PRENOS ENERGIJE

top

Toplota je energija koja zbog razlike temperature prelazi iz područja više temperature u područje niže temperature. Postoje tri načina prenosa toplote:

provođenjem (kondukcija) strujanjem (konvekcija) zračenjem (radijacija)

Ako u nekom sredstvu postoji temperaturna razlika, toplotna će energija vođenjem prelaziti s mjesta više temperature prema mjestu niže temperature. Tako se toplota prenosi kroz čvrsta tijela. U fluidima (tečnostima i gasovima) toplota se obično prenosi konvekcijom. Za razliku od provođenja gdje se prenos toplote ostvaruje molekularnim kretanjem (gibanjem), a samo sredstvo je na miru, pri prenošenju toplote konvekcijom kreće se i samo sredstvo. Zato je konvekcija moguća samo u tečnostima i gasovima. Provođenje toplote u fluidima dolazi do izražaja samo ako nije moguć prenos toplote konvekcijom.Primjeri prenosa toplote provođenjem i konvekcijom: Toplotna energija iz zagrejane sobe gubi se kroz zid ili prozor i odlazi u atmosferu. Proces prenosa toplote se tu sastoji od prenosa toplote strujanjem vazduha iz sobe prema zidu (konvekcija), od vođenja toplote kroz zid i od konvekcije toplote iz zida u atmosferu. U posudi s vodom, čije dno zagrejavamo, toplota se kroz vodu prenosi kretanjem dijelova tečnosti (konvekcijom). Centralno grejanje, nastanak vjetrova u atmosferi i sl. su primjeri konvekcije.

Pri prijenosu toplote zračenjem (radijacijom) termička energija tijela pretvara se u el. magnetsko zračenje koje tijelo emituje u okolni prostor. Energija koja se zračenjem prenosi od jednog mjesta do drugog bitno zavisi od temeperature tijela. Svako tijelo ugrejano na neku temperaturu emituje toplotno zračenje čiji sastav i energija bitno zavise od temperature tijela. Dobar primjer prenosa energije zračenjem je Sunčeva energija koja na taj način sa Sunca dolazi na zemljinu površinu.

PROVOĐENJE TOPLOTE

Kada među raznim dijelovima nekog sredstva postoji temp. razlika, nastaće vođenje toplote i energija će prelaziti iz područja više temperature. Pri tom se energija prenosi od molekule do molekule, toplota prelazi s jednog kraja na drugi, a samo sredstvo miruje. Držimo li npr. jedan kraj metalnog štapa u ruci, a drugi zagrejavamo osjetićemo da se kroz štap širi toplota. Uključimo li el. šporet, toplota će se vođenjem prenositi od užarene ploče na posudu koja se nalazi na ploči. Vođenje toplote kroz plinove (gasove) može se shvatiti pomoću kinetičke teorije toplote. Na mjestima više toplote srednja kinetička energija molekula je veća nego tamo gdje je temperatura niža. Zbog haotičnog kretanja i stalnih sudara molekula, brže molekule predaju dio svoje kinetičke energije susjednim sporijim molekulama, a ove opet svojim susjedima i tako se energija prenosi kroz gasove iz područja više temperature prema području niže temperature. U tečnostima se topl. energija prenosi posredstvom elastičnih titranja molekula, dok glavnu ulogu u vođenju toplote kroz metale igraju slobodni elektroni. Teorija toplotne vodljivosti i njeno mikroskopsko objašnjenje prelazi, međutim, okvir ovih skripti, pa ćemo se samo zadržati na fenomenološkom opisu vodljivosti.

PRENOS ENERGIJE 1

Vođenje toplote kroz homogeni materijal može se računati pomoću Fourierovog zakona. Da bismo shvatili taj zakon, posmatrajmo vođenje toplote kroz štap poprečnog presjeka [s]. Pretpostavićemo da temp. u štapu linearno opada od jednog kraja do drugog i da je u svakoj tački određenog presjeka ista. Takođe ćemo razmatrati prijenos toplote, što znači da ćemo pretpostaviti da temperatura bilo koje tačke sredstva ne zavisi od vremena, već samo od mjesta u sredstvu.

KONDUKCIJAToplotna provodljivost nekih materijala

Materijal ℷW /(mk)

Materijal ℷW /(mk)

srebro 420 voda 0.6bakar 385 azbestni cement 0,5

aluminijum 205 drvo 0.13željezo 60 guma 0.15beton 1.3 papir 0.13staklo 0.8 polistiren 0.01žbuka 0.8 staklena vuna 0.035cigla 0.7 poliuretanska pjena 0.03

zemlja 0.5 vazduh 0.025

FREON

Freon je zbirno ime za više vrsta plinova koji su se upotrebljavali ili se upotrebljavaju u rashladnim uređajima. Iako pogrešno, to ime se počelo upotrebljavati za skoro sve vrste rashladnih medija, bez obzira na hemijski sastav, pa se tako došlo i do apsurdne situacije da se freonom nazovu i neki plinovi poput ugljovodonika: metana ,etana, propana i sl. Freoni su flourovi i hlorovi derivati metana i etana, plinovi iz porodice haloalkana, koji se koriste u rashladnoj tehnici kao rashladni medij. Skraćenice za najvažnije tipove freona su CFC (eng. prva slova za hlor-flour-ugljenik). HCFC (vodonik-flour-ugljeljnik). Najpoznatiji freoni su R - 12 i R - 22 koji su bili najvažniji u proizvodnji rashladnih uređaja. Freoni su netopljivi u vodi, a prodiru visoko u stratosferu jer su inertni u hemijskim reakcijama.

Karakteristike: Freon je nezapaljiv plin bez boje, mirisa i okusa i nije otrovan. To je dokazao Thomas Midgkey udišući taj plin i ispuhujući ga u otvoreni plamen svijeće. Za svoju svrhu, plin je ispunio sva očekivanja, primjenu nije morao tražiti jer je primjena našla njega.

PRENOS ENERGIJE 2

ENTROPIJA (grč. „obrt ka unutra“) je veličina stanja koja se može posmatrati kao mjera za „vezanu“ energiju nekog zatvorenog mat. sistema, tj za energiju koja se, nasuprot „slobodnoj“, više ne može pretvoriti u rad. Suprotan pojam je entalpija. Entropija je, dakle, težnja sistema da pređe u stanje veće neuređenosti sistema. Najveća uređenost sistema je apsolutna nula. Pošto ona ne može da se postigne, prema trećem principu termodinamike (Nernsova teorema) uzima se entropija, a simptomski teži nuli kada temperatura sistema prilazi apsolutnoj nuli.

Apsolutna nula je pojam koji označava uslovno temperaturu, tj najnižu moguću temperaturu od koje ništa ne može biti hladnije, jer tada u sistemu nema toplotne energije. Prema dogovoru apsolutna nula je tačno definisana kao:

0 K na Kelvinovoj skali, koja predstavlja termodinamičku (apsolutnu) skalu i -273.15 °C na Celzijusovoj skali

ENTALPIJA je mjera totalne energije termodinamičkog sistema. Ona se sastoji od unutrašnje energije koja je energija neophodna da bi se formirao sistem i količine energije potrebne da bi se obezbjedio prostor za sistem potiskivanjem njegove okoline i uspostavili njegova zapremina i pritisak.

CENTRALNA I LOKALNA REGULACIJA TOPLOTE

Tokom rada centralnih sistema grejanja, zbog promjene klimatskih uticaja (prevashodno temp. spoljnog vazduha i brzine vjetra) toplotne potrebe se stalno mjenjaju. Isporuka toplote iz kotla stalno mora da se prilagođava trenutnim potrebama potrošača. Toplotne potrebe se mjenjaju i u toku dana i u toku grejne sezone. Postavlja se pitanje: kako sistem centralnog grejanja treba da prati te potrebe?

Usljed dnevnih i godišnjih promjena u potrebama za toplotom potrošača u sistemu daljinskog grejanja potrebno je uskladiti dinamiku isporuke toplote iz toplane. Centralna regulacija količine toplote koja se isporuči u jedinici vremena može se ostvariti na sl. načine:

1. Promjenom temperature razvodne vode θ r ≠ const., pri konstantnom protoku m = const.

2. Promjenom protoka vode m ≠ const., pri konstantnoj temperaturi razvoda θ r = const.

3. Kombinovano, promjenom oba parametra θ r = const. i m ≠ const.

Prvi način regulacije omogućava smanjenje isporučene količine toplote snižavanjem temperature razvodne i povratne vode, što je povoljno sa aspekta smanjenih gubitaka toplote u transportu (cjevovodu). Osim toga, pri održavanju konstantnog protoka povoljna je raspodjela toplote u sistemu (pod uslovom da je cjevna mreža dobro izbalansirana) – svaki potrošač dobija onu količinu koja mu je potrebna, u skladu sa trenutnim gubicima. Nedostatak ovog načina regulacije je što kroz sistem cirkuliše nepotrebno velika količina vode tokom cijele sezone, pa su veći troškovi za pogon cirkulacionih pumpi. Ovaj način regulacije se primjenjuje kod nas i u velikom broju evropskih zemalja.

Smanjenjem protoka vode takođe je moguće ispratiti smanjenje toplotnog konzuma. Primjenom ovog načina regulacije dolazi do smanjenja brzina strujanja u cjevovodu, pa je pad pritiska usljed trenja i lokalnih otpora manji, što dovodi do manjeg napora pumpe i značajno manje potrošnje električne energije za pogon pumpi i značajno manje potošnje električne energije za pogon pumpi (el. energija pumpe se mjenja sa trećim stepenom u odnosu na promjenu protoka). S druge strane, nedostatak ovakvog načina regulacije su povećani gubici toplote u transportu.

PRENOS ENERGIJE 3

Lokalna regulacija podrazumjeva održavanje željene unutrašnje temperature vazduha u pojedinim prostorima u zgradi. Zbog svojih međusobnih razlika u orijentaciji, namjeni, broju ljudi koji u njima boravi ljudi koji u njima boravi i dobitaka toplote imaju različite potrebe za isporučenom toplotom. Kada ne postoji lokalna regulacija toplotnog učinka, prostorije orijentisane ka jugu i velikim dobicima od unutrašnjih izvora se „pregrejevaju“, pa korisnici često primjenjuju „regulaciju“ čestim provjetravanjem – otvaranjem prozora. Najčešći način primjene lokalne regulacije je postavljanje sobnog termostata ili radijatorskih ventila sa termostatskim glavama.

GREJNA TIJELA – VRSTE I NAČINI ODAVANJA TOPLOTE

Grejna tijela predstavljaju jedan od osnovnih el. postrojenja za centralno grijanje. Zadatak grejnog tijela je da prostoriji preda određenu količinu toplote koja je jednaka trenutnim gubicima toplote. Toplota koja se proizvodi u kotlu, sistemom cijevi se razvodi do prostorija, a grejno tijelo zatim dovedenu toplotu predaje prostoriji. Ima više vrsta grejnih tijela, od kojih su u sistemima centralnog grejanja najviše zastupljeni radijatori.

RADIJATORI

Radijatori su člankasta grejna tijela, čija konstrukcija omogućava postizanje željene površine grejnog tijela kroz spajanje određenog broja članaka. Spajanje članaka se vrši pomoću posebnih elemenata – nazuvica. Označavanje radijatora se obično vrši na slijedeći način: n-A/C, gdje je:

n - broj članaka A – razmak između priključaka C – širina radijatora

Kada se radijatori postavljaju u nišu ispod prostora, tada je neophodno ostaviti od 70 do 120 mm slobodnog prostora iznad radijatora, kako bi se obezbjedilo opstrujavanje radijatora sobnim vazduhom. Ukoliko nema niše ispod prozora, tada visina radijatora ne smije prelaziti visinu parapetnog zida. Takođe je potrebno ostaviti 20-50 mm praznog prostora između radijatora i spoljnog zida.

Maskiranje radijatora – postavljanje maske preko njega zbog estetskih ili zaštitnih razloga – loše je termičko riješenje, jer je u tom slučaju odavanje toplote smanjeno za 10-30 %. Oblik članaka zavisi od materijala od koga se radijator izrađuje, a to mogu biti:

Liveno gvožđe Čelični lim Al legure

PRENOS ENERGIJE 4

Kada se govori o kvalitetu radijatora, poređenje se može izvršiti prema različitim kriterijumima. Kriterijumi na osnovu kojih se ocjenjuje kvalitet radijatora su slijedeći:

1. Trajnost (otpornost na koroziju) LG, Al;2. Inertnost (veća masa i veći sadržaj vode – veća inertnost);3. Veličina (specifično odavanje toplote – W/č);4. Težina (veća težina – skuplja montaža);5. Izgled (estetski kriterijum – induvidualno, stvar ukusa);6. Cijena.

Način odavanja toplote

Radijatori su dobili naziv po želji konstruktora da odaju toplotu zračenjem. Međutim, oni mnogo više odaju toplotu konvekcijom zbog oblika članaka, dok se odavanje toplote zračenjem kreće u granicama od 10 - 30 %. Radijator predstavlja dobro riješenje sa aspekta uslova ugodnosti, pogotovo kada je niži temperaturski režim grejanja i ukoliko su dobro postavljeni u prostoriji.

Radijator je najbolje postaviti uz hladnu površinu, tj na mjestu gdje su najveći gubici u prostoriji, a to su mjesta ispod prozora, te uz spoljni zid.

Fiksiranje (vješanje) radijatora može biti: Na konzolu i držače (češće primjenjivano riješenje); Na nožice (rijeđe se primjenjuju, npr. kada se radijator postavlja uz staklenu površinu).

Pločasta grejna tijela

Pločasta grejna tijela se uglavnom izrađuju od čeličnog lima. Njihove osnovne karakteristike su mala debljina i velike glatke ili profilisane površine. Po pitanju toka vode i načinu i velike glatke ili profilisane površine. Međutim, pločasta grejna tijela nemaju članke kao radijatori, pa samim tim ni mogućnost dobijanja željene površine za odavanje toplote – sklapanjem na samom objektu, već se i isporučuju u fiksnim dimenzijama. Izrađuju se u standardizovanim veličinama – dužina x visina x debljina, i u zavisnosti od toga zavisi njihov toplotni učinak – odavanje toplote. Po pitanju dimenzija, trajnosti, montaže i inertnosti pri odavanju toplote gotovo su identični kao i radijatori od čeličnog lima. Njihova prednost u odnosu na čelične radijatore je estetika – ljepše izgledaju, a zbog svoje male debljine skoro da ne zauzimaju koristan prostor u prostoriji.

tip članakabroj članaka

600/1102400

−20

Količina toplote [W]

PRENOS ENERGIJE 5

Člankasti radijatori

tip radijatora visina radijatora

dužina radijatora

22−600 /10001350

količina toplote [W]

Cijevna grejna tijela

Cijevna grejna tijela su sastavljena od više redova cijevi koje su izložene sobnom vazduhu, kome predaju toplotu pretežno konvektivnim putem. Cijevna grejna tijela se koriste u prostorijama koje imaju male gubitke toplote, kao što su kupatila, WC, hodnici, blokirane prostorije (bez spoljnih zidova i prozora)... Materijal za izradu cijevnih grejnih tijela je uglavnom čelik, odnosno sama grejna tijela se izrađuju spajanjem čeličnih cijevi na različite načine. Prenosti cijevnih grejnih tijela je lako održavanje čistoće (higijenski uslovi), kao i lijep izgled površine; mogu da se farbaju, nikluju, plastificiraju...

U cilju povećanja odavanja toplote cijevna grejna tijela mogu da se orebravaju; s obzirom na koeficijent prelaza toplote sa čvrstih tijela na vazduh ima nižu vrijednost od koeficijenta prelaza toplote sa vode na čvrsto tijelo (zid cijevi), povećanjem spoljne površine cijevi putem orebrenja postiže se bolje odavanje toplote. Međutim, kod orebrenih površina se javlja problem čišćenja, pa su narušeni higijenski uslovi u prostoriji.

Konvektori

Konvektori su lamelasti zagrejači vazduha koji se izrađuju od orebrenih cijevi (čeličnih cijevi sa čeličnim rebrima ili bakarnih cijevi sa aluminijumskim rebrima). Sam zagrejač vazduha (izmjenjivač toplote) je smješten u posebno kućište, koje je konstruisano tako da se pospješuje prirodna konvekcija. Visina kućišta, odnosno razmak između gornjeg i donjeg otvora na kućištu direktno utiče na uzgonsku silu koja ostvaruje cirkulaciju vazduha kroz konvektor. Odavanje toplote se odvija isključivo konvekcijom (pa su tako i dobili naziv). Toplotni učinak konvektora, odnosno odavanje toplote, zavisi kako od broja osnovnih cijevi razmjenjivača toplote, tako i od visine kućišta. Podešavanja grejnog kapaciteta se može vršiti i sa „vodene“ i sa „vazdušne“ strane. Regulacija sa „vodene“ strane se ostvaruje preko regulacionog ventila, obično kvalitativno – promjenom temperature vode koja struji kroz zagrejač. Regulacija se može ostvariti i promjenom protoka grejnog fluida. Sa vazdušne strane regulacija se vrši pomoću žaluzina koje se nalaze na izlaznom otvoru za vazduh (na ovaj način se ne mjenja hidraulički režim u cijevnoj mreži).

PRENOS ENERGIJE 6

Pločasti radijatori

Prednosti konvektora u odnosu na radijatore:

1. kompaktniji su (lakši, manje materijala, jeftiniji),2. estetski ljepši (lijepa maska koja se može ukolpiti u enterijer),3. manja inercija (brže stupaju u dejstvo od radijatora),4. pored centralne regulacije sa „vodene“ strane postoji i lokalna regulacija u samoj prostoriji – sa

„vazdušne“ strane,5. mogu da izdrže veće pritiske (što se javlja u visokim zgradama gdje je velika vrijednost statičkog

pritiska).

Konvekcija: Prenos toplote ili mase konvekcijom je pojava do koje dolazi kada fluid (tečnost ili gas) razmjenjuje toplotu (masu) unutar samog sebe, prostim mješanjem (konvekcijom) materije. Ovaj proces se odvija pod uslovom da postoji razlika temp. unutar samog fluida.

Nedostaci konvektora:

1. Loši higijenski uslovi (teško održavanje čistoće – taloženje prašine i njeno podizanje pri radu konvektora),

2. Nema odavanja toplote zračenjem.

Najviše iz higijenskih razloga se konvektori danas više ne koriste za stambene objekte, a vrlo rijetko i za poslovne objekte, a vrlo rijeko i za poslovne objekte i objekte opšte i javne namjene. Njihova primjena se danas javlja samo u objektima koji se povremeno greju, kada je potrebno ostvariti brzo zagrejavanje prostora. Međutim, i u tom segmentu ih ima sve manje jer ih potiskuju kaloriferi i vazdušno grejanje.

Panelna grejna tijela

Panena grejna tijela (ili samo paneli) su grejna tijela sastavljena od neorebrenih „cijevnih zmija“, koje se postavljaju u građevinsku konstrukciju prostorije. Cijevi se mogu postaviti slobodno u podnoj ploči (oko njih je manji sloj vazduha koji se zagrejava) ili ulivene u beton. Ukoliko se cijevi panela ulivaju u beton važno je da koeficijent temp. širenja cijevi i betona bude približno isti, kako ne bi dolazilo do pucanja građevinske konstrukcije i samih cijevi. Cijevi od kojih se izrađuju paneli mogu biti čelične (što je jako rijetko), bakarne i plastične (polietilenske i polipropilenske...). U zavisnosti od toga u koji građevinski element prostorije se ugrađuju paneli, razlikuje se:

podno (najčešće), zidno i plafonsko grejanje.

Panel prekriva ceo građevinski element ili njegov veći deo, tako da kod podnog grejanja – pod predstavlja grejno tijelo.

PRENOS ENERGIJE 7

Panelna grejna tijela odaju toplotu:

- zračenjem na okolne površine u prostoriji (kod podnog grejanja oko 55% dok kod plafonskog grejanja može dostići i 90%),

- konvekcijom na sobni vazduh (kod podnog oko 45%, a kod plafonskog znatno manji).

Panelna grejanja se uvijek izvode kao niskotemperaturna grejanja – pošto je povećana površina za razmjenu toplote, onda se može ići na nižu temp. razliku između grejnog fluida i vazduha u prostoriji.

Podno grejanje je najčešće primjenjivano panelno grejanje. Kod ovog sistema je znatno bolja raspodjela temp. vazduha po visini prostorije u odnosu na plafonsko grijanje zbog težnje da zagrejan vazduh struji naviše. Udio konvektivnog prenosa toplote je veći nego kod plafonskog i kreće se u granicama od 40 - 45 %. Koeficijent prelaza toplote pri konvekciji kreće se u granicama α = 3.2 - 4.8 W/m²K.

Slično kao i kod plafonskog grejanja, zbog veličine panela, kapacitet ovakve vrste grejanja je limitiran površinom poda prostorije u čijem se dijelu postavlja panel. Za razliku od plafonskog grejanja, za podno grejanje se ne može uvijek korisiti cijela površina poda, već samo onaj dio koji nije pokriven namještajem.Temperatura poda diktirana je higijenskim uslovima i zaštite nogu od pretjeranog zagrejavanja. Na osnovu iskustva limitirane su max. temperature poda za podno grejanje:

25°C – u radnim prostorijama u kojima se dugo boravi stojeći,28°C – u stambenim i kancelarijskim prostorijama,30°C – u izložbenim i sl. halama,32°C – u kupatilima i plivačkim bazenima,35°C – u prostorijama u kojima se kratko boravi ili kroz koje se samo boravi.

Načini izvođenja panelnog grejanja:

Postoji veliki broj tehničkih riješenja za izvođenje panelnog grejanja, neka od tih riješenja su patentirana, ali se generalno sva riješenja mogu podjeliti u dvije grupe:

1. Cijevi su zalivene u beton i direktno predaju toplotu kondukcijom građevinskom elementu,2. Cijevi su unutar građevinskog elementa, ali su slobodne – oko njih je sloj vazduha. Na taj način

zagrejava se vazduh, a toplota se građevinskom elementu predaje posredno – konvekcijom i zračenjem.

Načini polaganja su takođe različiti. Dva osnovna tipa su:

u vidu serpentina (cijevnih zmija) u vidu puža (spiralno)

PRENOS ENERGIJE 8

Fiksiranje cijevi se vrši:

pomoću vješaljki (kod plafonskog grejanja), pomoću armature od čelične žice, pomoću specijalnih plastičnih držača.

Prednosti panelnog u odnosu na radijatorsko grejanje:

1. Povoljnija raspodjela temp. po zapremini prostorije (podno grejanje),2. Povoljniji uslovi ugodnosti za boravak ljudi zbog niskotemp. zračenja,3. Nema podizanja prašine,4. Mogućnost korištenja alternativnih izvora energije (OIE – solarne i geotermalne),5. Niža temp. vazduha za iste uslove ugodnosti – ušteda energije,6. Nema vidnih grejnih tijela u prostoriji – nema narušavanja enterijera,7. Mogućnost korišćenja za hlađenje tokom ljeta (plafonski paneli).

Nedostaci panelnog grejanja u odnosu na radijatorsko grejanje:

1. Inertan sistem, pa je otežana regulacija,2. Visoki investicioni troškovi, ako se instalacija ne izvodi tokom građenja,3. Velika materijalna šteta ukolko dođe do pucanja cijevi.

SISTEMI CENTRALNOG GREJANJA

Uređaji za grejanje

Potrebna količina toplote za grejanje se u prostoriju dovodi preko uređaja za grejanje (ili sistemom za grejanje, ukoliko je u pitanju centralno snabdjevanje toplotom). Trenutni toplotni gubici prostorije se nadoknađuju radom uređaja za grejanje.

Osnovna podjela grejnih uređaja za grejanje zgrada je na:

Pojedinačne (lokalne) uređaje za zagrevanje pojedinačnih prostorija, Postrojenja za centralno grejanje.

Kada su u pitanju podjele sistema centralnog grejanja, onda se one mogu napraviti prema:

1. Nosiocu toplote (grejnom fluidu); na vodene, parne i vazdušne sisteme,2. Vrsti goriva; na sisteme na čvrsto, tečno ili gasovito gorivo,3. Načinu odavanja toplote; na konvenktivno, vazdušno i kombinovano,4. Vrsti izvora toplote; na konvencijalne i nekonvencijalne sisteme.

PRENOS ENERGIJE 9

Osnovna karakteristika lokalnih uređaja je da se nalaze u samoj prostoriji koja se greje. U grejnom uređaju se odvija proces sagorjevanja goriva (čvrstog, tečnog ili gasovitog) ili pretvaranje nekog drugog oblika u toplotu. Nastala toplota u grejnom uređaju predaje se prostoriji u kojoj se uređaj nalazi. Postoje riješenja kada se jedan lokalni uređaj može koristiti i za grejanje dvije prostorije (npr. kada se uređaj postavi u zidu dvije susjedne prostorije), ali je kod uređaja za lokalno zagrejavanje ipak uobičajeno: jedan uređaj – jedna prostorija.

Kod postrojenja za centralno grejanje je karakteristično to što se na jedan izvor toplote vezuje veći broj grejnih tijela. Pošto se loženje odvija na jednom mjestu – centralizovano, onda se i takvi sistemi nazivaju sistemi za centralno grejanje. Postrojenje za centralno grejanje ima tri osnovna elementa (i veći broj pomoćnih uređaja bez kojih ne bi moglo da se radi), a to su: izvor toplote, distribucija toplote i grejna tijela.

Dakle, osnovni elementi sistema za centralno grejanje su:

1. IZVOR TOPLOTE (Kotao na čvrsto, tečno ili gasovito gorivo, obično toplovodni, a može i parni kotao),

2. DISTRIBUCIJA TOPLOTE (ili razvod toplote, cijevni razvod, cijevna mreža koja služi da se grejni fluid razvede od izvora topl. do grejnih tijela i da se obezbjedi povratak grejnog fluida u kotao – zatvoreni sistem),

3. GREJNA TIJELA (čija je funkcija odavanje toplote i zagrejavanje prostorije.

Danas je u upotrebi veliki broj različitih sistema za centralno grejanje. Svaki od sistema ima određene prednosti i nedostatke i stvar je korisnika da uz pomoć projektanata i izvođača radova odabere onaj sistem koji najbolje odgovara njegovim potrebama i mogućnostima. Kada se govori o kvalitetu uređaja za grejanje, poređenje se može izvršiti prema različitim kriterijumima. Kriterijumi na osnovu kojih se ocjenjuje kvalitet grejnog uređaja mogu se svesti na šest osnovnih kategorija i to:

1. Funkcionalnost (najvažniji kriterijum),2. Ekonomičnost ,3. Higijenski uslovi,4. Estetika,5. Bezbjednost,6. Estetika.

Funkcionalnost grejnog tijela podrazumjeva da uređaj može da zadovolji toplotne potrebe objekta u svim eksploatacionim uslovima. Pod dobrom funkcionalnošću se takođe smatra i dobra regulacija toplotnog učinka na način da odavanje toplote uređaja odgovara trenutnim gubicima toplote u cilju održavanja konstantne zadate temperature vazduha u prostoriji.

PRENOS ENERGIJE 10

Ekonomičnost je karakteristika koja se uvijek uzima u obzir. Grejanje je trošak za korisnika koji teži da taj trošak bude što manji, pri čemu se smatra da je zadovoljena funkcionalnost. Troškovi grejanja se dijele na investicione i eksploatacione. Investicioni troškovi podrazumjevaju cijenu ugradnje samog postrojenja za grejanje, dok se eksploatacioni troškovi odnose na cijenu utrošenog goriva/energije (radne snage, održavanja, osiguranja) tokom grejne sezone. Razvijene su veoma složene metode za ocjenu rentabilnosti investicije, koje mogu biti statičke i dinamičke.

Često se radi tehno – ekonomska analiza koja će doprinijeti uštedi u potrošnji energije sistema, onda se period otplate računa kao količnik cijene godišnje uštede energije i cijene koštanja dodatne opreme koja omogućuju uštedu. Smatra se da je investicija isplativa ukoliko je rok otplate manji od 5 godina.

Higijenski uslovi obuhvataju:

Postizanje zone ugodnosti za ljude koji borave u prostoriji – ravnomjerno zagrejavanje prostorije po površini i dubini,

Povoljan odnos toplote predate zračenjem i konvekcijom, Kvalitet (čistoća) vazduha u prostoriji (podrazumjeva da je u prostoriji osim termičkih,

parametara, obezbjeđeno i provjetravanje, da nema produkata sagorijevanja i da nema podizanja prašine usljed intenzivnijeg strujanja vazduha).

Estetika podrazumjeva da se uređaji za grejanje dobro uklapaju u enterijer. Smatra se da uređaji za grejanje nisu „ukras“ prostorije, već „nužno zlo“, tako da što manje treba da remete unutrašnji izgled prostorije. Od uređaja za grejanje se, u tom smislu, zahtjeva da zauzimaju što manje korisnog prostora u prostoriji i da se uklapaju u unutrašnju arhitekturu objekta (po izgledu, boji, a ponekad se i maskiraju ukoliko se ne mogu uklopiti u enterijer). Estetski izgled uređaja za grejanje ponekad može odlučujući parametar pri izboru. Maskiranje grejnih uređaja u načelu je termički loše riješenje i primjenjuje se samo kada su estetski razlozi dominantni. U slučajevima strogih zahtjeva u izgledu prostorije, kada se uobičajeni grejni uređaji ne uklapaju u enterijer, bolje je orijentisati se na klimatizaciju (vazdušno grejanje), koja se može odlično maskirati (kanali vođeni u spuštenoj tavanici i elementi za ubacivanje vazduha se lijepo uklapaju u enterijer).

Bezbjednost uređaja za grejanje jeste njihova odlika koja se odnosi na opasnosti koje se mogu javiti prilikom njihovog korišćenja. Opasnosti su: požar, prodor dimnih gasova u prostoriju, eksplozija sudova pod pritiskom (kotla, peći, rezervoari), pucanje instalacije (izlivanje vode). Današnji uređaji za grejanje na takvom tehničkom nivou mogu da pružaju izuzetno dobru bezbjednost. Pri projektovanju svih centralnih sistema za grejanje postoje posebni propisi koji se odnose na zaštitu od požara i koji se moraju primjeniti u projektu. Prije izvođenja instalacije, projekat obavezno, pored ostalih saglasnosti, mora dobiti saglasnost protivpožarne policije.

Ekologija, odnosno ekološki aspekti uređaja za grejanje podrazumjevaju da uređaj što manje narušava životnu sredinu. Elementi važni za okolinu su:

- izbor goriva,- kvalitet sagorjevanja i kontrola rasejavanja produkata sagorjevanja,- filtriranje produkata sagorjevanja prije izbacivanja u atmosferu,- lokacije deponija šljake i sl.

PRENOS ENERGIJE 11

Imajući u vidu svih 6 navedenih kriterijuma, generalni je stav da u urbanim sredinama (gusto naseljenim) centralno grejanje ima niz prednosti u odnosu na pojedinačne uređaje za grejanje.

Prednosti su:

bolji (ravnomjerniji) raspored temperature vazduha po prostoriji, mogućnost grejanja sporednih prostorija, veći kotlovi imaju bolji stepen iskorišćenja – bolje iskorišćenje goriva i bolju regulaciju rada kotla,

što uzrokuje ujedno i manjim zagađenjem okoline, rad velikih kotlova nadgleda kvalifikovano osoblje, manje priljanje stanova i zgrade, manje broj dimnjaka u zgradi, manji transportni troškovi goriva, manje angažovanje korisnika prostorija.

Nedostaci centralnog grejanja u odnosu na lokalne uređaje za grejanje su:

- veći investicioni troškovi- lošija lokalna regulacija, naročito ako se isključi grejanje u pojedinim stanovima.

Zbog svih navedenih prednosti sistema centralnog grejanja u odnosu na lokalne urađaje za grejanje, danas je primjena postrojenja za centralnog grejanje (uključujući i daljinsko grejanje kao najširi pojam centralnog grejanja) veoma rasprostranjena, naročito u većim gradovima.

POJEDINAČNI (LOKALNI) UREĐAJI ZA GREJANJE

Osnovna podjela lokalnih uređaja za grejanje prema vrsti goriva energije: peći na čvrsto gorivo, peći na tečno gorivo, peći na gasovito gorivo, uređaji za grejanje koji koriste električnu energiju.

PEĆI NA ČVRSTO GORIVO kamini, zidane peći, metalne peći (bunkerske i trajnožareće).

PRENOS ENERGIJE 12

Kamin predstavlja ognjište koje je otvoreno prema prostoriji, što dovodi do povećane opasnosti od pojave požara i prodora dimnih gasova u prostoriju. Toplota se predaje uglavnom zračenjem otvorenog plamena visoke temperature. Akumulaciona sposobnost kamina nije velika, tako da ubrzo po gašenju plamena prestaje i grejanje. U kaminima se kao gorivo koristi drvo, pa je stepen iskorišćenja jako mali (Ƞ = 10 - 30 %). Kamini zadovoljavaju estetski kriterijum – jako se lijepo mogu uklopiti u prostor, čak mogu biti i ukras u prostoriji. U našim klimatskim uslovima klasični kamini se mogu koristiti samo kao dopunski izvor grejanja. Međutim, kao i većina uređaja i kamini su tehnički uznapredovali tako da moderni kamini imaju veći stepen iskorišćenja, kontrolu intenziteta sagorjevanja, veće akumulacione sposobnosti, povećano odavanje toplote itd.

Zidane peći su bile jako rasprostranjene tokom 60-ih i 70-ih godina prošlog vijeka. Najpoznatije su kaljeve peći. Ove peći imaju znatnu sposobnost akumulacije toplote. Sa unutrašnje strane su obložene samotnim pločama, tako da mogu grejati i veći broj sati (12 – 16 h) nakon što se prekine loženje. Kao gorivo u ovim pećima se može koristi drvo i ugalj. Stepen iskorišćenja goriva se kreće oko 50% (max. 80%). Karakteristika ovih peći je da imaju povoljan odnos odavanja toplote konvekcijom i zračenjem. Estetski su takođe zadovoljeni i ove peći mogu jako lijepo izgledati i biti izrađene od kaljeva različitih boja i teksture.

Trajnožareće peći su kod nas uglavnom bile „Kreka Vesso“ peći. Ove peći ispod metalnog kućišta imaju šamotni ozid, pa je na taj način povećana akumulacija toplote i snižena temperatura površine peći. Na taj način je značajno poboljšan odnos količine toplote odate konvekcijom i zračenjem. Akumulacija goriva je takođe prisutna kod ovih peći, tako da njihovo loženje ne zahtjeva veliko angažovanje – dovoljno je ubaciiti gorivo u peć jednom do dva puta u toku dana. Imaju dobro i potpuno sagorjevanje, pa se stepen iskorišćenja goriva kod njih kreće od 75 - 85%. Svaka peć mora biti vezana za dimnjak. Pravilo je: jedna peć – jedna dimna cijev. Dimnjaci mogu biti zidani i montažni. Zidani dimnjaci su uglavnom od opeke i poželjno je da njihova unutrašnjost bude glatka (jer je manji otpor strujanju gasova i manje prljanja površina pepelom) ili neomalterisana, jer se malter kruni i otpada na visokim temperaturama. Montažni dimnjaci se izrađuju od šamota – obično su kružnog poprečnog presjeka (Ø14, Ø16, Ø18, Ø20...).

PEĆI NA TEČNO GORIVO

Peći na tečno gorivo se kod nas često nazivaju „nafta peći“, mada ustvari koriste ekstra lako ulje za loženje. Odavanje toplote se pretežno odvija konvektivnim putem, jer je metalno ložište obavijeno i metalnim kućištem (uglavnom iz higijenskih i estetskih razloga). Kod ovih peći je, za razliku od uređaja koji koriste čvrsto gorivo, mnogo bolja regulacija. Stepen korisnosti se kreće oko 80%. Mana ovih peći je prisutnost nepoželjnih mirisa koji se javljaju usljed isparenja iz rezervoara, prodiranja dimnih gasova ili usljed prosipanja goriva pri punjenju.

PEĆI NA GASOVITO GORIVO

Peći na gasovito gorivo mogu da koriste prirodni (zemni) gas ili tečni (propan – butan). Kod ovih peći odnos date toplote konvekcijom i zračenjem može biti veoma različit u zavisnosti od konstrukcije peći (reflektorske, sa usijanim elementima sa cijevnim grijačima vazduha itd.). Zajednička karakteristika je visok stepen iskorišćenja goriva od oko 85%, kao i dobra regulacija. Pri potpunom sagorjevanju prirodnog gasa produkti sagorjevanja su CO₂ i vodena para.

PRENOS ENERGIJE 13

Prednosti ovih uređaja su: čistoća u radu, jednostavnost rukovanja i dobra regulacija. Nedostaci su: opasnost od požara i opasnost od trovanja gasom.

UREĐAJI ZA GREJANJE KOJI KORISTE EL. ENERGIJU

Grejalice, Kaloriferi, Termoakumulacione peći, Klimatizeri (split sistemi, topl. pumpe).

El. uređaji se bitno razlikuju u mnogim elementima od uređaja za grejanje koji rade sagorjevanjem konvencionalnog goriva. Prednosti su:

- Visoka cijena energije (kod nas nije toliko, koliko je to izraženo u razvijenim zapadnim zemljama)- Sa aspekta društva u cjelini, veoma je neracionalno koristiti el. energiju za grejanje

Električne grejalice koriste efekat zegrejavanja provodnika (usljed otpora provođenja el. energije). Toplota se pretežno odaje zračenjem i ovi uređaji nemaju nikakvu sposobnost akumulacije toplote, tako da iz mreže „vuku“ struju onda kada je grejanje potrebno, a špicevi potrošnje el. energije i toplote se često podudaraju, što je nepovoljno (viskoka tarifa).

Kaloriferi su uređaji za grejanje koji imaju ugrađen ventilator kojim se ostvaruje prinudno strujanje sobnog vazduha preko električnog grejača i time se pospješuje prelaz toplote. Odaju toplotu konvektivnim putem. Nemaju mogućnost akumulacije toplote. U odnosu na grejalice, imaju nepovoljnije higijenske aspekte i usljed prinudnog strujanja vazduha dolazi do podizanja prašine u prostoriji. Inače, osim električnih, kaloriferi mogu imati i toplovodne grejače.

Termoakumulacione peći imaju ispunu od magnezijumskih opeka između električnog grejača i metalnog kućišta, tako da imaju veliku moć akumulacije toplote. Peć se „puni“ tokom noći u doba jeftinije tarife el. energije, a toplotu odaje preko dana kada postoje potrebe za grejanjem.

Klimatizeri (topl. pumpe) kao prevenstvenu ulogu imaju zadatak hlađenja tokom ljeta, ali mogu da rade i u režimu toplotne pumpe tokom hladnijih dana kada greju. Naziv „split“ sistem potiče od eng. riječi sa značenjem „podjeljen“, jer se uređaj sastoji iz dvije jedinice: spoljne i unutrašnje. Po svojoj koncepciji uređaj se sastoji od kompresora, kondenzatora, isparivača i prigušnog ventila. Radni fluid je freon. Kompresorsko – kondenzatorska jedinica je spoljna jedinica, dok se isparivač nalazi u unutrašnjoj jedinici. U režimu hlađenja, tokom ljeta, freon se kondenzuje u kondenzatoru predajući toplotu spoljnom vazduhu, a isparava u isparivaču i toplotu isparavanja oduzima od vazduha u prostoriji. Vazduh iz prostorije se uvodi u unutrašnju jedinicu sa čeone strane, a ubacuje nazad u prostoriju sa donje strane uređaja. U režimu grejanja, kondenzator i isparivač mjenjaju uloge – u unutrašnjoj jedinici se vrši kondenzacija freona i toplota kondenzacije se predaje vazduhu u prostoriji, dok se isparavanje odvija u spoljnoj jedinici. Ovi uređaji ne mogu da rade pri jako niskim temperaturama u spoljnoj jednici. Dakle, pomenuti uređaji ne mogu da rade pri izraženo niskim temperaturama (nižim od -50°C), jer dolazi do stvaranja inja na spoljnoj jednici i sprečavanja razmjene toplote. S obzirom da su potrebe za grejanjem najveće tokom najnižih spoljnih temperatura, ovi uređaji se mogu koristiti za dogrejavanje u prelaznim periodima, na početku i na kraju sezone. Klasični klimatizeri rade tako što zagrejavaju ili hlade sobni vazduh.

PRENOS ENERGIJE 14

GEOTERMALNA ENERGIJA

Toplotna energija koja je akumulirana u podzemnim vodama naziva se HIDROGEOTERMALNA energija. Da bi se podzemne vode smatrale toplotnim izvorom, potrebno je da njihove temperature budu veće od 10°C. Geotermalna energija spada u obnovljiv izvor energije i u različitoj je mjeri prisutna svuda. Samim tim je ekološki najopravdanija njena upotreba, a gledano ekonomski je i najpovoljnija jer nam dolazi besplatno.

Dakle, toplotne pumpe su uređaji pomoću kojih se toplotna energija prenosi iz jedne u drugu sredinu, a za taj prenos topl. energije utroši energiju koja je nekoliko puta manja od prenijete. Tako npr. toplotna pumpa „Geoterm 18“ ulaže oko 5 kWh na ulazu, da bi se na izlazu dobila ukupna toplotna energija od 18 kWh.

U tehničkoj praksi toplotne pumpe se najčešće koriste za:

Grejanje i hlađenje prostora Rekuperaciju toplotne energije

Toplotna pumpa je, dakle, uređaj koji može toplotnu energiju da transportuje iz spoljašnje okoline u zgradu ili iz zgrade u spoljašnju okolinu. Gledano sa stanovišta investicije u toplotnu pumpu može se odmah zaključiti da se u našem klimatskom području ovaj uređaj veoma racionalno koristi jer se u zimskom periodu koristi za grejanje, a u ljetnjem periodu za hlađenje prostora.

TIPOVI TOPLOTNIH PUMPI

U zavisnosti od sredine iz koje se preuzima toplotna energija i sredine u koju se ona prenosi, postoji više tipova toplotnih pumpi. Najčešća su dva osnovna tipa: vazduh – vazduh, te voda – voda. Mada su, u nešto rijeđoj upotrebi i njihove kombinacije.

TOPLOTNA PUMPA TIPA: VODA – VODA

Toplotna pumpa koja koristi vodu kao toplotni izvor i vodu kao toplotni ponor, uzima energiju iz vode i prenosi je takođe u vodu u drugom prostoru. Kada se kao toplotni izvor koristi podzemna voda koja je cijele godine na temperaturi od 14 do 16°C optimizacijom parametara toplotne pumpe postiže se maksimalni koeficijent korisnog dejstva u toku cijelog perioda upotrebe. Ovaj tip toplotne pumpe u kombinaciji sa podnim sistemom grejanja i hlađenja daje najpogodnije rezultate i sve više se koristi u svijetu. Grejanje putem toplotne pumpe je ekonomski i energetski najefikasniji sistem za grejanje i hlađenje prostora. Toplotna energija se može uzeti iz podzemnih voda koje su na temperaturi od oko 14°C tokom cijele godine. Iz izbušenog bunara voda se vodi u toplotni izmjenjivač u kome se dio toplote iz podzemne vode prenosi u freon koji tada isparava. Djelimično ohlađena voda se vraća u drugi bunar koji je iste dubine kao i prvi tako da se tokovi podzemni h voda ne poremećuju. Freon koji je sada u gasovitom stanju sabija se kompresorom i tada otpušta latentnu prenijetu toplotu i predaje je vodi koja cirkuliše kroz kondenzator i podni sistem cijevi u zgradi.

PRENOS ENERGIJE 15

Prednosti ovakvog sistema za grejanje i hlađenje su slijedeće:

Preko 70 % energije potrebne za grejanje prostora dobija se iz podzemne vode besplatno u toku cijelog vijeka eksploatacije toplotne pumpe,

Podni sistem za grejanje i hlađenje u kombinaciji sa toplotnom pumpom i sunčanim kolektorima je potpuno ekološki način korišćenja energije,

Toplotna pumpa za grejanje ili hlađenje uključuje se na početku grejne sezone, a isključuje se na kraju. Time se postiže najbolji energetski učinak i prostor je zagrejan na željenu temperaturu tokom cijelog tog perioda. Isto važi i za period hlađenja prostora,

Podno grejanje omogućava racionalnije korišćenje prostora zbog toga što nema potrebe za postavljanjem radijatora. To pruža mogućnosti za maksimalno prilagođavanje enterijera potrebama i vizuelnom utisku,

Ugodan osjećaj prijatne toplote u bilo kojem dijelu grejnog prostora omogućava da se temperatura prostora održava na 2 - 3°C nižoj temperaturi u odnosu na druge klasične sisteme grejanja,

Snižavanje temperature životnog ili radnog ambijenta u prosjeku za 1°C donosi energetsku uštedu od 5 do 6 %,

Jednokratnom investicijom se riješava i grejanje prostora, Poređenjem cijena toplotne pumpe i podnog sistema grejanja i hlađenja sa kotlovskim i

radijatorskim sistemom ukazuje da je investicija u podno grejanje sa toplotnom pumpom neznatno veća od klasičnog sistema . Ušteda goriva je dugogodišnja dobit naročito kada se uzme u obzir trend povećanja cijena svih goriva,

Ravnomjerno zagrejavanje cjelokupnog prostora dovodi do minimalnog strujanja čime se drastično smanjuje prisustvo prašine u vazduhu što umanjuje ili eliminiše alergijske tegobe,

Ugodna temperature poda od 22 - 27°C ne izaziva nikakve zdravstvene probleme i omogućuje nošenje lake porozne obuće što smanjuje zamor i povećava ugodnost.

Najpovoljniji trenutak za odlučivanje o sistemu grejanja novog objekta je trenutak početka njegovog projektovanja. Tada je investicija najmanja, a rezultati najbolji.Kod postojećih objekata sistem grejanja je najpovoljnije promjeniti ako se planira ili izvodi temeljna rekonstrukcija, popravka ili adaptacija. Ako u objektu postoji nezadovoljavajući sistem grejanja ili je gorivo isuviše skupo, prelazak na toplotnu pumpu sa podnim grejanjem je najskuplje , ali se dobija najkvalitetnije riješenje i trajno zadovoljstvo. Svi objekti koji se grade na lokacijama gdje se pretpostavlja ili zna da postoje podzemne vode su idealni, tj pogodni za primjenu toplotnih pumpi. Škole, obdaništa, domovi za stara lica, hoteli, industrijski objekti, stambeni objekti, kao i objekti u kojima nije poželjno da se vide grejna tijela su idealni za primjenu ovog sistema grejanja i hlađenja.

SISTEMI TOPLOVODNOG GREJANJA

PRENOS ENERGIJE 16

Sistemi toplovodnog grejanja rade sa toplom vodom kao nosiocem toplote do max. temperature 110°C. Voda se zagrejava u kotlovima i kroz cijevnu mrežu se dovodi do grejnih tijela u prostorijama gdje se hladi, a zatim se ponovo vraća u kotao na zagrejavanje.

Podjele se mogu napraviti na bazi kriterijuma:

- Prema sili koja osigurava cirkulaciju vode: gravitaciona i pumpna;- Prema načinu vođenja cjevovoda: jednocijevna i dvocijevna;- Prema položaju razvodne horizontalne cijevne mreže: sa gornjim i donjim razvodom;- Prema vezi sa atmosferom: otvorena i zatvorena toplovodna grejanja.

U sistemu gravitacionog grejanja strujanje vode kroz cijevnu mrežu ostvaruje se usljed uzgonske sile, prirodnim putem, odnosno bez mehaničke energije. Sva grejna tijela na istom nivou (istom padu) nalaze se na istoj visinskoj razlici u odnosu na kotao, pa prema tome imaju i isti rapoloživi napor Hrasp. Međutim, dužina cijevne mreže kojom je grejno tijelo povezano sa kotlom (strujni krug) razlikuje se za skoro svako grejno tijelo. Izborom odg. prečnika cijevi dionica u strujnom krugu teži se ka tome da ukupan pad pritiska (usljed trenja lokalnih otpora) bude jednak raspoloživom naporu – to važi za sve strujne krugove. Strujni krug čine sve deonice cijevne mreže od kotla do grejnog tijela i od grejnog tijela nazad do kotla – čime je formiran jedan zatvoreni krug u kome struji grejni fluid.

Cirkulaciona pumpa se na shemama postavlja u gl. razvodni vod, iza kotla, što obezbjeđuje natpritisak u većem dijelu instalacije. Pumpa se može postaviti i u gl. povratni vod, pa se tada veći dio instalacije nalazi u „potpritisku“. Izgled polja pritiska u mreži zavisi od mjesta povezivanja ekspanzionog suda sa instalacijom. Inače, cirkulaciona pumpa ima ulogu transporta tople vode u zatvorenom sistemu grejanja. Npr. topla voda iz kotla dovodi se do grejnih tijela, a zatim se ohlađena vraća u kotao.

Radijatorski ventili su postavljeni na razvodnim priključcima grejnih tijela i imaju ulogu smanjenja protoka kroz grejno tijelo ili potpuno zatvaranje – isključivanje grejnog tijela iz sistema.

Radijatorski navijci se postavljaju na povratnim priključcima grejnih tijela. Slično kao i regulacioni ventil na vertikalama i radijatorski navijci mogu imati dvostruku ulogu: zatvaranje – odvajanje grejnih tijela od mreže ukoliko se želi izvršiti bilo kakva intervencija na grejnom tijelu ili njegova zamjena (u paru se zatvaraju sa radijatorskim ventilima) i regulisanje – kada se vrši balansiranje mreže, pa je potrebno izvršiti prigušenje na grejnom tijelu (povećati otpor strujanju u strujnom krugu posmatranog grejnog tijela). Kod velikih sistema ovo je vrlo važna funkcija.

Trokraki mješni ventil je regulacioni ventil koji ima ulogu centralne regulacije rada sistema. Mješanjem povratne i razvodne vode u pogonskom odnosu snižava se temperatura razvodne vode i time se ostvaruje kvalitativna centralna regulacija rada sistema.

Vazdušna mreža se vodi na isti način kao i kod gravitacionog grejanja kada je u pitanju otvoren sistem, ali nema cijevnih petlji, već se na vertikale postavljaju ventili koji su sasvim malo otvoreni. Razlog za to je veći natpritisak u sistemu pumpnog u odnosu na gravitaciono grejanje. Drugi način odzračavanja, koji je takođe često u primjeni je postavljanje odzračnih ventila (radijatorskih) na sva grejna tijela.

Terminom daljinsko grejanje označavamo centralizovano snabdjevanje toplotom većeg broja potrošača tzv. niskotemperaturske toplote. Potrošači toplote u sistemu daljinskog grejanja mogu biti postrojenja

PRENOS ENERGIJE 17

centralnog grejanja, provjetravanja, klimatizacije, postrojenja za pripremu tople sanitarne vode, kao i različiti uređaji koji koriste toplotu. U praksi se još koristi i naziv toplifikacija, koji nije odgovarajući. Najkorektniji izraz bi bio daljinsko snabdjevanje toplotom (jer osim potreba za grejanjem postoje i dr. potrošači toplote), ali je uobičajen izraz daljinsko grejanje.

Podjela sistema daljinskog grejanja može se izvršiti prema nekoliko osnova:

Podjela sistema prema namjeni:- Komunalni sistemi (stambene, poslovne, javne zgrade)- Industrijski sistemi (razne fabrike)

Podjela prema području snabdjevanja toplotom:- Blokovski (određeni br. zgrada na manjoj grad. teritoriji),- Reonski ili gradski (manji gradovi ili veća grad. područja),- Oblasni ili regionalni (grad i okolna naselja).

Podjela prema nosiocu toplote:- Vodeni sistemi- Parni sistemi

Izvor toplote su obično parni ili vrelovodni kotlovi na čvrsto, tečno ili gasovito gorivo. Za transport nosioca toplote (radnog fluida) koristi se posebna cijevna mreža – toplovod (ili parovod) , koja se najčešće izvodi kao podzemna. Cijevi toplovoda ili parovoda moraju biti dobro termički izolovane kako bi se spriječili (tj sveli na najmanju mjeru) gubici toplote od izvora do potrošača.

Toplotna podstanica je element sistema u kome se vrši primopredaja toplote između sistema daljinskog grejanja i kućne instalacije. Oprema unutar toplotne podstanice sastoji se od

termotehničkog (mašinskog) i elektroenergetskog dijela.

Termotehnička instalacija sadrži sve elemente neophodne za rad podstanice kao što su izmjenjivač toplote (kod indirektnog priključenja), cirkulacione pumpe, uređaj za održavanje pritiska ili ekspanzioni sud, armaturu, sigurnosnu opremu i opremu za automatsku regulaciju sistema.

Elektroenergetski deo toplotne podstanice obuhvata energetsku opremu (osigurače, kontaktore, prekidače i indikaciju rada) opremu za mjerenje i regulaciju (računsku jedinicu za mjerenje utrošene energije i napajanje transmitera, te komunikacionu opremu).

Kotlovi su uređaji u kojima se vrši sagorjevanje goriva i pretvaranje hemijske energije goriva u toplotu . Dobijena toplota se predaje radnom fluidu, koji može biti voda, vodena para, vazduh ili termalno ulje.

Ako je radni fluid vazduh, kao što je slučaj sa vazdušnim grejanjem, onda je zagrejavanje vazduha obično indirektno, preko izmjenjivača toplote, a ako je direktno, onda se češće koriste peći za zagrejavanje vazduha nego kotlovi. Vazduh je loš kao radni medijum, jer ima malu vrijednost

PRENOS ENERGIJE 18

specifičnog toplotnog kapaciteta u odnosu na vodu. Ako bi došlo do kratkotrajnog prekida u protoku (prestanka strujanja vazduha), temperatura vazduha u kotlu bi naglo porasla, pa bi moglo doći do pregrejavanja i oštećenja materijala kotla.

U tehnici grejanja, u postrojenjima za centralno i daljinsko grejanje, mnogo češće se koriste toplovodni i vrelovodni kotlovi nego parni, jer se danas skoro isključivo primjenjuje centralno toplovodno grejanje. Kotlovi koji se koriste u sistemima centalnog grejanja mogu biti jako različitih veličina i kapaciteta. Za male instalacije često se koriste i el. toplovodni kotlovi, čiji se kapaciteti kreću od 6 - 24 KW – za etažno grejanje stanova i manjih porodičnih kuća. Kotlovi na čvrsto i tečno gorivo kapaciteta od 20 - 30 KW uglavnom kod porodičnih kuća, a u gradskim toplanama, u sistemima daljinskog grejanja koriste se kotlovi kapaciteta do 50 MW. U posljednje vrijeme se puno radi na povećanju stepena korisnosti kotla i to na sl. način:

- usavršavaju se konstrukciona riješenja,- rade se precizniji proračuni,- koriste se novi materijali i tehnologije za izradu elemenata kotla.

Kako bi se što bolje iskoristila energija sadržana u gorivu, neophodno je da kotao bude u potpunosti prilagođen gorivu. To ne znači samo poznavanje vrste goriva – čvrsto, tečno ili gasovito, već i specifičnosti svake od vrsta goriva – toplotnu moć, hemijski sastav, udio jalovine itd. Osim toga, ukoliko je u pitanju čvrsto gorivo – potrebno je poznavati vrstu uglja (lignit, kameni, mrki ugalj ili briketi i peleti od biomase) kao i na čin sagorjevanja u ložištu (u sloju, na rešetki – nepokretnoj ili pokretnoj, u prahu, specijalni gorionici i mlinovi za ugljeni prah kao dodatna oprema; u fluidizovanom sloju – materijal ispuni sloj, veličina čestica uglja itd.)

S’ druge strane, korisnici kotla bi željeli da imaju što fleksibiilniji kotao u kome bi mogli da sagorjevaju različito gorivo, npr. ono koje je trenutno najjeftinije ili ono koje je dostupno na tržištu. Proizvođači kotlova obično deklarišu da se njihov kotao može koristiti za sva goriva – ukoliko je u pitanju sagorjevanje čvrstog goriva na rešeci, a za tečno i gasovito se mogu naknadno ugraditi odgovarajući gorionici. Jasno je da takav kotao ne može imati visok stepen korisnosti, jer je konstrukcija kotla za čvrsto i tečno gorivo jako različita.

Svaki kotao je prilagođen određenoj vrsti goriva i samo tada ima max.ɳSpecifičnosti goriva određuju specifičnosti konstrukcije kotla, kao npr.

- za goriva sa visokim procentom volatila (isparljivih gorivih materija) potrebno je dovoditi sekundarni vazduh radi potpunijeg sagorjevanja,

- kvalitetni ugljevi (koks, antracit i kameni) mogu dobro i potpuno da sagorjevaju u sloju,- kotlovi za tečno i gasovito gorivo mogu se lakše regulisati, pa su i prekidi u radu kod njih mnogo

jednostavniji,- el. kotlovi su potpuno različiti od kotlova na konvencionalno gorivo, više su nalik bojlerima, nego

kotlovima za sagorjevanje goriva.

Kondenzacioni kotlovi su kotlovi kod kojih se toplota sadržana u vodenoj pari i dimnim gasovima koristi putem kondenzacije.

PRENOS ENERGIJE 19

Donja toplotna moć (H d ) je toplota oslobođena procesom sagorjevanja goriva bez dodatnog iskorišćenja toplote kondenzacije vodene pare (dimni plinovi su svedeni na standardno stanje, a vodena para se ne kondenzuje). Kod goriva koja u svom sastavu sadrže vodonik, pa iz istog razloga u dimnim gasovima sadrže vodenu paru, razlikuje se gornja topl. moć od donje topl. moći. Gornja toplotna moć (H g ) predstavlja toplotu oslobođenu procesom sagorjevanja goriva sa dodatnim iskorišćenjem toplote kondenzacije vodene pare (dimni plinovi su svedeni na standardno stanje, a vodena para se kondenzuje). Gornja topl. moć veća je od donje za količinu toplote kondenzacije vodene pare sadržane u dimnim gasovima.

Cijevna mreža u sistemima centralnog grejanja ima funkciju povezivanja izvora toplote sa grejnim tijelima u sistemu. Postoje različiti sistemi povezivanja instalacije grejanja, kao npr. dvocijevni sistem sa gornjim i donjim razvodom, jednocijevni sistemi – horizontalni i vertikalni, sa kratkom vezom i bez nje. Svaka cijevna mreža u sistemima centralnog grejanja čini jedan zatvoreni strujni krug, odnosno povezuje izvor toplote sa grejnim tijelima čineći zatvoren sistem. Sačinjena je od cijevi koje mogu biti od različitih materijala i svaka cijev u strujnom krugu istog prečnika i protoka fluida naziva se deonica.

Cijevna mreža se može podjeliti na dvije cjeline:- razvodnu- povratnu cijevnu mrežu

Kod toplovodnog grejanja grejni fluid je voda koja kroz razvodnu cijevnu mrežu struji na temperaturi tr (90, 80°C), a vraća se ohlađena povratnom mrežom na temperaturi tp (70, 60°C), nakon predaje toplote u grejnom tijelu. Prečnici odgovarajućih deonica razvodne i povratne cijevne mreže kod toplovodnog grejanja približno su jednaki. U zavisnosti od toga da li je strujanje vode u sistemu prirodno ili prinudno, razlikuje se:

- gravitaciono- pumpno grejanje

Kod gravitacionog grejanja cirkulacija vode u sistemu se odvija prirodnim putem, tj uticajem zemljine teže zahvaljujući različitim gustinama vode u razvodnom i povratnom dijelu cijevne mreže. Kada se u cjevovod postavlja pumpa koja omogućava strujanje fluida u sistemu, onda se koristi naziv pumpno grejanje.

Deonica je svaka cijev istog prečnika i protoka fluida u jednom strujnom krugu.

Cijevna mreža se može podjeliti i prema položaju u sistemu i to na:- Glavni usponski vod, koji spaja kotao i horizontalnu razvodnu mrežu, analogno glavnom

usponskom vodu postoji i glavni povratni vod, koji spaja horizontalnu povratnu mrežu sa kotlom.- Horizontalna razvodna mreža se prostire od korjena svih vertikala u sistemu i uvijek se vodi pod

nagibom od 3% (kako bi se mogao izdvojiti vazduh i odvesti iz sistema). Analogno razvodnoj, postoji i povratna horizontalna mreža.

- Usponski vodovi – vertikale su cijevi koje se vode od horizontalne mreže, verikalno po visini objekta i koje prolaze u blizini grejnih tijela. Vertikale se mogu voditi duž spoljnih zidova ili skriveno u žljebovima u zidu

PRENOS ENERGIJE 20

- Priključci (razvodni i povratni) – povezuju grejna tijela sa vertikalom. I priključci se izvode pod nagibom.

Postoje i dijelovi cijevne mreže koji ne služe za osnovnu funkciju – cirkulaciju grejnog fluida, ali imaju svoju ulogu i predstavljaju sastavni dio sistema za centralno grejanje:

- Sigurnosni vodovi – razvodna i povratna sigurnosna cijev, koje su povezane sa ekspanzionim sudom; nekada ulogu razvodne sigurnosne cijevi može da preuzme i gl. usponski vod, ali ako ispunjava određene zahtjeve propisane za sigurnosne cijevi.

- Drenažna mreža postoji u sistemima parnog grejanja;- Obilazni vodovi (by-pass).

MATERIJALI ZA IZRADU CIJEVNE MREŽE

U tehnici grejanja koriste se cijevi od sl. materijala:

- Čelika (čelične šavne i bešavne cijevi)- Bakra- Plastike (razne vrste plastičnih cijevi)

Najčešće su u primjeni crne čelične cijevi: bešavne i šavne. Obje vrste cijevi se ugrađuju u veličinama prečnika od 10 – 1000 mm.

Označavanje cijevi standardnih veličina:- Prema nazivnom prečniku ND ili DN-u u „col“-ima (npr. 3/8" = 10 mm)- Prema nazivnoj veličini NV – što odgovara više prečnika cijevi- Prema nazivnom otvoru

Takođe se propisuje i nazivni pritisak – što odgovara max. radnom pritisku za koji je određena cijev predviđena:

- Za kućne instalacije NP6 (pritisak od 6 bara)- Za primarnu mrežu toplovoda – NP25

Bakarne savitljive cijevi koriste se za podno grejanje, kao i plastične cijevi koje se izrađuju do standardnog prečnika Ø12, Ø14, Ø15, Ø16, Ø18, Ø20 itd.

Bakarne savitljive cijevi koriste se za podno grejanje, kao i plastične cijevi koje se izrađuju od standardnog prečnika Ø300. Plastične cijevi većih prečnika (Ø110, Ø200, Ø300) često se koriste i zastupljene su zbog dobre otpornosti na koroziju.

Cijevi od vještačkih materijala:- Termoplastične (PVC, PB, PE, PP...)- Termostabilne (epolsi – staklo, poliester – staklo)

Zadatak izolacije je da se gubici toplote svedu na minimalne vrijednosti ili da se iz drugih razloga ograniči površinska temperatura cijevi. Ugrađuje se na kotlovima, rezervoarima tople vode, cjevovodima, armaturi, izmjenjivačima toplote i uređajima smještenim u negrejanim prostorijama.

PRENOS ENERGIJE 21

Dimenzionisanje debljine izolacije može biti izvršeno po različitim kriterijumima:- Da se ostvari ekonomski optimalno snabdjevanje toplotom (ulaganja u izolaciju trebaju biti

opravdana uštedom na toploti u toku vremena rada postrojenja),- Da se osigura promjena temperature grejnog fluida u odg. granicama,- Da se ograniči uticaj na okolinu (npr. ograničeno zračenje, ograničena površinska temperatura –

dodir).

VIŠESLOJNE CIJEVI

Višeslojne cijevi kao kombinacija metal-plastika (PE – Al - PE) imaju dobre osobine i plastičnih i metalnih cijevi. Kao plastične cijevi, višeslojne imaju prednosti:

- Otpornost prema koroziji,- Otpornost na hemikalije,- Zvučna izolovanost,- Termička izolovanost,- Glatka površina (mali pad pritiska usljed trenja),- Mala težina,- Brza i laka montaža.

Kao metalne cijevi, višeslojne cijevi imaju i slijedeće dobre osobine:

- Nepropustljive su za kiseonik,- Mali koeficijent temp. širenja,- Veća mehanička čvrstoća,- Otpornost na više temperature i pritiske.

Primjena višeslojnih cijevi je široka:

1. Razvod sanitarne i pijaće vode (hladna i topla voda PTV),2. Grejanje (podno i radijatorsko, θmax . = 110°C, p max.= 10 bar.),3. Hlađenje (klizališta, ledene dvorane, θmin .= -50°C),4. Procesna industrija.

SIGURNOSNI UREĐAJI

PRENOS ENERGIJE 22

Sigurnosni uređaj vodenih kotlova je ekspanzioni sud. Prilikom zagrejavanja vode od temperature okoline do radne temperature, njena zapremina se povećava, stvarajući tzv. „višak vode“, koji prima upravo ekspanzioni sud.

Funkcije ekspanzionog suda u sistemu su:- Omogućava širenja vode prilikom zagrijavanja (primanje viška vode),- Održavanje hidrostatičkog pritiska,- Ispuštanje vazduha iz instalacije grejanja (samo kod otvorenog suda).

Otvoreni ekspanzioni sud je najčešće cilindričnog oblika i postavlja se u najvišoj tački u sistemu centralnog grejanja (na tavanu).

Potrebna zapremina otv. ekspanzionog suda izračunava se na sl. način:

V= β·(θmax. – θmin.)·Vw β – koef. zaprem. širenja vode (I/K)

Vw – zaprem. vode u sistemu

θmax. – θmin (max. i min. temperatura vode)

Zapreminsko širenje vode u temp. opsegu od 4 - 100°C iznosi oko 4,3 %, pa se zbog toga usvaja pojednostavljeni način određivanja otv. ekspanzionog suda:

V= 0,0045·Vw

V = 1,2 – 1,5 · QGT ·10⁻³ za radijatorsko grejanjeV = 1,5 – 2,0 · QGT ·10⁻³ za podno grejanjeV = 0,5 – 0,8 · QGT ·10⁻³ za konvektorsko grejanje

Zatvoreni ekspanzioni sud se koristi kada nema tehničkih mogućnosti za postavljanje otv. ekspanzionog suda i sve češće je u primjeni. Takođe se koristi kada je potrebno održavati viši pritisak u sistemu. Postoje različite vrste i konstrukcije ekspanzionih sudova u zavisnosti od veličine samog sistema centralnog grejanja, kada su u pitnaju instalacije najčešće je u primjeni ekspanzioni sud sa membranom.Pri zagrejavanju vode u kotlu voda se širi i kroz sigurnosnu cijev ulazi u vodeni dio suda. Voda potiskuje membranu ka vazdušnom dijelu, tako da dobija prostor za ekspanziju. Membrana potiskuje vazduh i pritisak u vazdušnom dijelu se neznatno podiže. Kada grejanje prestane, voda se hladi, smanjuje zapreminu pa pritisak vode opada. Tada pritisak vazduha iz vazdušnog dijela suda potiskuje vodu nazad u sistem.

Kotlarnica je prostorija u koju se smješta kotao za centralno grejanje, kao i sva prateća oprema. Kotlarnica po svom položaju može biti podrumska i krovna (rijetko, u slučajevima kada se koristi gasovito gorivo). Dimenzije kotlarnice moraju biti takve da mogu da obezbjede:

- Pravilnu montažu kotla i opreme,- Lako rukovanje i pristup kotlu,- Nesmetane popravke i rad na održavanju.

Pod u kotlarnici se obično izvodi kao „plivajući“ temelj, betonski temelj, betonski fundament koji je odvojen od zidova, kako se ne bi prenosila buka kroz objekat. U zavisnosti od veličine postrojenja, različiti su i zahtjevi za opremljenost kotlarnice u smislu:

PRENOS ENERGIJE 23

- Dovoda vode,- Nivoa osvjetljenosti,- Ventilacije kotlarnice,- Hem. pripreme vode,- Pomoćne prostorije,- Opreme za gašenje požara itd.

Ukoliko je kotao na čvrsto gorivo, onda uz kotlarnicu obično ide i skladište uglja (ugljara) i deponija šljake. Ako je kotao malog kapaciteta, onda je ugljara u samoj zgradi i to veoma blizu kotlarnice (najčešće susjedna prostorija). Kada su u pitanju kotlovi većeg kapaciteta, onda je pogodno da pod ugljare bude u nivou plafona kotlarnice, kako bi se obezbjedilo lakše dopremanje uglja u kotlarnicu. U velikim sistemima – toplanama, skladišta uglja su van samog objeta u kome su smješteni kotlovi. Ako se radi o kotlovima na tečno gorivo, onda je potreban rezervoar za gorivo koji može biti dnevni (kod većih sistema) ili sezonski (koji mora da obezbjedi rezerve goriva za najmanje dva mjeseca ili cijelu grejnu sezonu). U rezervoarima za mazut mora postojati zagrejavanje mazuta kako bi se pri niskim temperaturama mogao transportovati do kotlarnice.

Dimnjak predstavlja obavezni element u svim kotlarnicama na konvencijalna goriva. Kada su u pitanju manje kotlarnice, primjenjuje se orijentacioni proračun za izračunavanje potrebnog presjeka dimnjaka:

F=a ·Qk√ h

F = površina poprečnog presjeka (cm²) ɑ = empirijski faktor srazmjernosti koji uzima u obzir količinu produkata sagorjevanja koju proizvodi određeno gorivo (ɑ = 0,017 za tečno i ɑ = 0,034 za čvrsto) Qk = kapacitet kotla h = visina ložišta kotla do dimnjaka

Kvalitativna regulacija je karakteristična za sisteme kod kojih se temperatura mjenja u zavisnosti od spoljne. Protoci su konstantni. Sistemi sa kvantitativnom regulacijom imaju promjenljive protoke koji zavise od temperaturske razlike u sistemu i od uregulisanosti sistema.

Toplotne mreže sa vodom kao nosiocem toplote se dijele na magistralne i razvodne. U magistralne spadaju cjevovodi koji spajaju izvore toplote sa rejonima potrošača toplote, kao i međusobno. Nosilac toplote dolazi iz magistralnih u razvodne i kroz njih se predaje kroz centralne ili lokalne podstanice prema potrošačima.

Toplotni konzum je ukupno instalisana snaga za projektne uslove (Q kom.)

PRENOS ENERGIJE 24

Unutrašnje temperature po prostorijama variraju u granicama od 15 - 22°C. U prosječnim se objektima najveći broj prostorija greje na 20°C i više je onih čija je temperatura ispod ove vrijednosti (hodnici, pomoćne prostorije), nego iznad (kupatilo), te se kao srednja temperatura administrativnih, stambenih i dr. zgrada sl. namjene, može usvojiti temperatura od 19°C.

U dosadašnjoj praksi važi kriterijum, naročito za gradske sredine, da se počinje i završava sa grejanjem onda kada je prvi, odnosno posljednji put u sezoni zime i prelaznim mjesecima srednja temperatura tri uzastopna dana ravna 12°C ili niže od nje.

JEDNOCIJEVNI SISTEM GREJANJA

Jednocijevni sistem grejanja je u usporedbi sa dvocijevnim, klasičnim sistemom, imao neke nedostatke zbog kojih nije našao širu primjenu, a izvodi se u vodoravnim cirkulacionim krugovima. S obzirom na povećane otpore u svakom krugu preporučuje se da u jednom krugu toplotni kapacitet ne bude veći od 10.000 W – 12.000 W. Osnovna prednost ovog sistema je ta što se razvodne cijevi vuku kroz pod pa se instalacija ne vidi, te dolazi do većih ušteda u materijalu potrebnom za razvod instalacija, bakarne ili višeslojne cijevi u instalaciji.Preporučuje se tačan proračun otpora sistema, zbog specifičnosti. Voda najviše temperature polazi iz peći kotla prema radijatoru, tu se ohladi za 3°C, pa zatim odlazi do drugog gdje se opet ohladi za 3°C itd., tako da do svakog slijedećeg stiže sve hladnija. Zato su prvi radijatori u krugu manji, dok su zadnji veći.

Dimenzionisanje cijevovoda kod jednocijevnih sistema

Potisni i povratni vod grejnog elementa kod jednocijevnih sistema je povezan u grejno kolo preko iste cijevi. U zatvorenim sistemima protok se grana na armaturi grejnog tijela. Pri max. protoku od 100% sva voda se grana na armaturi grejnog tijela, npr. konvektori, podno ili zidno grejanje. Pri temperaturi približno 0°C u grejnom tijelu, mnogo je povoljnije razdvojiti protok.Upotreba cirkulacionih jednocijevnih sistema i priključenim tijelima preporučuje se za ugradnju prilikom renoviranja starijih objekata i kod novih sa etažnim (grejanje sa sopstvenom regulacijom)grejanjem. Jednocijevni sistemi su preporučljivi za različite grejne zone.

Inače, ulazna temperatura za slijedeći grejni element (radijator) je jednaka ulaznoj temperaturi za prethodni element θV₁, umanjen za hlađenje medijuma Δθ.

θV₁ = θ V₁ - Δθ

Prednosti su:

PRENOS ENERGIJE 25

- Materijalna ušteda u cijevima,- Preko prigušnih i radijatorskih ventila, vrši se, gotovo konstantno regulisanje protoka- Nije potrebno razbijanje podova- Uz to je i najjeftiniji i najjednostavniji sistem grejanja

Nedostaci su:

- Potrebna je veća potisna visina pumpe- Toplotno opterećenje pojedinih grejnih tijela mora biti posebno regulisano

Kod prinudne cirkulacije 100% protoka u deonici prolazi kroz grejno tijelo. Pri 100% protoka više vode prolazi kroz grejna tijela, tako da se ona brže hladi predavanjem toplote. Tako θm raste. Kod prvih grejnih tijela biće veća, a kod narednih manja.Gubici pritisaka u jednocijevnim sistemima su 2 - 4 puta veći nego u konvencijalnim grejnim sistemima. Potrebno je usvojiti početno toplotno opterećenje od 10 - 15 KW podijeljeno u dvije ili više grejnih zona.

Cjevovod se može postavljati i u horizontalnoj i u vertikalnoj ravni. Kod vertikalno postavljenih cjevovoda napajanje toplom vodom je moguće izvesti sa donje ili sa donje strane i oba su riješenja široko primjenjena. Kod horizontalno instaliranog cjevovoda napajanje toplom vodom je moguće izvesti samo preko pragova vrata. Pad temperature na grejnim tijelima bi trebalo da bude što je moguće veći, kako bi se izvršila dobra regulacija raspodjele toplote.

Prednosti horizontalnog cjevovoda su:

- Ušteda i mogućnost regulacije- Manje grubih radova na podovima- Olakšano održavanje

Jednocijevni sistem grejanja mora imati pumpu za savladavanje najvećih otpora (najudaljenije deonice). Protok se dobija kao zbir svih pojedinačnih protoka u kolima, dok se otpor u cjevovodu određuje prema najnepovoljnijoj deonici.Treba napomenuti i to da se ne ugrađuje više od 7 grejnih tijela po grejnom kolu. Cijev dimenzije 18 x 1 može biti obložena izolacionom oblogom, kako bi se umanjilo odavanje toplote preko cijevi.

Protok vode preko ventila na grejnom tijelu dijeli se na dio koji prolazi kroz grejni element i dio koji cirkuliše u zatvorenom kotlu. Ti se ventili podešavaju na određenu vrijednost, npr. 35 % protoka ide preko grejnog kola. U praksi se još uvijek koriste, tj ugrađuju regulacioni ventili bez pretpodešavanja, tako da je količina vode koja prolazi kroz posljednji radijator u nizu veća nego kroz prvi. Tako se prva oblast pregrijava, dok je druga pothlađena. Isto tako, i veliki sistemi funkcionišu na isti način, s tim da je za prostorije sa jednakim potrebama za toplotnom energijom, potrebno obezbjediti jednaka grejna tijela i ekvivalentne dimenzije priključnih armatura. Pritisak se u sistemu obezbjeđuje pumpom.

PRENOS ENERGIJE 26

TICHELMANNOV SISTEM je dvocijevni sistem gdje svaki radijator na istom spratu ima istu ukupnu dužinu distribucije cijevi. U Tichelmannovom sistemu su toplotne cijevi (npr. kotlovnice, solarni paneli) polaza i povrata jednako udaljene, tako da je zbir dužina cijevi polaza i povrata približno jednak . Smisao toga je da svi radijatori imaju podjednake gubitke, tj. da su izloženi istom protoku što uzrokuje jedinstveno, jednako zagrejavanje za više udaljenih radijatora.

Glavni nedostatak je taj što je cijena ugradnje visoka, zbog koje se rijetko upotrebljava u domaćinstvima. Inače, ovaj sistem dvocijevnog grijanja je dobio ime po Albertu Tichelmannu, njemačkom inžinjeru koji je posebnu pažnju pridavao proučavanju zagrejavanja vodom.

OTVORENI I ZATVORENI SISTEM GREJANJA

Zatvoreni sistem grejanja ima ekspanzionu posudu za regulaciju pritiska, dok otvoreni sistem ima posudu na najvišem dijelu (obično je to tavan) i kod pada pritiska treba puniti vodu i posmatrati vani kada se voda izlije po crijepu, što je pouzdan znak da je sistem pun. Dakle, ako je grejanje na kruto gorivo (drvo, ugalj...), zatvoreni sistem je skuplji jer zahtjeva termičko osiguranje peći, pretpritisni ventil i ekspanzionu posudu. Naravno, postoje i neki uslovi. Ako domaćinstvo ima hidrofor (uređaj koji omogućuje dopremanje vode na više visine iz cisterne, bunara, vodovoda. Rade na pritisku od najmanje 8 atmosfera, a može dopremati vodu i do 80 m visine. Hidrofor je najbolje smjestiti na najniži nivo, recimo u podrum). Sistem bi morao biti otvoreni jer nema vode za ohlađivanje kotla kad nestane struje. Takođe, dosta toga zavisi i od vrste kotla.

Sistem grejanja u zatvorenom sistemu cirkulacije, npr. ima konstantnu količinu vode koja se pomoću pumpe kreće kroz sistem od bojlera do grejnih tijela, zatim se preko sistema cijevi vraća iz grejnih tijela u bojler. Kroz sistem prolazi tačno onoliko vode koliko isporučuje pumpa. Nije od značaja ni povećanje nivoa vode u sistemu, jer će visinska razlika sigurno biti savladana. Pod uticajem gravitacione sile ohlađena voda dolazi do grejnih tijela. Uticaj sile Zemljine teže uzima se u obzir samo ako značajno utiče na napor pumpe. Sličan slučaj se može javiti pri vrlo niskom radnom pritisku ili sistemima za grejanje visokih zgrada.

Radijator pri normalnim uslovima: 75/65/20°C

Postoje različiti načini predregulisanja, a najefektnija je mikropredregulacija preko dvostrukog vretena, jer se u praksi, primjenom dimenzija cijevi ne postiže neki efekat. Dakle, smanjenje poprečnog presjeka otvora ventila vrši se pomjeranjem konusnog klipa prema sjedištu ventila.

Hidraulično balansiranje treba biti izvršeno tako da sistem funkcioniše kao jedinstvena cjelina, npr. ako temperatura pada, sva grejna tijela koja učestvuju u zagrejavanju prostorije moraju dobiti adekvatno povećane količine vode.Pri izboru radijatorskih ventila moraju se razmotriti teh. uslovi (protok, dif. pritisak ), kao i konstrukciona ograničenja (niše, duže deonice, pregrade). Dimenzionisanje ventila se vrši na osnovu nominalnog protoka vode potrebnog grejnom tijelu.

PRENOS ENERGIJE 27

Cirkulaciona pumpa ima, kao što smo već naveli, ulogu transporta tople vode u zatvorenom sistemu grejanja. Kapacitet iste je koristan protok isporučen kroz izlazni poprečni presjek odvoda pumpe. Izračunava se prema emisiji toplote na strani korisnika i toplotnim gubicima pri distribuciji.

Q = ΦH+ΦV

ρ·C·Δθ ΦH – predati toplotni fluks,

ΦV – toplotni gubici, Δθ – razlika temp. u potisnom i povratnom vodu, C – spec. topl. kapacitet, Ρ – gustina (voda pri 80°C ima gustinu ρ = 971.6).

Potisna visina H je visina do koje je pumpa u mogućnosti da podigne vodeni stub, tj slobodnu površinu tečnosti.

H = Σ ( I·R+Z)ρ·g

I = dužina cjevovoda [m]R – pad pritiska [Pa/m]ρ – gustina [kg/m⁻³] (voda pri 80°C; ρ = 971.6)g – ubrzanje Zemljine teže [m/s²]

Imamo dvije vrste cirkulacionih pumpi. To su pumpe sa rednim i sa paralelnim vezivanjem.Ako je potrebno postići veliki protok sa relativno malom potisnom visinom, preporučljivo je korišćenje više paralelno vezanih pumpi. Izbor pumpe bi trebalo da bude izvršen tako da se radna tačka nalazi u srednjoj trećini karakteristike pumpe.Pumpe se pretežno ugrađuju redno, tj ulazni i povratni vod su u istoj liniji. Male pumpe (nom. dimenzije do 100 mm) su smještene u spiralno kućište izrađeno od sivog ili visokokvalitetnog čeličnog lima.

Za pumpe koje se koriste u sistemima za grejanje, postoje dva konceptna riješenja:- Pumpe sa nezaštićenim motorom (potapajuće)- Pumpe sa prirubnicom (suve)

Kod potapajućih pumpi svi pokretni dijelovi se nalaze u vodi, a zaptivanje se vrši, relativno uspješno, pomoću zaptivača, dok voda koja se potiskuje – služi kao mazivo motora (rotora). Ove pumpe karakteriše bešuman rad i gotovo da nije potrebno nikakvo održavanje. Snage pumpe se kreću od 10 W do 2,5 KW.

Kod suvih pumpi zaptivanje se postiže prstenastom zaptivkom (od keramičkih materijala). Buka koja nastaje pri radu suvih pumpi je mnogo veća nego kod potapajućih. Suve pumpe obično imaju snagu od 0,75 KW.

PRENOS ENERGIJE 28

Ugradnja: Dovodna grana pumpe bi trebalo da ima što je moguće manje otpora kako bi se ostvarili povoljni uslovi za nesmetan protok. Kod potapajućih pumpi od velikog je značaja mjesto instaliranja, jer voda koja se upotrebljava za grejanje istovremeno služi i kao mazivo i kao rashladno sredstvo. Pumpi se kod horizontalne ugradnje mora obezbjediti stalan dotok vode. Kod vertikalne, ponašanje pumpe u radu može postati nestabilno i dovesti do uništavanja pumpe. Postavljaju se kao redne, te kao paralelne, kao što je već navedeno.

TERMINI & DEFINICIJE

Toplotni izvori su postrojenja u kojima se raspoloživa primarna energija uglja, kao i pogonskog goriva, transformiše u toplotnu i predaje u toplotnu grejnom fluidu, tj vodi.

Cirkulaciono postrojenje Potrebni pritisci u toplifikacionom sistemu za savladavanje hidrauličkih otpora u kotlarnici, vrelovodnoj mreži i primarnim dijelovima podstanica, održavaju se u jednom stepenu pomoću cirkulacionih pumpi i dijela opreme namjenjene za održavanje pritiska u sistemu, tzv. „diktir“ postrojenje. Dakle, „diktir“ postrojenje služi za održavanje pritisaka u sistemu (da bi statički pritisak u svakom mjestu na mreži bio sa sigurnošću iznad pritiska zasićenja koji odgovara lokalnoj temperaturi, odnosno da bi se spriječilo izdvajanje gasova i obezbjedio dozvoljeni radni pritisak) sastoji se od tri pumpna agregata i prateće opreme namjenjene za ove potrebe.

Kalorimetar je sprava koja služi za mjerenje utroška toplotne energije koji se ugrađuju kod potrošača. Prije svakog kalorimetra, ugrađuje se i hvatač nečistoća na rastojanju od 5D - 8D, a iza njega 2D - 3D (D – unutrašnji prečnik).

Transduktor je neka vrsta senzora koja se koristi za detektovanje parametara u jednoj i izvještavanje o njoj u drugoj formi energije (obično kao električni ili digitalni signal).

Biomasa se odnosi na živuću materiju biljnog ili životinjskog porijekla, koja se može koristiti kao gorivo ili za industrijsku proizvodnju. Ostaci i otpad iz poljoprivrede (slama, kukuruzovina, stabljike...), zatim životinjski otpad i ostaci (izmet i sl.)

Pirolitički kotao je postrojenje koje vrši rasplinjavanje biomase, drva, drvenog uglja u drvni plin (vrsta sintetičkog plina), a sastoji se uglavnom od ugljikovog monoksida (CO₂) i vodonika (H₂). Pirolitički kotao se nekad koristio kao pogon i za motorna vozila.

Peletni kotao, kao što sama riječ kaže, koristi pelet kao gorivo. Drveni pelet su standardizovano oblikovani štapići proizvedeni od biomase. Proizvode se od suve piljevine ili šumske biomase. Promjera su od 6 - 8 mm i dužine od 10 - 30 mm. Imaju vrlo nizak sadržaj vlage (ispod 10%), što omogućava vrlo visoku učinkovitost sagorijevanja. Upotrebljavaju se u pećima za grejnje stambenih objekata ili za proizvodnju el. energije kao zamjenu za plin.

PRENOS ENERGIJE 29

Pojam upravljanja i pojam regulisanja sistema

Pojam upravljanja i pojam regulisanja nije jedno te isto. Kod regulisanja , upravljački sistem stalno prima informaciju o izlaznoj veličini od mjernog sistema, dok kod upravljanja , upravljački sistem nema informaciju o izlazu od mjernog sistema.

Osnovne karakteristike postojeće dvije kotlovske jedinice u kotlarnici u Pridjelu su:

Tip VKSR-25Proizvođač TPK ZagrebToplotni kapacitet Qk = 29 [MW]Godina proizvodnje 1984Izvedba kotla NP25Armatura kotla NP25Radni medijum Vrela vodaTemp. režim kotlova 145/110°CPogonsko gorivo Lignit - StanariGranulacija KockaDonja toplotna moć H d=6963[KJ/kg]Rešetka KosaPLP uređaj Ne koristi se jer nema sitnog ugljaProtok vode kroz kotao 720 [m³/h]Pad pritiska u kotlu Δ PK= 1,5 [bar]Visina dimnjaka 65 [m]Visina kotla ≈ 11,5 [m]

Postojeći radni parametri sistema:

Temp. režim u potisnom vodu (t 1): < 145 ≠ const. °CTemp. režim u povratnom vodu (t 2): < 75 ≠ const. °C

Pritisci (na pragu toplane) u polaznom vodu (P1): 6,5 – 6,7 [bar]Pritisci (na pragu toplane) u povratnom vodu (P2): 2 - 3,1 [bar]

Snaga topl. konzuma Qkonz .=¿92,58 [MW]

Gubitak pritiska, sa vodene strane, u postrojenjima toplane (u najnepovoljnijem krugu – vrelovodni kotao od 29 MW) je oko 2 – 2,3 bara.

PRENOS ENERGIJE 30

Ukupni kapacitet postojećih topl. izvora je Qkotl . = 2 x 29 = 58 [MW]

Sistem regulacije

Iako su toplotne podstanice indirektnog tipa opremljene opremom za regulaciju temperature u sekundarnom krugu (kućnoj instalaciji) sa ugrađenim prolaznim (ili adaptiranim trokrakim) el. motornim ventilima, regulacija sistema vrši se promjenom temperature vode kao nosiocem toplotne energije u zavisnosti od spoljne temperature po kliznom dijagramu temperaturnog režima 145/75°C, sa prekidima u radu u toku noći ili sa blagim pojavama i odlikama kvantitativnog sistema kada se postigne stacionarni režim, odnosno kada se kroz vrelovodnu mrežu plasira dovoljna ili veća količina toplote od trenutnih potreba. Postojeće sagledavanje problema ukazuje na nedovoljnu razliku pritisaka za sve podstanice priključene na vrelovodni sistem, naročito one koje su na udaljenim dijelovima mreže, što ima za posljedicu neujednačen kvalitet grejanja po zgradama. Ukoliko u tim uslovima i regulatori temperature nisu podjednako i racionalno podešeni tada se ove negativne posljedice još više uvećavaju. Dakle, u osnovi je regulacija sistema u dnevnom režimu rada i dosadašnjem periodu bila kvalitativna ili kvalitativno – kvantitativna, sa izraženijim prekidima u radu u toku noći.

Potreban protok vode u potisnom i povratnom vodu ( δ H 1 i δH 2, odnosno δP1, δP2)

Potreban protok vode u vrelovodnoj mreži, pored toplotnog opterećenja, zavisi i od načina regulacije vode kao nosioca toplotne energije. Promjenom protoka mijenja se gubitak napora (gubitak pritiska) u potisnom i povratnom vodu (δH 1 i δH 2, odnosno δP1, δP2) vrelovodne mreže, a samim tim i raspoloživi napor (raspoloživa razlika pritisaka) u krajnjoj tački mreže na priključku potrošača (δH, odnosno δP). Za normalan rad topl. podstanica neophodno je da postoji dovoljna raspoloživa razlika pritisaka. Za indirektne toplotne podstanice ta razlika ne bi trebalo da bude ispod 0,6 bara.

Na svim regulatorima temperature u toplotnim podstanicama potrebno je temperaturu vode u sekundarnom krugu u noćnom režimu (od npr. 21 sat uveče do 6 sati ujutro) podesiti da bude niža od date temperature u dnevnom režimu. Stepen redukcije u velikoj mjeri zavisi od karakteristika zgrada, ali je u prvoj fazi realno da to smanjenje temperature bude veće od 5 - 10°C, pri višim spoljnim temperaturama manja redukcija u odnosu na dnevni režim, a pri nižim spoljnim temperaturama do 10°C (ne više od 15°C). Praćenjem potrošnje topl. energije i promjene unutrašnjih temperatura po zgradama moguće je preciznije odrediti stepen redukcije.

Na osnovu obavljenih balansiranja i prethodno dobijenih rezultata zaključuje se:1) Stvarno topl. opterećenje je manje od topl. konzuma za oko 20 – 25% u odnosu na toplotni

konzum, tako da se raspoloživim kapacitetima mogu postići nešto veće mogućnosti u stvarnim uslovima nego što se to može zaključiti na osnovu projektnih parametara. Npr., potrebna snaga kotlova za spoljnu temperaturu koja označava početak, odnosno kraj sezone (+12°C) je Qkotl .min .= -14,1 do -18,5 [MW]

Spoljna temp. do koje nominalni nazivni kapacitet postojećih kotlova može da zadovolji potrebe konzuma: t sgran . = -11 do - 4,5 [°C].

PRENOS ENERGIJE 31

Spoljna temperatura pri kojoj je dovoljna raspoloživa snaga jednog kotla za zadovoljenje potreba postojećeg konzuma... t s1k = 4,5 - 7,5 [°C].

Veća snaga, odnosno viša spoljna temperatura važi u uslovima postojanja više negativnih uticaja koji utiču na povećanje topl. gubitaka prilikom dimenzionisanja grejnih sistema (prekid u radu, uticaj vjetra i sl.)

2) Kako kapacitet topl. izvora (postojećih kotlova) zadovoljava potrebe postojećeg konzuma za spoljne temperature vazduha do -5 do - 11°C (pod pretpostavkom da nema zastoja u radu kotlova zbog njihovog radnog vijeka i većih opterećenja) uz maksimalnu kontrolu rada topl. podstanica i bez dnevnih prekida u radu sistema može se obezbjediti minimum u kvalitetu isporuke topl. energije. Za spoljne temperature vazduha ispod - 10°C u dužem vremenskom periodu (nekoliko dana ili više) toplifikacioni sistem ne može udovoljiti svojoj namjeni bez povećanja kapaciteta topl. izvora. Imajući u vidu podatke o klimatskim uslovima u Doboju, mogućnost pojave spoljnih temperatura nižih od -5°C u relativno dužem periodu (decembar, januar ili februar) postoji, pa se nedostatak kapaciteta topl. izvora ne može zanemariti, niti smatrati beznačajnim.

3) Kapacitet postojećih cirkulacionih pumpi ne odgovara potrebama, kako postojećeg konzuma, tako ni stvarnom topl. opterećenju, naročito ne za postojeći temperaturni režim 145/75°C ≠ const.

4) Vrelovodna mreža u osnovi je dobro dimenzionisana, u pojedinim dijelovima čak i predimenzionisana, a na nekim mjestima je poddimenzionisana. Vrelovodni priključci koji su poddimenzionisani i koji su bliže magistralnom cjevovodu, odnosno toplani, ne predstavljaju problem. Naprotiv, prirodnija je regulacija mreže, a za duže deonice koje su na krajevima mreže ne može se smatrati da nema uticaja na isporuke toplotne energije, pogotovo ako se ima u vidu ograničen kapacitet cirkulacionog postrojenja. Deonice koje imaju povećan specifični linijski pad pritiska, ako pripadaju magistralnom cjevovodu ili se nalaze na početku magistralnih ogranaka u postojećim uslovima, ne mogu se smatrati kritičnim, ali se zbog mjesta na kojem se nalaze i uticaja na gubitak pritiska u većem dijelu mreže, o njima mora voditi računa prilikom povećanja toplotnog konzuma na dijelu mreže koji se snabdjeva toplotnom energijom preko istih.

5) Postoji veći broj zgrada koje su neposredno priključene na magistralni cjevovod, što se u dobro organizovanim mrežama izbjegava.

6) Toplotne podstanice su u relativno dobrom stanju. U osnovi su dobro koncipirane i opremljene opremom koja obezbjeđuje da se radom toplotnih podstanica može upravljati. U nekima je nivo opreme bolji i pruža veće mogućnosti za racionalnije rukovanje.

7) Prema podacima iz pregleda topl. snaga priključenih podstanica može se zaključiti da je izvjestan broj podstanica predimenzionisan, što sasvim sigurno utiče na kvalitet regulacije radnih parametara u njima. U kojoj mjeri to ima veze sa perspektivnim razvojem konzuma u neposrednoj blizini tih podstanica u ovom trenutku ne možemo kvalitetno da zaključimo, ali razlika između raspoloživog kapaciteta toplotnih podstanica i snaga priključenih potrošača je evidentno velika kod većeg broja podstanica.

PRENOS ENERGIJE 32

Dakle, ukupno posmatrano, nameće se zaključak da je toplifikacioni sistem u Doboju u relativno dobrom stanju za prilike u okruženju, ali je potrebno da se u što širem dijapazonu spoljnih temperatura obezbjedi normalna isporuka toplotne energije i za nova priključenja.

Kratkoročnim mjerama je moguće otkloniti neke od uzroka za probleme u isporuci toplotne energije i ublažiti negativne posljedice do kojih neminovno može da dođe.

1. Kao iznuđeno riješenje, potrebno je promijeniti režim rada toplifikacionog sistema tako što će se korekcijom postojećeg temp. režima smanjiti protok vode kroz vrelovodnu mrežu i time smanjiti gubitak pritiska u njoj, odnosno stvoriti uslovi da se postojećim cirklulacionim pumpama može transportovati posebna količina vode kao nosioca topl. energije do svake podstanice. Za spoljne temperature niže od -7°C (zbog nedostatka kapaciteta u kotl. postrojenjima, a vodeći računa da ne dolazi do nepotrebnih preopterećenja kotlova, održavati temp. vode u potisnom vodu vrelovodne mreže do max. 125°C.

2. Pri spoljnim temp. nižim od 0°C prekid u radu sistema noću treba izbjegavati. U mjeri u kojoj se održi viši temp. nivo u sistemu, utoliko će se smanjiti vršna snaga prilikom startovanja u jutarnjim satima i obezbjediće se ujednačenija temperatura u grajnim prostorijama, što će uticati na smanjenje nepotrebnog povećavanja protoka u sistemu. Kao mjera ispod koje ne treba dozvoliti da se voda u sistemu ohladi, bilo da se radi o dnevnom ili noćnom režimu rada, može da bude temperatura vode u povratnom vodu vrelovodne mreže (ulaz u kotlarnicu) jednaka temperaturi sekundarne vode za temp. režim 80/60°C. Drugim riječima, kada sistem „ne radi“, ne treba dozvoliti da temperatura primarne vode padne ispod vrijednosti povratnih temperatura sekundarne vode za navedeni temp. režim.

3. Izvršiti kontrolu rada svih topl. podstanica i režima podešenih na elektronskim regulatorima temperature koji su ugrađeni u podstanicama. Tom prilikom na ne elektronskim regulatorima temperature koji su ugrađeni, podesiti da za spoljne temperature ≥ - 7°C temperature sekundarne vode ne budu više od vrijednosti datih za temp. režim 90/70°C, niti niže od vrijednosti datih za temp. režim 80/60°C. Koji od ova dva režima će više odgovarati zavisi od karakteristika zgrade, kriterijuma prilikom dimenzionisanja instalacija i sl., a može se utvrditi dugotrajanim i sistematskim praćenjem rada podstanica. Za spoljne temperature niže od -7°C (zbog nedostatka kapaciteta u topl. izvorima i ujednačavanja uslova za rad svih podstanica), a vodeći računa da podstanice bliže toplani ne budu u povoljnijem položaj od onih koje su više udaljene, ograničiti temperaturu vode u potisnom vodu kućnih instalacija do max. 70°C, odnosno (57 - 70°C zavisno od karakteristika zgrade i saznanja stečenih praćenjem rada pojedinačnih podstanica u dužem periodu).

Na svim regulatorima temperature u topl. podstanicama potrebno je temperaturu vode u sekundarnom krugu u noćnom režimu (od npr. 21h uveče do 6h ujutro) podesiti da bude niža od predviđene temperature u dnevnom režimu. Stepen redukcije zavisi od karakteristika zgrada, ali se može smatrati da je realno da to smanjenje temp. vode bude za 5 do 10°C, pri višim spoljnim temperaturama do 10°C (ne više od 15°). Praćenjem potrošnje topl. energije i promjene unutrašnjih temperatura po zgradama moguće je preciznije odrediti stepen redukcije. Izvršiti i ostale kontrole ispravnosti opreme u podstanicama uključujući i zaprljanost izmjenjivača toplote, hvatača nečistoće i sl.

Tradicionalni proračun: Za dobru regulaciju moramo uzeti u obzir dvije izuzetno važne osobine regulacije, a to su autoritet regulacionog ventila i jednakost pritiska ispred svakog

PRENOS ENERGIJE 33

ogrijevnog rashladnog tijela. Zbog navedenog moramo izračunati potrebnu KVS vrijednost regulacionog ventila i tretirati cijeli hidraulički sistem kao jednu jedinicu.

Balansiranje: Iako je potrebno podešavanje ručnih ili automatskih balans ventila po tradicionalnom proračunu, prije predaje objekta na upotrebu korisnik mora biti siguran da je svuda u instalaciji uspostavljen potreban protok. Zbog toga moramo provjeriti protok na mjernim mjestima i izvršiti korekciju ako je potrebno. Takođe, povremeno je potrebno izvršiti tzv. ponovno balansiranje, npr. zbog promjena dimenzija ili namjene nekih prostorija, promjene topl. gubitaka i dobitaka u zgradi i sl. Posebna procedura balansiranja gdje se koristi „partnerski“ ventil za kompenzaciju promjena na ručnom balans ventilu, naziva se metoda kompenzacije.

Dobar autoritet: Autoritet je odnos diferencijalnih pritisaka, odnosno odnos pada pritiska na regulacionom ventilu i raspoloživog diferencijalnog pritiska.

A = 1 Δ pMCV

ΔpMCV + Δpcjevi

Konstantan protok je protok u sistemu ili kroz ogrijevno tijelo/rashladno tijelo koji se ne mijenja u svim radnim režimima.Promjenljiv protok: Protok u sistemu se neprekidno mijenja prema trenutnom opterećenju. On zavisi od vanjskih faktora kao što su sunce, unutrašnji topl. dobici, br. osoba u prostoriji...Partnerski ventil: dodatni ručni balans ventil je potreban za svaku granu da bi se pravilno izvelo balansiranje.Diferencijalni pritisak je razlika u pritisku između bilo koje dvije tačke u kontinuiranom sistemu, tj u različitim tačkama fluida.

Bernoulijeva jednačina: „Zbir dinamičkog, statičkog i položajnog pritiska je konstantan.“

ρ V ²2

+ p+ ρgh=const .

Regulator diferencijalnog pritiska ima zadatak automatske kontrole razlike pritisaka. Reg. dif. pritisaka je regulator proporcionalnog dejstva i radi bez upotrebe dodatnih izvora energije.

Prelivni ventil može u malim sistemima vrlo uspješno zamjeniti rad regulatora dif. pritiska uz dosta niže troškove. Potisni i povratni vod su u ovom slučaju povezani preko prelivnog ventila. Svako prekoračenje max. dozvoljenog pritiska na prelivnom ventilu otvara ventil i deo vode iz potisnog voda se mješa sa vodom iz povratnog voda. Na ovaj način dif. pritisak nije regulisan, već je ograničen.

Sindrom malog Δt; skoro svi sistemi za polaz hladne vode imaju teškoće zadržati projektne temperature pri parcijalnom opterećenju – problem poznat kao sindrom malog Δt. Uopšteno,

PRENOS ENERGIJE 34

Autoritet je dobar ako je vrijednost veća od 0,5 – 0,6

možemo reći kako se isti odnosi na razliku temperatura između polaznog voda (voda koja izlazi iz centralnog rashladnog postrojenja i ide u objekat) i povratnog voda (voda koja se vraća iz objekta i ulazi u centralno rashladno postrojenje).

Postoji nekoliko uzroka za „sindrom malog Δt “:

- Upotreba trokrakih regulacionih ventila. trokraki reg. ventili po svojoj prirodi kratko spajaju polazni i povratni vod, što uzrokuje da temp. vode u povratnom vodu bude niža od projektovane.

- Loše izabrani prolazni regulacioni ventil sa neodgovarajućim balansiranjem sistema. Nepravilno dimenzionisan prolazni regulacioni ventil može imati, kada je potpuno otvoren, veći protok od projektovanog.

- Pogrešno podešavanje regulacionog sistema.

Mjere prevencije:

- Ne koristiti trokrake reg. ventile u sistemima sa promjenljivim protokom (modulirajuća regulacija)

- Upotreba trokrakog reg. ventila se preporučuje samo kao drugo pozicioniranog, ali se i ta primjena ograničava samo kao drugo pozicioniranog, ali se i ta primjena ograničava samo na mala ogrijevna/rashladna tijela.

- Preporučuju se prolazni reg. ventili sa ugrađenim regulatorom dif. pritiska. Funkcija regulacije pritiska u reg. ventilima eliminiše pojavu prekomjernog protoka i zato eliminiše pojavu sindroma malog Δt.

Pojava prekomjernog protoka: Svi sistemi su projektovani za nominalne uslove (100% opterećenja) gdje projektanti računaju visinu pumpe po pravilu: pad pritiska u najnepovoljnijem krugu jednak je zbiru padova pritiska u cjevovodu, ogrijevnim/rashladnim tijelima, balans ventilima, regulacionim ventilima i dr. elementima u sistemu (hvatačima nečistoće, mjeračima protoka i sl.)

U oba tradicionalna sistema moramo osigurati dovoljno pritiska za regulacione ventile kako bismo osigurali njihov dobar autoritet. Evidentno je da će ogrijevna/rashladna tijela bliža pumpi imati veći raspoloživi pritisak. U ovakvoj situaciji se nepotrebni pritisak mora smanjiti pomoću ručnih balans ventila. Sistem radi dobro pri 100% opterećenja.

Karakteristika regulacionog ventila se definiše preko pada pritiska na ventilu. Pri potpuno otvorenom ventilu pad pritiska se određuje uglavnom preko diferencijalnog pritiska u čvoru, a gubici pritiska na spojevima i cijevima su najveći. To je najmanji pad pritiska na ventilu Δpvmin. Zatvaranjem ventila, pada pritisak na spojevima i u cijevima na nulu, dif. pritisak raste i tu se javlja najveća vrijednost pada pritiska na regulacionom ventilu Δ

PRENOS ENERGIJE 35

pvmax. = KDD. Promjena karakteristike ventila zavisi od hidrauličnih uslova i geom. dimenzija upravljanog sistema. Odnos max. i min. vrijednosti pada pritiska izražava se preko autoriteta ventila.

Pritisak u sistemu

Pritisak sistema ili statički pritisak sistema, definisan kao natpritisak u sistemu i zavisi od konstrukcije samog sistema. Razlikujemo dvije vrste sistema:

Otvoreni sistem Zatvoreni sistem pod pritiskom

Pritisak sistemu u velikoj mjeri utiče na pumpe i ventile u sistemu. Ukoliko je pritisak u sistemu suviše nizak, može prouzrokovati buku izazvanu kavitacijom u sistemu. Ovo je naročito problem sa visokim temperaturama. Ukoliko se koristi pumpa sa mokrim rotorom (UPS, ALPHA, MAGNA) osigurajte potreban minimalan ulazni pritisak.

Visina nivoa u ekspanzionim spremnicima određuje pritisak u sistemu, a time i pritisak kod pumpe. Otvoreni sistemi se rijetko koriste, ali ako je sistem na kruto gorivo, biće potreban ekspanzioni spremnik.

Pritisak kojim fluid djeluje na zidove suda naziva se statički pritisak. Dakle, to je pritisak fluida koji miruje u svim pravcima i ne zavisi od pravca djelovanja.

Sistemi pod pritiskom imaju ekspanzione spremnike pod pritiskom sa gumenim membranama koje odvajaju komprimirani plin od vode unutar sistema. Pritisak sistema mora biti oko 1.1 put veći od pritiska na ulazu u spremnik. Ukoliko je pritisak sistema viši, spremnik gubi mogućnost absorbcije širenja tople vode. To može uzrokovati neželjeni porast pritiska u sistemu. Ukoliko je pritisak sistema niži od ulaznog pritiska, neće biti rezerve vode do stvaranja vakuuma i povlačenja vazduha u sistem.

Visina napora pumpe

Pumpa mora savladati otpore koji se stvaraju u cijevima. Ovaj hidraulički otpor sastoji se od otpora u cijevima i pojedinačnih tačaka otpora.

Δ p= 1.3 x Σ [Rxl] ΣZ

Koristi se za izračunavanje gubitka pritiska Δ pu opremi, pošto je 30% povećenja za zavarene dijelove i uređaje već uračunato. Odnos:

Δp

ρ x g

PRENOS ENERGIJE 36

nam daje visinu dizanja H pumpe, ili pojednostavljeno

1.3x Σ [RxL ]+ΣZ10000

R – jedinični pad pritiska u cijevi u [Pa/m]L – dužina najnepovoljnijeg segmenta (protok i povrat) u [m]Z – pojedini otpori u [Pa]

Do vrijednosti pojedinačnih otpora može se doći iz uputstava proizvođača za proizvod koji je u pitanju. Ukoliko te informacije nisu dostupne, slijedeće vrijednosti mogu se koristiti za grubu procjenu:

Kotao 1000 do 2000 PaMješalica 2000 do 4000 PaPa termostatski ventil 5000 do 10000 PaKalorimetar 1000 do 15000 Pa

SISTEMI VENTILACIJE

Sistemi za ventilaciju projektuju se tako da se stvore najbolji mogući uslovi u prostoru u kome ljudi borave, odnosno da se obezbjedi željeni stepen ugodnosti. Najznačajniji faktori koji utiču na osjećaj ugodnosti su:

Temperatura, Relativna vlažnost, Brzina strujanja vazduha, Kvalitet vazduha.

Pored ovih, buka, osvjetljenost prostora i boje su uticajni faktori sredine koji se mogu kontrolisati. Uzimanjem u obzir svih navedenih elemenata postiže se najveći mogući stepen komfora. Zato je najbolje da se kontroliše što veći broj pomenutih faktora. Zadatak projektanata pri izboru sistema ventilacije je da uskladi sve ove elemente. Da bi se u potpunosti zadovoljili zahtjevi korisnika značajno je da se ispravno izaberu odisni ventilatori i dodatna oprema i da se ispravno izaberu odisni ventilatori i dodatna oprema, te da se pronađe i primjeni najbolji sistem ventilacije, po prihvatljivim cijenama. Međutim, moraju se uzeti u obzir i ostali faktori.

Temperatura

Opseg temperatura pri kojima se ljudi najugodnije osjećaju je dosta širok i kreće se od 19°C - 24°C. Optimalne temperature sobnog vazduha trebalo bi da budu:

Zimi: od 19°C do 23°C Ljeti: od 20°C do 24°C

Pošto ljudsko tijelo odaje toplotu konvekcijom i zračenjem, temperatura okolnog vazduha je od velikog značaja za osjećaj ugodnosti. Osjećaj ugodnosti zavisi i od okolnih zidova. Ovi uslovi se mogu lako ostvariti ako se korektno izračuna toplotno opterećenje.

PRENOS ENERGIJE 37

Kvalitet vazduha

Nije lako utvrditi kvalitet vazduha u zatvorenom prostoru, jer je ljudima koji u njemu borave teško da odrede da li je vazduh koji udišu dobrog kvaliteta. Ovaj problem je složen jer postoji veliki broj izvora zagađenja koji emituju na hiljade gasovitih zagađivača. Kod ljudi koji borave u zgradama u kojima nisu preduzete odgovarajuće mjere, može se javiti niz simptoma kao što su glavobolja, crvenilo očiju, nadražaj kože itd. Ali, najprije treba utvrditi šta se podrazumjeva pod kvalitetom vazduha. To, međutim, nije lako utvrditi jer je vazduh kompleksan fluid koji se sastoji od raznih gasova koji u sebi sadrže različite čvrste čestice kao što su mikrobi, polen, spore, prašina itd.

Sastav vazduha koji udišemo:

KOMPONENTA ZAPREMINSKIH PROCENATAAZOT 78 %

KISEONIK 21 %UGLJEN-DIOKSID 0,03 %

OSTALO 0,97 %

Ne može se govoriti uopšteno o kvalitetu vazduha, nego treba egzaktno utvrditi za koje prostorije je vazduh namjenjen. Npr. kvalitet vazduha koji se zahtjeva za kancelarije je potpuno drugačiji od onog namjenjenog za operacione sale. Zato je vrlo važno da se prije svega utvrdi koja je namjena prostora koji se kondicionira. Na kvalitet vazduha utiču i ljudi koji u tom prostoru borave, jer oni pri disanju odaju toplotu, vodenu paru i ugljen-dioksid, koji predstavljaju glavne izvore zagađenja.

Ostvarivanje komfora izmjenjivanjem vazduha:

Uslovi ugodnosti mogu se ostvariti pomoću odisnog ventilatora. Po namjeni, odisni ventilatori se mogu svrstati u tri grupe:

1. Za ventilaciju stanova2. Za poslovne prostore3. Industrijski ventilatori

Protok vazduha predstavlja količinu vazduha koju treba odvesti ili dovesti u prostoriju tokom određenog vremenskog perioda.

Izbor ventilatora zavisi od:

Vrste prostora: stambeni, poslovni, industrijski; Zapremine prostorije; Vrste i karaktera vazduha koji cirkuliše (čist ili kontaminirani, zagađeni vazduh). Mjesta ugradnje ventilatora:

- Ugrađen u zid i povezan na kanal,- Ugrađen u zid sa izbacivanjem direktno u atmosferu,- Ugrađen u prozor,- Specijalni ventilatori za kanale velike dužine,- Odisni ventilatori za centralne sisteme,

PRENOS ENERGIJE 38

Položaja otvora za ubacivanje i izvlačenje vazduha, Temperature i relativne vlažnosti vazduha, Potrebnog protoka i napora, Dozvoljenog nivoa buke, Raspoloživog napajanja monofazno ili trofazno.

Ubacivanja i izvlačenja vazduha

Istovremenim korišćenjem obe naprijed navedene metode nastaje potpun sistem ventilacije. Ventilator za svjež vazduh se postavlja na najpogodnije mjesto u prostoriji, a ventilator za odisavanje tamo gdje je je najefikasniji. Pritom treba voditi računa da ubačeni ventilator ima veći kapacitet, odnosno da je njegov protok za oko 20% veći od protoka odisnog ventilatora. Ovim se postiže mali natpritisak u prostoriji i izbjegava neželjena promaja.

Vrste ventilatora

Pri projektovanju sistema ventilacije projektantu stoje na raspolaganju razni tipovi ventilatora i izbor zavisi od vrste instalacije. Po tipu, ventilatori se dijele na:

Aksijalne Centrifugalne Aksijalno-radijalne

Aksijalni ventilatori se sastoje od kompleta fiksnih lopatica, usisavaju vazduh sa zadnje strane, a potiskuje ga naprijed, u pravcu vratila motora i paralelno sa svojom osom. Svaki ventilator se klasifikuje prema broju lopatica i njihovom nagibu. Pošto su ovo srednjepritisni/niskopritisni ventilatori, obično se upotrebljavaju u sistemima sa dugom kanalnom mrežom. Oni su najpogodniji za izbacivanje vazduha direktno u spoljnu sredinu. Srednjepritisni aksijalni ventilatori (serije MP i MPC) mogu se povezati na kraće kanale i filtere.

Centrifugalni ventilatori se sastoje od dva dijela: radnog kola (rotora) i oblikovanog kućišta. Vazduh se usisava paralelno sa osom ventilatora, a potiskuje upravno na osu, dok radne karakteristike određenog ventilatora zavise od oblika i broja lopatica. Kod niskopritisnih ventilatora lopatice su obično unaprijed zakriveljene, tako da se vazduh kreće sporo, a samim tim i tiho. Ventilatori koji treba da savladaju veće padove imaju unazad zakriveljene lopatice i mogu se priključiti na duže kanale ili sisteme za filtriranje.

In – line ventilatori imaju rotor sa unazad zakrivljenim lopaticama (kao i centrifugalni), imaju oblikovano kućište, ali kod njih vazduh paralelno sa osom ventilatora (kao kod aksijalnih ventilatora). U zavisnosti od tipa ventilatora oni mogu biti srednjepritisni ili visokopritisni. Ovi ventilatori su namjenjeni za kanalsku ugradnju, a mogu se ugrađivati na početku, na kraju ili u sredini kanala.

PRENOS ENERGIJE 39

Određivanje potrebnog protoka vazduha:

Treba najprije izračunati zapreminu prostorije (m³) = dužina x širina x visina, pa zatim sa korišćenjem podataka iz tabele sa preporučenim brojem izmjena vazduha na sat, može odrediti neophodan kapacitet odisavanja.

Primjer: Posmatrajmo bar širine 4m, dužine 7m i visine 3m. Da bismo odredili potrebnu količinu vazduha za ventilaciju treba prvo da izračunamo zapreminu prostorije 4 x 7 x 3 = 84 m³.Tada se korišćenjem podataka koji su dati u tabelama sa preporučenim brojem izmjena vazduha na sat može odrediti neophodan kapacitet odisavanja.U tabeli je za ovu vrstu prostorija preporučeni broj izmjena je 10 do 12, što znači da treba izabrati ventilator koji može odisati najmanje 840 m³/h (233 l/s). Ovo je dobijeno množenjem zapremine prostorije potrebnim brojem izmjena vazduha za barove i kafee.

Pretvaranje l/s u m³/h l/s x 3,6 = m³/h

Navedena tabela može se koristiti samo orijentaciono. U praksi je bolje usvojiti nešto veći protok vazduha nego preuzeti rizik da ventilacija ne bude zadovoljavajuća.

Da bi se izabrao najpogodniji ventilator za neku prostoriju, potrebno je najprije utvrditi preporučeni broj izmjena vazduha prema namjeni prostorije koje su date u tabeli. Da bi se izračunao potreban protok vazduha treba, kao što je rečeno, pomnožiti zapreminu prostorije brojem potrebnih izmjena vazduha. To je jednostavan postupak koji se koristi da bi se odredio koji ventilator najbolje ispunjava potrebe prostora koji se provjetrava. Kada nije moguće izbacivanje vazduha direktno u atmosferu, ventilator se mora priključiti na kanalsku mrežu, što izaziva smanjenje kapaciteta usljed dodatnog pada pritiska kao posljedice trenja, koje zavisi od:

- Dužine kanala,- Hrapavosti unutrašnjih površina,- Promjene pravca strujanja vazduha, odnosno ugrađenih koljena, redukcija ili filtera.

PROVJETRAVANJE I KLIMATIZACIJA

Provjetravanje – uvođenje svježeg vazduha u prostorije u kojima borave ljudi.

1. PRIRODNO Infiltracijom (cijela konstrukcija objekta „diše“) Kroz spoljne otvore Okna ili kanali za ventilaciju

2. VJEŠTAČKO

Ventilatori Kaloriferi

PRENOS ENERGIJE 40

Klimatizacija ili kondiciranje vazduha podrazumjeva automatsku obradu vazduha određene temperature i vlažnosti. Dijele se na:

Centralni sistem (automatski funkcioniše; klima komore) Pojedinačna klimatizacija

Priprema vazduha se vrši u komori za klimatizaciju koja raspolaže aparatima za grejanje, hlađenje, vlaženje ili sušenje vazduha.

U komoru se dovodi svjež vazduh, povezan sa kotlarnicom. Veličina komore se određuje prema zahtjevu za potrebnu klimatizaciju prostora, mora biti dovoljno velika i prostrana, a određenim sistemom cijevi sa niskim pritiskom klimatizovan vazduh se uvodi preko rešetaka ili anemostata u plafonu u prostor.

Industrijska ventilacija

Na usisnoj i potisnoj strani ventilatori treba ugraditi deonice kanala (ili umirivače struje vazduha) da bi se smanjili gubici usljed vrtloženja vazduha. Minimalne preporučene vrijednosti za prave deonice su: 1 x D na usisu i 3 x D na potisu ventilatora. U ove deonice se ne smije ugraditi filter ili neki drugi element. Odgovarajući prečnik za pravougaone kanale može se izračunati po formuli:

D=√4 x H x Bπ

H – visina kanalaB – širina kanalaD – prečnik kanala

Kako izračunati topl. dobitke?

1. Dobici toplote od ljudi u prostoriji2. Dobici toplote od el. uređaja kao što su mašine, motori, transformatori, osvjetljenje i sl.

Efikasnost uređaja Dobici toplote El. motori 70 – 95 % 5 – 30 %

Transformatori 90 % ~ 10 % Ispravljači 80 – 97% 2,5 – 20 %

Alternatori (gen. naizmjenične struje) 87 – 98 % 2 – 23 %

Kako odrediti količinu vazduha potrebnu za odvođenje viška toplote?

Kada se odrede topl. izvori koji izazivaju porast temperature, moraju se odrediti ukupni topl. dobici, uzimajući u obzir da je 1W = 0,86 kcal/h. Potreban protok vazduha za odvođenje ove toplote računa se polazeći od ukupne odate toplote u kcal, korišćenjem sl. formule:

PRENOS ENERGIJE 41

Q = zapreminski protok vazduha [m³/h] = broj kcal /h

0,288 x Δt (° C)

Δt – maksimalna dozvoljena razlika temperatura između vazduha u prostoriji i vazduha koji se dovodi radi hlađenja.

Primjer proračuna:

U kabini transformatora smješten je transformator snage 300 KW, čija je efikasnost 90 %. Za ispravno funkcionisanje transformatora temperatura u kabini ne smije preći 40°C. Maksimalna temperatura vazduha koji se dovodi za hlađenje iznosi 30°C. Toplota koju odaje transformator iznosi 10 % vrijednosti instalisane snage, odnosno 30 KW. U kcal/h to iznosi 30.000 x 0,86 = 25.800 kcal/h. Temperaturska razlika Δt = 40 - 30 = 10°C. Dakle, zapreminski protok vazduha iznosi:

Q [m³/h] = 25,8000,288 x10

= 8,958 m³/h

Industrijski ventilatori za odvođenje viška toplote

Upotreba odisnih ventilatora se preporučuje i za uspostavljanje željenih mikroklimatskih uslova sredine koji su poremećeni prekomjernim toplotnim dobicima. Kada u prostoriji u kojoj ljudi rade dođe do porasta temperature, poremete se radni uslovi i to negativno utiče na produktivnost rada. Pri projektovanju sistema ventilacije radi sniženja temperature, mora se odrediti broj izmjena na sat u zavisnosti od količine toplote koju treba odvesti. Najprije treba utvrditi uzrok porasta temperature i uticaj ostalih relevantnih faktora. Kada se kućnim plafonskim ventilatorima promjeni smjer tako da vazduh struji naviše, prašina i druge lebdeće čestice udaraju u tavanicu prilično snažno, jer se ventilatori moraju postaviti blizu tavanice da bi lopatice bile van domašaja ljudi. Za relativno kratko vrijeme tavanica, najčešće ofarbana u bijelo, postaje zaprljana i vlasnik stana ili korisnik mora da snosi troškove ponovnog krečenja. Kod industrijske primjene, gdje ružno taloženje prašine na tavanici ne predstavlja toliki problem, činjenica je da se najveći dio vazduha usmjerava naviše, a samo zanemarljivi dio naniže. Zato se nameće zaključak da se i u režimu ljetnje ventilacije i pri uštedi energije zimi, najbolji rezultati postižu kada se vazdušna struja usmjerava nadole. Za zagrejavanje velikih i visokih prostora potrebna je velika količina energije. Prema fizičkim zakonima, zagrejan vazduh se penje naviše, tako da se ispod same tavanice formira sloj toplog vazduha. Topao vazduh ima manju gustinu od hladnog vazduha. Zbog toga se hladan vazduh nagomilava pri podu, a zagrejan ispod tavanice. Hladan vazduh koji prodire u prostoriju se zadržava u nivou poda. S’ obzirom da ljudi borave i rade u nižim zonama, temperature koje tu vladaju uzimaju se kao relevantne. Zagrejani vazduh koji se nagomilava ispod tavanice uzrokuje velike troškove koji se mogu izbjeći. Da bi se ostvarila odgovarajuća temperatura u donjoj zoni u kojoj ljudi borave, potrebno je ili izgubiti mnogo

PRENOS ENERGIJE 42

skupe energije ili obezbjediti cirkulaciju zagrejanog vazduha, tako da se u cijeloj prostoriji ostvari ujednačena temperatura.

ARMATURA U SISTEMIMA CENTRALNOG GREJANJA

U zavisnosti od funkcije koju treba da obavlja u sistemu, postoji slijedeća podjela armature:

- Zaporna (ima funkciju ON/OFF, tj postavlja se u položaj otvoreno/zatvoreno),- Balansna (ima funkciju balansiranju sistema pri puštanju u rad),- Regulaciona (ima funkciju regulacije topl. učinka tokom grejne sezone),- Sigurnosna (ima zaštitnu funkciju – obično štiti elemente sistema od previsokog pritiska).

Balansna aramtura su različite vrste ventila. Najčešće sa kosim sjedištem zbog oprega prigušenja koji se postižu. To su ventili na kojima se preko priključaka za mjerni instrument može mjeriti protok i koji se može postaviti na projektnu vrijednost.

Regulaciona armatura ima ulogu podešavanja određenih parametara sistema na osnovu signala o uticajnoj izmjerenoj veličini. Npr. na osnovu izmjerene temperature u razvodu i postavljene vrijednosti u regulatoru, šalje se signal pogonu ventila koji pokreće vreteno i po potrebi zatvara ili otvara ventil. Pogoni ventila mogu biti ručni, magnetni, pneumatski ili elektro – motorni.

UTICAJ TEMPERATURE GREJNOG FLUIDA NA TOPL. UČINAK

Kada su u pitanju sistemi toplovodnog grejanja izbor temp. režima je jako bitan sa aspekta uslova ugodnosti, topl. učinka grejnih tijela i ekonomičnosti postrojenja. Zahtjevi za postizanje odgovarajućih higijenskih i uslova ugodnosti i izvođenje ekonomičnosti postrojenja često su u suprotnosti, pa je potrebno naći kompromis, tj optimalno riješenje. Povišenje temp. grejnog fluida nepovoljno je sa aspekta uslova ugodnosti, jer visoka temperatura grejnog tijela male površine izaziva neprijatan osjećaj dovodeći do – „asimetričnog zračenja“, uzrokuje pojačano strujanje vazduha i podizanje prašine u prostoriji, a takođe može doći do sagorjevanja nečistoća na površini grejnog tijela i stvaranja neprijatnih mirisa. Sa druge strane, visoka temperatura grejnog tijela znači manju površinu (manji br. članaka radijatora) za isti grejni učinak, što rezultuje nižom cijenom postrojenja (niži invest. troškovi).

Radijator predstavlja vrstu izmjenjivača toplote, mada malo specifič izmjenjivač. Sa jedne strane, unutar radijatora, imamo GREJNI FLUID – vodu, a sa druge strane GREJANI FLUID – vazduh u prostoriji kome se predaje toplota neutralisanja gubitaka toplote. Grejni fluid ima temperaturu koja se kreće u opsegu od θraz . na ulasku u grejno tijelo do θpov . na izlazu iz grejnog tijela. Nominalnim temp. režimom smatra se režim 90/70°C, tj temperatura grejnog fluida se kreće u granicama od 70 - 90°C u projektnim

PRENOS ENERGIJE 43

uslovima; primjenjuju se i dr. toplotni režimi kao što su npr. 80/60°C ili 75/55°. Temp. vazduha u prostoriji se smatra konstantnom i jednakom po cijeloj zapremini prostorije.

Razmjena količina toplote u radijatoru može se izraziti na dva načina:

Qrad .= U · A · Δθm

U – koef. Prolaza toplote kroz radijator, koji zavisi od grejnog tijela, visine i širine grejnog tijela

A – površina grejnog tijela

Δθm – srednja temp. razlika između grejnog i grejanog fluida

Srednja temp. razlika, termodinamički gledano, za suprotno smjerno strujanje u izmjenjivaču toplote izražava se na sl. način:

Δθm = θraz .+Δθpov .

2−θraz .

Bilans toplote izražen sa „vodene“ strane je:

Q RAD. = mw · Cw (θraz. – θpov.)

Mw - maseni protok vode kroz radijator

Cw – specifični topl. kapacitet vode

θraz. – temp. razvodne vode

θpov. – temperatura povratne vode

Prilikom dimenzionisanja radijatora zapravo se određuje njihova grejna površina. To podrazumjeva da je prvo potrebno usvojiti određeni tip i visinu radijatora koji odgovara konkretnoj zgradi, npr. aluminijumski radijator sa rastojanjem između priključaka 800mm. Zatim se bira konkretan proizvođač iz kataloga proizvoda i uzimaju se podaci o izabranom modelu radijatora. Cilj dimenzionisanja radijatora je određivanje broja članaka svakog grejnog tijela u zgradi na takav način da svako grejno tijelo u projektnim uslovima može da nadoknadi gubitke toplote za koje je predviđeno.

I način – preko površine jednog članka :

Nakon što se odredi površina radijatora preko jednačine, što predstavlja ukupnu površinu potrebnog grejnog tijela, broj članaka se računa tako što se ukupna površina podijeli površinom jednog članka:

n = Af

n – broj članaka radijatora; A – ukupna površina radijatora (m²);

F – površina jednog članka (m²).

PRENOS ENERGIJE 44

II način – preko odavanja toplote jednog članka :

Ovaj način dimenzionisanja radijatora je mnogo češći u praksi. Odavanje toplote jednog članka q takođe se daje u katalogu proivođača (za određeni tip i veličinu radijatora), ali je ovdje potreban još jedan dodatni podatak. Osim odavanja toplote članka, mora se dati i temperaturski režim toplovodnog grejanja, kao i srednja temp. razlika (npr. režim 90/70°C i Δθm = 60°C). Br. članaka radijatora je:

n = Qgub .topl .

q Q gub.topl . – gubici toplote koje radijator treba da nadoknadi

q – odavanje toplote jednog članka

S obzirom da radijator odaje toplotu i konvekcijom i zračenjem, odavanje toplote (tzv. grejni učinak grejnog tijela) se ne mijenja linerano sa promjenom temp. uslova, već po eksponencijalnoj zavisnosti:

q = qN(Δθm60

)ᵐ

qN – nominalno odavanje toplote po članku,Δθm – srednja temp. razlika između grejnog i grejanog fluida (°C),ΔθmN = 60°, što je srednja temp. razlika za nominalni režim,m− termička karakteristika grejnog tijela.

Odavanje toplote grejnog tijela u zavisnosti od srednje razlike temperatura prikazano je u prethodnoj tabeli.

Analiza mogućnosti ugradnje pločastih izmjenjivača

U podstanicama toplifikacionog sistema Doboja su ugrađeni spiralni izmjenjivači toplote. Karakteristike, prednosti i nedostaci ovih klasičnih izmjenjivača su uglavnom poznati. Dosadašnja eksploatacija je pokazala da neke od podstanica ne mogu obezbjediti efikasno funkcionisanje termotehničkih instalacija, a hidraulički je proračun da tome nije uzrok nedovoljan protok ili napor primarne strane. Stoga se sa pravom uzrok otežanog pogona može tražiti u izmjenjivaču (nedostatak kapaciteta zbog naknadnog povećanja topl. konzuma, zaprljanost površina i sl.). Kada se utvrdi nedostatak kapaciteta kod postojećih podstanica ili kod gradnje novih podstanica preporučljiva je ugradnja pločastih izmjenjivača zbog niza prednosti u odnosu na klasične, spiralne izmjenjivače. Visok učinak izmjenjivača omogućuje veliku sposobnost prenosa toplote sa primarne na sekundarnu stranu. Oblik ploče je specifičan za pojedini tip, te je osnova maksimalnog koeficijenta prenošenja toplote do 7000 (W/m²°C). Tako je npr. kod korišćenja termalne vode temperatura vode od 70°C. Mada u slučaju toplifikacionog sistema Doboja nije potrebna ovako visoka efikasnost, a da bi se koristili

PRENOS ENERGIJE 45

Vrsta grejnog tijela m

Člankasta grejna tijelaLiveni radijatori 4/3Aluminijumski radijatori 1.25-1.33

Cijevna grejna tijela (cijevni registri) 1.25Konvektori 1.35 - 1.45

izmjenjivači manje površine i sa manjim brojem prolaza, veliki koeficijent prenosa omogućuje optimizaciju termičkih i hidraulićkih parametara u odnosu na termodinamičke zahtjeve.

Posebna ležišta zaptivki izmjenjivača onemogućuju mješanje dva medija za prenos toplote. Zbog toga nije moguće da i kod neuobičajeno visokih opterećenja zaptivke iskoče iz ležišta,

Pločasti izmjenjivači se lako prilagođavaju promjenama eksploatacionih uslova. Dakle, u slučaju da se toplotni konzum promjeni, ploče izmjenjivača se mogu dodati ili oduzeti. Time se izbjegavaju troškovi novih investicija, a skinute ploče sa jednog izmjenjivača se mogu ugraditi po potrebi na drugi,

Zbog uskih protočnih presjeka u izmjenjivaču se zadržava samo mala količina protočnog medija zbog čega je radna težina izmjenjivača mala, a vrijeme reakcije kraće kod stavljanja u pogon ili isključenja,

Pločaste izmjenjivače karakteriše kompaktna izvedba. Uzmimo npr. podstanicu topl. kapaciteta 2000 KW. Klasični, cijevni izmjenjivač bi bio dug 2735(mm) sa prečnikom 510(mm), a bilo bi potrebno još 3000(mm) da bi se mogao izvući cijevni registar. Za isti kapacitet, pločasti izmjenjivač je širok 530(mm), visok 1440(mm) i dug 1000(mm).

Rastavljanje i čišćenje izmjenjivača je jednostavno i brzo

Sastavni dijelovi pločastog izmjenjivača su:- Paket ploča sastavljen iz određenog broja pojedinalno profilisanih ploča, koje odgovaraju

termodinamičkim zahtjevima,- Zaptivke na profilisanim pločama koje zaptivaju protočne kanale i određuju smjerove protoka,- Kućište u koje je ugrađen paket ploča učvršćen sa vijcima između osnovne i pritisne ploče,- Priključci za medije primarne i sekundarne strane su na osnovnoj ploči, osim kod izmjenjivača sa

više prolaza kod kojih su priključci i na osnovnoj i na pritisnoj ploči.

Toplotno opterećenje

Toplotni konzum predstavlja projektovani i maksimalni toplotni gubitak, a određen je prema vanjskoj projektnoj temperaturi koja za Doboj iznosi -20°C. Ova vanjska temperatura je mjerodavna za dimenzionisanje termotehničkih instalacija grejanja i kapaciteta izvora toplote. Prosječno toplotno opterećenje se određuje prema srednjoj vanjskoj temperaturi u periodu grejanja za svaki mjesec posebno, te je ova vrijednost niža od veličine toplotnog konzuma (maksimalna vrijednost). Prosječno toplotno opterećenje u sezoni grejanja izračunato je prema tabeli br.1 na osnovu izraza:

Qt = Qmax . X T uT t

TuT v

(MW)

gdje je: Qt (MW) – prosječno topl. opterećenje topl. konzuma u zavisnosti od srednje mjesečne temperature Qmax . – projektovano maksimalno toplotno opterećenje pri vanjskoj projektovanoj temperaturi ( T v=−20 ° C ¿ T u(°C ) - usvojena unutrašnja projektna temperatura prostorija (T u = 20°C) T t (°C ) – srednja mjesečna temperatura, T v (°C) – vanjska projektna temperatura (T v = -20°).

PRENOS ENERGIJE 46

Mjesec X XI XII I II III IVT t (°C) 11 6 1 -1 2 6 11

Qt (MW) 15,5 24,2 32,8 36,3 31,1 24,2 15,5Qt /Qmax

0,22 0,33 0,47 0,52 0,45 0,35 0,22

B = 24 ·3,6 · e·v·SD·Q(tu−ts)· Hu·η

= 3600· E

Hu·η Godišnje potrebe količine toplote konzuma [kg/

PRENOS ENERGIJE 47