sveučilište u rijeci tehnički fakultet projekt termotehničkog sustava

SVEUČILIŠTE U RIJECI

TEHNIČKI FAKULTET

Sveučilišni diplomski studij strojarstva

Diplomski rad

PROJEKT TERMOTEHNIČKOG SUSTAVA ENERGETSKI

NEOVISNE ZGRADE

Rijeka, svibanj 2015. Alen Zgrablić

0069046810

SVEUČILIŠTE U RIJECI

TEHNIČKI FAKULTET

Sveučilišni diplomski studij strojarstva

Diplomski rad

PROJEKT TERMOTEHNIČKOG SUSTAVA ENERGETSKI

NEOVISNE ZGRADE

Mentor: Prof. dr. sc. Bernard Franković

Rijeka, svibanj 2015. Alen Zgrablić

0069046810

IZJAVA

Ja, Alen Zgrablić (JMBAG 0069046810), student druge (2.) godine diplomskog studija strojarstva

na Tehničkom fakultetu, Sveučilišta u Rijeci, izjavljujem da sam samostalno izradio Diplomski

rad prema zadatku 2170-15-12-14-3 od 17.03.2014. godine.

___________________________________

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentoru prof.dr.sc. Bernardu

Frankoviću za pomoć i vođenje pri pisanju diplomskog

rada. Također se zahvaljujem poslijedoktorandu dr.sc.

Paolu Blecichu na pomoći pri tehničkoj izvedbi.

Posebno hvala roditeljima na moralnoj podršci te

financijskoj pomoći prilikom studiranja.

Sadržaj

1. Uvod ......................................................................................................................................... 1

2. Sustavi grijanja, ventilacije i klimatizacije (HVAC) ............................................................... 2

2.1. Podjele sustava ventilacije i klimatizacije ........................................................................ 2

2.2. Kriteriji odabira HVAC sustava ....................................................................................... 5

3. Niskoenergetske i energetski neovisne zgrade ........................................................................ 7

3.1. Glavni aspekti niskoenergetskih zgrada ........................................................................... 7

3.2. Standardi energetski učinkovitih zgrada ........................................................................... 8

3.3. Potpuno energetski neovisne zgrade............................................................................... 10

4. Proračun potrebne topline za grijanje energetski neovisne zgrade ........................................ 12

4.1. Ulazni podaci za proračun gubitaka topline ................................................................... 12

4.2. Unutarnje temperature prostorija .................................................................................... 13

4.3. Koeficijenti prolaza topline ............................................................................................ 13

4.4. Rezultati proračuna ......................................................................................................... 17

5. Proračun rashladne energije za hlađenje energetski neovisne zgrade.................................... 18

5.1. Ulazni podaci za proračun dobitaka topline ................................................................... 18

5.2. Unutarnje temperature prostorija .................................................................................... 19

5.3. Rezultati proračuna ......................................................................................................... 19

6. Dimenzioniranje sustava ventilacijE ...................................................................................... 21

6.1. Određivanje potrebne količine zraka u sustavima ventilacije ........................................ 21

6.1.1. Prema potrebnom broju izmjena zraka u određenom vremenu (zagađenje) ........... 21

6.1.2. Količina zraka prema toplinskom ili rashladnom učinu .......................................... 22

6.2. Određivanje veličine kanala sustava ventilacije ............................................................. 24

7. Proračun potrošnje PTV ( potrošne tople vode) .................................................................... 27

8. tehnički opis i odabir opreme ................................................................................................. 28

8.1. Lokacija i opis demo građevine ...................................................................................... 28

8.2. Fotonaponski sustav demo građevine ............................................................................. 28

8.3. Sustav ventilacije ............................................................................................................ 29

8.3.1. Odabrana oprema za sustav ventilacije ................................................................... 30

8.4. Sustav dizalice topline zrak-voda ................................................................................... 38

8.4.1. Medij dizalice topline .............................................................................................. 39

8.4.2. Odabrana oprema za sustav dizalice topline ........................................................... 40

9. Proračun godišnje potrošnje energije ..................................................................................... 46

9.1. Energija potrebna za grijanje .......................................................................................... 46

9.2. Energija potrebna za hlađenje......................................................................................... 49

9.3. Energija za pripremu PTV .............................................................................................. 50

9.4. Energija za ventilaciju .................................................................................................... 51

9.5. Ukupna potrošnja energije .............................................................................................. 52

9.6. Godišnja potrošnja primarne energije............................................................................. 54

9.6.1. Proračun primarne energije (struja iz mreže) .......................................................... 55

9.6.2. Proračun primarne energije (struja iz FN sustava) .................................................. 56

10. Zaključak ............................................................................................................................ 58

11. Literatura ............................................................................................................................ 60

12. Popis oznaka i kratica ......................................................................................................... 62

13. Sažetak ............................................................................................................................... 62

14. Prilozi ................................................................................................................................. 63

Alen Zgrablić Projekt termotehničkog sustava energetski neovisne zgrade

1

1. UVOD

Ovaj diplomski rad zamišljen je kao rješenje kompletnog termotehničkog sustava demo građevine

za obnovljive izvore energije koji koristi sunčevu energiju za postizanje potpune energetske

neovisnosti. Kompletni termotehnički sustav zgrade pogonjen je isključivo električnom energijom

iz obnovljivih izvora te će sve svoje potrebe zadovoljavati iz autonomnog fotonaponskog sustava.

U početnom dijelu rada bit će definirano što je termotehnički sustav, kao i ciljevi njegove

instalacije. Definirat ćemo pojam niskoenergetskih zgrada te uvjete koji se trebaju zadovoljiti za

potpunu energetsku neovisnost zgrade, odnosno, da zgrada bude „gotovo nulte energije“.

Rješavanje projektnog zadatka počinjemo odabirom građevinskih elemenata građevine te

proračunom gubitaka topline koji su nužni za izračunavanje količine toplinske energije za

zagrijavanje zgrade. Projektni zadatak također zahtjeva izračun toplinskog opterećenja kojim

ćemo izračunati ukupnu količinu rashladne energije za hlađenje zgrade. Budući da današnje

niskoenergetske zgrade imaju vrlo malu zrakopropusnost, dobava svježeg zraka osigurat će se

sustavom ventilacije. Kako bismo dimenzionirali sustav ventilacije, odredit ćemo potrebnu

količinu zraka, kao i potrebnu veličinu ventilacijskog kanala za distribuciju svježeg zraka te njegov

povrat. Kako bi funkcija termotehničkog sustava bila potpuna, potrebno je u sustav implementirati

i pripremu potrošne topline vode, u svrhu čega je izrađen proračun potrošnje PTV. Zbog vrlo malih

energetskih zahtjeva zgrade postignutim debelim slojem izolacijskog materijala, termotehnički

sustav bit će izveden u dva dijela. Sustav ventilacije bit će izveden kao odvojeni sustav koji služi

samo za provjetravanje i povrat topline. Kao sustav za grijanje, hlađenje i pripremu PTV koristit

ćemo split izvedbu dizalice topline koja 50 % učinka crpi iz topline vanjskog zraka u

temperaturnom rasponu od -15 ℃ do 35 ℃. Radom će biti obuhvaćen kompletan tehnički opis

obaju sustava, kao i detaljan opis sve odabrane opreme. Uz tehnički opis, bit će izrađen i kompletan

grafički dio projekta, uz shematski prikaz instalacija te dispoziciju opreme. Na kraju rada će, u

svrhu određivanja autonomnosti sustava kroz godinu, biti izrađen i proračun ukupne godišnje

potrošnje energije koja uključuje energiju za grijanje, hlađenje, ventilaciju te pripremu PTV.


2

2. SUSTAVI GRIJANJA, VENTILACIJE I KLIMATIZACIJE (HVAC)

Ciljevi sustava grijanja, ventilacije i klimatizacije su pružanje prihvatljive razine udobnosti

korisnika prostora i održavanje dobre kvalitete zraka uz minimalan potrošak energije te

minimalnih troškova sustava.

HVAC (engl. Heating, ventilating, and air conditioning systems) sustavi omogućuju sigurno i

udobno radno okruženje osobama koje borave u zgradama . „Kvaliteta zraka“ te „stanje zraka“ u

prostoriji uvelike utječe na zdravlje, stav i produktivnost osoba. Pojmovi „kvaliteta zraka“ te

„stanje zraka“ podrazumijevaju čistoću zraka, odnosno izostanak mirisa u zraku te temperaturu,

vlažnost i brzinu strujanja u granicama ljudske udobnosti. Sud o ugodnosti proizvod je spoznajna

procesa koji uključuje fizikalne, fiziološke, psihološke i druge momente te je donošenje toga suda

strogo individualizirano (različite potrebe, očekivanja) [1]. Iz tog razloga, ugodnost se u praksi

zadovoljava kad broj nezadovoljnih ne prelazi 20%. Prema ASHRAE - u (American Society of

Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers), zona ugodnosti smatra se postignutom

kad je temperatura prostora u zimskom periodu od 20 – 24 ℃ te u ljetnom periodu od 23 – 26 ℃.

Ovi uvjeti vrijede kada je relativna vlažnost zraka 50%, a zrak ne struji brzinom većom od 0,15

m/s. Brzina strujanja zraka od velike je važnosti za postizanje toplinske ugodnosti te je najčešći

prigovor korisnika prostora.

2.1. Podjele sustava ventilacije i klimatizacije

Sustave ventilacije i klimatizacije s obzirom na područje primjene možemo podijeliti na komforne

sustave, kod kojih je cilj zadovoljiti zahtjeve ugodnosti boravka (stambene i poslovne zgrade,

javni, zdravstveni i ugostiteljski objekti), te industrijske sustave, kod kojih je primarni zadatak

ispuniti zahtjeve radna procesa, dok se zadovoljavaju minimalni zahtjevi ugodnosti boravka ljudi.

Podjela prema prijenosniku energije:

• Zračni sustavi - kod zračnih sustava toplinska energija se prenosi zrakom, što znači da se

toplinski gubici prostora tijekom sezone grijanja, odnosno toplinsko opterećenje prostora,

ljeti pokrivaju zrakom koji se dovodi u prostor s višom, odnosno, nižom temperaturom od

prostorne. Zračni sustavi nisu energetski neovisni i često zahtijevaju , osim priključka

električna napajanja, i priključke za ogrjevni i rashladni medij (najčešće voda). Uporaba

zračnih sustava isplativa je do toplinskoga opterećenja prostora od 50 W/m2.


3

Slika 2.1. Podjela zračnih sustava [2]

• Zračno – vodeni sustavi – razlikuju se od zračnih sustava po tome što se u središnjoj klima-

komori priprema samo primarni vanjski zrak (obično bez miješanja s optočnim), koji se

razvodi po prostorima prvenstveno za potrebe provjetravanja. Toplinski gubici i toplinsko

opterećenje zgrade pokrivaju se korištenjem vode kao ogrjevnog medija u režimu grijanja,

odnosno, rashladnog medija u režimu hlađenja preko sekundarnog vodenog sustava.

Budući da vodeni sustav ima znatno kompaktnije dimenzije od zračnoga, njegovom

uporabom se značajno mogu smanjiti dimenzije zračnih kanala, pošto zrak ne preuzima

opterećenje grijanja i hlađenja zgrade, čime se smanjuje njegov volumni protok kroz

zgradu. Najčešće korišteni elementi za distribuciju zraka u prostor su ventilokonvektori

(pogodni za upotrebu uz niskotlačni razvod primarna zraka) i indukcijski uređaji (pogodni

za upotrebu uz visokotlačni razvod primarna zraka). Ventilokonvektori i indukcijski

uređaji spajaju se na dvocijevni ili četverocijevni razvod. Uređaji se najčešće opremaju s

jednim, a zatim i s dvama izmjenjivačima topline.


4

Slika 2.2. Podjela zračno - vodenih sustava [2]

Podjela sustava ventilacije i klimatizacije prema smještaju sustava za pripremu zraka:

• Središnji (centralni) sustavi – sustav u kojem se sva pripremu zraka, što podrazumijeva

sadržavanje izvora toplinskog i rashladnog učina, vrši u centralnoj jedinici. Prednost takvih

sustava je mogućnost regulacije relativne vlažnosti i temperature kroz cijelu godinu.

Međutim, centralna jedinica najčešće je smještena izvan klimatiziranog prostora, stoga je

u tom slučaju potrebno osigurati prostor za jedinicu te relativno velik kanalni razvod.

Osnovni dijelovi jednog središnjeg sustava jesu: središnja klima komora, distribucijska

mreža, terminalni uređaji te izvori topline, odnosno, rashladni uređaji.


5

Slika 2.3. Zrakom hlađena klima komora [3]

• Lokalni (decentralizirani) sustav – sustav u kojem se priprema zraka vrši u više odvojenih

jedinica. Jedinice nekada mogu služiti i za pojedine prostorije. Prednost kod takvih sustava

je velika prilagodljivost promjenjivim energetskim potrebama zgrade. Mogu se pojaviti

kao split (razdvojeni) sustavi te kao paketne jedinice (klimatizacijski ormari).

Najjednostavniji oblik split izvedbe (moguće u izvedbi dizalice topline) jest pojedinačni,

to jest, podjela na vanjsku i unutarnju jedinicu (engl. monosplit). Osim pojedinačnih,

postoje i višedijelni razdvojeni sustavi (engl. multisplit). Izvode se s konstantnim

protokom radne tvari (engl. Constant Refrigerant Flow, CRF), ili sa promjenjivim

protokom radne tvari (engl. Variable Refrigerant Flow, VRF). Kod VRF sustava moguće

je spajanje većeg broja unutarnjeg jedinica na jednu vanjsku jedinicu. U tom slučaju treba

voditi računa o duljini cijevnog razvoda, kako bi se spriječili veliki gubici topline u

cjevovodu.

2.2. Kriteriji odabira HVAC sustava

Kod odabira HVAC sustava treba voditi računa o više faktora. Zbog visokih cijena opreme te

instalacija takvih sustava, potrebno je vrlo pažljivo odabrati vrstu izvedbe, snagu i distribuciju

opreme, itd. Posebice je zahtjevno ako se sustav nadograđuje na postojeću građevinu ili čak na

neke dijelove već postojeće opreme. U tom je slučaju vrlo važno uskladiti kompatibilnost sustava

te izvesti sustav s minimalnim promjenama na postojećem stanju.

Prilikom odabira HVAC sustava, potrebno je u obzir uzeti svaki od sljedećih čimbenika:


6

• Financijski čimbenici

o Početni troškovi

o Operativni troškovi

o Troškovi održavanja i popravka

o Troškovi nadogradnje ili zamjene opreme

o Ekonomska opravdanost

o Troškovi energije

• Građevinski uvjeti

o Nova ili postojeća zgrada ili prostor

o Lokacija

o Orijentacija

o Arhitektura

o Klima i zasjenjenje

o Konstrukcija

o Kodovi i standardi

• Primjena zgrade

o Popunjenost

o Zahtijevani uvjeti zgrade

• Dostupnost energije

o Tipovi energije

o Pouzdanost izvora energije


7

3. NISKOENERGETSKE I ENERGETSKI NEOVISNE ZGRADE

Niskoenergetske zgrade temelj su primjene održive gradnje tokom cijelog svog životnog vijeka.

Počevši od građevinskog materijala čija proizvodnja ima minimalan utjecaj na okolinu, preko

njihove energetske efikasnosti tokom životnog vijeka, sve do adekvatnog upravljanja otpadom.

Osim toga, niskoenergetske zgrade, u čiju grupu spadaju i pasivne kuće, pružaju visok stambeni

komfor s ugodnom klimom tokom cijele godine bez standardnih sistema grijanja i hlađenja, uz

vrlo niske troškove na račun energenata.

Izgradnja niskoenergetskih zgrada suštinski je korak ka održivom razvoju. Manja potrošnja

energije za grijanje i hlađenje stambenih zgrada smanjuje upotrebu fosilnih goriva, smanjuje

ovisnost od uvoza energije i smanjuje emisiju stakleničkih plinova. S neizbježnim rastućim

trendom cijena energije, smanjena potrošnja je najbolji način zaštite od neizvjesnosti cijena u

budućnosti. Nisko-energetske zgrade smanjuju svoj dugoročni utjecaj na okolinu, a za kupce

stanova nude bolji komfor stanovanja uz prihvatljivu cijenu.

Slika 3.1. Kompleks pasivnih kuća "Am Mühlweg” u Beču [4]

3.1.Glavni aspekti niskoenergetskih zgrada

Glavne aspekte niskoenergetskih zgrada naspram standardnih zgrada podijelit ćemo u 4

kategorije:

1. Poboljšana ukupna arhitektonska kvaliteta zgrade

• Davanje važnosti arhitektonskom dizajnu


8

• Integracija arhitektonskog dizajna s nisko-energetskim ciljem

• Rad s izvrsnim arhitektonskim studiom

• Interaktivni dizajn i usklađenost

2. Poboljšana ukupna kvaliteta upotrebom boljih materijala

• Izgradnja zgrada koje traju

• Upotreba dugotrajnih provjerenih rješenja (zidni sistem, krovni sistem)

3. Unaprjeđenija energetska efikasnost

• Bolja toplinska izolacija (manji koeficijent prolaza topline k)

• Briga o toplinskim mostovima1

• Prozori višeg energetskog razreda (manji koeficijent topline k, optimalna propusnost

sunčevog zračenja, kvalitetni prozorski okviri)

• Opremanje sustavom provjetravanja s povratom topline iz otpadnog zraka (smanjenje

nekontrolirane infiltracije zraka te smanjenje toplinskih gubitaka i dobitaka)

• Zaštita od pregrijavanja (žaluzine, nadstrešnice, krovni prepusti, pojačano

prozračivanje, zasjenjenje staklenih površina na južnom pročelju)

• Pasivna primjena sunčeve energije (izravan prodor Sunčevog zračenja u prostorije,

Trombeov zid, ostakljena veranda)

4. Korištenje obnovljive energije

• Solarna energija za sanitarnu toplu vodu

• Solarna energija za fotonaponski sustav

• Geotermalna energija za podno grijanje i hlađenje

3.2. Standardi energetski učinkovitih zgrada

Za pravilnu definiciju pojma niske – energije, potrebno je definirati koji je tip potrošnje uzet u

obzir Najčešće, niska-energija se odnosi na energiju potrebnu samo za grijanje ili energiju

potrebnu za grijanje i PTV. U različitim normama, ta energija se odnosi na grijanje, hlađenje,

1 Toplinski mostovi povećavaju potrošnju energije za grijanje ili hlađenje te smanjuju toplinsku ugodnost boravišnih

prostora. Ukoliko toplinski most nije izveden u skladu s normama, povećanje koeficijenta

prolaza topline građevinskog elementa uzima se 0,10 W/m2K.


9

pripremu tople vode, ventilaciju i čak osvjetljenje. Naravno, zavisno od toga koja potrošnja se

računa, energetska norma je različita.

Standard pasivne kuće propisuje Passivhaus-standard [5] (Passivhaus-Institut, Darmstadt,

Njemačka) kojim se na području srednje i južne Europe zahtjeva:

- potrošnja godišnje energije za stambeno grijanje ili hlađenje manja od 15 kWh/m2a

- ukupna godišnja potrošnja energije (grijanje, hlađenje, topla voda i električna energija)

manja od 42 kWh/m2a,

- ukupna godišnja potrošnja primarne energije manja od 120 kWh/m2a,

- zrakopropusnost omotača pri Blower door testu2 n50 < 0,6 h-1,

- toplinsko opterećenje zgrade manje od 10 W/m2 pri vanjskim projektnim uvjetima

(preporuka u Passivhaus standardu, a propis u Minergie-P standardu)

U Švicarskoj je na snazi Minergie-P standardi [6] inačica njemačkog Passivhaus standarda, kojim

se zahtjeva :

- potrošnja godišnje energije za stambeno grijanje manja od 15 kWh/m2a,

- toplinsko opterećenje zgrade zgrade qmax < 10 W/m2,

- ukupna godišnja potrošnja energije za grijanje, hlađenje i ventilaciju prostora te pripremu

tople vode manja od 30 kWh/m2a,

- zrakopropusnost omotača pri Blower door testu n50 < 0,6 h-1,

- klasa električnih kućanskih uređaja A, A+ ili A++

Minergie-P standard sužava izbor sustava grijanja na sljedeće:

1. dizalicu topline na toplinu iz tla za cjelogodišnje stambeno grijanje i pripremu PTV-a,

2. kotao na drvnu biomasu za stambeno grijanje i pripremu PTV-a zimi te solarne kolektore

za pripremu PTV-a ljeti,

3. centralni toplinski sustav koji koristi otpadnu toplinu iz industrije, iz spalionica

komunalnog otpada, ili toplinu iz postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda za

cjelogodišnje stambeno grijanje i pripremu PTV-a,

4. automatski kotao na drvnu biomasu (peleti) za cjelogodišnje stambeno grijanje i pripremu

PTV-a

5. dizalicu toplina zrak-voda za cjelogodišnje stambeno grijanje i pripremu PTV-a.

2 Test pri čemu, kod razlike od 50 Pa između tlaka okoline i tlaka stambenog prostora, zrakopropusnost ne smije biti

veća od n50 = 0,6 h-1.


10

3.3. Potpuno energetski neovisne zgrade

Potpuno energetski neovisna zgrada je zgrada s vrlo niskom potrošnjom energije te sve potrebe za

energijom zadovoljava iz obnovljivih izvora, uključujući energiju iz obnovljivih izvora koja se

proizvodi na zgradi ili u njezinoj blizini. Pojam nulte energije možemo shvatiti na više načina te

se pokušava utvrditi točna terminologija tog izraza. Naime, prema NREL (National Renewable

Energy Laboratory) pojam nulta energija možemo definirati kao:

1. Nulta energija „na licu mjesta“ (engl. Net Zero Site Energy) – odnosi se na energiju

potrošenu i proizvedenu na zgradi ili u njezinoj blizini, bez obzira na podrijetlo te energije,

odnosno njen primarni oblik. Za svaku potrošenu jedinicu energije potrebno je proizvesti

jedinicu energije.

2. Primarna nulta energija (engl. Net Zero Source Energy) – odnosi se na nulti potrošak

energije koja nije podvrgnuta niti jednom postupku pretvorbe

3. Nulta cijena energije (engl. Net Zero Energy Cost) – odnosi se na cijenu ukupnog utroška

energije koja kroz godinu iznosi 0 $

4. Nulta emisija energije (engl. Net Zero Energy Emissions) – odnosi se na energiju koja ne

rezultira nikakvom emisijom plinova (ugljični dioksid, dušikovi oksidi, sumporni dioksid

itd.)

Slika 3.2. Kuća nulte energije u New Boston-u [7]

Prema Tehničkom propisu o racionaloj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama [8],

obiteljska stambena zgrada s jednim stanom gotovo nulte energije jest zgrada čija ukupna


11

potrošnja primarne energije koja uključuje energiju za grijanje, hlađenje, ventilaciju i pripremu

potrošne tople vode ne prelazi vrijednosti od 30 kWh/(m2a) kada srednja mjesečna temperatura

vanjskog zraka najhladnijeg mjeseca na lokaciji zgrade jest > 3 °C (najhladniji mjesec u Rijeci je

siječanj s prosječnom mjesečnom temperaturom od 5,3 °C).

3.4. Prva certificirana pasivna kuća u Hrvatskoj

Montažna obiteljska kuća smještena u mjestu Majcanima pokraj Buzeta, vlasnika Tanje i Mladena

Vilića, prva je pasivna kuća u Hrvatskoj, s certifikatom uglednog Instituta Pasivhaus iz njemačkog

Darmstadta. Za dobivanje takvog certifikata valjalo je ispuniti čak nekoliko desetaka strogih uvjeta

energetske učinkovitosti, poput testa nepropusnosti zraka, visoke učinkovitosti sustava ventilacije

s rekuperacijom topline, limita napajanja sustava za hlađenje i grijanje od 15 kWh godišnje po

četvornome metru, ne prelaženja ukupne potrebe za primarnom energijom od 120 kWh godišnje

po kvadratu itd.

Stabla koja okružuju kuću stambene površine 140 četvornih metara donose uštedu do čak 1100

kWh godišnje, jer su tijekom ljeta prirodna sjena koja sprječava pregrijavanje objekta. Osim toga,

na prosječnoj dubini od 3,5 metra nalazi se ukopan zemni izmjenjivač topline, koji ljeti hladi zrak,

zimi ga predgrijava, tako da u kući nema aparata za grijanje, odnosno hlađenje. U potkrovlju

objekta nalazi se sustav ventilacije sa visoko učinkovitim povratom topline, koji u kuću po potrebi

ubacuje svježi vanjski zrak.

Također je bitna orijentiranost objekta, čije je pročelje okrenuto prema jugu, tako da velika

staklena stijena u dnevnom boravku apsorbira sunčevu toplinu tijekom hladnih sunčanih dana.

Stolarija objekta je vrlo visoke kvaliteta čime se drastično smanjuju energetski gubici. Izvedena

sa trostrukim ostakljenjem punjenim kriptonom te je certificirana za pasivne i niskoenergetske

kuće.

Ukupna cijena projekta je 86.000 € što iznosi približno 600 € po četvornom metru objekta.


12

4. PRORAČUN POTREBNE TOPLINE ZA GRIJANJE ENERGETSKI

NEOVISNE ZGRADE

Toplinski gubici zgrade mogu se podijeliti na:

1. transmisijske toplinske gubitke (provođenje topline kroz okolne plohe prema okolici i tlu

te prema okolnim prostorima s različitim opterećenjem)

2. ventilacijske toplinske gubitke (posljedica strujanja zraka kroz ovojnicu zgrade i između

pojedinih njezinih dijelova, odnosno prostorija)

Podaci referentne godine3 za Rijeku ( temperatura i vlažnost vanjskog zraka) korišteni su za

proračun gubitaka topline, odnosno temperature i vlažnosti zraka u prostorijama demo građevine

na području grada Rijeke. U svakom satu referentne godine iz karakteristika demo građevine mogu

se izračunati transmisijski i ventilacijski gubici topline.

Za proračun je korišten software IntegraCAD, čija je primarna zadaća olakšavanje izrade

termotehničkih sustava.

4.1. Ulazni podaci za proračun gubitaka topline

Zgrada prema svojoj lokaciji spada u 3. građevinsku klimatsku zonu. Proračun gubitaka topline

izrađen je na temelju arhitektonsko-građevinskih podloga prema preuzetoj normi ERN EN 12831

(Sustavi grijanja u građevinama – Postupak proračuna normiranog toplinskog opterećenja) i HRN

U. J5.600 (Tehnički uvjeti za projektiranje i građenje zgrada) za vanjsku projektnu temperaturu od

-8 °C.

Lokacija: Rijeka

Građevinsko- klimatska zona: 3.

Vanjska projektna temperatura: -8 °C

Srednja godišnja temperatura: 14 °C

3 U najmanje desetogodišnjem nizu istovjetnih mjeseci, uporabom standardnih normalnih devijata srednjih mjesečnih

vrijednosti meteoroloških parametara dobiven je najtipičniji mjesec u nizu. Referentna godina predstavlja umjetnu

godinu, sintezu najtipičnijih mjeseci niza, sa svim realnim vrijednostima satnih promjena. Referentnom godinom

prikazane su prirodne promjene meteoroloških parametara u isto vrijeme i u realnoj veličini.


13

Namjena: demo-građevina za OIB

Tip: poslovna

Klasa zaštićenosti: umjerena

Stupanj brtvljenja: visoki

Ventilacija: prisilna (n = 0,5 h-1)

4.2. Unutarnje temperature prostorija

Unutarnje projektne temperature za proračun toplinskih gubitaka uzete su prema namjeni

pojedinih prostorija sukladno normi HRN U.J5.600 i Pravilniku o zaštiti na radu za radne i

pomoćne prostorije i prostore u zimskom periodu.

Laboratorij: 20 °C

Ured: 20 °C

Prostor baterija: 20 °C

Sanitarije: 20 °C

4.3. Koeficijenti prolaza topline

Koeficijent prolaza topline za višeslojni element konstrukcije moguće je izračunati po izrazu:

� =1

1�� + ∑�� +1�� W

m�K�(4.1)

pri čemu je :

αu [W/(m�K)] koeficijent prijelaza topline na unutarnjoj stjenci

αv [W/(m�K)] koeficijent prijelaza topline s vanjske strane

δ [m] debljina pojedinog sloja

λ [W/mK] toplinska vodljivost materijala sloja

a) Za vanjski zid demo građevine odabran je jednostjeni zid (d = 50 cm) od saćaste opeke s

toplinskom izolacijom od kamene vune TERVOL FP koji se sastoji od:


14

• Unutrašnja žbuka 1.0 cm

• Puna opeka 15.0 cm

• Toplinska izolacija TERVOL FP 32.0 cm

• Toplinska žbuka 2.0 cm

Koeficijent prolaza topline iznosi:

� = 0,104[W/(m�K)]

Slika 4.1. Odabrani zid demo građevine [9]

b) Za konstrukciju krova demo građevine odabran je topli krov (d = 60 cm) s toplinskom

izolacijom od kamene vune, na betonskoj konstrukciji te se sastoji od:

• Unutrašnja žbuka 1.0 cm

• Betonska konstrukcija 18.0 cm

• Kamena vuna 36.0 cm

• Polysyrol EPS 2.0 cm

• Hidroizolacijska folija 0.1 cm

• Drenažni sloj 6.0 cm


� = 0,104[W/(m�K)]


15

Slika 4.2. Odabrani krov demo građevine [9]

c) Za konstrukciju poda demo građevine odabran je armiranobetonski pod (d = 72 cm) koji se

sastoji od:

• Šljunak 30.0 cm

• AB ploča 15.0 cm

• Bitumenska traka 0.5 cm

• Poliuretanska pjena 12.0 cm

• Cementna glazura 15.0 cm


� = 0,15[W/(m�K)]

d) Za prozore demo građevine odabiremo TROHA DIL BLUEGREEN Petra prozore s trostrukim

ostakljenjem. Međuprostor slojeva stakla ispunjen je plemenitim plinom, dugovalno toplinsko

zračenje smanjuje se niskoemisijskim premazima od metalnih oksida. Inovativnim Troha-Dil

spojnicama drvenih i aluminijskih dijelova omogućen je jedinstven tok izotermi.


� = 0,7[W/(m�K)]


16

Slika 4.3. Presjek TROHA DIL BLUEGREEN PETRA prozora s trostrukim ostakljenjem [10]

e) Za vrata demo građevine odabiremo TROHA-DIL DoorA+ vrata. Ova vrata karakterizira panel

debljine 120 mm izrađen od drvene jezgre zaštićene lakom na bazi vode, dvostruko ispunjen

izolacijskom pjenom te izvana obložen 3 mm plastificiranom aluminijskom pločom u koju se,

prema izboru, postavlja četveroslojno staklo.


� = 0,88[W/(m�K)]

Slika 4.4. Vrata TROHA DILL A+ [11]


17

Budući da su unutarnje projektne temperature prostorija jednake, transmisijski gubici kroz

unutarnje zidove, pod i strop su zanemarivi, pa nećemo navoditi odabir unutarnjih zidova, vratiju

i poda.

4.4. Rezultati proračuna

Kompletni rezultati proračuna dati su tabelarno u Prilogu 1 na kraju projekta za svaku pojedinu

prostoriju te ukupno za cijelu građevinu. Slijedi rekapitulacija za objekt prema DIN 4701.

Tablica 4.1. Rekapitulacija za objekt prema DIN 4701

Broj

prostorije Prostorija

Temperatura

(°C)

Transmisijski

gubici (W)

Gubici usljed

ventilacije (W)

Gubitak

topline (W)

SUTEREN

01 Prostor TS 20 °C 310 513 823

02 Prostor baterija 20 °C 193 254 447

PRIZEMLJE

11 Laboratorij 20 °C 686 493 1179

12 WC 1 20 °C 108 68 176

13 WC 2 20 °C 41 67 108

14 Ured 20 °C 158 105 263

∑ 1496 1500 2996

Ukupni gubitak topline iznosi:

�� = 2996W

Ako je ukupna površina građevine P = 180 m� , da bismo dobili toplinski tok gubitaka moramo

podijeliti ukupne gubitke sa ukupnom površinom građevine:

=�� =

2996

180= 16,6�W/m2K


18

5. PRORAČUN RASHLADNE ENERGIJE ZA HLAĐENJE

ENERGETSKI NEOVISNE ZGRADE

Kako bi se projektirao adekvatan termotehnički sustav, potrebno je točno odrediti ukupno

toplinsko opterećenje građevine određivanjem toplinskog opterećenja pojedinih prostorija.

Ukupno toplinsko opterećenje prostorije možemo odrediti kao zbroj vanjskog i unutrašnjeg

toplinskog opterećenja. Vanjsko toplinsko opterećenje odnosi se na izvore topline u samoj

prostoriji, a oni se mogu podijeliti na:

• toplinu koju odaju osobe

• toplinu koju odaju rasvjetna tijela

• toplinu koju odaju strojevi, uređaji i ostala oprema

• toplinu dovedenu iz susjednih prostorija provođenjem i konvekcijom kroz unutarnji zid,

pod ili strop

• toplinu koju odaju predmeti pri prolasku kroz prostoriju

• toplinu koju odaju ostali izvori (razni procesi, biljke i sl.)

Vanjsko toplinsko opterećenje prostorije odnosi se na toplinu koja se dovodi u prostor iz okoline,

a ono se dobiva zbrajanjem:

• topline dovedene iz okoliša konvekcijom i provođenjem kroz vanjski zid ili krov

• topline dovedene iz okoliša konvekcijom i provođenjem kroz ostakljene plohe

• topline dovedene iz okoline zračenjem kroz ostakljene plohe

• topline dovedene uslijed prirodne ventilacije

Posebno je potrebno obratiti pažnju na transmisijske dobitke, odnosno, toplinu dovedenu iz

okoliša. Ovisno o namjeni zgrade, ostali izvori topline mogu biti toliko niski da ih se može

zanemariti. Dakako, u nekim slučajevima, primjerice kada se u prostoriji nalazi velik broj osoba

koje obavljaju težak fizički rad uz prisutnost strojeva te mnogo rasvjetnih tijela, unutrašnji izvori

topline mogu predstavljati značajan udio u sveukupnom toplinskom opterećenju.

5.1. Ulazni podaci za proračun dobitaka topline

Ulazni podaci jednaki su kao za proračun gubitaka navedeni u poglavlju 4.1., zanemarujući

vanjsku projektnu temperaturu. Proračun dobitaka napravljen je prema standardu VDI 2078

koristeći software IntegraCAD. IntegraCAD koristi podatke referentne godine na području grada


19

Rijeke te kao rezultat prikazuje maksimalne vrijednosti dobitaka koji se mogu pojaviti u svakom

od ljetnih mjeseci, budući da je u tim mjesecima najveća temperatura vanjskog zraka, kao i

najveća dozračena energija sunca.

5.2. Unutarnje temperature prostorija

Unutarnje projektne temperature za proračun toplinskih gubitaka uzete su prema namjeni

pojedinih prostorija sukladno normi HRN U.J5.600 koja je prilagođena zahtjevima EU i Pravilniku

o zaštiti na radu za radne i pomoćne prostorije i prostore u ljetnom periodu.

Laboratorij: 26 °C

Ured: 26 °C

Prostor baterija: 26 °C

Sanitarije: 26 °C

5.3. Rezultati proračuna

Kompletni rezultati proračuna dati su tabelarno u Prilogu 1 na kraju projekta za svaku pojedinu

prostoriju te ukupno za cijelu građevinu. Slijedi rekapitulacija za objekt:

Tablica 5.1. Rekapitulacija za objekt ( toplinsko opterećenje objekta)

Broj prostorije Prostorija Temperatura (°C) 21. lipanj 23. srpanj 24. kolovoz

SUTEREN

01 Prostor TS 26 °C 162 192 174

02 Prostor baterija 26 °C 171 186 177

PRIZEMLJE

11 Laboratorij 26 °C 982 1029 1014

12 WC 1 26 °C 48 51 47

13 WC 2 26 °C 56 58 54

14 Ured 26 °C 686 676 677

∑ 2105 2192 2143


20

Kao konačan rezultat uzimaju se dobici topline za 23. srpanj te ukupni dobici topline iznose:

� = 2192W

Ako je ukupna površina građevine P = 180 m� , da bismo dobili toplinski tok gubitaka moramo

podijeliti ukupne gubitke sa ukupnom površinom građevine:

=�� =

2192

180= 12,2�W/m2K


21

6. DIMENZIONIRANJE SUSTAVA VENTILACIJE

Kod dimenzioniranja sustava ventilacije ponajprije je potrebno odrediti količinu zraka koja je

potrebna za provjetravanje određenog prostora. Ona se određuje različitim metodama, ovisno o

namjeni ventiliranih prostorija, kao i o tome hoće li će sustav ventilacije služiti i za tretiranje

zraka ili samo za potrebe provjetravanja. Nakon toga, potrebno je, u skladu s potrebnom količinom

zraka, odrediti veličinu kanalnog razvoda. Kako bismo kasnije odabrali odgovarajuće dobavne i

odsisne otvore, potrebno je izračunati potrebu za svježim zrakom u pojedinim ventiliranim

prostorijama.

6.1. Određivanje potrebne količine zraka u sustavima ventilacije

6.1.1. Prema potrebnom broju izmjena zraka u određenom vremenu (zagađenje)

Količina zraka, ovisno o potrebnoj izmjeni zraka u vremenu, određuje se prema jednadžbi:

�� = � ∙ �p(6.1)

Broj izmjena zraka, n (h-1), jest broj izmjena unutarnjeg zraka zgrade s vanjskim zrakom u jednom

satu. Prema Tehničkom propisu o uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama [8] zgrada mora

biti projektirana i izgrađena da građevni dijelovi koji čine ovojnicu grijanog prostora zgrade budu

minimalne zrakopropusnosti u skladu s dosegnutim stupnjem razvoja tehnike. To uključuje

spojnice između pojedinih građevnih dijelova i otvora ili prozirnih dijelova koji nemaju mogućnost

otvaranja. Kako bi zadovoljili zahtjev pasivne kuće, odnosno, energetski nezavisne kuće, izmjena

zraka mora iznositi od 0.5 h,-1 što je ujedno i minimalan broj izmjena zraka kod zgrada u kojoj

borave ili rade ljudi. U vrijeme kada ljudi ne borave u dijelu zgrade koji je namijenjen za rad i/ili

boravak ljudi, potrebno je osigurati izmjenu unutarnjeg zraka od najmanje n = 0,2 h-1.

Volumen prostorija određen je softwareom IntegraCAD prilikom računanja gubitaka topline.

Volumen svih prostorija iznosi �p = 363m�, dok volumen ventiliranih prostorija, odnosno

prostorija u kojima borave ljudi iznosi �p = 180m�. Broj izmjena zraka usvajamo n = 0.5 h-1.

Slijedi minimalan potrebni volumni protok:

�� = 0,5 ∙ 180 = 90m3

h


22

Volumni protok računali smo s volumenom samo ventiliranih prostorija, u svrhu postizanja

točnijeg potrebnog protoka zraka. Za sustav ventilacije koji služi samo za provjetravanje, odnosno

eliminiranje potencijalno štetnih čestica u zraku, potreban protok zraka iznosi bi �� = 90m3 h⁄ .

6.1.2. Količina zraka prema toplinskom ili rashladnom učinu

Zbog vrlo malih gubitaka i dobitaka topline uslijed velikog sloja toplinske izolacije, jedno od

rješenja za sustav grijanja i hlađenja je i korištenje sustava ventilacije za grijanje i hlađenje

građevine. Iako u konačnici nismo odabrali ovu varijantu zbog prevelikog potroška električne

energije ventilatora pri velikim protocima te rada električnog grijača, prikazat ćemo dobivene

rezultate potrebnog protoka zraka.

Količina zraka u sustavu prema potrebnom toplinskom učinu grijača ili rashladnom učinu

hladnjaka ovisi o temperaturnoj razlici, odnosno o potrebnoj temperaturi pripremljenog i zraka

koji se ubacuje u prostoriju. [2]

Najviše moguće vrijednosti temperaturnih razlika između zraka koji se ubacuje u prostoriju i zraka

iz prostorije date su u tablici:

Tablica 6.1. Vrijednosti temperaturnih razlika ubacivanog i zraka iz prostorije [2]

Priprema zraka ∆ϑmax [°C]

Hlađenje 3 - 10

Grijanje stanova, ureda i sl. 10 - 25

Grijanje tvorničkih pogona < 40

Količina zraka u sustavu, ovisno o potrebnom učinu, određena je izrazom:

� =3600 ∙ �� ∙ ∆� (6.1)

a volumni protok izrazom:

�� =3600 ∙ � ∙ � ∙ ∆�(6.2)


23

gdje je:

�kW potreban učin ( grijanja ili hlađenja )

�p = 1,013�kJ kgK⁄ specifični toplinski kapacitet zraka

� = 1,092�kg m�⁄ gustoća zraka pri 40 °C

∆��K temperaturnih razlika između zraka koji se ubacuje u prostoriju i

zraka iz prostorije

Prema učinu grijanja kada je = 2,996kWte ∆��20�slijedi:

� =3600 ∙ 2,996

1,013 ∙ 20= 532,4kg/h

�� =3600 ∙ 2,996

1,013 ∙ 1,092 ∙ 20= 487,5m3

h

Korištenjem rekuperatora topline odvodnog zraka možemo iskoristiti i do 80% otpadne topline,

umjesto njenog izbacivanja u okoliš. Ako pretpostavimo korištenje rekuperatora, izraz za volumni

protok glasi:

�� =3600 ∙ � − �� ∙ �� ∙ � ∙ ∆� (6.3)

Prema proračunu gubitaka, ventilacijski gubici iznose �� = 1,5kW. Ako pretpostavimo da

iskoristivost rekuperatora u režimu grijanja iznosi � = 0,7 ,izraz za računanje volumnog protoka

glasi:

�� =3600 ∙ (2,996 − 1,5 ∙ 0,7)

1,013 ∙ 1,092 ∙ 20= 316,7m3

h

Prema učinu hlađenja kada je = 2,192kWte ∆��10�slijedi:

�� =3600 ∙ 2,192

1,013 ∙ 1,01 ∙ 10= 771,3m3

h

Prema proračunu dobitaka datom u Prilogu 1 ovog rada, ventilacijski dobici su zanemarivi te se

korištenjem rekuperatora ne ostvaruju značajnije uštede toplinske energije. Dobici kroz sustav

ventilacije bili bi veći kada bi prosječna dnevna temperatura u ljetnim mjesecima bila značajno


24

veća od unutarnje projektne temperature. Na području grada Rijeke sustavom provjetravanja,

posebice u noćnim satima, čak smanjujemo dobitke topline jer je vanjski zrak hladniji nego zrak

u prostorijama građevine.

6.2. Određivanje veličine kanala sustava ventilacije

Kanali se koriste za transport zraka iz jedinice za procesuiranje zraka do ventiliranih prostora. Loša

procjena veličina kanala može dovesti do neravnomjerne distribucije zraka u sustavu i na taj način

izazvati neugodu korisnicima prostorija.

Dimenzije kanala određuju se prema jednadžbi kontinuiteta koja glasi:

�� = � ∙ �(6.4)

Ako je kanal kružnog poprečnog presjeka jednadžba glasi:

�� =�� ∙

4∙ �

Dakle, izraz za računanje potrebnog promjera kanala D glasi:

� = !4 ∙ �� ∙ �(6.5)

gdje je:

D [m] promjer kanala poprečnog presjeka

�� m3 h⁄ volumni protok zraka

w [m/s] brzina strujanja zraka u kanalu

Ventilacijski sustavi mogu se podijeliti na:

• Niskobrzinske sustave – s brzinama strujanja do 10 m/s

• Visokobrzinske sustave – s brzinama do 30 m/s

U sljedećoj tablici prikazane su preporučene vrijednosti brzina strujanja zraka u zračnim kanalima

i elementima klima komore.


25

Tablica 6.2: Preporučene vrijednosti brzina strujanja zraka [2]

Dionica Brzina strujanja w, [m/s]

Filtar 1,5 - 2

Glavni kanal 4 - 8

Istrujni otvor 1,5 - 4

Izlazni kanal ventilatora 5 - 8

Izmjenjivač topline 2 - 3

Odsisni otvor 2 - 3

Odvojci i sporedni kanal 3 - 5

Ovlaživač zraka 2 - 2,5

Ulazna i izlazna zaklopka 2 - 4

Namjena demo građevine laboratorij te uredi želimo izbjeći buku koja bi mogla nastati prebrzim

strujanjem zraka u kanalima te želimo postići određeni komfor boravljenja u prostoriji koji bi se

mogao narušiti prevelikim brzinama upuhivanja zraka u prostor. Prema tome, pretpostavljena

brzina iznosi w = 2,5 m/s.

Ako uvrstimo dobiveni protok zraka za provjetravanje, maksimalan promjer kanala, odnosno,

ulazni promjer prema izrazu 6.5 iznosi:

�� = !4 ∙ 90 ∙ 2,5= 0,113"

Slijedi tablica potrebnih protoka zraka za provjetravanje te dimenzija kanala za određene prostorije

demo građevine, uz pretpostavku da je gustoća zraka konstantna.

Tablica 6.3: Tablica potrebnih protoka zraka te dimenzija kanala za određene prostorije

Prostorija Temperatur

a ljeti [°C]

Temperatur

a zimi [°C]

Volumen

[m3]

Volumni

protok [m3/h]

Promjer

kanala [m]

Laboratorij 26 20 120,9 60,450 0,092

WC 1 26 20 16,74 8,370 0,034

WC 2 26 20 16,42 8,210 0,034

Ured 26 20 25,84 12,920 0,043


26

Ako uvrstimo dobiveni protok za učin grijanja, maksimalan promjer kanala, odnosno, ulazni

promjer kanala iznosi:

�� = !4 ∙ 316,7 ∙ 2,5= 0,212m

Ako uvrstimo dobiveni protok za učin hlađenja, potreban promjer kanala iznosi:

�� = !4 ∙ 771,3 ∙ 2,5= 0,33m

Razmatranjem rješenja dobivenog proračunom ventilacije, odlučuje se da će se sustavom

ventilacije izvoditi samo provjetravanje građevine. S obzirom na namjenu građevine te malu

površinu ventiliranih prostorija, potreba za svježim zrakom zadovoljit će se vrlo jednostavnim

jednokanalnim sustavom ventilacije. Budući da prema proračunu maksimalni promjer kanala mora

iznositi 0,113 m, usvajamo univerzalni promjer cijelog kanalnog razvoda �� = 0,125m.


27

7. PRORAČUN POTROŠNJE PTV ( POTROŠNE TOPLE VODE)

Dnevna potrošnja energije za pripremu potrošne tople vode može ovisiti o jednom ili više

parametara:

• Vrsti zgrade

• Vrsti aktivnosti koje se odvijaju u zgradi

• Upotreba zona u zgradi (kada se odvija više od jedne aktivnosti)

• Standard ili razred aktivnosti, poput kategorije hotela

Budući da je namjena demo građevine laboratorij, odnosno uredi, količina potrošne tople vode je

vrlo mala ili čak zanemariva. No, kako bi demo građevina bila referenta građevina koja također

može biti primjer male, energetski neovisne, stambene građevine, izračunat ćemo potrebnu

energije za pripremu potrošne tople vode.

Potrebna energija za potrošnom toplom vodom koja je dostavljena korisniku �� ovisi o

dostavljenoj količini i temperaturi vode. Potrebna energija proračunava se prema:

�� ="�� ∙ ∆�� ∙ ��

3600(7.1)

Gdje je:

"�� [kg] utrošena količina potrošne vode

∆�� razlika između temperature potrošne tople vode i vode iz vodovoda

�pw�kJ kgK⁄ specifični toplinski kapacitet vode

Ako uzmemo u obzir da u promatranoj građevini odjednom borave 4 osobe te da svaka osoba

dnevno u uredskim prostorijama ili laboratoriju troši 10 litara potrošne tople vode, utrošena

količina iznosila bi "�� = 40 kg (�� = 1000kg/m3 ). Temperatura potrošne tople vode može,

ovisno o sustavu, imati temperaturu od 45 do 60 ℃, dok se temperatura hladne vode iz vodovoda

uzima prema nacionalnoj vrijednosti te iznosi 13,5 ℃. Usvajamo temperaturu PTV od 55 ℃ tako

da razlika temperatura iznosi ∆�� = 41,5℃. Specifični toplinski kapacitet vode iznosi �pw =

4,187�kJ kgK⁄ te slijedi da ukupna dnevna energija z pripremu PTV iznosi:

�� =40 ∙ 41,5 ∙ 4,187

3600= 1,93kW


28

8. TEHNIČKI OPIS I ODABIR OPREME

8.1. Lokacija i opis demo građevine

Zgrada je smještena u Rijeci, u dvorištu Tehničkog fakulteta te se koristi kao demo-građevina za

obnovljive izvore energije. Zgrada je dvoetažna te ima suteren i prizemlje. Prostor suterena

predviđen je kao prostor za toplinsko-rashladnu stanicu te akumulacijske baterije u sklopu

autonomnog foto-naponskog sustava. Prostor prizemlja namijenjen je za laboratorij, ured te

sanitarije. Dimenzije zgrade su: dužina 10 m, širina 5 m i visina kote sljemena u prizemlju 5,5 m.

Površina zgrade iznosi 180 m2. Krov je jednostrešni i okrenut prema jugu. Fizika zgrade je takva

da konstrukcijski elementi imaju minimalne gubitke u zimskom razdoblju rada i minimalne upade

topline u ljetnom razdoblju rada. Zgrada je potpuno energetski neovisna zgrada ili zgrada gotovo

nulte energije, što znači da su njene energetske potrebe vrlo niske te da se podmiruju iz obnovljivih

izvora energije.

Termotehnički sustav demo građevine izveden je u sklopu dva odvojena sustava. Sustav ventilacije

služi prvenstveno za dovod minimalne količine svježeg zraka te rekuperaciju otpadne topline, dok

sustava dizalice topline služi za pripremu potrošne tople vode te grijanje i hlađenje prostora.

Budući daje suteren zgrade namijenjen kao prostor akumulacijskih baterija i prostor strojarnice,

termotehnički sustav izvodi se samo za prizemlje zgrade.

8.2. Fotonaponski sustav demo građevine

Prema Idejnom projektu autonomnog FN sustava [12], četiri su osnovne komponente koje tvore

FN sustav:

• FN paneli

• Akumulatorske baterije

• Regulator punjenja

• Izmjenjivač

Kao FN panel je izabran SV60-240/D panel tvrtke Solvis dimenzija 1,663x0,998m, snage 240 W

i nazivnog napona 30,3 V. Građevina dozvoljava instalaciju 72 (8x9) panela koji se spajaju u

paralelu kako bi izlazni napon bio 30,3 V.


29

Za akumulatorske baterije je odabrana Hoppecke 12 OPzS 1500 koja ima nazivne vrijednosti od

2V po bateriji, 1500Ah te 3kWh. Ukupno je potrebna količina od 24 baterije spojene u seriju koje

tvore napon na izlazu od 48V.

Regulatori punjenja se nalaze između FN panela i akumulatorskih baterija. Glavne funkcije su

zaštita od preopterećenja, zaštita od pre-pražnjenja baterija, gromobranska zaštita, punjenje

baterija, prikaz kapaciteta baterija te upravljanje i LCD zaslon. Za izbor regulatora punjenja je

mjerodavna struja punjenja odabranih akumulatorskih baterija te sam napon.

Za izmjenjivač (pretvarač) je izabran Piko 4.2 inverter nazivne snage 3800W i maksimalne snage

4200W koji zadovoljava sve postavljene kriterije.

Ukupna instalirana snaga fotonaponskog sustava iznosi 17,3 kW te je u mogućnosti godišnje

proizvesti 19588 kWh. Instalirane baterije snage 72 kWh osiguravaju autonomiju objekta prilikom

3 dana bez sunčeve svjetlosti, uz dnevno opterećenje od 16,7 kWh.

8.3. Sustav ventilacije

Sustav ventilacije izveden je kanalnim razvodom kružnog poprečnog presjeka promjera NO125

mm unutar građevine. Kanalni razvod sastoji se od aluminijskih spiralnih komada duljine 600 mm

koji se međusobno spajaju. Na spojevima više cijevi koriste se T – komadi te zakrivljeni fazonski

komadi za kut skretanja od 90 °.

Broj izmjena zraka definiran je prema Tehničkom propisu o racionalnoj uporabi energije i

toplinskoj zaštiti u zgradama [8] koji navodi da sustav ventilacije zgrade nulte energije ne smije

imati više od 0,5 izmjena zraka na sat.

Cijevni razvod ventilacije možemo podijeliti na 4 djela:

• kanal svježeg zraka koji dovodi vanjski zrak u jedinicu za povrat topline

(rekuperator)

• kanal otpadnog zraka koji odvodi otpadni zrak iz rekuperatora u okolinu

• kanal dovodnog zraka koji dobavlja svježi zagrijani zrak u prostorije

• kanal odvodnog zraka koji odvodi zrak iz prostorija natrag u rekuperator

Ulaz svježeg zraka kao i odvod otpadnog zraka nalaze se na zapadnoj strani građevine gdje se

postavljaju ulazne žaluzine MADEL CXT nazivnog promjera 125 mm. Ulazne žaluzine

sprječavaju ulaz vode te ostalih stranih tijela koja bi mogla negativno utjecati na sustav. Žaluzine

za izlaz zraka nalaze se na sjevernoj strani građevine, kako ne bi došlo do miješanja otpadnog i


30

svježeg zraka. Cijev svježeg zraka kao i cijev za odvod otpadnog zraka spojene su na jedinicu za

povrat topline Soler & Palau Domeo 210 koja se nalazi odmah s unutrašnje strane zapadnog zida

u suterenu građevine. Jedinica za povrat topline osigurava potreban protok svježeg zraka, kao i

odsis otpadnog zraka dvama ventilatorima čiji maksimalni protoci iznose 210 m3 h⁄ te su

pogonjeni DC elektromotorom vrlo niske potrošnje električne energije. Jedinica za povrat topline

također u sebi sadrži izmjenjivač topline s akumulacijskom masom koji može povratiti i do 92 %

otpadne topline koja se dovodi iz zagrijanih prostorija.

Kanal dovodnog zraka obješen je uz strop koristeći obujmice okruglih kanala koje se vijcima

pričvršćuju u strop. Vertikala dovodnog kanala provlači se kroz unutarnji zid između dvije

prostorije suterena. Montiranjem T – komada dovodimo zrak u prostorije ureda kroz difuzor dok

istodobno provlačimo vertikalu u spušteni strop prizemlja. Kroz spušteni strop u prostoriji

laboratorija, radi postizanja komfora, dovodimo zrak na dvije suprotne strane direktnim spajanjem

kanala na MADEL BWC-N ventilacijske difuzore. Difuzori su nominalnog promjera 125 mm s

mogućnosti regulacije protoka. Difuzor se u prostoriji ureda ugrađuje pri dnu zida te se ugrađuje

vertikalno kako bi se postigao efekt takozvane obrnute ventilacije (eng. displacement ventilation),

dok se difuzori u prostoriji laboratorija montiraju u spušteni strop. Zbog konstrukcije

jednostrešnog krova difuzore nije moguće ugraditi u zid. Detalj ugradbe difuzora dan je u prilogu.

Odsis zraka predviđen je u svim prostorijama prizemlja te se ugrađuje u spušteni strop. Odsis zraka

vrši se preko MADEL BWC-N difuzora nominalnog promjera 125 mm koji se spajaju direktno na

ventilacijski kanal odsisa zraka. Vertikala prema suterenu odsisnog kanala nalazi se u sjevernom

vanjskom zidu. Montiranjem obujmica u strop odsisni se kanal dovodi u rekuperator. Zbog

kondenzacije vodene pare u izmjenjivaču topline rekuperator je potrebno spojiti cijevima za odvod

kondenzata u najbliži odvod.

Svi dijelovi kanala koji se nalaze u suterenu izoliraju se sa Kaimann izolacijom ventilacijskih cijevi

debljine 10 mm.

8.3.1. Odabrana oprema za sustav ventilacije

1. Jedinica za povrat topline

Proizvođač: Soler & Palau

Tip: Domeo 210 Series

DxŠxV: 600x321x808


31

Protok zraka: 210 m3 h⁄

Snaga: 80 W

Toplinska iskoristivost: 92 %

Promjer kanala: 125 mm

Max. temp. zraka: 45 ℃

Slika 8.1. S&P jedinica za povrat topline [13]

Domeo jedinica za povrat topline osigurava optimalnu ventilaciju kuće s maksimalnom

rekuperacijom toplinske energije. Pogonjena je DC elektromotorom vrlo niske potrošnje energije.

Jedinica u sebi sadrži centrifugalne ventilatore s unatrag zakrivljenim lopaticama koje služe za

dobavljanje svježeg zraka te odsis zraka iz prostorija. Ventilatori uz pad tlaka od 150 Pa mogu

postići nazivni protok. Na ulazu svježeg zraka te odsisnog zraka iz prostorija nalaze se F5 filteri

koji štite izmjenjivač topline od nepoželjnih čestica.

Jedinica je vrlo korisna u zimskom te ljetnom režimu rada. U zimskom periodu, kada je vanjski

zrak temperature primjerice 2 ℃ normalnim tokom zraka, taj bi zrak uvelike smanjio temperaturu

prostorija koje su zagrijane na oko 21 ℃. Prolaskom kroz rekuperator dobavni zrak dolazi u

prostorije temperaturom od 19 ℃. Time smo izmijenili otpadni zrak svježim zrakom iz prostorija

dok se temperatura u prostorijama smanjila za samo 2 ℃ kroz 2 sata(ako je izmjena zraka 0,5 h-1).


32

Slika 8.2. Shema rada jedinice za povrat topline u zimskom režimu rada [13]

U ljetnom periodu tokom dana, primjerice ako je temperatura vanjskog zraka 34 ℃, a temperatura

u prostorijama 25 ℃, direktnim ulaskom svježeg zraka u prostoriju povećala bi se temperatura

unutrašnjih prostorija. Prolaskom kroz jedinicu za povrat topline dobavni zrak ulazi u prostorije

temperature 26 ℃. Time se hlađeni prostor kroz 2 sata zagrijao za samo 1 ℃.

Jedinica je također opremljena i direktnim „by – pass“ sustavom. Taj se sustav može koristiti u

ljetnim mjesecima kako bi se osiguralo takozvano besplatno hlađenje. Naime, u ljetnim noćima

kada je temperatura vanjskog zraka manja od temperature hlađenih prostorija, zrak se bez prolaska

kroz izmjenjivač topline direktno upuhuje u prostorije. Zrak ulazi u jedinicu za povrat topline samo

za potrebe filtriranja. Sustav je opremljen senzorom temperature te se automatski uključuje u

takvim slučajevima.


33

Slika 8.3. Shema rada jedinice za povrat topline u „by – pass“ režimu rada [13]

S jedinicom se isporučuje i elektronički upravljač. On omogućuje kontrolu protoka oba ventilatora

sa 6 različitih razina te uključivanje by – pass sustava. Moguća je i regulacija pozitivnog i

negativnog tlaka u prostoriji te alarm u slučaju zaprljanosti filtera. Jedinicu je potrebno spojiti na

odvod zbog moguće kondenzacije u izmjenjivaču topline. Za to su predviđene dvije fleksibilne

plastične cijevi.

Prema razinama podešavanja jedinice tablično ćemo prikazati protoke zraka u slučaju

maksimalnog, minimalnog te protoka u režimu „besplatnog hlađenja“.

Tablica 8.1. Razine i protoci zraka jedinice za povrat topline [13]


34

2. Ulazne i izlazne žaluzine

Proizvođač: MADEL

Tip: CTX (T) M9016 dim. 125

∅D: 125 (155) mm

Protočna površina: 0,0123 m2

MADEL CTX žaluzine služe za dovod zraka iz okoline ili odvod zraka iz sustava u okolinu.

Cilindričnog su oblika s fiksnom mrežom lopatica postavljenih pod 45°, kako bi se preventirao

ulaz kišnice, kao i ostalih stranih tijela. Izrađene su od aluminija te prilagođene vanjskim uvjetima.

Slika 8.4. Nacrt i dimenzije MADEL ulaznih i izlaznih žaluzina [14]

Žaluzine se pričvršćuju direktno u zid vijcima M4. Prema gornjoj slici, vidimo položaj vijaka, kao

i kompletne dimenzije žaluzina. Žaluzine su bijele boje.

Odabrane žaluzine zadovoljavaju potreban protok zraka od 90 m3 h⁄ pri brzini strujanja zraka od

približno 2 m/s.

3. Ventilacijski difuzori za dovod i odvod zraka

Proizvođač: MADEL

Tip: BWC – N (S) M9016 dim. 125

∅D: 125 (164) mm

Min. protok: 10 m3 h⁄

Max. protok: 150 m3 h⁄


35

MADEL BWC difuzori dizajnirani su za dovod ili odvod zraka u sustavima ventilacije,

klimatizacije ili u sustavima grijanja. Posebno su prikladni za ventilacijske instalacije u kućama,

uredima, školama i bolnicama. Mogu se montirati u vertikalne zidove ili u spuštene stropove.

Osiguravaju visoke protoke zraka te vrlo nisku razinu buke pri strujanju zraka. Protok kroz difuzor

može se regulirati jednostavnim okretanjem centralnog dijela ventila čime se smanjuje protočna

površina.

Svaki difuzor dolazi s pričvršćenjem na stražnjem dijelu u svrhu priključivanja na zračni kanal.

Svaki difuzor montira se u zid nevidljivom spojnicom iz estetskih razloga.

Slika 8.5. Nacrt i dimenzije MADEL difuzora zraka [15]

Ovisnost protoka zraka o padu tlaka možemo iščitati iz dijagrama danom u katalogu proizvoda. Iz

istog dijagrama također možemo iščitati i razinu buke koja nastaje strujanjem zraka kroz difuzor.


36

Slika 8.6. Dijagram ovisnosti protoka zraka i padu tlaku [15]

4. Spiralne cijevi i fazonski komadi

Proizvođač: KLIMA – KONTAKT

∅D: 125 mm

Spiralne cijevi izrađene su od aluminija te pružaju idealno rješenje za izvođenje ventilacijskih

kanalnih razvoda. Cijevi su dužine 600 mm, spajaju se jedna na drugu te po potrebi i režu. Koljena

su izrađena polukružno praveći kut od 90 °. T – komadi služe za spajanje više cijevi kada se jedan

dio protočnog zraka odvodi u difuzor, dok ostali zrak nastavlja prema sljedećem difuzoru.

Slika 8.7. Aluminijske cijevi i elementi za sustav ventilacije [16]


37

5. Obujmice za ovjes kanala

Proizvođač: KLIMA – KONTAKT

Tip: Obujmica GE 125

Težina: 0,15 kg

Debljina: 2 mm

Za ovjes kanala o strop koriste se obujmice promjera 125 mm. Izrađene su od aluminija te su

obložene gumom radi manjeg trenja između kanala i obujmice. Obujmica se navojnom šipkom

M8 na vrhu obujmice pričvršćuje u strop i time osigurava nepomičnost kanala. Obujmica se radi

lakše montaže sastoji u dva djela te se pričvršćuju zajedno vijkom M8x20.

Slika 8.8. Obujmica za ovjes okruglih ventilacijskih kanala [17]

6. Izolacijska guma

Proizvođač: Kaimann

Tip: Kaiflex ST Class 0

DxŠ: 2000x1000

Max. temp: 90℃

Top. vodljivost: 0,035 W/mK (#v = +10℃)


38

Kaiflex „closed cell“ gumena izolacija sprječava kondenzaciju te gubitke topline. Otpornost na

vlagu sprječava pojavu korozije na izoliranim metalnim površinama. Izolacija se lijepljenjem

montira na ventilacijske kanale.

8.4. Sustav dizalice topline zrak-voda

Sustav dizalice topline služi za grijanje, hlađenje te pripremu PTV. Sustav je izveden preko dvije

odvojene jedinice jer se unutarnja jedinica također koristi i kao spremnik PTV. Vanjska jedinica

smještena je na zapadnom zidu te se pričvršćuje uz tlo uz pomoć četiri temeljna vijka, a unutarnja

jedinica se smješta u prostoriji toplinskih spremnika u suterenu. Unutarnja jedinica opremljena je

zapornim i regulacijskim elementima, cirkulacijskim crpkama te upravljačkim panelom. Cijevni

razvod tekuće i plinovite faze radne tvari izveden je iz bakrenih cijevi te je toplinski izoliran

fleksibilnom negorivom izolacijom s parnom branom debljine 13 mm i ovijen u aluminijsku foliju.

U zimskom periodu dizalica topline proizvodi vodu temperaturnog režima 50/40 °C. Temperatura

polazne vode može se podesiti na unutarnjoj jedinici, ovisno o željenom režimu rada. Cijevni

razvod vode izvodi se plastičnim PEX cijevima promjera 26 mm te je toplinski izoliran

fleksibilnom negorivom, izolacijom debljine 13 mm. Iz unutarnje jedinice voda se pomoću

cirkulacijskih crpki integriranih u unutarnjoj jedinici distribuira do ventilokonvektora u prizemlju.

Na račvanju cijevi postavljeni su protočni ventili koji propuštaju vodu prema ventilokonvektoru

ili dalje u cijevni razvod. Nakon prolaska kroz izmjenjivač u ventilokonvektorima, voda se

povratnim vodom vraća natrag u unutarnju jedinicu. Vertikala cijevi polaza ogrjevne vode, kao i

cijevi povratne ohlađene vode provučena je kroz sjeverni vanjski zid.

Za hlađenje u ljetnom periodu predviđen je isti cijevni razvod u režimu 7/12°C. Voda se distribuira

do ventilokonvektora postavljenih u prizemlju.

Ventilatorski kazetni stropni konvektori u prostoriji laboratorija su za horizontalnu ugradnju u

spušten strop, predviđeni za rad u dvocijevnom sustavu. U prostoriji ureda na istočni zid postavlja

se zidni ventilokonvektor . U blizini stropnih ventilatorskih konvektora ugrađuje se revizioni otvor

radi servisiranja i održavanja uređenja. Cijevni razvod kondenzata unutrašnjih izvodi se iz

plastičnih PVC cijevi i vodi se u šlicu u zidu. Izljev kondenzata vrši se u najbližu

hidroinstalaciju/sifon.

Regulacija rada omogućena je daljinskim upravljačem kojim se upravlja svaki ventilatorski

konvektor pojedinačno.


39

Ozračivanje instalacije izvodi se odzračnim loncima i /ili automatskim odzračnicima ugrađenim

na najvišim točkama instalacije. Pražnjenje instalacije omogućeno je ispusnim slavinama

ugrađenim na najnižim točkama instalacije.

Potrošna topla voda priprema se u unutarnjoj jedinici dizalice topline koja u sebi ima integriran

spremnik zapremnine 200 litara. Unutarnja jedinica osigurava toplu vodu temperature do 70°C,

bez obzira na temperaturu vode za prostorno grijanje ili hlađenje. Jedinica je također opremljena i

solarnom grijalicom ako se u budućnosti planira ugraditi i kolektore za grijanje vode. Cijevni

razvod PTV izvodi se plastičnim PEX cijevima promjera 20 mm. Vertikala se provlači kroz

sjeverni vanjski zid građevine te dovodi u prostorije sanitarija u prizemlju.

8.4.1. Medij dizalice topline

Kao medij dizalica topline u sustavu za grijanje i hlađenje koristi se Freon R 410 A. Promjene

stanja određene su u kružnom procesu. Freon R410A predstavlja smjesu freona R32/R125 s

masenim udjelima 50:50%. Spada u grupu fluor ugljenovodika, bezbojnih tekućina bez mirisa.

Rashladno sredstvo ispunjava sljedeće zahtjeve:

• Apsolutna kemijska stabilnost na svim, također i u graničnom slučaju, temperaturama koje

se javljaju u kružnom procesu

• Inkompatibilan je s aktivnim metalima, alkalijskim metalima Al, Zn, Be itd.

• Dekompenzacija je moguća na visokim temperaturama (otvoreni plamen, užarena metalna

površina), s formiranjem hidrofosfolne kiseline

• Polimerizacija nije moguća

• Dobra termodinamička svojstva

• Nije eksplozivno, zapaljivo, niti otrovno

• Mali utjecaj na okoliš

• Ima povoljan tok krivulje parnog pritiska (pritisak treba biti viši pri temperaturi

isparavanja, u svrhu sprječavanja prodiranja kisika pri propusnosti; pritisak pri temperaturi

kondenzacije treba biti što niži, da bi se mogla dopustiti mala debljina stjenke, a time i lak

način izrade kondenzatora, armature, cjevovoda itd.)

• Veliki volumni rashladni kapacitet, da bi se mogao održati mali volumni protok rashladnog

sredstva koje kruži, a time i sastavni elementi sustava


40

8.4.2. Odabrana oprema za sustav dizalice topline

1. Vanjska jedinica dizalice topline

Proizvođač: MITSHUBISHI, Japan

Tip: PUHZ – SW40VHA

Priključak freona: Ø 6,35 (1/4'') / 12,7 (1/2'')

DxŠxV: 800x300(323)x600 mm

Težina: 42 kg

Režim grijanja Režim hlađenja

Qgr: 4,1 kW Qhl: 3,6 kW

COP: 4,8 (A7/W35)4 EER: 4,65 (A35/W18)5

El. snaga: 0,85 kW El. snaga : 0,77 kW

MITSHUBISHI Ecodan split jedinica idealna je jedinica koja ispunjava gotovo sve zahtjeve

kućanstava te manjih komercijalnih zgrada. Njena vrlo niska potrošnja električne energije uz

visoki COP i SEER predstavlja adekvatan izbor za energetski nezavisnu zgradu ili zgrade gotovo

nulte potrošnje energije. U režimu rada A7/W45 koji je realniji stvarnom režimu rada nego režim

navedenom u nominalnom učinu, jedinica razvija učin grijanja od 4,1 kW, COP iznosi 3,63, a

potrošnja električne energije 1,13 kW. Također, u režimu hlađenja A35/W7 EER manji je nego

nominalni te iznosi 2,71, čime se povećava potrošnja električne energije te ona iznosi 1,33 kW.

4 Dizalica topline postiže određeni COP uz režim rada kada je vanjska temperatura 7 °C, a temperatura vode

+30°C/+35°C (povrat/polaz). 5 Dizalica topline postiže određeni EER uz režim rada kada je vanjska temperatura 35 °C, a temperatura vode

+23°C/+18°C (povrat/polaz).


41

Slika 8.9. Shema protoka freona u vanjskoj jedinici dizalice topline [18]

Jedinicu je potrebno spojiti na izvor električne energije napona 220-240 V te freonski razvod.

Jedinica je s unutarnjom jedinicom spojena samo freonskim razvodom budući da se izmjena

topline između freona i vode izvodi u unutarnjoj jedinici. Udaljenost između vanjske i unutarnje

jedinice može biti do 10 m u visinskoj razlici te 40 m cijevnog razvoda. Raspon radnih temperatura

vanjskog zraka iznosi između -15 °C te 35 °C, što znači da jedinica može nominalnim

kapacitetom raditi u rasponu navedenih temperatura. Razina buke može ovisno o režimu rada

iznositi od 42 – 45 dBA. Troškovi za održavanje jedinice su minimalni.

2. Unutarnja jedinica dizalice topline

Proizvođač: MITSHUBISHI, Japan

Tip: EHST20D - MHCW

Protok vode: 11 (l/min)

Kapacitet PTV: 200 l

DxŠxV: 595x680x1600

Težina: 103 (312) kg

MITSHUBISHI „split“ jedinica dizalice topline služi kao unutarnja jedinica te kao spremnik

potrošne tople vode. Jedinica pruža vrlo kratko vrijeme zagrijavanja, kao i hlađenja vode pomoću

eksternog pločastog izmjenjivača topline umjesto standardnog izmjenjivača u obliku zavojnice.


42

Slika 8.10. Eksterni pločasti izmjenjivač unutarnje jedinice dizalice topline [19]

Jedinica u sebi sadrži kompletnu zapornu i regulacijsku armaturu uključujući pumpe proizvođača

GRUNDFOS. PTV te voda za ventilokonvektore pogonjeni su različitim pumpama. U slučaju

nedovoljne energije predane u izmjenjivaču topline, jedinica je opremljena i potopljenim

električnim grijačem snage 3 kW. U sklopu jedinice ugrađen je upravljački uređaj kojim možemo

podesiti izlaznu temperaturu te pratiti količinu potrošene i proizvedene energije. Ako se u

budućnosti investitor odluči za instalaciju kolektora za zagrijavanje vode, jedinica ima predviđenu

armaturu za spajanje solarne grijalice.

U sljedećoj tablici prikazat ćemo promjere konekcija na jedinicu:

Tablica 8.2. Promjeri ulaznih konekcija na unutarnju jedinicu DT

Konekcija Promjer

Polaz PTV 22 mm

Ulaz hladne vode 22 mm

Ogrjevna voda polaz 28 mm

Ogrjevna voda povrat 28 mm

Priključak freona (tekuća faza) 1/4'' (6,35 mm)

Priključak freona (plinovita faza) 1/2'' (12,7 mm)

3. Stropni kazetni ventilokonvektori

Proizvod kao: Ferolli, Italija

Tip: FCS 2T 04

Qgr: 3,8 kW


43

Qhl: 2,4 kW

DxŠxV: 575(720)x575(720)x293(20)

Težina: 21,5 kg

Ovi ventilokonvektori su terminali u prostorijama za termoregulaciju u ljetnoj i zimskoj sezoni.

Pogodni su za unutrašnju instalaciju, vrlo kompaktni i izrađeni tako da se mogu prilagoditi

različitim sistemima i zadovoljiti zahtjevima visoko kvalificiranih dizajnera. Struktura kućišta

sastoji se od galvaniziranog čelika, dok se izmjenjivač sastoji od bakrenih cijevi te aluminijskih

lamela. Prednja rešetka izrađena je od plastičnog materijala. Ulaz zraka je na sredini uređaja, dok

se izlaz vrši putem ručno podesivih izlaza. Zračni filter nalazi se unutar plastične rešetke i

jednostavno se vadi za potrebe čišćenja. Jedinica je opremljena i posudom za skupljanje

kondenzata koji se nakon punjenja slijeva u za to predviđen odvod. Uređaj ima jedan ventilator

pogonjen trobrzinskim motorom s termičkom zaštitom. Nivo buke kreće se od 25 – 41 dB (A),

ovisno o brzini vrtnje ventilatora. Maksimalni protok zraka iznosi 660 m3 h⁄ , dok je maksimalna

apsorbirana snaga jednaka 70 W. Priključak za ogrjevnu/rashladnu vodu promjera je 19 mm (3/4''),

dok je priključak za odvod kondenzata promjera 25 mm.

Slika 8.11. Ferolli stropna kazetna jedinica [20]

4. Zidni ventilokonvektor

Proizvod kao: Ferolli, Italija

Tip: FCS V 20

Qgr: 3,4 kW


44

Qhl: 2,4 kW

DxŠxV: 790x270x190

Težina: 8 kg

Dizajn glavnih komponenti, dizajn uređaja i širina ponude čini ih pogodnima za instalaciju u

kućanstvima te komercijalnom i industrijskom sektoru. Instalacija zahtjeva dovod električne

energije i vode. Izmjenjivač se sastoji od bakrenih cijevi te aluminijskih lamela. Kućište, ispušni

ventil te posuda za skupljanje kondenzata izrađeni su od ABS materijala. Uređaj je opremljen

parom fleksibilnih cijevi za vodu kako bi se olakšala integracija u sustav. Zračni filter je

obnovljivog tipa, dok se ventilacijska jedinica sastoji od tangencijalnog ventilatora i trobrzinskog

električnog motora. Nivo buke kreće se od 32 – 41 dB (A), ovisno o brzini vrtnje ventilatora.

Maksimalni protok zraka iznosi 380 m3 h⁄ dok je maksimalna apsorbirana snaga jednaka 30 W.

Priključak za ogrjevnu/rashladnu vodu promjera je 12,7 mm (1/2''), dok je priključak za odvod

kondenzata promjera 16 mm.

Slika 8.12. Ferolli zidna jedinica [20]

5. Bakrene cijevi za razvod freona

Proizvođač (uvoznik): TERMOMETAL

Tip: Bešavne okrugle bakrene cijevi

Promjer: 1/4'' (6,35 mm)

1/2'' (12,7 mm)


45

Za spajanje vanjske i unutarnje jedinice koriste se odmašćeni predizolirani freonski komadi.

Bakrene cijevi u ponudi tvrtke Termometal proizvedene su u skladu s europskom normom EN

1057, a čistoća bakra upotrjebljenog u proizvodnji cijevi iznosi: 99,9%.

6. Plastične cijevi za razvod ogrjevne/rashladne vode te PTV

Proizvođač: COMISA

Tip: ALU – PEX cijev

Promjer: 20x2 mm (PTV)

26x3 mm

ALU – PEX cijevi su kompozitne višeslojne cijevi koje su stabilizirane umetkom aluminija između

dva sloja iz mrežastog polietilena.

Prednosti uporabe PEX cijevi u sanitarnoj tehnici pred čeličnim pocinčanim cijevima su slijedeće:

ne rđaju, u cijevima se ne talože minerali i kamenac, glatke su pa su gubici specifične energije pri

strujanju neznatni, slabije prenose buku i zujanje u cjevovodu („tiše su“) , savitljivije su, dulje

traju od čeličnih cijevi (vijek trajanja im je do 50 godina), jednostavno se i brzo montiraju, itd..

Slika 8.13. ALU - PEX cijevi [21]


46

9. PRORAČUN GODIŠNJE POTROŠNJE ENERGIJE

Kako bismo mogli odrediti hoće li foto naponski sustav zgrade proizvoditi dovoljno električne

energije za pokrivanje cjelokupnog termotehničkog sustava, potrebno je izračunati godišnju

potrošnju energije. Također, određivanjem godišnje potrošnje primarne energije, možemo odrediti

energetski razred građevine, odnosno, odrediti pripada li naša građevina zgradama gotovo nulte

energije6. Naime, prema Tehničkom propisu o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u

zgradama [8], od 31. prosinca 2020. sve nove zgrade moraju biti „zgrade gotovo nulte energije“ ;

a nakon 31. prosinca 2018. nove zgrade koje koriste tijela javne vlasti, odnosno, koje su u

vlasništvu tijela javne vlasti moraju biti „ zgrade gotovo nulte energije“. Budući da se izvođenje

projektirane demo građevine planira u skoroj budućnosti, ovim proračunom provjerit ćemo pripada

li ona spomenutoj kategoriji zgrada gotovo nulte energije.

Ukupna godišnja potrošena energija sastoji od energije potrebne za grijanje, hlađenje, ventilaciju

i pripremu potrošne tople vode.

9.1. Energija potrebna za grijanje

Energija za grijanje, prema Pravilniku o energetskom certificiranju zgrada [22], definira se kao

količina topline koju sustavom grijanja treba tijekom jedne sezone dovesti u zgradu za održavanje

unutarnje projektne temperature u zgradi tijekom razdoblja grijanja. Jedan od načina određivanja

potrošnje energije termotehničkoga sustava grijanja jest pomoću izraza datog normom VDI 2067:

� = $� ∙ ��(9.1)

Gdje je:

� �kWh god⁄ godišnja potrošnja topline za grijanje

$� �h god⁄ broj sati rada sustava grijanja nazivnim toplinskim učinom

�� kW nazivni toplinski učin grijanja

6 Zgrada gotovo nulte energije jest zgrada koja ima vrlo visoka energetska svojstva. Ta gotovo nulta odnosno vrlo

niska količina energije podmiruje se iz obnovljivih izvora, uključujući energiju iz obnovljivih izvora koja se

proizvodi na zgradi ili u njezinoj blizini.


47

Broj sati rada određujemo prema izrazu:

$v = % ∙24 ∙ &d∆� �! (9.2)

Gdje je:

% korekcijski faktor (0,2 (0,5) – (0,7)1,2)

∆� �! �℃ maksimalna razlika prosječne temperature grijanih prostorija i vanjskog

zraka

&d broj stupanj – dana grijanja

Stupanj dani grijanja mogu se računati pomoću 2 izraza; uzimajući u obzir dnevne prosječne

temperature, ili mjesečne prosječne temperature iz meteoroloških podataka za promatranu

lokaciju. U našem slučaju uzimamo u obzir mjesečne prosječne temperature te slijedi izraz:

&d = '( "∙)�U − �V,mj*'(

)

(9.3)

Gdje je:

( " broj dana grijanja u pojedinom mjesecu sezone grijanja

�U�℃ prosječna temperatura svih grijanih prostorija

�V,mj�℃ prosječna mjesečna temperatura vanjskog zraka

U našem slučaju koristili smo se podacima iz referentne godine za Rijeku koji su preuzeti iz [23]

i odnose se na period od 1971. do 1980. godine. Budući da maksimalna razlika prosječne

temperature unutarnjih grijanih prostorija (20 ℃ ) i vanjskog zraka iznosi 10 ℃, sustav grijanja bi

nominalnim učinom radio samo one dane kada je temperatura vanjskog zraka manja od 10 ℃. U

nastavku je prikazana tablica sa stupanj – danima za pojedini mjesec u godini.


48

Tablica 9.1. Stupanj dani grijanja na području grada Rijeke

Mjesec

Mjesečni

prosjek

[°C]

Broj dana

grijanja u

mjesecu

Stupanj dani

Siječanj 6,1 29 403,1

Veljača 7,3 27 344,0

Ožujak 9,1 21 228,5 Travanj 11,4 8 68,5

Svibanj 16,5 0 0,0 Lipanj 19,9 0 0,0

Srpanj 22,5 0 0,0

Kolovoz 22,2 0 0,0

Rujan 18,6 0 0,0

Listopad 13,7 5 31,4

Studeni 9,5 16 167,6

Prosinac 6,4 31 420,7

∑ 137 1663,9

Ukupan broj dana grijanja iznosi 137, s maksimumom u prosincu koji broji 31 dan s prosječnom

temperaturom manjom od 10 ℃.

Ukupan broj stupanj – dana iznosi:

&d = 1663,9

Korekcijski faktor kod računanja broja sati rada usvajamo % = 0,33, obzirom da je namjena naše

građevine laboratorij, odnosno ured, stoga predviđamo da će ljudi u građevini boraviti 8 sati

dnevno. Kada bi faktor korekcije iznosio % = 1 , pretpostavili bismo da sustav grijanja treba

nominalnim učinom raditi 24 sata dnevno, što u našem slučaju nije potrebno. Slijedi da je prema

izrazu 9.2 broj radnih sati jednak:

$v = 0,33 ∙24 ∙ 1663,9

10= 1317,8 h

god

Ako nominalni učin u režimu grijanja iznosi 3 kW, godišnja potrošnja energije za grijanje bez

rekuperatora iznosila bi:

� = 1317,8 ∙ 3 = 3948 kWh

god


49

Prema proračunu gubitaka topline gubici uslijed ventilacije iznose 1,5 kW, odnosno 50 % ukupnih

gubitaka topline. Time pretpostavljamo da se 50 % ukupne energije za grijanje troši zbog gubitaka

ventilacije. Ako u našem sustavu ventilacije rekuperiramo 90 % otpadne topline, potrošnja ukupne

energije za grijanje sa sustavom rekuperacije računa se prema:

�,��* = � − (� ∙ 0,5 ∙ 0,9) = 2171,4 kWh

god

Ako tu količinu podijelimo po metru kvadratnom grijanog prostora koji iznosi 90 m2 slijedi da je:

�/'� =2171,4

90= 24,1 kWhgodm�

9.2. Energija potrebna za hlađenje

Prema Studiji primjenjivosti alternativnih sustava [24], energija potrebna za hlađenje jest računski

određena količina topline koju sustavom hlađenja treba tijekom jedne godine odvesti iz zgrade za

održavanje unutarnje projektne temperature u zgradi tijekom razdoblja hlađenja zgrade. Proračun

energije potrebne za hlađenje razlikuje se od onog za energiju potrebnu za grijanje, obzirom da se

sati hlađenja ne mogu odrediti samo na temelju vanjske temperature zraka, već ona ovisi i o

unutrašnjim izvorima energije. Dozračena sunčeva energija može u pojedinim situacijama

odstupati od vrijednosti referentne godine i time utjecati na temperaturu prostorija.

�+ = $�+ ∙ ��+(9.4)

Gdje je:

�+ �kWh god⁄ godišnja potrošnja topline za hlađenje

$�+ �h god⁄ broj sati rada sustava hlađenja u jednoj sezoni

��+ �kW nazivni toplinski učin hlađenja

Prema podacima iz Promjene potreba za grijanjem i hlađenjem u Hrvatskoj u razdoblju 1901-

2008 [25], stupanj dani hlađenja za grad Crikvenicu iznose &d = 469,0 za vanjsku temperaturu

.� = 18℃ . Podatak je dobiven za srednju vrijednost za razdoblje od 1961 – 1990. godine. Budući

da grad Crikvenica ima vrlo slične meteorološke uvjete te sličan broj sunčanih sati kao grad Rijeka,

usvojit ćemo taj podatak za proračun sati hlađenja. Budući da je prosječna temperatura hlađenih

prostorija jednaka .� = 26℃ , maksimalna razlika prosječne temperature hlađenih prostorija i

vanjskog zraka iznosi ∆� �! = 8℃ . Korekcijski faktor kod računanja broja sati rada usvajamo


50

% = 0,33 , uzimajući u obzir da je namjena naše građevine laboratorij, odnosno ured, pa

predviđamo da će ljudi u građevini boraviti 8 sati dnevno. Broj sati hlađenja u tom slučaju iznosi:

$v,hl = 0,33 ∙24 ∙ 469

8= 464,3

h

god

Prema strategijama iz Energetski učinkovita obiteljska kuća na području grada Rijeke [26], broj

sati hlađenja obiteljske kuće na području grada Rijeke može, ovisno o vrsti strategije te

energetskom razredu, iznositi od 602 sati za standardnu kuću do 1016 sati za pasivnu kuću. Kako

demo građevina nije stambena zgrada, broj sati hlađenja smanjuje se i do 50 %. Kod stambenih se

zgrada korekcijski faktor najčešće uzima od 0,5 na više jer se želi osigurati projektna temperatura

kroz cijelo vrijeme boravka ukućana, osim u noćnim satima. Kada bi demo građevina bila

projektirana kao obiteljska stambena zgrada, broj sati hlađenja iznosio bi 930 sati. U tom slučaju

dobiven broj sati hlađenja od 464 sati smatramo referentnim.

Nazivni učin hlađenja iznosi 2,2 kW te bi godišnja potrošnja topline za hlađenje iznosila:

�+ = 464,3 ∙ 2,2 = 1017,8 kWh

god

Prema proračunu dobitaka topline koji je dan u Prilogu 1 ovog rada, većina topline dobiva se

direktnim zračenjem te transmisijom kroz zidove. Količina dobitaka infiltracijom je zanemariva te

u tom slučaju nećemo računati rekuperiranu količinu topline sustavom ventilacije.

Ako dobivenu količinu topline podijelimo po metru kvadratnom hlađenog prostora koji iznosi 90

m2 slijedi da je:

�+/'� =1017,8

90= 11,3 kWhgodm�

9.3. Energija za pripremu PTV

Proračun maksimalne dnevne potrošnje PTV dat je prethodno u poglavlju 7 te maksimalna dnevna

potrošnja iznosi 1,9 kw ako 4 osobe borave u građevini. U godini ima 250 radnih dana - za iznos

godišnje potrošnje, pomnožit ćemo dnevnu potrošnju s brojem radnih dana:

�,�� = 250 ∙ 1,9 = 482,7 kWh

god


51

Ako tu količinu podijelimo po metru kvadratnom prostora koji iznosi 90 m2 slijedi da je:

�,��/'� =482,7

90= 5,36 kWhgodm�

9.4. Energija za ventilaciju

Energija za ventilaciju definira se kao kompletna električna energija koja je utrošena radom

sustava ventilacije, a najčešće se to odnosi na ventilatore koji su dužni osigurati potrebnu izmjenu

zraka. Ako nam je poznata snaga uređaja, izraz za računanje potrebne električne energije glasi:

�� = $�,�� ∙ /(9.5)

Gdje je:

��kWh god⁄ godišnja potrošnja električne energije za ventilaciju

$�,��h god⁄ broj sati rada sustava ventilacije godišnje

/�kW snaga instalirane jedinice za povrat topline

Jedini element u instaliranom sustavu ventilacije koji troši električnu energiju jest jedinica za

povrat topline, odnosno rekuperator topline. U jedinici za povrat topline nalazi se dobavni i odsisni

ventilator. Prema uputama proizvođača maksimalna apsorbirana električna energija cjelokupnog

uređaja iznosi 80 W po satu rada. Računat ćemo da uređaj, u danima kada se grije ili hladi, radi

punim kapacitetom zbog prolaska kroz izmjenjivač topline. Prolaskom kroz izmjenjivač topline

pad tlaka je velik te pretpostavljamo da uređaj radi punim kapacitetom jer se povećanjem pada

tlaka proporcionalno povećava potrošnje električne energije. Korištenjem by – pass sustava

jedinice, pad tlaka puno je manji jer zrak ne prolazi kroz izmjenjivač topline. Isto tako, minimalan

protok ventilatora unutar jedinice za povrat topline dovoljan je za osiguravanje potrebnog svježeg

zraka. Minimalan protok iznosi 40 % od maksimalnog protoka te iz tih razloga snagu rekuperatora

u danima bez grijanja ili hlađenja računamo za 60 % manju.

Od 365 dana u godini, broj dana grijanja i hlađenja iznosi 196 pa broj sati maksimalnom snagom

iznosi 4704 h. Iz toga slijedi ukupna energija za sustav ventilacije koja iznosi:

�,�� = 4704 ∙ 0,08 + 4056 ∙ 0,032 = 505,7 kWh

god


52

Ako tu količinu podijelimo po metru kvadratnom ventiliranog prostora koji iznosi 90 m2 slijedi da

je:

�,��/'� =505,7

90= 5,4 kWhgod"�

9.5. Ukupna potrošnja energije

Ukupna godišnja potrošnja energije dobiva se zbrajanjem energije potrebne za grijanje, hlađenje,

ventilaciju i pripremu potrošne tople vode.

Prikazat ćemo sumu energije kada ne bi bilo sustava ventilacije i kada ne bismo koristili jedinicu

za povrat topline. U tom slučaju ne zbraja se godišnja energija utrošena na rad jedinice za povrat

topline, odnosno ventilatora, unutar same jedinice.

= � + �+ + �,��(9.6)

= 3948 + 1017,8 + 482,7

= 5448,5kWh

god

U stvarnoj potrošnji ukupne godišnje energije s integriranim sustavom ventilacije moramo

uračunati i energiju za ventilaciju, no, energija za grijanje se u tom slučaju smanjuje s obzirom da

rekuperiramo i do 92 % otpadne topline. Ukupna godišnja potrošnja energije tada iznosi:

uk = � + �+ + �,�� + ��(9.7)

uk = 2171,4 + 1017,8 + 482,7 + 505,7

uk = 4177,5 kWh

god

Vidimo da se korištenjem jedinice za povrat topline ukupna godišnja potrošnja energije smanjila

za gotovo 1300 kWh/god, što predstavlja gotovo trećinu godišnje potrošnje energije projektirane

demo građevine.

Prema Idejnom projektu autonomnog FN sustava [12] godišnja proizvodnja električne energije iz

FN panela jednaka je 19588 kWh, što vrlo dobro zadovoljava potrebe cjelokupnog termotehničkog

sustava. U nesunčanim danima, koji se prema količini dozračene energije najčešće odvijaju u

studenom i prosincu, predviđeno je korištenje akumulacijskih baterija. Odabrane akumulatorske

baterije imaju nazivni kapacitet od 72 kWh, od čega je 50,4 upotrebljivog kapaciteta. Iz toga je


53

proračunata autonomija sustava, odnosno parametar sustav, koji pokazuje koliko sati može FN

sustav raditi za nazivno dnevno opterećenje od 16,7 kWh bez sunčeve svjetlosti. Zahtjev kod

projektiranja je bio 3 dana (72h) autonomije, što je zadovoljeno.

Tablica 9.2. Tablica mjesečne potrošnje i proizvodnje energije

Potrošnja energije [kWh]

Proizvedena energija FN sustava [kWh]

Siječanj 526 848 Veljača 449 1180 Ožujak 298 1640 Travanj 89 1910 Svibanj 0 2260 Lipanj 0 2250 Srpanj 509 2410 Kolovoz 509 2220 Rujan 0 1790 Listopad 41 1320 Studeni 219 817 Prosinac 549 774

Na sljedećem dijagramu prikazan je odnos proizvedene energije iz FN sustava te energije utrošene

na grijanje i hlađenje. Godišnja potrošnja energije za hlađenje podijeljena je na srpanj i kolovoz.

Slika 9.1. Odnos proizvedene energije i potrošene energije za grijanje i hlađenje

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Siječanj Veljača Ožujak Travanj Svibanj Lipanj Srpanj Kolovoz Rujan Listopad Studeni Prosinac

Odnos proizvedene i potrošene energije

Potrošnja energije [kWh] Proizvedena energija FN sustava [kWh]


54

9.6. Godišnja potrošnja primarne energije

Kako bismo dokazali da demo građevina spada u „zgrade gotove nulte energije“ moramo

izračunati godišnju potrošnju primarne energije. Naime, prema Studiji primjenjivosti alternativnih

sustava [24], godišnja primarna energija [kWh/god] jest računski određena količina energije za

potrebe zgrade tijekom jedne godine koja nije podvrgnuta nijednom postupku pretvorbe.

Izračunava se uz pomoć faktora primarne energije fp prikazanom u sljedećoj tablici.

Tablica 9.3. Faktor primarne energije za različite nositelje energije [24]

Primjerice, kako bismo u kućanstvu dobili električnu energiju, ona mora proći kroz cjelokupni

proces proizvodnje te dostave do potrošača. Faktor primarne energije za električnu energiju

uvelike ovisi o tome na koji način se struja proizvodi: jesu li izvor (proizvodnje) termoelektrane

na ugljen, plin ili pak solarne elektrane. Iz navedenih razloga, faktor primarne energije za

električnu energiju može se razlikovati u normama pojedinih država. U Hrvatskoj se većina

električne energije proizvodi u hidroelektranama (8,3 GWh) te termoelektranama (2,9 GWh) [27]

te faktor primarne energije za električnu energiju iznosi 2,5.


55

Slika 9.2. Slikovit prikaz pretvorbe primarne energije u finalnu energiju [24]

9.6.1. Proračun primarne energije (struja iz mreže)

Kako bismo izračunali potrošnju električne energije koju troši dizalica topline u režimu grijanja,

potrebno je podijeliti godišnju potrošnju energije za grijanje s koeficijentom učinkovitosti. SCOP

(engl. Seasonal Coefficient of Performance) je pokazatelj sezonske potrošnje električne energije

kada klima uređaj radi u režimu grijanja [28]. Jasnije rečeno, SCOP je omjer uložene električne

energije i dobivene toplinske energije. SCOP odabrane dizalice MITSHUBISHI ELECTRIC

topline iznosi 4,8.

Primarna energija za grijanje i pripremu PTV dobiva se množenjem potrošnje električne energije

s faktorom primarne energije za električnu energiju. Energiju za grijanje i pripremu PTV računamo

zajedno jer sustav dizalice topline također priprema i PTV. Ako energija za grijanje i pripremu

PTV iznosi � = 2654,1 kWh/god , SCOP = 4,8, a faktor pretvorbe primarne energije za

električnu energiju % ,�, = 2,5, godišnja primarna energija za grijanje iznosi:

0��- ,�� =2171,4

4,8∙ 2,5 = 1382,3 kWh

god

Kako bismo izračunali potrošnju električne energije koju troši dizalica topline u režimu hlađenja,

potrebno je podijeliti godišnju potrošnju energije za hlađenje s koeficijentom učinkovitosti. SEER

(engl. Seasonal Energy Efficiency Ratio) je pokazatelj sezonske potrošnje električne energije kada


56

klima uređaj radi u režimu hlađenja. SEER za odabranu dizalicu topline MITSHUBISHI

ELECTRIC iznosi 4,65.

Količinu primarne energije za hlađenje računamo prema izrazu:

0��- ,�� =�+

SEER∙ % ,�,(9.8)

Ako ukupna energija za hlađenje iznosi �+ = 1017,4 kWh/god slijedi:

0��- ,�� =1017,4

4,65∙ 2,5 = 547,2 kWh

god

Primarnu energiju za sustav ventilacije dobit ćemo množenjem ukupne potrošnje električne

energije sustava ventilacije koji iznosi �� = 505,7 kWh/god. Iz toga slijedi konverzija u

primarnu energiju:

0��- ,�� = 505,7 ∙ 2,5 = 1264,2 kWh

god

Kada bismo svu potrebnu električnu energiju dobivali iz mreže, godišnja potrošnja primarne

energije iznosila bi:

0��- , � = 1382,3 + 547,2 + 1264,2 = 3193,7 kWh

god

Ako dobivenu količinu topline podijelimo po metru kvadratnom grijanog, odnosno hlađenog

prostora koji iznosi 90 m2 ,slijedi da je:

0��- , �/'� =3193,7

90= 35,5 kWhgodm�

9.6.2. Proračun primarne energije (struja iz FN sustava)

Prema Idejnom projektu autonomnog FN sustava [12], maksimalni godišnji nedostaci struje iz

fotonaponskih panela iznose oko 5 %, što znači da sustav, u 95 % vremena zadovoljava sve svoje

potrebe za strujom dobivenom iz fotonaponskih panela. Iz tog razloga ukupnu potrošnju primarne

energije računat ćemo na način da 5 % ukupne potrošnje energije sustav koristi struju iz mreže,

dok ostalo vrijeme koristi struju iz fotonaponskog sustava. Energija dobivena iz fotonaponskog

sustava smatra se potpuno obnovljivom energijom, budući da se dobiva direktnom pretvorbom

sunčeve energiju u električnu energiju. U tom slučaju, faktor primarne energije za struju iz

fotonaponskih ćelija iznosio bi %�,.� = 0 . No, kako prilikom dobave i instalacije, te održavanja


57

fotonaponskih kolektora ipak postoji neka potrošena energija, računat ćemo s faktorom primarne

energije %�,.� = 0,1 iako inače u praski taj faktori iznosi %�,.� = 0.

Slijedi da je ukupna potrošena primarna energija demo građevine jednaka:

0��- = uk ∙ %�,.� ∙ 0,95 + 0prim,mr ∙ 0,05 0��- = 4177,5 ∙ 0,1 ∙ 0,95 + 3193,7 ∙ 0,05 = 556,6 kWh

god

Ako dobivenu količinu topline podijelimo po metru kvadratnom grijanog, odnosno hlađenog

prostora koji iznosi 90 m2 slijedi da je:

0��- /'� =556,6

90= 6,2 kWhgodm�

Prema količini primarne energije po metru kvadratnom, demo građevina spadala bi u energetski

razred A+ gdje godišnja potrošnja energije za pripremu PTV, grijanje, hlađenje i sustav ventilacije

ne prelaze 15 kWh godm�⁄ . Energetski razredi određuju se prema podacima iz Pravilnika o

energetskom certificiranju zgrada [22].


58

10. ZAKLJUČAK

U ovom radu izrađeno je rješenje termotehničkog sustava energetski neovisne zgrade. Izračunati

su gubici topline koji za projektnu temperaturu .v = −8℃ iznose 3 kW. Toplinsko opterećenje

pri projektnoj temperaturi svoj maksimum dostiže u srpnju te iznosi 2,3 kW. Količina potrošene

tople vode za građevinu ovakvog tipa iznosi 1,93 kW. Vođeni navedenim parametrima, odlučili

smo termotehnički sustav izvesti u obliku dva odvojena sustava. Sustava dizalice topline te sustava

ventilacije koji osigurava provjetravanje (tokom 24 sata u godini) te povrat topline do 92 %.Split

sustav dizalice topline ima višestruku funkciju te se preko vanjske i unutarnje jedinice osigurava

grijanje i hlađenje prostora te priprema PTV. U sustavu dizalice topline između dvije jedinice struji

freon R410a koji svojim velikim volumnim rashladnim kapacitetom zahtjeva mali volumni protok,

s čime dolaze i mali sastavni elementi sustava. Kao završne jedinice za distribuciju toplog ili

hladnog zraka koriste se ventilokonvektori napajani vodom iz unutarnje jedinice u režimu 40/50

℃ u zimskom razdoblju te 7/12℃ u ljetnom razdoblju. Učin grijanja dizalice topline iznosi 4,1 kW

dok učin hlađenja iznosi 3,6 kW za niti 1 kW uložene električne energije, što u potpunosti

zadovoljava zahtjeve naše građevine. Uzimajući u obzir da se velik dio topline rekuperira iz

odvodnog zraka, navedeni gubici bit će još manji, a time će se smanjiti i kapacitet rada dizalice

topline. Sve potrebe za PTV zadovoljavaju se iz spremnika tople vode kapaciteta 200 l koji je

integriran u unutarnju jedinicu dizalice topline.

Godišnja proizvodnja električne energije iz FN panela jednaka je 19588 kWh, dok ukupna godišnja

potrošena energija iznosi 4178 kW, što svakako zadovoljava potrebe cjelokupnog termotehničkog

sustava. U nesunčanim danima, koji se prema količini dozračene energije najčešće dešavaju u

studenom i prosincu predviđeno je korištenje akumulacijskih baterija. Odabrane akumulatorske

baterije imaju nazivni kapacitet od 72 kWh, od čega je 50,4 upotrebljivog kapaciteta. Iz toga je

proračunata autonomija sustava, odnosno parametar sustava, koji govori koliko sati može FN

sustav raditi za nazivno dnevno opterećenje od 16,7 kWh bez sunčeve svjetlosti. Prema nazivnom

dnevnom opterećenju, sustav bi zadovoljio autonomiju u trajanju od 3 dana. Budući da se na

području grada Rijeke može pojaviti i desetak oblačnih dana zaredom, kao sustav osiguranja u

takvim slučajevima predviđeno je napajanje sustava strujom iz mreže. Izračunato je da se u 95 %

slučajeva kroz godinu zadovoljava dnevno nazivno opterećenje strujom dobivenom iz

fotonaponskih panela. Takav sustav zadovoljava sve zadane kriterije ovog rada te smatramo da je

građevina potpuno energetski neovisna.


59

Izgradnja niskoenergetskih zgrada te zgrada vrlo niske potrošnje energije vrlo je važan korak

prema održivom razvoju. Manja potrošnja energije za grijanje i hlađenje zgrade smanjuje upotrebu

fosilnih goriva, smanjuje ovisnost od uvoza energije i smanjuje emisiju stakleničkih plinova.

Hrvatska je zemlja koja ima značajan potencijal za iskorištavanje sunčevog zračenja zbog vrlo

visoke količine dozračene energije na njenu površinu. Iskorištavanje sunčeve energije

tehnologijom fotonaponskih sustava čini sunčevu energiju izvorom dostupnim svima. Sve niže

cijene fotonaponskih ćelija te neizbježan rast cijena energije zasigurno će potaknuti trend izgradnje

energetski neovisnih građevina u budućnosti.


60

11. LITERATURA

[1] Wolf Igor, Psihofizički čimbenici ugodnosti boravka u zatvorenim prostorima; Tehnika

klimatizacije i automatske regulacije - materijali za studente, Rijeka, 2013.

[2] Wolf Igor, Materijali za studente; Tehnika klimatizacije i automatska regulacija, Rijeka

2013.

[3] S interneta, http://www.fazendomedia.com/pz6112494-cz5677fc3-low-noise-r134a-air-

cooled-rooftop-single-package-air-conditioning-unit.html, 13.4.2015.

[4] KLH Massivholz GmbH, Component Catalogue for Building a Passive House, 2011.

[5] W. Feist: Certification as "Quality Approved Passive House" Criteria for Residential-Use

Passive Houses, Passivhaus Institut, Darmstadt, Njemačka, 2007.

[6] The MINERGIE – Standard for Buildings, Minergie Publications, 2009.

http://www.minergie.ch/tl_files/download_en/Faltblatt_Minergie_Standard_e.pdf

[7] S interneta http://www.zerohomes.org/photo-gallery/ , 10.4.2015.

[8] Tehnički propis o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštitiu zgradama, Ministarstvo

graditeljstva i prostornog uređenja. 2014.

[9] Wolf Igor, Materijali za studente; Obnovljivi izvori energije, 2013

[10] S interneta, http://www.troha-dil.hr/bluegreen-pasivni-prozori/petra, 15.3.2015.

[11] S interneta, http://www.troha-dil.hr/bluegreen-pasivni-prozori/ulazna-vrata-za-pasivne-

kuce, 15.3.2015

[12] Rudan Igor, Diplomski rad - Idejni projekt autonomnog FN sustava, Rijeka, 2014.

[13] Soler & Palau, Domeo 210 FL Installation and operation manual, 2014.

[14] S interneta, http://www.madel.com/difusion_producto.php?lang=en&f=12&p=46,

25.3.2015.

[15] S interneta, http://www.madel.com/difusion_producto.php?lang=en&f=5&p=19,

25.3.2015.

[16] S interneta, http://www.klima-kontakt.hr/index.php/hr/ponuda/proizvodnja-ventilacijskih-

kanala/spiralne-cijevi-i-fazonski-komadi, 24.3.2015.

[17] S interneta, http://www.klima-kontakt.hr/index.php/hr/ponuda/ovjes-za-ventilacijske-

kanale, 24.3.2015.

[18] MITSHUBISHI ELECTRIC, Split-type, heat pump air conditioner; Service manual

PUHZ-SW40VHA, 2012. [19] MITSHUBISHI ELECTRIC, Heating For Domestic Applications Ecodan FTC5, 2015.

[20] S interneta, http://www.ferroli.hr/pdf/Katalog_Ferroli_Grijanje_2010.pdf, 1.4.2015.


61

[21] S interneta, http://www.kalinic.info/strucni/cijevi.pdf , 1.4.2015.

[22] Ministarstvo graditeljstva i prostornog uređenja, Pravilniku o energetskom pregledu

zgrade i energetskom certificiranju zgrada, Zagreb, 2014.

[23] I. Viličić: Studijska analiza utjecaja klimatsko-meteoroloških faktora na grijanje i

hlađenje objekata Hrvatskog primorja, doktorska disertacija, Tehnički fakultet Rijeka,

1992.

[24] Ministarstvo graditeljstva i prostornog uređenja, Studija primjenjivosti alternativnih

sustava, Zagreb, 2014.

[25] L. Cvitan, R. Sokol Jurković. Promjene potreba za grijanjem i hlađenjem u Hrvatskoj u

razdoblju 1901-2008. Hrvatski meteorološki časopis. 2012.

[26] Blecich Paolo, Energetski učinkovita obiteljska kuća na području grada Rijeke, 2011.

[27] S interneta, http://www.hep.hr/opskrba/ienergije.aspx, 5.4.2015.

[28] S interneta, http://www.klimatizacija.hr/novosti/1-eu-energetska-naljepnica, 29.3.2015.

[29] Samuel C. Sugarman, HVAC Fundamentals Second Edition, 2007.

[30] P. Torcellini, S. Pless, and M. Deru, Zero Energy Buildings: A Critical Look at the

Definition, 2006.

[31] Igor Balen, Klimatizacija - materijali za studente, FSB Zagreb

[32] ASHRAE Standard 119-1988, Air Leakage Performance for Detached Single-Family

Residential Buildings

[33] ANSI/ASHRAE Standard 62.2-2004 - Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality in

Low-Rise Residential Buildings, 2004.

[34] Igor Wolf , Proračun toplinskoga opterećenja prostora prema VDI 2078, Rijeka, 2014.

[35] Recknagel, Grijanje i klimatizacija, 2004.

[36] Soldo, Novak, Algoritam za proračun potrebne energije za grijanje i hlađenje prostora

prema HRN EN ISO 13790, Zagreb, 2012.

[37] S interneta, http://slobodnadalmacija.hr/ Dom-izgraen-po-cijeni-od-600-eura-po

kvadratu.aspx

[38] Pavković, Andrassy, Balen, Lenić, Priručnik za energetsko certificiranje zgrada, Zagreb,

2010


62

12. POPIS OZNAKA I KRATICA

Oznake

α koeficijent prijelaza topline, W/(m�K)

δ debljina pojedinog sloja, m

λ toplinska vodljivost materijala sloja,

W/mK

� koeficijent prolaza topline,W/(m�K)

T temperatura, °C, K

V volumen, L, m3

W snaga, W

A površina, m2

Q potrebna energija, kWh/m2a

Q toplinski učin, W

�� volumni protok, m3/h

n broj izmjena zraka, h-1

q toplinski tok, W/m2

Sd stupanj-dan, °C·24 h

f0 faktor oblika

P primarna energija, kWh/m2a

�p specifični toplinski zraka, kJ kgK⁄

� gustoća zraka, kg m�⁄

∆�temperaturna razlika, K

D promjer kanala poprečnog presjeka, m

w brzina strujanja zraka u kanalu, m/s

p tlak, Pa

"� maseni protok, kg/s

$� broj sati rada sustava grijanja nazivnim

toplinskim učinom

% korekcijski faktor

Subskripti i superskripti

gr grijanje

hl hlađenje

vent ventilacija

gub gubici

dob dobici

a godišnje grijanje

a0 godišnje hlađenje

N nazivni

prim primarna

mr struja iz mreže

FN struja iz fotonapona

Kratice

PTV potrošna topla voda

FN fotonaponski


62

13. SAŽETAK

Ovaj diplomski rad predstavlja rješenje kompletnog termotehničkog sustava demo građevine za

obnovljive izvore energije koji koristi sunčevu energiju za postizanje potpune energetske

neovisnosti. Kompletni termotehnički sustav zgrade pogonjen je isključivo električnom energijom

iz obnovljivih izvora te će sve svoje potrebe zadovoljavati iz autonomnog fotonaponskog sustava.

Izračunom toplinske energije za zagrijavanje zgrade i količine rashladne energije za hlađenje

zgrade izabran je adekvatan termotehnički sustav koji se sastoji od sustava za provjetravanje te

sustava dizalice topline. Radom je obuhvaćen kompletan tehnički opis obaju sustava, kao i detaljan

opis sve odabrane opreme. Uz tehnički opis, izrađen je i kompletan grafički dio projekta uz

shematski prikaz instalacija te dispoziciju opreme. Na kraju rada je, u svrhu određivanja

autonomnosti sustava kroz godinu, izrađen i proračun ukupne godišnje potrošnje energije koja

uključuje energiju za grijanje, hlađenje, ventilaciju te pripremu PTV.

Izračunato je da se u 95 % slučajeva kroz godinu zadovoljava dnevno nazivno opterećenje strujom

dobivenom iz fotonaponskih panela. Takav sustav zadovoljava sve zadane kriterije ovog rada te

smatramo da je građevina potpuno energetski neovisna.


63

14. PRILOZI

1. Rekapitulacija gubitaka i dobitaka topline (IntegraCAD)

GRAFIČKI PRILOZI

2. Pregledna karta, prikaz lokacije građevine…………………………….…………………List 1

3. Funkcionalna shema spajanja………………………………………………………….....List 2

4. Instalacija termotehničkog sustava – tlocrt suterena..…………………………………....List 3

5. Instalacija termotehničkog sustava – tlocrt prizemlja…………………………………....List 4

6. Instalacija termotehničkog sustava – presjeci…………………………………………....List 5

7. Instalacija termotehničkog sustava – pročelje…………………………………………....List 6

Documents

sveučilište u rijeci tehnički fakultet projekt termotehničkog sustava