UPOREDNE KARAKTERISTIKE RAZLIČITIH SISTEMA GREJANJA SA POSEBNIM OSVRTOM NA UPOTREBU SUNČEVE ENERGIJE ZA GREJANJE I PRIPREMU POTROŠNE TOPLE VODE

Mr Ivan Tasić, dipl. inž.

Rezime:

U radu su prikazani rezultati ekonomskog vrednovanja različitih sistema za grejanje stam-benog objekta u nizu, visine P + 3 koji se nalazi u Somboru, korišćenjem dinamičke meto-de, tzv. Neto sadašnja vrednost troškova u toku radnog veka. Posmatrano je 5 slučajeva termičke izolovanosti zgrade. Za zagrevanje prostorija i pripremu potrošne tople vode, upoređeni su sledeći sistemi: klasičan sistem cerntralnog grejanja sa radijatorima; toplotna pumpa vazduh-voda; solarni sistem. Toplotne potrebe zgrade određene su prema meteoro-loškim podacima referentne godine za Sombor.

Ključnereči:ekonomskovrednovanje;dinamičkametoda;solarnisistem

COMPARATIVE CARACTERISTICS OF DIFFERENT HEATING SYSTEMS, ESPECIALLY REGARDING THE USAGE OF SOLAR ENERGY FOR THE HEATING AND PREPARATION OF CONSUMPTION WARM WATER

Summary:

This work shows the results of the economic valuation of different heating systems of the resident terraced block of flats (ground level + three stories), located in Sombor, by using the dynamic method, called "Net present value of the costs for the period of product duration". There were five cases of building thermic insulation which have been considered. The following systems for the heating of the premises and preparation of consumption water have been compared: classic central heating system with the usage of the radiators, thermical water-air pump and solar system. Thermic requirements of the building are defined according to the meteorological figures of the comparative year for the town of Sombor.

UVOD

Energetska kriza, nedostatak osnovnih izvora energije, zavisnost od uvoza i visoka cena energijenavode nas da tražimo i upotrebljavamo nove izvore energije i tako smanju-jemo potrošnju dragocenihklasičnih izvora energije.

Novi izvori energije, naročito Sunčeva, nude nam mogućnost supstitucije klasičnog goriva svudagde za to postoje uslovi (jačina Sunčevog zračenja i njegovo trajanje). Naro-čito je prikladna i ekonomskinajopravdanija upotreba ove energije u niskotemperaturnim procesima, kao što je npr. priprema zapotrošnju tople vode (PTV).

Srbija i Crna Gora spadaju po raspoloživim zalihama klasičnih goriva, među siromašnije zemlje, jerraspolažu sa jedva 1/6 svetskog proseka po stanovniku.

Za zadovoljenje potreba niskotemperaturnih procesa danas se kod nas još uvek najvišeupotrebljavaju tečna goriva i električna energija, što nas vodi u sve veću energetsku zavisnost, čije suposledice poskupljenje i nedostatak tih izvora energije. Neracionalna potrošnja tečnih goriva i električneenergije dovodi nas do pomanjkanja osnovnih izvora energije na područjima na kojima su ona mnogopotrebnija i trenutno nezamenljiva. Istraživanja u svetu su pokazala da se više od 60% celokupnepotrošnje energije koristi za pokrivanje toplotnih potreba od čega pola za niskotemperaturne procese (do100OC). Nedostatak tečnih goriva doveo je do veće potrošnje električne energije, što za pretvaranje utoplotnu energiju nije energetski opravdano i ta njena potrošnja ima negativan društveno-ekonomskiefekat.

Iz svega ovoga se vidi da je upotreba novih izvora energije u određenim uslovima i ekonomskiopravdana nužnost koju ne možemo i ne smemo zanemariti.

U poslednje vreme sadržaj velikog broja radova jeste upoređenje različitih sistema za grejanje.Autori veoma često u svojim radovima različito tretiraju troškove izvođenja i način eksploatacije odsistema do sistema.

Cilj ovog istraživanja je prevashodno da je izvrši ekonomsko vrednovanje ra-zličitih sistema zagrejanje stambenog objekta i pripremu tople potrošne vode pod što je moguće približnijim uslovima.

Jedna od bitnih karakteristika postrojenja za grejanje stanova je da tokom njihove eksploatacijepostoje samo troškovi.

2 of 15

1. METOD RADA Ekonomska evaluacija sistema je urađena korišćenjem dinamičke metode, tzv. Neto sadašnjavrednost troškova u toku radnog veka. Energetski sistemi su vrednovani u toku istog perioda. Usvojeniperiod analize baziran je na vremenskom periodu od 10 godina.

Polazni izraz za izračunavanje troškova glasi:

(1)

gde je:

T - neto sadašnja vrednost posedovanja i eksploatacije energetskog sistema (troškovi) [dinara];

K - investicioni troškovi ;

Oj - troškovi održavanja i popravke u j-toj godini ;

Ek - cena konvencionalne energije za vrstu k

Qk - godišnja potrebna količina energije k-te vrste

R - očuvana (rezidualna) vrednost sistema u n-toj godini, poslednjoj godini pretpostavljenog radnog veka

dj; bj - diskontni faktori j-te godine

Zbog svog izuzetnog značaja za veličinu instalisanog postrojenja i godišnje eksplo-atacije troškovagrejnog sistema građevinski omotač objekta je analiziran sa 5 stepeni izolacije, kako bismo pokazali daboljom toplotnom zaštitom je moguća značajna ušteda toplotne energije u odnosu na dosadašnji načinizgradnje.

3 of 15

Tabela 1. Stepeni izolacije objekta sa srednjim koeficijentom prolaza toplote

STEPEN IZOLACIJE Kd [W/m2K]

1. Trenutno stanje 1,35

2. Prema zakonu o minimalnoj termičkoj zaštiti građevinskih objekata 0,87

3. Prema normativima u zemljama Zapadne Evrope 0,70

4. Prema standardima u Švedskoj 0,48

5. Približno konceptu "zero energy house" 0,28

Proračun gubitka toplote računat je uprošćeno, preko srednjeg koeficijenta prolaza toplote KD,određenog sledećim izrazom:

(2)

gde su:

Kp; Kz; Kk: Kt- koeficijenti prolaza toplote kroz prozor spoljni zid, tavanicu prema tavanu i pod,sukcesivno;

Sp; Sz; Sk; St - površine odgovarajućih građevinskih elemenata;

tk; tt - temperaturski koeficijenti koji su za klimatske uslove posmatranog objekta imaju vrednosti: k = 0,7305 t = 0,380.

Za svaki stepen izolacije analizirane zgrade izračunati su gubici toplote po mese-cima što jeprikazano u tabeli 2. Treba napomenuti da su korišćeni meteorološki podaci i da su gubici toplote usledinfiltracije spoljnjeg vazduha kroz prozorske fuge jednaki za sve stepene izolovanosti zgrade i računati sune prema vrsti prozora, nego prema potrebnom broju izmena vazduha iz higijenskih uslova.

4 of 15

Qgod. 152681 112402

April 7 7,7 21,90 6,85 4586 14,27 6,85 3374 11,

Mart 31 5,5 26,50 8,18 24250 17,05 8,18 17833 13,

Feb. 28 2,5 31,86 10 26724 20,84 10 19688 16,

Jan. 31 -1,2 39,80 12,24 36300 25,52 12,24 26689 20,

Dec. 31 2,5 31,86 10 29587 20,84 10 21798 16,

Nov. 30 6,9 24,04 7,33 21004 16,19 7,33 15480 12,

Okt. 17 8,6 21,02 6,3 10230 13,14 6,3 7540 10,

Mesec br.dana

tmm Qt(kW) Qv(kW)

Qm(kWh)

Qt(kW) Qv(kW)

Qm(kWh)

Qt(k

kd 1,35 0,87

Potrošnja tople vode je konstantna u odnosu na stepen izolovanosti zgrade. Pretpo-stavljeno je dasvaki član domaćinstva prosečno dnevno troši 50 l tople vode temperature +45OC. Računato je da usvakom stanu boravi četvoro ljudi. Ukupna godišnja potrebna količi-na toplotne energije za grejanjezgrade i priprmeu PTV u zavisnosti od izolacije prikazana je u tabeli 3.

5 of 15

Tabela 3. Ukupne toplotne potrebe objekta

Stepen izolacije Qgod. (kWh) Qgod. (kWh) Qgod. (kWh)

grejanje PTV ukupno

1 152681 37260 189941

2 112402 37260 149662

3 97545 37260 134805

4 78356 37260 115616

5 60897 37260 98157

Tabela 3.1. Cene različitih vidova energije

Vrsta Jedinična cena Toplotna moć Cena Šd/kWhĆ

Električnaenergija

Crvenazona

V.T N.T

11,23 2,81

Ulje za loženje -lako

49,20 d/l 35,3 MJ/l 5,0

Gas 11,94 d/m3 46 MJ/kg 1,4

Mrki ugalj 3 d/kg 16 - 19 MJ/kg 0,6

2. Rezultati istraživanja i diskusija

2.1. Klasični sistem centralnog grejanja sa radijatorima

SISTEM 1. je klasičan sistem centralnog grejanja sa radijatorima. Radni fluid je topla voda 90/70oC. Kaogorivo za pogon kotla koriste se četiri izvora energije: ugalj, ulje za loženje, gas i električnaenergija.Sanitarna topla voda se priprema u električnim bojlerima.

Na slici 2. prikazani su ukupni troškovi sistema centralnog grejanja sa radijatorima, u zavisnosti odnivoa izolovanosti zgrade. Ovi troškovi obuhvataju investicione troškove, troškove održavanja i troškove

6 of 15

energije u periodu od 10 godina.

T [106 dinara]

Sl. 1. Neto sadašnja vrednost troškova u toku radnog veka za 1. sistem

Na dijagramu se vidi da su najveći troškovi grejanja ako se koristi el. energija ili lož ulje, dok sunajniži troškovi grejanja ukoliko se ugradi kotao na čvrsto gorivo. Troškovi korišćenja uglja su nerealnoniži u odnosu na ostala goriva, jer nisu uzimani u obzir tro-škovi radne snage za opsluživanje kotla. No,bez obzira na to ukupni troškovi u slučaju primene kotla na ugalj još uvek bi bili niži u odnosu na drugagoriva. 2.2. Toplotna pumpa vazduh - voda

SISTEM 2. sadrži toplotnu pumpu vazduh/voda koja zadovoljava sve toplotne potrebe objekta do spoljetemperature +4oC. Ispod ove temperature u alternativnom pogonu, uključuje se klasičan kotao kojikoristi jedan od četiri navedena izvora energije. Van grejne sezone, TP pokriva celokupneenergetske potrebe za pripremu PTV. U sistemu je predviđen rezervoar za toplu vodu zapremine2,5 m3. Potrebna toplotna snaga na kondenzatoru TP data je u tabeli 5.

7 of 15

Tabela 4. Potreban toplotni učinak toplotne pumpeu zavisnosti od nivoa izolovanosti zgrade

kd QG (kW)

1,35 55,6

0,87 43

0,70 38,4

0,48 32,4

0,28 27

Za sistem sa toplotnom pumpom, efekat TP određen je na osnovu učestalosti poja-vljivanjaspoljnih temperatura u grejnoj sezoni, a prema meteorološkim podacima. Srednji koeficijent grejanja ugrejnoj sezoni iznosi g = 2,76, dok je van grejne sezone g = 3,15.

Karakter krivih na slici 3. je sličan kao na slici 2, ali su ukupni neto troškovi u toku 10 godina radapostrojenja značajno niži. I za ovaj sistem važi navedena konstatacija da su ukupni troškovi u slučajukorišćenja dodatnog kotla na ugalj nerealno niski, jer ne obuhvataju troškove radne snage.

Takođe, korišćenje kotla na ugalj stvara dodatne tehničke probleme zbog otežane automatskeregulacije prilikom prebacivanja funkcije kotla i TP koji rade u alternativnom pogonu.

8 of 15

T Š105 dinaraĆ

Sl. 2. Neto sadašnja vrednost troškova u toku radnog veka za 2. sistem

9 of 15

2.3. Solarni sistem

SISTEM 3. obuhvata sistem prijemnika Sunčeve energije (PSE) koji rade tokom cele godine, a ostatakpotrebne količine toplote obezbeđuje se iz konvencionalnog izvora. Za sistem PSE, kaonajpogodniji ugao nagiba tokom cele godine usvojen je nagib PSE-a od 45o.

Na slici 3. prikazana je zavisnost potrebnog dodatnog grejanja sanitarne tople vode u funkcijipovršine PSE.

Sl. 3. Zavisnost dodatnog grejanja PTV leti od površine PSE-a

10 of 15

T [106 dinara]

Sl. 4. Neto sadašnja vrednost troškova za 3. sistem i nivo izolovanosti 1,u funkciji površine PSE-a

Na slici 4. prikazani su ukupni troškovi za prvi nivo izolovanosti. Minimum funk-cije troškova dajeoptimalnu površinu PSE za date uslove. Zagrevanje potrošne vode vrši se preko cele godine i nije ograničeno na grejni peri-od zazagrevanje prostorija. U letnjim mesecima potrošna voda može da se zagreva samo pomoću solarnihpostrojenja i to do 100%. Zimi solarnom emergijom mogu da se pokriju 50 - 70% toplotne potrebe uzavisnosti od tipa kolektora. Domaćinstvo sa 4 člana i 200l potrebne dnevne tople vode pri temperaturi od45oC i sa rezervoarom od 300l zahteva pri-bližno 8m2 kolektorske površine. Konvencionalno dopunsko grejanje obezbeđuje odgovarajuću količinu tople vode u dane saumerenim sunčevim zračenjem leti i zimi. Slika 5. prikazuje solarni sistem sa do-punskim konvencionalnimgrejanjem. Ekonomična solarna postrojenja zavise od ušteđene konvencionalne energije.

30

25

20

15

10

11 of 15

12 of 15

Zaključci

Na osnovu napred navedenog, mogu da se iznesu sledeći zaključci:Odnos ekonomičnosti pojedinih sistema za grejanje je približno stalan i malo zavisi od stepenaizolovanosti zgrade, tj. instalisanog kapaciteta.

1.

Poboljšanje termičke izolacije zgrade povećava investicione troškove gradnje, ali značajno smanjujekako investicione troškove postrojenja za grejanje, tako i potro-šnju energije u periodueksploatacije. Ovo istraživanje je pokazalo da se uštede pri grejanju stanova mogu postićipoboljšanjem termičke zaštite zgrada.

2.

Analizom je, za sve sisteme grejanja, dobijeno da su najniži ukupni troškovi ako se kao osnovnogorivo koristi ugalj. Uopšteno posmatrano, grejanje manjih objekata (16 stanova) na ugalj jepodložno kritici. Pored problema sa regulisanjem potrebe za stalnim opsluživanjem postrojenja (titroškovi nisu uzeti u obzir u ovoj analizi) velikih oscilacija u asortimanu i kvalitetu uglja koji semože nabaviti na tržištu, mala je verovatnoća da se cena uglja u bliskoj budućnosti neće približiticeni ulja za loženje. Takođe, male kotlarnice na ugalj u gradskoj sredini ozbiljno utiču na pove-ćanjeaerozagađenosti, pa pri izboru sistema treba uzeti u obzir i ekološke aspekte. Ekonomski gledano, odrazmatranih sistema za grejanje i pripremu PTV najbolje rezultate pokazuje sistem sa toplotnompumpom.

3.

Ako se posmatraju samo troškovi energije za pojedine sisteme, onda su sistemi koji koriste noveizvore energije (toplotna pumpa, solarni sistemi) u nesumnjivoj pred-nosti nad konvencionalnimizvorima. Evidentna činjenica je da smo zemlja siroma-šna sa konvencionalnim gorivima, ukazuje naizraženu potrebu da i dalje usmerava-mo snage ka razvoju konkurentnih sistema za korišćenje novihizvora energije i to pre svega SUNČEVE ENERGIJE. Pri ovoj ekonomskoj evaluaciji javili su seodre-đeni problemi zbog toga što je posmatrani period posmatran u uslovima nestabilne ekonomije,pa se rezultati korišćene metode ekonomske analize mogu prihvatiti sa određenom rezervom. Zbognepoznanica (npr. diskontni faktor) pri izboru "opti-malnog" rešenja, treba se više oslanjati naENERGETSKU ANALIZU, koja novim izvorima energije daje nesumnjivu prednost u odnosu nakonvencionalne izvore.

4.

Pred nauku se dugoročno gledano, postavljaju trajni zadaci za usavršavanje tehno-logije iekonomike korišćenja nekonvencionalnih izvora energije, posebno sunčeve energije. Realno jeočekivati da će se metode i postrojenja za primenu sunčeve energije usavršavati do te mere da ćemoći masovno da se primenjuju u praktičnom životu. Trenutni nedostaci primene sunčeve energijeeliminisaće se postepeno, što će dovesti do ekonomske opravdanosti njihove izgradnje.

5.

13 of 15

14 of 15

Literatura

[1.] M. Lambić: TERMOTEHNIKA SA ENERGETIKOM Tehnički fakultet "Mihajlo Pupin" Zrenjanin [2.]Reckangel, Sprenger: PRIRUČNIK ZA GREJANJE I KLIMATIZACIJU Građevinska knjiga - Beograd 1982. [3.] B. Todorović: PROJEKTOVANJE POSTROJENJA ZA CENTRALNO GREJANJE Mašinski fakultet u Beogradu, 1993. [4.] S. Šamalović: TOPLOTNE PUMPE U PRIMENI Viša politehnička škola, Beograd 1987. [5.] Bilić F.: POSTUPCI PRORAČUNA EKONOMIČNOSTI INVESTICIJE KGH; 1984. [6.] S. Zrnić, @. ]ulum: GREJANJE I KLIMATIZACIJA Naučna knjiga, Beograd, 1991. [7.] B. Todorović: ENERGETIKA BEOGRADA,

SMEITS, Beograd, 1982.

[8.] Prospekti proizvođača opreme

15 of 15