Toplina, prora un gubitaka i sustavi grijanja - winter.hr · grijane površine i spuštanje hladnog zraka. Gubici topline kondenzacijom vode. Toplina

Toplina, proračun gubitaka Toplina, proračun gubitaka i sustavi grijanjai sustavi grijanja

Prof. dr. Prof. dr. scsc. Josip . Josip BorošićBorošićMr. Mr. scsc. Božidar . Božidar BenkoBenko

ToplinaToplina

Prirodno zagrijavanje zaštićenih prostora Prirodno zagrijavanje zaštićenih prostora ––transformacija svjetlosne energije sunca u transformacija svjetlosne energije sunca u toplinsku energijutoplinsku energijuKoličina topline u zaštićenu prostoru = refleksija Količina topline u zaštićenu prostoru = refleksija / apsorpcija / transmisija/ apsorpcija / transmisijaMehanizmi prijenosa topline: Mehanizmi prijenosa topline:

KondukcijaKondukcija ( (provoprovođđenje)enje)KonvekcijaKonvekcija (strujanje)(strujanje)Radijacija (zračenje)Radijacija (zračenje)

ToplinaToplina

KondukcijaKondukcija –– prijenos topline od zagrijanih prijenos topline od zagrijanih čestica na susjedne čestice ili na čestice drugih čestica na susjedne čestice ili na čestice drugih krutih tvari. krutih tvari. KonvekcijaKonvekcija –– prijenos topline kretanjem čestica prijenos topline kretanjem čestica tekućina i plinova. Zagrijane čestice postaju tekućina i plinova. Zagrijane čestice postaju lakše, mijenjaju položaj, pritom predaju toplinu lakše, mijenjaju položaj, pritom predaju toplinu susjednim česticama i česticama krutih tijela. susjednim česticama i česticama krutih tijela.

ToplinaToplina

Dva tipa Dva tipa konvekcijekonvekcije u zaštićenu prostoru:u zaštićenu prostoru:IznuIznuđđena ena konvekcijakonvekcija, kroz otvore na površini , kroz otvore na površini pokrovnog materijala, ovisi o brzini i strujanju zraka. pokrovnog materijala, ovisi o brzini i strujanju zraka. Gubici topline infiltracijom i ventilacijom.Gubici topline infiltracijom i ventilacijom.Slobodna Slobodna konvekcijakonvekcija, dizanje toplog zraka iznad , dizanje toplog zraka iznad grijane površine i spuštanje hladnog zraka. Gubici grijane površine i spuštanje hladnog zraka. Gubici topline kondenzacijom vode.topline kondenzacijom vode.

Toplina Toplina Radijacija Radijacija –– prijenos energije od tvari više prijenos energije od tvari više temperature prema tvari niže temperature, bez temperature prema tvari niže temperature, bez zagrijavanja medija kojim toplina prolazi. Svako zagrijavanja medija kojim toplina prolazi. Svako kruto tijelo, tekućina ili plin imaju sposobnost kruto tijelo, tekućina ili plin imaju sposobnost emitirati i apsorbirati energiju zračenja.emitirati i apsorbirati energiju zračenja.Spektar radijacije ovisi većinom o temperaturi na Spektar radijacije ovisi većinom o temperaturi na površini materijala koji zrači. Sunce s oko 6000 površini materijala koji zrači. Sunce s oko 6000 °°C na površini zrači 52 % svjetlosne energije, 6 C na površini zrači 52 % svjetlosne energije, 6 % UV, 29 % IR% UV, 29 % IR--A, 13 % IRA, 13 % IR--B.B.Prijenos solarne radijacije u zaštićeni prostor Prijenos solarne radijacije u zaštićeni prostor ovisi o vrsti pokrovnog materijala, kutu upada ovisi o vrsti pokrovnog materijala, kutu upada zraka, elementima konstrukcije.zraka, elementima konstrukcije.

Toplina Toplina

Radijacijom se emitira toplina od površine tla, Radijacijom se emitira toplina od površine tla, usjeva, dijelova konstrukcije.usjeva, dijelova konstrukcije.Spektralna distribucija većinom u infracrvenom Spektralna distribucija većinom u infracrvenom dijelu, 800dijelu, 800––1800 nm 1800 nm –– toplinsko zračenje.toplinsko zračenje.Staklo i polimeri za ploče imaju malu propusnost Staklo i polimeri za ploče imaju malu propusnost (< 10 %) i veću refleksiju za IR zračenje(< 10 %) i veću refleksiju za IR zračenjePE ima veliku propusnost, oko 70PE ima veliku propusnost, oko 70 % %, brzo , brzo hlahlađđenje za vedrih noćienje za vedrih noćiKondenzirana voda smanjuje gubitke topline Kondenzirana voda smanjuje gubitke topline radijacijom, ali smanjuje i ulazak svjetla radijacijom, ali smanjuje i ulazak svjetla

Proračun gubitaka toplineProračun gubitaka topline

QQcc (W) = k (W/m(W) = k (W/m²·²·KK) x A (m) x A (m²²) x ) x ∆∆T (K, T (K, °°C)C)∆∆T = TT = T11 –– TT2 2 ((°°C)C)

QQcc –– toplinski toktoplinski tokk k –– koeficijent prolaza toplinekoeficijent prolaza toplineA A –– površinapovršinaTT11 –– temperatura toplijeg medijatemperatura toplijeg medijaTT22 –– temperatura hladnijeg medijatemperatura hladnijeg medija


k (W/mk (W/m²·²·KK) ) –– toplina koju je moguće provesti toplina koju je moguće provesti kroz presjek tijela (mkroz presjek tijela (m²²) p) pri razlici temperatura (1ri razlici temperatura (1 K) K) u odreu određđenom vremenu (1 h)enom vremenu (1 h)λλ (W/m(W/m··K) K) –– toplina koja prođe kroz 1 m toplina koja prođe kroz 1 m²² zida zida debljine 1 m za vrijeme 1 h ako je temperaturna debljine 1 m za vrijeme 1 h ako je temperaturna razlika 1 K razlika 1 K Primjeri za kPrimjeri za k--vrijednosti vrijednosti (W/m(W/m²·²·KK))::

Staklo, 5 mmStaklo, 5 mm 5,75,7PE film, 0,2 mmPE film, 0,2 mm 10,510,5Dvostruki PE filmDvostruki PE film 6,116,11PoliesterPoliester valovit, 1 mmvalovit, 1 mm 6,536,53


QQii (W) = 0,373 ((W) = 0,373 (W/mW/m³³··K)K) x x ∆∆T (K, T (K, °°C)C) x V (mx V (m33))x x nnvv

0,373 0,373 –– konstanta, predstavlja kolikonstanta, predstavlja količčinu topline inu topline zraka u W/mzraka u W/m³³··KKV V –– volumen zavolumen zašštitiććenog prostora u menog prostora u m33

nnvv –– broj prirodne izmjene zraka u satubroj prirodne izmjene zraka u satu


Konstrukcija + pokrovKonstrukcija + pokrov Broj izmjene zraka u satuBroj izmjene zraka u satu

Nova konstrukcija, staklo ili Nova konstrukcija, staklo ili poliesterpoliester

0,75 0,75 –– 1,51,5

Nova konstrukcija, dvostruki Nova konstrukcija, dvostruki PEPE

0,2 0,2 –– 1 1

Stara konstrukcija, staklo, Stara konstrukcija, staklo, dobro održavanjedobro održavanje

1 1 –– 22

Stara konstrukcija, staklo, Stara konstrukcija, staklo, slabo održavanjeslabo održavanje

2 2 –– 4 4

Elementi za proračun potrebne količine Elementi za proračun potrebne količine toplinetopline

Prosječne srednje dnevne temperature zraka na lokaciji Prosječne srednje dnevne temperature zraka na lokaciji zaštićena prostorazaštićena prostoraKoličina snježnih oborina tijekom zimeKoličina snježnih oborina tijekom zimeBroj sunčanih i vjetrovitih dana tijekom razdoblja uzgojaBroj sunčanih i vjetrovitih dana tijekom razdoblja uzgojaOptimalne temperature za uzgoj planiranih kulturaOptimalne temperature za uzgoj planiranih kulturaVrsta pokrovnog materijala (kVrsta pokrovnog materijala (k--vrijednosti)vrijednosti)Površina pokrovnog materijalaPovršina pokrovnog materijalaVolumen zaštićena prostoraVolumen zaštićena prostoraUkupni gubici topline radijacijom, Ukupni gubici topline radijacijom, kondukcijomkondukcijom, , konvekcijomkonvekcijom

Sustavi grijanja (prema mediju za prijenos Sustavi grijanja (prema mediju za prijenos topline)topline)

Voda Voda –– statični sustav statični sustav –– za veće klimatske za veće klimatske jedinicejedinice-- cijevi i cijevni registri (radijatori), potisna cijevi i cijevni registri (radijatori), potisna

crpka;crpka;-- ohla ohlađđena se voda vraća u kotlovnicu;ena se voda vraća u kotlovnicu;-- različiti položaji cijevnih registara, ovisno o:različiti položaji cijevnih registara, ovisno o:

temperaturi vode,temperaturi vode,načinu uzgoja biljaka (razina tla ili stolovi),načinu uzgoja biljaka (razina tla ili stolovi),visini i širini lađa,visini i širini lađa,sklopu uzgajanih kultura (pomične cijevi).sklopu uzgajanih kultura (pomične cijevi).

Sustavi grijanja (prema mediju za Sustavi grijanja (prema mediju za prijenos topline)prijenos topline)

Zrak Zrak –– dinamični sustav dinamični sustav –– za manje klimatske za manje klimatske jedinicejedinice-- ventilatori potiskuju topli zrak;ventilatori potiskuju topli zrak;-- termogenitermogeni u objektu ili izvan;u objektu ili izvan;-- “fan“fan--jetjet” sustav, za transport toplog ” sustav, za transport toplog zraka zraka plastično crijevo s bočnim plastično crijevo s bočnim otvorima prema dolje. otvorima prema dolje. Voda + zrak = Voda + zrak = termokonvektoritermokonvektori-- uzduž lađa ventilatori za potiskivanje i uzduž lađa ventilatori za potiskivanje i miješanje zraka.miješanje zraka.

Sustavi grijanjaSustavi grijanja

Prednosti dinamičnog sustava:Prednosti dinamičnog sustava:Ujednačenija vertikalna distribucija topline,Ujednačenija vertikalna distribucija topline,Brzo uključenje i isključenje, ušteda goriva kod Brzo uključenje i isključenje, ušteda goriva kod promjenjivog vremena,promjenjivog vremena,Uz dopunske ureUz dopunske uređđaje, koristi se i za hlaaje, koristi se i za hlađđenje,enje,Kretanje zraka povoljno za oprašivanje biljaka,Kretanje zraka povoljno za oprašivanje biljaka,Niža investicija,Niža investicija,Ne smeta za mehaniziranu obradu tla.Ne smeta za mehaniziranu obradu tla.


Nedostaci dinamičnog sustava:Nedostaci dinamičnog sustava:Veći troškovi eksploatacije,Veći troškovi eksploatacije,Nestanak električne struje, brže hlađenje zaštićena Nestanak električne struje, brže hlađenje zaštićena prostora (statični još grije, dok se voda u cijevima ne prostora (statični još grije, dok se voda u cijevima ne ohladi),ohladi),Niža temperatura tla (za oko 2 Niža temperatura tla (za oko 2 °°C).C).


Statični sustav grijanja:Statični sustav grijanja:Veća horizontalna ujednačenost topline, cijevni se Veća horizontalna ujednačenost topline, cijevni se registri posebno postavljaju uz bočne i čeone stranice registri posebno postavljaju uz bočne i čeone stranice zaštićena prostora, na mjesta gdje se gubi toplinazaštićena prostora, na mjesta gdje se gubi toplina

Kombinirani sustav ??Kombinirani sustav ??Na početku i kraju sezone grijanja uključuje se Na početku i kraju sezone grijanja uključuje se grijanje zrakom (interventno, noćno grijanje)grijanje zrakom (interventno, noćno grijanje)Glavna sezona grijanja, kontinuirano uključeno Glavna sezona grijanja, kontinuirano uključeno grijanje vodom, a grijanje zrakom povremeno se grijanje vodom, a grijanje zrakom povremeno se uključuje u razdoblju velikih uključuje u razdoblju velikih ∆∆TT--vrijednosti (vrlo niske vrijednosti (vrlo niske vanjske temperature zraka) vanjske temperature zraka)

GorivaGoriva

Kruta: drvo, ugljen, …Kruta: drvo, ugljen, …Tekuća: mazut, loživo ulje, …Tekuća: mazut, loživo ulje, …Plinovita: zemni plin, Plinovita: zemni plin, kaptažnikaptažni plin, gradski plin, gradski plin, …plin, …Toplinska moć goriva: količina topline u Toplinska moć goriva: količina topline u kJ, koje 1 kg goriva proizvede pri kJ, koje 1 kg goriva proizvede pri potpunom sagorijevanju.potpunom sagorijevanju.

Toplinska moć nekih gorivaToplinska moć nekih goriva

GorivoGorivo Toplinska moć, kJ/kgToplinska moć, kJ/kg

Drvo, 20 % vode (suho)Drvo, 20 % vode (suho) oko 14.200oko 14.200

Drvo, 60 % vodeDrvo, 60 % vode oko 5.800oko 5.800

SmeSmeđđi ugljeni ugljen 15.000 15.000 –– 23.00023.000

Kameni ugljenKameni ugljen 23.000 23.000 –– 32.00032.000

Loživo uljeLoživo ulje 38.000 38.000 –– 44.00044.000

Zemni plinZemni plin 33.000 33.000 –– 44.00044.000

Smanjenje gubitaka toplineSmanjenje gubitaka topline

QQcc = k x A= k x A x x ∆∆TT

A/ smanjenje kA/ smanjenje k--vrijednostivrijednostiB/ smanjenje B/ smanjenje ∆∆TT--vrijednostivrijednostiC/ optimalno korištenje gorivaC/ optimalno korištenje gorivaD/ smanjenje potrošnje goriva po jedinici D/ smanjenje potrošnje goriva po jedinici proizvodaproizvoda

A/ smanjenje kA/ smanjenje k--vrijednostivrijednosti

1. Postavljanje PE1. Postavljanje PE--folije unutar objekta folije unutar objekta (“tunel”)(“tunel”)

Ušteda oko 25 %, oko 14 % smanjenje Ušteda oko 25 %, oko 14 % smanjenje svjetlasvjetlaUčinak ovisi o zabrtvljenosti objektaUčinak ovisi o zabrtvljenosti objektaUčinkovitija primjena u objektima s 1 lađom Učinkovitija primjena u objektima s 1 lađom (snijeg se manje zadržava), s drvenom (snijeg se manje zadržava), s drvenom konstrukcijomkonstrukcijomZa kulture manjih zahtjeva za svjetlomZa kulture manjih zahtjeva za svjetlomJednostavan i ekonomski učinkovit načinJednostavan i ekonomski učinkovit način


2. PE2. PE--folija iznad krova staklenikafolija iznad krova staklenika2.1. Jednostruki prekrivač2.1. Jednostruki prekrivač

Jeftin materijal, manji gubitak svjetla, malo slabije Jeftin materijal, manji gubitak svjetla, malo slabije čuva toplinu (od 2.2.)čuva toplinu (od 2.2.)Postavljaju se PEPostavljaju se PE--crijeva (crijeva (ΦΦ 50 cm) po dužini lađe na 50 cm) po dužini lađe na sredini rogova na obje strane krovištasredini rogova na obje strane krovištaJedan je kraj crijeva hermetički zatvoren, a na drugi Jedan je kraj crijeva hermetički zatvoren, a na drugi se montira mali ventilator za se montira mali ventilator za upuhavanjeupuhavanje vanjskog vanjskog zrakazrakaPEPE--folija (0,15 mm) prekriva krov i postavljena PEfolija (0,15 mm) prekriva krov i postavljena PE--crijevacrijevaRubovi se folije pričvrste za rubove krovaRubovi se folije pričvrste za rubove krova

A/ smanjenje kA/ smanjenje k--vrijednostivrijednosti2. PE2. PE--folija iznad krova staklenikafolija iznad krova staklenika2.2. Dvostruki prekrivač2.2. Dvostruki prekrivač

Zrakom napuhnuta dva sloja PEZrakom napuhnuta dva sloja PE--folijefolijeUšteda energije 40 (Kanada) do 57 % (Ušteda energije 40 (Kanada) do 57 % (OhioOhio), ), značajno manji prinos (redukcija svjetla) krastavaca i značajno manji prinos (redukcija svjetla) krastavaca i rajčicerajčiceZa objekte s maksimalnom dužinom roga 5,5 m, inače Za objekte s maksimalnom dužinom roga 5,5 m, inače se mora dijeliti na više sektora po dužini krovase mora dijeliti na više sektora po dužini krovaGlavni nedostatak smanjenje svjetla; 35 % redukcija Glavni nedostatak smanjenje svjetla; 35 % redukcija ukupne solarne radijacije unutar staklenika (ukupne solarne radijacije unutar staklenika (OhioOhio), uz ), uz dvostruki prekrivač dodatno 11 % smanjenje svjetla dvostruki prekrivač dodatno 11 % smanjenje svjetla


2. PE2. PE--folija iznad krova staklenikafolija iznad krova staklenika2.2. Dvostruki prekrivač2.2. Dvostruki prekrivač

Svjetlo je difuzno, jednolično raspoređeno, manje Svjetlo je difuzno, jednolično raspoređeno, manje sjene od konstrukcijesjene od konstrukcijeRelativna je vlaga danju tijekom zime (ventilacija Relativna je vlaga danju tijekom zime (ventilacija zatvorena) za oko 12 % veća u plasteniku nego u zatvorena) za oko 12 % veća u plasteniku nego u stakleniku (stakleniku (OhioOhio))Osjetljive kulture na nedostatak svjetla (ruža, karanfil, Osjetljive kulture na nedostatak svjetla (ruža, karanfil, krizantema, krastavac) imaju značajnu redukciju krizantema, krastavac) imaju značajnu redukciju kvalitete i količine prinosa kvalitete i količine prinosa


2. PE2. PE--folija iznad krova staklenikafolija iznad krova staklenika2.2. Dvostruki prekrivač2.2. Dvostruki prekrivač

Debljina PEDebljina PE--folija 0,15 folija 0,15 µµmmVentilator 50 W, Ventilator 50 W, ΦΦ 10 cm, 5 cm široke lopatice, 10 cm, 5 cm široke lopatice, maksimalnog tlaka 0,145 maksimalnog tlaka 0,145 kPakPa1 ventilator za oko 900 m1 ventilator za oko 900 m22 površine objekta površine objekta


3. Pomične unutarnje zavjese3. Pomične unutarnje zavjeseNajveći su gubici topline kroz krov (oko 65 %) Najveći su gubici topline kroz krov (oko 65 %) i vertikalne površine (30 %)i vertikalne površine (30 %)Tome uglavnom doprinose radijacija i Tome uglavnom doprinose radijacija i kondukcijakondukcija s 65 do 80 % gubitaka topline s 65 do 80 % gubitaka topline noćunoćuLogična uporaba pomičnih energetskih Logična uporaba pomičnih energetskih zavjesa noću!zavjesa noću!


3. Pomične unutarnje zavjese3. Pomične unutarnje zavjeseUšteda goriva 30 do 40 %, godišnje smanjenje Ušteda goriva 30 do 40 %, godišnje smanjenje troškova 20 do 30 %troškova 20 do 30 %Dva načina postavljanja: od oluka do oluka (složene Dva načina postavljanja: od oluka do oluka (složene ispod oluka), od stupa do stupa (složene pokraj ispod oluka), od stupa do stupa (složene pokraj stupa)stupa)Važno je razmotriti brtvljenje (međusobno spajanje) Važno je razmotriti brtvljenje (međusobno spajanje) izmeizmeđđu zavjesa, te zavjesa i dodirnih mjesta s u zavjesa, te zavjesa i dodirnih mjesta s pokrovnim materijalompokrovnim materijalomKose zavjese slijede nagibe krova po cijeloj širini lađe, Kose zavjese slijede nagibe krova po cijeloj širini lađe, pomiču se između stupova pomiču se između stupova


Podjela zavjesa prema funkciji:Podjela zavjesa prema funkciji:AntikonvekcijskeAntikonvekcijske,,AntiradijacijskeAntiradijacijske

s aluminijskom folijom (uske trake)s aluminijskom folijom (uske trake)


3. Pomične unutarnje zavjese3. Pomične unutarnje zavjeseRazmotriti zasjenjivanje kada su složene i Razmotriti zasjenjivanje kada su složene i jednostavnost montaže!jednostavnost montaže!Način učvršćenja ovisi o vrsti materijalaNačin učvršćenja ovisi o vrsti materijalaNa izbor utječu i uzgajane kulture, orijentacija Na izbor utječu i uzgajane kulture, orijentacija i dimenzije lai dimenzije lađđaaHorizontalne zavjese daju oko 10 do 15 % Horizontalne zavjese daju oko 10 do 15 % veću uštedu topline od kosih zavjesa veću uštedu topline od kosih zavjesa


3. Pomične unutarnje zavjese3. Pomične unutarnje zavjeseIzbor materijala ovisi o: štednja energije i Izbor materijala ovisi o: štednja energije i smanjenje temperatura (zasjenjivanje)smanjenje temperatura (zasjenjivanje)Optimalna ušteda: niska snaga zračenja Optimalna ušteda: niska snaga zračenja gornje površine materijala (npr. aluminij) i gornje površine materijala (npr. aluminij) i visoka snaga zračenja donje površine (npr. visoka snaga zračenja donje površine (npr. crno)crno)Propusnost za vodenu paru, niža relativna Propusnost za vodenu paru, niža relativna vlaga zraka ispod zavjesevlaga zraka ispod zavjese


3. Pomične unutarnje zavjese3. Pomične unutarnje zavjeseDovoljno čvrst materijal, dnevno rastezanje i Dovoljno čvrst materijal, dnevno rastezanje i skupljanjeskupljanjeStarenje (UVStarenje (UV--zrake), rast algi (vlaga zraka)zrake), rast algi (vlaga zraka)Materijal: lagan, lako pomičan i da čini mali volumen Materijal: lagan, lako pomičan i da čini mali volumen kad je danju složenkad je danju složenTrajnost ovisi o materijalu: akrilne komponente su Trajnost ovisi o materijalu: akrilne komponente su čvršće, 5 do 10 god.; često korišten čvršće, 5 do 10 god.; često korišten poliesterpoliester, 3 do 5 , 3 do 5 god.; PE traje 1 do 2 god.god.; PE traje 1 do 2 god.Skupljanje materijala: Skupljanje materijala: akrilikakrilik se skuplja, druga dva ne se skuplja, druga dva ne


3. Pomične unutarnje zavjese3. Pomične unutarnje zavjeseSustav grijanja ispod zavjesaSustav grijanja ispod zavjesaSnijeg Snijeg –– alarm za skupljanje noću!alarm za skupljanje noću!

4. Nepomične vertikalne zavjese4. Nepomične vertikalne zavjese5. Izolacija oluka5. Izolacija oluka6. Brtvljenje ventilacije6. Brtvljenje ventilacije7. Izolacija sjevernih stranica zaštićena prostora7. Izolacija sjevernih stranica zaštićena prostora

Documents

Toplina, prora un gubitaka i sustavi grijanja - winter.hr · grijane površine i spuštanje hladnog zraka. Gubici topline kondenzacijom vode. Toplina