозитивно. Уколико светло није додато ПВ ћелијама, које су направљене од материјала Н иП-типа, остаће неутрално напајање мрезе на сваком од материјала. Када се светло дода,фотони брзо пролазе кроз веома танак слој материјала Н-тип и улазе у материјал П-типа.Велики број електрона из материјала П-типа је ослобођен од својих веза и доспева уфотонске сударе. Другим речима, електрони који се сударају добијају енергију која импомаже да пређу у материјал Н-типа, стварајући још већу количину слободних електрона утом материјалу. Материјал П-типа остаје са позитивним напајањем мреже, материјал Н-типадобија негативно напајање мреже, а разлика између ова два напајања, јесте користан напонкоји омогућава проток електрона. Уобичајно, једна ћелија производи максималан напон уопсегу од 0,5 V. Количина струје и снаге коју ћелија производи је повезана са величиномћелије. Као пример, 10cm2 једно-кристалне Si ћелије на сунцу ће произвести скоро 0,5 V иструју од скоро 3А. Оcновну поделу ПВ ћелија можемо извршити на: [2]

12

Једно-кристалне Si ћелије (једна од најстаријих и најскупљих, или инајефикаснијих технологија)

Једно-кристалне силиконске ћелије (производња саме ћелије је скупа инерационална. Ипак, ефикасност претварања може бити чак 20 %)

Тракасте Si ћелије (ефикасност тракастих ћелија је углавном у опсегу од 10 до 14%, али је ближе 10 %)

Поликристалне силиконске ћелије P-Si (Цена производње овакве врсте ћелија јејефтинија, аи оне имају нешто мању ефикасност претварања него једно-кристалнећелије)

Аморфне-Si ћелије ( многи верују да а- Si ћелије представљају дуго очекиванипробој ПВ ћелија, да би соларна технологија била исплатљивија)

ПВ распореди

Обичне x-Si ћелије максимално могу да произведу напон од 0,5V на директном сунцу,зависно од величине ћелије. Да би поспешили напон на жељени ниво, од 14 V до 18 V помодулу, ћелије морају бити комбиноване у серијском аранжману. Негативни пол једне ћелијесе везује на позитивни пол следеће ћелије и формира се модул. Онда се такви модули могукомбиновати у шему, формирајући тзв. панел плоче. Модули у плочама могу бити повезани усеријама.

Слика 2.5 ПВ распореди

Са слике 2.5 можемо видети како плоче формирају подраспореде. Комбинованиподраспореди формирају веће распореде, који се понекад називају “соларне фарме” [2]

ПВ самостални системи

Овај систем је дефинисан као самостални јер користи ДЦ/АЦ претварач фреквенције инапона и складишти енергију путем батерија и приказан је на слици 2.6.

13

Слика 2.6 ПВ самостални систем

Са слике 2.6 можемо видети да је снага доведена од ПВ распореда, ДЦ карактеристиканапона и струје. Напонски регулатор се користи у контроли нивоа пуњења батерија. Батеријепредстављају специјалан тип који ради уједначеним капацитетом, док се потпуно неиспразни, а погодна је за рад и ноћу кад је магла. Претварач се користи да промени ДЦ напони фреквенцију у батеријама у одговарајући АЦ за уређаје, светло итд. [2]

Економични интерактивни системи

У неким системима, батерије нису потребне ни пожељне. На пример корисници могу дакористе локалну компанију за складиштење ПВ енергије уместо батерија, користећисинхрони претварач приказана на слици 2.7.

Слика 2.7 Економични самостални систем

Синхрони претварач је лоциран измђу ПВ распореда и мерача снаге локалне компаније.Претварач преводи кроз ПВ распоред ДЦ у АЦ, одговарајућег напона и фреквенције.

14

Системи који на овај начин мрежом дистрибуирају снагу и складиште је, називају се иекономични интерактивни системи. [2]

2.2 Коришћење енергије ветра

Од свих обновљивих извора енергије највећу стопу развоја у последње две деценије имаветроенергетика. Ветар представља неисцрпан еколошки извор енергије чији глобалнипотенцијал вишеструко превазилази светске потребе за електричном енергијом. Око 2 %дозрачене сунчеве енергије се претвори у ветар. Енергија ветра је обновљива и чиста, незагађује ваздух, не емитује угљен-диоксид, не проузрокује киселе кише, не разара озонскиомотач и не захтева енергетску зависност. Тренд пораста у коришћењу ветра у свету је врлоизражен. Основне машине које користе ветар према својој конструкцији могу се поделити удве категорије:

Хоризонтално обртне машине Вертикално обртне машине

Слика 2.8 Основне машине које користе ветар

Са слике 2.8 можемо видети да је разлика врло очигледна. Хоризонтлне машине су оне кодкојих је обртни механозам на хоризонталној осовини. Код овако дизајнираних турбинагенераторска јединица се налази на врху торња или стуба. Обично се код ових турбинакористе зупчаници за пренос, да би се смањили губици у обртајима између турбине игенератора. Хоризонтално обртне турбине морају бити уперене директно у ветар и за топостоји више техничких решења. Код комерцијалних турбина се врши позиционирањепомоћу електричних мотора или хидраулике. Вертикално обртне машине су оне код којих јеобртни механизам на вертикалној осовини. Погодне су за рад при ветровима из било когправца, што им је једна од главних предности у односу на хоризонталне обртне. [2]

Позивање на интеграцију ветрогенератора у архитектонске објекте све је чешће. Кровови супостављени изнад нивоа земље, у зони јачих струјања ваздуха, електрична енергија се добијана лицу места, а ветрењача на крову представља јасно изражавање става власника објекта. [9]

15

Предности интегрисања ветрогенератора у зградарству

Карактеристика брзине ветра јесте да се повећава са висином у одосу на тло, делимично избог мањег утицаја дрвећа и других препрека. Постављање ветрењача на кров нарочитовисоких зграда, звучи логично с обзиром да није потребно посебно постављати високи стубкао носач турбине. У неким случајевима облик и анвелопа објекта могу утицати наперформансе интегрисаних ветрењача. Неколико произвођача ветрогенератора заинтеграцију у објекте користи предности појачаних струјања у зони атике (ниског ободногзида, углавном код равних кровова) где се ветар пење уз фасаду већих зграда и затим окозида атике на врху прави јачи ковитлац. Неки архитекти дизајнирају своје објекте тако даусмеравају и појачавају струјање ветра ка местима где ће бити инстралиране турбине. [9]

Највећи појединачни потрошач укупне произведене електричне енергије у највећем бројуземаља су управо зграде, па производња на лицу места (тј. на самој парцели) смањује потрбуза скупим системима преноса-инфраструктуром. Ово такође умањује губитке код преноса,као и количине потебног материјала (каблова, стубова и сл.).

Технички проблеми интегрисања ветрогенератора у зградарству

Нажалост, интегрисане ветротурбине често не доносе оно што обећавају. Оне морајупревазићи неколико проблема како би биле ефикасне у мери која се од њих и очекује и какоби на крају биле исплативе. Најбољи ефекат турбине постижу пред постојаним линеарнимветром, у ком сва струјања иду у једном смеру. Међутим, на врху сваке високе зградеструјања ваздуха далеко су од овакве шеме. Кад се струјања ветра преламају преко крова илина углу објекта, деле се у неколико различитих праваца. Ово одвајање токова ствара многотурбиленције, а та турбуленција збуњује турбину и знатно утиче на њену ефикасност. Чак иако се чини да је заиста ветровито (на врху објекта), турбуленција је далеко већа него кодпостојаног ветра. Зато је основна полазница за постављање турбине – одвојити је бар деветметара у висину од односа на било какву препреку у кругу д 150 m, укључујући и сам кровобјекта. Бука и вибрације турбина спадају међу највеће препреке за њихову интеграцију уобјекте. Истина је заправо да су неке турбине далеко тише у раду од других, као нпр. оне кодкојих је оса у вертикалном положају, али решавање проблема буке и вибрација остајеогроман изазов. [9]

Исплативост уградње ветрогенератора на архитектонске објекте

Можда је цена интегрисаних турбина највећа препрека за њихову исплативост. Док великетурбине данас производе најјефтинију енергију, мале турбине су далеко неекономичнније, акада се постављају на објекте цена им расте а ефикасност опада. [9]

2.3 Геотермална енергија

Геотермална енегија је топлотна енергија која се ствара у Земљиној кори постепенимраспадањем радиоактивних елемената, хемијским реакцијама или трењем при кретањутектонских маса. Количина такве енергије је тако велика да се може сматрати скоронеисцрпном, па је према томе геотермална енергија обновљиви извор енергије.

Геотермална енергија се још од Римског царства користила за загрејавање објеката. Задњихгодина се термин геотермално грејање односи на грејање и хлађење простора коришћењемтоплотних пумпи. Такви геотермални системи су способни да пренесу топлоту из и у тло уз

16

минималну потрошњу електричне енергије. Чак и уз високе иницијалне трошкове, улагањасе релативно брзо враћају. Не загађују околину и један су од најефикаснијих система загрејање и хлађење. [2]

Директна употреба геотермалних извора

Директна употреба топлоте геотермалног извора се успшно примењује код бројних процеса.Нама интересантни су:

Климатизација Подземне упарене топлотне пумпе

Код система за директну употребу постоје два начина за решавање употребљених флуида:

Системи где се употребљени флуиди враћају назад у геотермални извор Системи код којих је употребљена вода довољно чиста за даљу употребу или за

испуштање у водене токове

Код примене директног загревања разликујемо:

1. Радијаторско грејање – подразумева обезбеђење температуре полазне воде за системгрејања од 60 оC

2. Подно и ваздушно грејање – је алтернатива или допуна радијаторском грејању.Пројектна температура полазне воде ка загрејачима ваздуха би износила 35–40оC

3. Припрема топле потрошне воде – је погодна за коришћење енергије геотермалне воде,јер је потребна читаве године, са полазним температуром од 45 - 50 оC

Појам Геотермална топлотна пумпа (ГХП) је општи за све топлотне пумпе које користеземљине топлотне капацитете као извор енергије (за загревање) или енергетски понор (захлађење).

Слика 2.9 Затворен систем цевовода укопан вертикални и хоризонтално

На слици 2.9 приказан је затворени систем цевовода који су укопани хоризонтално исподзамрзнуте зоне (или вертикално 30 – 120 м дубине) и испуњени са течним флуидом(несмрзавајући раствор). Издвајају топлоту у затвореним кружним цевоводима из грађевинатоком лета, и депонују је у земљу. Током зиме принцип рада система је обрнут – извлачи

17

топлоту из земље и доставља је унутар грађевина. Остатак топлоте из ГХП-а токомхладнијих периода лети, може обезбедити топлу санитарну воду.Други тип ГХП-а је систем у коме су подземне воде достављене до измењивача топлоте, којије инсталиран у топлотно-пумпни оквир који је распоређен на површини или у бунару заубацивање. Ови системи су дизајнирани тако да превентују загађење површинских вода иводенох слојева. [2]

Трећи тип модела, хобридни систем комбинује земљине спрегнуте системе са кулама захлађење и примармо се употребљава у комерцијалним грађевинама.

2.3.1 Системи грејања са топлотном пумпом

Топлотна пумпа се за грејање објеката може применити у два основна система грејања:

Моновалентни систем Бивалентни систем

Код примене топлотне пумпе у бивалентном систему грејања могу бити следеће варијанте:

Бивалентно – алтернативни Бивалентно – паралелни

Моновалентни систем

Моновалентни систем грејања подразумева такав систем грејања, код кога се целокупнотоплотно оптерећење објекта задовољава само топлотном пумпом. То значи да је топлотнапумпа једини топлотни извор у том систему и да се у току целе грејне сезоне, независно одспољних услова, корисна енегрија потребна за грејање објекта добија само из ње. Основнакарактеристика моновалентних система са топлотном пумпом је да су нискотемпературнисистеми. Топлотне пумпе у условима спољашњих температура (-15,-20°C) не могу постићивећу температуру грејне воде од око 55°C. Због тога се мора применити подно, панелно илинискотемпературно радијаторско грејање. Дијаграм на слици 1. приказује просечнуспољашњу тепературу по данима у грејној сезони. Потребну топлотну енергију испоручујеискључиво топлотна пумпа. [6]

Дијаграм на слици 2. приказује укупну количину топлотне енергије, која се испоручујепотрошачима у току грејне сезоне. Топлотна енергија је дефинисана површином, коју криватрајања оптерећења у току грејне сезоне затвара са координатним осама, дефинисанимпроцентуалним топлотним оптерећењем појединих периода грејања, у зависности одмаксималног часовног топлотног оптерећења. [6]

18

Слика 1. Дијаграм степен-дан Слика2. Дијаграмски приказ топлотногмоновалентног погона оптерећења топлотне пумпе утоплотне пумпе моновалентном систему

Бивалентни систем

Бивалентни или такозвани двојни систем грејања подразумева да у систему грејања осимтоплотне пумпе постоји још неки извор топлоте. То значи да се у току грејне сезоне деотоплотног оптерећења потрошача покрива топлотном пумпом, а део топлотним извором сафосилним или неким другим горивом. [6]

Бивалентни систем грејања омогућава добијање веће температуре воде у разводном систему,а тиме и примену високо температурног радијаторског грејања. Високу температуру воде уразводном систему обезбеђује топлотни извор са фосилним или неким другим горивом.Код бивалентног система грејања могући су бивалентно-алтернативни и бивалентно-паралелни систем грејања. [6]

Бивалентно-алтернативни систем грејања

Бивалентно-алтернативни систем грејања подразумева да топлотна пумпа и котао не радеистовремено, већ посебно (алтернативно). Топлотна пумпа служи за покривање основног, акотао за покривање вршног топлотног оптерећења.

Слика 3. Дијаграм степен-дан Слика4. Дијаграмски приказ топлотногбивалентно-алтернативног погона оптерећења топлотне пумпе утоплотне пумпе би-алтернативном систему

Као што се види на слици 4. укупно годишње топлотно оптерећење од грејања покрива сетоплотном пумпом и котлом. При томе је однос испоручене топлотне енергије систему утоку грејне сезоне, од стране топлотне пумпе и котла такав, да топлотна пумпа испоручи67%, а котао 33%. Топлотна пумпа је у раду 83% грејног периода, а котао 17%. Максимални

19

часовни капацитет топлотне пумпе је 50% од максималног часовног топлотног оптерећења, акотла 100%.[6]

Бивалентно-паралелни систем грејања

У бивалентно-паралелном систему грејања, који је приказан на слици 5. топлотна пумпа радиу току целе сезоне грејања. У условима ниских спољних температура у погон се укључује икотао и тада заједно (паралелно) ради са топлотном пумпом. Котао служи да температуруполазне воде догреје довољно високо, за потребе високотемпературних система грејања,пошто се она предходно до извесне границе загреје у топлотној пумпи. [6]

Према слици 6. код бивалентно-паралелних система грејања топлотна пумпа испоручи 87%,а котао 13% од укупне потрошње топлотне енергије. Топлотна пумпа ради 100% грејногпериода, а котао 17%. Поред тога што покрива основно оптерећење, топлотна пумпа служида делимићно у паралелном раду са котлом покрије и вршно оптерећење грејања.Максимални часовни капацитета топлотне пумпе износи 50% од максималног часовногтоплотног оптерећења од грејања, а котла 74%.[6]

Слика 5. Дијаграм степен-дан Слика6. Дијаграмски приказ топлотногбивалентно-паралелног погона оптерећења топлотне пумпе у

би-паралелном систему

20

3. ТЕХНИЧКА РЕШЕЊА

3.1 Топлотна пумпа – бивалентно паралелни систем

Према прорачуну, максимално часовно топлотно оптерећење (максимални топлотни губици)износи 155336 [W], при чему пумпа треба да задовоњи 50% од мах. топлотног оптерећења паје потребан капацитет пумпе:

kWWbaQQtp 6.99996682.01.011533365.015.0 max где су:

a=0.10 – додатак на топлотне губитке топлотне пумпе и водоваb=0.2 – додатак на брже загревање воде и масе постројења

Из каталога произвођача Ховал усвојена је топлотна пумпа Термалиа 90 земља/вода иливода/вода.

Опис уређаја

Са предње стране монтирана је командна табла за регулацију грејног система. Садржи дваспирална компресора као и плочасте измењиваче топлоте (испаривач и кондезатор) однерђајућег челика. Постоје два раздвојена циркулациона круга расхладног средства сатермостатским експанзионим вентилом , сушачем расхладног средства са филтером ипоказним стаклом као и пресостатом високог и ниског притиска. Такође је интегрисаназаштита мотора и термостат за заштиту од смрзавања. Уређај је напуњен расхладнимсредством и потпуно ожичен што значи да је спреман за уградњу унутар зграде. [8]

Техничке карактеристике[8]

Ховал Термалиа 90 са расхладним средством R407C

Грејни капацитет [Qtp] при B0W35 81.1 [kW]при W10W35 109.3 [kW]

Коефицијент грејања [COP] при B0W35 4.0при W10W35 5.4

Маса 625[kg]

Компресор 2 x спирални херметички

Број циркулационих расхладних кругова 2

Капацитет појединачних расхладних кругова 50/50 [%]

Количина расхланог средства R407C 2 x 10,0 [kg]

Радни притисакСтрана грејног система и топлотног извора 6 [bar]Страна расхладног средства (радног медијума) 30 [bar]

21

Граничне вредности температуре

Грејни систем медијум водаПоврат (улаз у кондезатор) мин./мах. 15/55 [oC]Полаз (излаз из кондезатора) мин./мах. 25/65 [oC]

Топлотни извор медијум гликол смеша односно водаУлаз у испаривач мин./мах. -5/20 одн. 8/20 [oC]Излаз из испривача мин./мах. -8/16 одн. 4/15 [oC]

Димензије и потребан простор[8]

22

Слика 3.1 Хидраулична схема топлотне пумпе са подземним сондама[8]

AF спољашњи сензор температуреPF сензор температуре бафер резервоараVF1 сензор температуре полазне воде 1VF2 сензо температуре полазне воде 2YDK трокраки мешни вентил са сервомотором (отворено-повећава енергетск садржај бафер

резервоара, затворено- повећава хлађење измењивача топлоте)YK2 трокраки мешни вентил са серво моторомYUK сервомотор за укључивање хлађењаDP цирк. пумпа за директни грејни кругMK2 цирк. пумпа за директни мешни кругWT измењивач топлотеP пресостат

Ако топлотну пумпу усвојимо према укупном топлотном оптерећењу јавља се проблем притемпературама вишим од спрољне пројектне -18[oC] у виду сталног паљења и гашењатоплотне пумпе. Да би се овај проблем избегао пумпа се димензионише или према губициматоплоте рачунатим за спољну пројекту темпертуру од 0[oC] или као у овом случају кодбивалентно паралелног система према капацитету који је за 50 % умањен у односу на

23

максимално часовно топлотно оптерећење. На тај начин добијамо константан рад пумпе причему је већа њена ефикасност и елеминишемо појаву електричних пикова који пристартовању пумпе износе 78 [А].

Како смо умањили капацитет топлотне пумпе више нисмо у могућности да потребнотоплотно оптерећење у потпуности задовољимо само овим енергетским системом, па сетехничким решењем предвиђа котао на гас који у паралелној вези комуницира са топлотномпумпом и у хладнијем периоду када су потребни виши температурски режими за грејање,котао догрева загрејану воду у полазу топлотне пумпе на више температуре.

По каталогу произвођача топлотна пумпа може да задовољи потребе радијторског грејања,односно максимална температура воде у полазу (излаз из кондезатора) износи 65[oC] причему коефицијент грејања [COP] износи 4. У хладнијем периоду када постоји потреба завишим темературама котао догрева већ загрејану воду, на 90[oC] чиме се остварујетемпературски режим 90/70 [oC].

3.2 Котао на гас – бивалентно паралелни систем

Према прорачуну, максимално часовно топлотно оптерећење (максимални топлотни губици)износи 155336 [W], при чему котао треба да задовољи 74% од мах. топлотног оптерећења, паје потребан капацитет котла:

kWWbaQQ bpkot 5.1471475092.01.0115333674.0174.0 max_ где су:


Из каталога произвођача Ховал усвојен је котао на гас тип Ултра Гас 150

Технички подаци[8]

Називно топлотно оптерећење, земни гас 150 [kW]

Радни притисак мах./мин. 5.0/1.0 [bar]

Радна температура мах. 90[oC]

Водена запремина 194 [ l ]

Маса котла (без воде) 409 [kg]

Степен искоришћења 90,3 [%]

Емисионе вредности NOx 26 [mg/kWh]CO 4 [mg/kWh]CO2 8.8 [%]

24

Слика 3.2 Хидраулчна схема котла са пратећим прикључцима[8]

RS-T собни регулаторAF спољни сензор 1VF1 сензор полазне темпертуре 1VF2 сензор полазне темпертуре 2SF сензор темпертуре у резервоаруB1 граничник температуре (редна веза а пумпом)MK1 пумпа мешног круга 1MK2 пумпа мешног круга 2DKP пумпа директног кругаSLP пумпа резервоара STVYK1 моторни мешни вентил 1YK2 моторни мешни вентил 2HT поврат високе температуреNT поврат ниске температуре

У биваленто паралелном сиистему грејања гасни котао има задатак да се према дефинисанојпотреби топлоте за грејање, односто температуре воде у полази, стартује и догрева воду којаје првобитно загрејана топлотном пумпом. Иако котао ради само 17% грејног периода причему испоручи 13% од укупне потребне потречне енергије, он се из сугурносних разлогапредимензионише и то тако да може да задовољи 74 % потребног топлотног оптерећења. У

25

пракси се често за покривање вршног дела топлотног оптерећења уместо котла као у овомслучају, користи електрични грејач. На тај начин се инвестиционо улагање смањује готово зацену котла. Разлог примене котла као система који покрива вршни део оптерећења је управозбог сигурности целог система и поузданог грејања током целе сезоне. Као што је случај сатоплотном пумпом и котао производи санитарну топлу воду.

3.3 Котао на гас – моновалентни систем

Према прорачуну, максимално часовно топлотно оптерећење (максимални топлотни губици)износи 155336 [W], па је потребан капацитет котла:

kWWbaQQkot 3.1991993362.01.011533361max где су:


Према каталогу произвођача Ховал одабран је котао на гас, тип Ултра Гас 200.

Технички подаци[8]

Називно топлотно оптерећење, земни гас 200 [kW]

Радни притисак мах./мин. 5.0/1.0 [bar]

Радна температура мах. 90[oC]

Водена запремина 359 [ l ]

Маса котла (без воде) 634 [kg]

Степен искоришћења 90,4 [%]

Емисионе вредности NOx 39 [mg/kWh]CO 4 [mg/kWh]CO2 8.8 [%]

Хидрауличка схема котла и сви пратећи елементи су исти као на слици 3.2

Стандардан приступ када је реч о системима за грејење (ако објекат није прикључен надаљински систем грејања) је управо котао који самостално покрива целокупно топлотнооптерећење и производи санитарну топлу воду. Техно економска анализа произилази изпоређења овог и алтернативно бивалентног система грејања.

3.4 Соларни ПВ панели

Потенцијал соларне енергије у Србији иyноси 0,64 милиона тое (или око 16.7% укупногпотенцијала обновљивих извра). Количина сунчеве дозрачене енергије (инсолација) сепроцењује на 1200 [W/m2]. У даљем тексту су дате каратктеристике усвојених соларнихпанела, као и осврт на еконмски фактор повраћаја инветиције. [9]

26

На крову зграде постављени су соларни колектори произвођача SANYO HIP-210NKHE5.Ефикасност ћелије је 18.9% док је ефикасност модула несто нижа и иѕноси 16.7%.

Табела 3.1. Електричне карактеристике соларног панела

Модел SANYO HIP-210NKHE5Максимална снага (Pmax) [W] 210Максмилна напонска снага(Vpm) [V] 41.3Максимална тренутна снага (Ipm) [A] 5.09Гарантована минимална снага (Pmin) [W] 199.5Толеранција излазне снаге [%] +10 / -5Максимални напон у систему [Vdc] 1000Гаранција на производ [Год] 10Напомена Стандардни услови тестирања : Ирадијација 1000 W/m2, температураћелије 25oC

Механичке карактерисике панела приказане су на слици 3.3

Слика 3.3

Оптимални угао постављања соларне ћелије за зимски и летњи режим је између 30о и 35о. Уовом случају панели ће бити постављени под углом од 45о давајући акценат на летни режими већу ефикасност током лета. Соларни панели SANYO HIP-210NKHE5 немају емисијуштетних гасова. Што се конструкције тиче немају померајуће делове и не производе буку.Сама конструкација је изведена тако да штеди простор и даје максималну излазну снагу запредвиђену димензију крова. [9]

27

Слика 3.4

Са слике 3.4 можемо видети да услед напона већег од 40 [V] долази до пада снагефотонапонског колетора, а да преко 50 [V] уопште и не постоји. Константне снаге прописанекаталогом произвођача моги се остварити до napona којi не прелазi 40 [V].

Слика 3.5

На слици 3.5 можемо уочити понашање соларног кoлектора у зависности од утицајатемпературе. При вишим температурама долази до споријег пада напона што се наравноодражава и кроз пад снаге. До температуре од 75 oC и напона од 30 [V] фотонапонскиколектори ће радити по прописаним карактеристикама произвођача.

28

Оријентација зграде, односно крова је таква да су колектори постављени на источни ијужни део због чега је коришћен MULTISTRING инвертор који има два MPP trackera.Техничко решење је условљено према енергетској политики Републике Србије. Наиме каконе постоје никакве субвенције од стране државе при производњи електричне енергијепомоћу соларних ПВ панела, решење које се намеће је директна потрошња електричнеенергије у згради која се добија од соларне енергије. Ако постоји вишак он се шаље у мрежуа обострани бројач на излазу мери тачну количину предате односно преузете ел. енергије,коју користимо када сопствена производња није довољна за потребе тренутне потрошње узгради. Бројач бележи сваку преузету и предату количину ел. енергије што упрошћаваекономску анализу. Како је усвојено техничко решење које не користи батерије заскладиштење енергије, то значи да произведена ел. енергија из соларних панела, наконпериода отплате инвестиције представља остварену уштеду.

На слици 3.6 приказана је детаљна схема за повезивање и пустање у рад соларних ПВ панела.

Слика 3.6

29

На схеми су приказани сви пратећи елементи. Димензионисана је инсталација, заштитне ипреконапонске склопке, осигурачи, прекидачи, начин повезивања на мрежу итд.Димензионисање инвентора је извршено помоћу”GenaAU” software-a Аустријске компаније“Sublik Elektrik” која производи и пројектује соларне панеле.

4.ТЕХНО ЕКОНОМСКА АНАЛИЗА ПРЕДВИЂЕНИХ ТЕХНИЧКИХ РЕШЕЊА

4.1 Оцена економичности грејања стамбене зграде топлотном пумпом према усвејеномрешењу са бивалентно паралелним системом.

Теоретска разматрања[7]

Годишње топлотно оптерећење система

Годишње топлотно оптерећење система представља суму топлотних оптерећења рачунатихза сваки месец грејне сезоне (од 15.10 до 15.04.):

X

IV

messrgod god

kWhQQ

Месечно топлотно оптерећење система

Месечна потрошња топлоте или месечно топлотно оптерећење рачуна се по следећојформули:

meskWh

tttt

QnnQspp

messrpmes

sr max21

где су:

n1 [16] – број сати погона у току данаn2 [16-31] – број дана погона у току месецаQmax (кW) – максимално часовно топлотно оптерећење (максимални топлотни губици)tp [oC]– унутрашња пројектна температураtsp [oC] – спољна пројектна температураtsr

mes [oC] – просечна месечна спољна температура

Табела 4.2 Просечне месечне спољне температуре[5]

месец октобар новембар децембар јануар фебруар март априлtsr

mes [oC] 12.3 8.7 0.7 -0.4 3.4 6.6 12

Трошкови горива

Трошкови земног гаса

Годишњи трошкови грејања сразмерни су количини и цени потрошеног земног гаса.

goddinCBK ggod

ggod

30

Bgod (m3/god) - годишња потрошња земног гасаCg (din/m3) – цена земнг гаса

godm

HuQBB

kg

messr

X

IVmesgod

33600

Hu (kJ/m3) - доња топлотна моћ земног гаса kg - степен корисности котла

Трошкови електричне енергије

Годишњи трошкови електричне енергије зависе од годишње потрошње и јединичне ценеелектричне енергије. Систем користи електричну енергију за погон компресора,циркулационе пумпе и бунарске пумпе. У прорачуну за топлотну пумпу се не узима у обзирциркулациона пумпа јер, је она присутна у грејном систему без обзира на врсту горива илиначина грејања.

goddinCEK egod

egod

Egod (kWh/god) - годишња потрошња елекричне енергијеCe (din/kWh) - јединична цена електричне енергије

Јединична цена енергије зависи од тарифног система која може да буде једнотарифна,двотарифна или са мерном групом. Систем са мерном групом прилагођен је великимпотрешачима. За конкретан пример урађена је анализа и двотарифног и система са мерномгрупом.

Годишња потрошња електричне енергије

godkWhQ

Etp

godgod

где је:

45.3tp - енергетски степен корисности реалне топлотне пумпе са бунарском пумпом(без циркулационе пумпе)

Годишњи трошкови због инвестиционог улагањаГодишњи трошкови због инвестиционог улагања представљају трошкове амортизације,плаћања ануитета, текућег и инвестиционог одржавања, плате особља и сл. Ови трошкови судиректно зависни од инвестиционих улагања и дефинисани су изразом:

goddinIpK i

god

31

goddinIpK tptp

tpgod - трошкови инвестиционих улагања за топлотне пумпе

goddinIpK kk

kgod - трошкови инвестиционих улагања за гасни котао

Проценат од инвестиције

%13.07.0 oa ppp

%p - проценат од инвестиције (зависи од врсте постројења) %7.0pa - проценат зa трошкове амортизације %3.0po - проценат за трошкове одржавања

Код експлоатације у сложенијих система вероватноћа квара је већа а елиминисање квара јесложеније и скупље. За прорачун техно-економске анализе усвојиће се да су проценти одинвестиције за топлотну пумпу и гасни котао исти.

ktp ppp

Повећани годишњи трошкови због инвестиционих улагања у бивалентно паралелни системсу сразмерни ведности повећаних трошкова инвестиције и проценту од те инвестиције.

goddinIpK i

god

ΔKigod (din/god) -повећани годишњи трошкови због инвестиционих

улагања у топлотну пумпу

ΔI (din) - вредност повећаних инвестиционих улагања у бивалентно паралелни систем

У случају бивалентно паралелног система важи да је:

dinIII kotbs

Време амортизације повећаних инвестиционих улагања

Време амортизације повећаних инвестиционих улагања се дефинише изразом:

godK

Iugod

Kugod (din/god) – годишња уштеда у погонским трошковима:

goddinKKKKK i

gode

tpgodg

kotgodggod

ugod __

32

godKKKK

Iigod

etpgod

gkotgod

ggod

__

4.1.2 Прорачун

Према усвојеном техничком решењу код бивалентно паралелног система грејања топлотнапумпа испоручи 87% а котао 13% од укупне потрошне топлотне енергије. Топлотна пумпаради 100% грејног периода а котао 17%.

Максимални часовни капацитет топлотне пумпе износи 50% од максималног часовногтоплотног оптерећења према дијаграму оптеререћења, па је:

][66.76][766611533365.05.0 maxmax_ kWWQQ tp

Максимални часовни капацитет котла износи 74% од максималног часовног топлотногоптерећења према дијаграму оптерећења, па је:

][46.113][11346215333674.074.0 maxmax_ kWWQQ kot

Годишње топлотно оптерећење система:

X

IV

messrgod god

kWhQQ 174400

Годишње топлотно оптерећење топлотне пумпе (бивалентно паралелни систем):

X

IV

mestpsrtpgod god

kWhQQ 87180__

Годишње топлотно оптерећење котла (бивалентно паралелни систем):

X

IV

meskotsrkotgod god

kWhQQ 21940__

Табела 4.1 Месечно топлотно оптерећење моновалентног и бивалентно паралелногсистема

X XI XII I II III IV ∑

meskWhQ mes

sr

7950 21890 38630 40830 30010 26820 8260 174400

meskWhQ mes

tpsr _

3970 10940 19310 20410 15010 13410 4130 87180

meskWhQ mes

kotsr _

1010 2750 4860 5140 3770 3370 1040 21940

33

Слика 4.1

Трошкови горива

Трошкови земног гаса

goddinCBK ggod

ggod 7.8136334112.374.21748

X

IVmesgod god

mBB3

4.21748

Слика 4.2

34

Котао који ради у бивалентно паралелном систему

goddinCBK gkotgod

gkotgod 7.1024734112.3712.2739__

X

IVkotmeskotgod god

mBB3

__ 12.2739

Трошкови електричне енергије за топлотну пумпу

goddinCEK edgod

edgod 6.227670446.1021795 - двотарифни систем

goddinCEK emgod

emgod 5.1460267.621795 - мерна група

godkWhQ

Etp

tpgodgod 21795

487180_

Трошкови електричне енергије дирктно зависе од ефикасности пумпе (COP). У овом случајукада користимо температуре у полази и до 65[°C], COP износи 4. Ако бисмо користили нижетемпературе за грејање, по каталогу произвођача COP би износио 5.3, али у том случајубисмо морали да користимо панелно грејање, или нискотемпературне радијаторе, којизаузимају велику површину и кваре естетику грејног простора.

Трошкови инвестиционог улагања

Котао на гасУлагање у случају моновалентног система грејања са гасом:

Цена +ПДВ(18%) Укупно

Прикључни гасовод и мерно- регулационастаница

65101.44

11718.26 76 819.70

Пратећи грађавински радови 77244.00

13903.92 91 147.92

Унутрашња грејна инсталација- котао HovalУлтра Гас 200 kapaciteta 200kW 306000 55080 361080

529047.62

35

Котао на гас

Улагање у случају бивалентно паралелног система грејања:


Прикључни гасовод и мерно- регулационастаница

65101.44 11 718.26 76 819.70

Пратећи грађавински радови 77244.00 13 903.92 91 147.92

Унутрашња грејна инсталација- котао HovalУлтра Гас 150 kapaciteta 150kW 238 989 43017.5 282006.5

449974.1

Топлотна пумпа

Улагања у случају бивалентно паралелног система грејања:


Набавка, транспорт, израда и уградњасистема топлотне пумпе Hoval Thermalia90 grejnog kapaciteta 190,3 kW за грејање,

са свим потребним материјалом

1964316 353576.8 2317892.8

Набавка и уградња бунарске пумпе иизрада изворног и упојног бунара 91 000.00 16 380.00 107 380.00

2425272.80

Вредност повећаних инвестционих улагања моновалентно паралелног система према котлу:

dinIII kotbs 3.234619962.529047)8.24252721.449974(

goddinIpK i

god 23462100

3.23461991

%13.07.0 oa ppp

Бивалентно паралелни систем – котао на гас

Годишња уштеда у погонским трошковима:

36

Систем са мерном групом

goddinKKKKK i

godemgod

gkotgod

ggod

ugod 5.541671234625.1460267.1024737.813633_

Двотарифни систем

goddinKKKKK i

godedgod

gkotgod

ggod

ugod 4.460027234626.2276707.1024737.813633_

Време амортизације повећаних инвестиционих улагања:

Систем са мерном групом:

godKKKK

Iigod

emgod

gkotgod

ggod

33.45.5416713.2346199

_

Двотарифни систем:

godKKKK

Iigod

edgod

gkotgod

ggod

1.54.4600273.2346199

_

4.2 Оцена коришћења соларних ПВ панела

Просечна сума сунчних сати годишње у Србији износи 2104,3 са најсунчанијим јулом инајоблачнијим децембром. Електрична енергија коју производи један соларни панел износи:

godkWhPnQ pvgod _

где је:

n – број просечних сунчаних сати годишњеP – номинална снага ПВ панела

godkWhPnQ pvgod 44221.03.2104_

На крову је постављено укупно 14 соларних панела, па се годишње произведе

god

kWhQQ pvgodpvgod 6.61864421414 __

Ако количину ове енергије прерачунамо у новчану вредност добијамо

37

За систем са мерном групом

god

dinQK godem

pvgod 414507.66.61867.6_

За двотарифни систем

god

dinQK goded

pvgod 64625446.106.61867.6_

Па је време амортизације инвестиционих улагања

godK

I

pvgod _

I – висина инвестиционог улагања за соларне панеле

Систем са мерном групом

godK

Iem

pvgod

6.2041450

855372

_

Двотарифни систем

godK

Ied

pvgod

23.1364625

855372

_

38

5. РЕКАПИТУЛАЦИЈА ПРОЈЕКТА

1

Моновалентнисистем грејања

Котао ХовалУлтра гас 200[kW]

инвестиционитошкови

[€]

годишњетоплотно

оптерећње[kW/h]

трошковигаса/ел.енергије[€/год]

уштеда упогонским

трошковима[€/год]

** *

периодотлате[год]

** *5136.4 174400 7899.4/0 0 0 0

2

Бивалентнопаралелни систем

грејања

Топлотна пумпаХовал Термалиа90

[109kW]

Котао ХовалУлтра гас 150[kW]

23546.4 81180** *

0/2210-14175259 4466 5.1/4.3

4368.6 21940 994.9

3

Систем сасоларним ПВ

панелима

SANYOHIP-210[W] 8304.6 6186.6 0/0 627.4 402.5 13/20.6

** - двотарифни систем наплате електричне енергије

* - систем са мерном групом

Вредност повећаних инвестционих улагања моновалентно паралелног система премакотлу [€]

22778.6

Вредност целокупне инвестиције (бивалентно паралелни систем + соларни ПВ панели)

[€]

(27915+8304.6)=36 220

39

ЗАКЉУЧАК

Ако посматрамо моновалентни у односу на бивалентно алтернативни систем грејања веомалако можемо доћи до одређених закључака. Код великих објеката примена топлотне пумпе јеекономичнија него код малих потрошача, поготово ако се електрична енергија тарифирамерном групом. Економска оправданост примене топлотне пумпе у системима грејања пресвега зависи од цене опреме и електро енергије. У Србији је цена електричне енергије далеконижа од Европског просека што овакву инвестицију чини веома атрактивном. Иако суинвестициона улагања скупља период отплате износи 5,1 годину за систем са мерном групоми 4,33 године за двотарифни систем. Након периода отплате годишња уштеда за грејањеизноси 541671,5 динара, гледано за систем са мерном групом и 460027,4 динара задвотарифни систем. Због тренутне економске кризе и несигурности у снадбевању енергената,примена топлотне пумпе добија значај због непрекидног грејања објекта. Са еколошкоггледишта, примена топлотне пумпе која користи обновљив извор енергије је прихватљивијау односу на котао који користи фосилно гориво.

Са друге стране, ниска цена електричне енргије у Србији неповољно утиче на економскуоправданост коришћења соларних ПВ панела. Како Влада нема програм субвенсионисањапројеката кад је реч о електричној енергији добијеној од сунца, једино прихватљиво решењеје када не постоји други или јефтинији начин за то. У овом случају, за стамбену зграду којаје прикључена на јавну мрежу електричне енергије, повраћај инвестицеје за соларне панелеод 855372 динара traje 20,6 година, за случај система са мерном групом и 13,23 године задвотарифни систем, што је економски неоправдано.

На крају, високи почетни инвестициони трошкови представљају и даље највећу препреку приреализацији оваквих пројеката. Иако је економском анализом приказана оправданостпримене топлотне пумпе за грејање објекта, значајнији помак се неће десити док сеенергетска политика не промени и док држава финансијски не почне да стимулише идеје опримени оваквих система.

40

ЛИТЕРАТУРА

[1] Гвозденац, Д, Б: Подлоге за предавања „ Обновљиви извори енергије”Факултеттехничких наука, Нови Сад, 2009.

[2] Накомчић, Б: Подлоге за предавања „ Обновљиви извори енергије”Факултет техничкихнаука, Нови Сад, 2009.

[3] Bjelaković, R: Рукопис за предавања „Грејање хлађење и вентилација“ Fakultet tehničkihnauka, Novi Sad, 2008.

[4] Рецкнагел, Спренгер, Сцхрамек: Приручник „Грејање и климатизација“ Инетрклима,Врњачка Бања, 2005/2006.

[5] Тодоровић, Б: „ Климатиација” Савез машинских и електротехничких ижењера итехничара Србије (SMEITS), Београд, 2010.

[6] Шамшаловић, С: „ Топлотна пумпа” Савез машинских и електротехничких ижењера итехничара Србије (SMEITS), Београд, 2009.

[7] Анђелковић, А: Студија изводљивости „ Техно-економска анализа примене топлотнепумпе” Зборника радова КГХ, Београд, 2009.

[8] Ховал, каталог са пројектним упутствима, 2011.[9] Корисни сајтови

www.gradjevinarstvo.rswww.solarconnect-energias.com

Documents

Obnovljivi Izvori Energije u Stambenoj Zgradi