XVIII. tečaj 13. i 14. veljače 2015.seminar.tvz.hr/materijali/materijali18/18S06.pdfprijenos topline na izmjenjivačkim površinama važna je jednolika razdioba zraka preko cjelokupne

STRUČNO USAVRŠAVANJE

OVLAŠTENIH ARHITEKATA I OVLAŠTENIH INŽENJERA

XVIII. tečaj 13. i 14. veljače 2015.

TEMA:

" ANALIZA PROCESA PRIPREME ZRAKA PRIMJENOM

SUSTAVA POVRATA ENERGIJE IZ OTPADNOG ZRAKA"

Autor:

prof.dr.sc. PETAR DONJERKOVIĆ, dipl.ing.strojDon-projekt d.o.o, Zagreb

Autori: prof.dr.sc. Petar Donjerković dipl.ing.str. Marko Josić dipl.ing.str. Ivan Galjanić dipl.ing.str. Damir Žaja dipl.ing.str.

ANALIZA PROCESA PRIPREME ZRAKA PRIMJENOM SUSTAVA POVRATA ENERGIJE IZ ISTROŠENOG*-

OTPADNOG ZRAKA Uvod

Korištenje topline otpadnog zraka u sustavima ventilacije i klimatizacije je prije

svega zhtjev gospodarenja energijom (cijena energije), zahtjev vremena i razvoja tehnike, kao i zahtjev očuvanja okoliša. Toplina sadržana u otpadnom zraku ventilacijskih i uređaja klimatizacije (i u industriji općenito) služi za predgrijavanje, odnosno pothlađivanje vanjskog zraka u procesu pripreme zraka. Za ovo načelo povrata energije možemo reći da je jednostavno i povoljno, jer se proces odvija u istom sustavu i u istom vremenu. Kod industrijskih procesa, kod kojih je obično temperatura otpadnog zraka znatno viših temperatura, dobivena toplina iz otpadnog zraka ili plinova industrijskih procesa može se koristiti u druge svrhe izvan samog procesa.

U razvijenim zemljama Europe i svijeta pridaje se tim procesima velika važnost. Napomenimo, da je samo u posljednjih 20 godina 20. stoljeća, otkako su se na sustavima kondicioniranja zraka počeli primjenjivati sustavi za povrat energije na instaliranim sustavima povrata energije, dobile snage od preko 20000 MW što odgovara uštedi zemnog plina od cca. 3,5·106 tona**. Taj podatak dostatno jasno ukazuje na rezerve toplinske energije u otpadnom zraku spomenutih sustava i potiče inicijativna razmišljanja i razvoj uređaja za povrat energije općenito, i iz drugih procesa u industriji, a time djelotvorno potiče očuvanje čovjekova okoliša. 1.1. Načela povrata energije iz otpadnog zraka

U sustavima ventilacije i klimatizacije se primjenjuju dva temeljna načela povrata energije iz otpadnog zraka i to:

1. Povrat osjetne topline iz otpadnog zraka - rekuperatori topline 2. Povrat osjetne i latentne topline (povrat topline i tvari) iz otpadnog zraka - regeneratori topline Općenito, rješenja uređaja za povrat energije iz otpadnog zraka u sustavima

ventilacije i klimatizacije prikazana su na sl.1. Naša razmatranja će se ograničiti na nekoliko sustava kako to slijedi.

* U daljnjim razmatranjima rabiti ćemo izraz za istrošeni zrak – otpadni zrak ** Makar je ovaj podatak uzet iz literature, ukazujemo na jednostranost prikazivanja, jer kod toga nije uzeta u obzir urošena energija, investicijska ulaganja i druga ulaganja u proizvodnji uređaja za povrat energije

Analiza procesa pripreme zraka primjenom sustava povrata energije iz istrošenog - otpadnog zraka Autori: prof.dr.sc. Petar Donjerković dipl.ing.str., Marko Josić dipl.ing.str., Ivan Galjanić dipl.ing.str., Damir Žaja dipl.ing.str.

2

Sl. 1 Pregled raznih načina rekuperacije i regeneracije topline,

V - vanjski zrak; O – otpadni zrak

Ovisno radi li se o sustavu ventilacije ili sustavu klimatizacije procesom mješanja dviju zračnih struja možemo ostvariti prethodno navedene procese rekuperacije odnosno regeneracije (vidi sl.2). Primjena ovog načela povrata energije nije uvijek primjenjiva, npr. čisti prostori, laboratoriji i slični prostori u kojima se razvijaju štetni plinovi i pare i kod kojih nije dopustivo iz mikrohigijenskih razloga koristiti otpadni zrak procesom mješanja.

x

h

= 100%

V

P

M

Ph

Vh

Vx Mx Px

P

M

Mh

Sl. 2a Povrat topline i tvari procesom mješanja – zimsko razdoblje;

x

h

= 100%

P

V

M Vh

MhP

h

1

P

M

Px Mx Vx Sl. 2b Povrat topline i tvari procesom mješanja – ljetno razdoblje

Stupanj povrata energije procesom mješanja

VP

VMM hh

hh

Položaj točke mješanja je određen omjerom miješanja zračnih struja koji je

određen ukupnom količinom sustava i minimalnom količinom svježeg zraka sa određenim mikrohigijenskim zahtjevom obzirom na tehnološku namjenu prostora.


3

1.2. Opis i funkcija rekuperatora

Rekuperatorska jedinica se sastoji od dva izmjenjivača topline koji su međusobno povezani u zatvoreni sustav s cirkulacijskom crpkom (sl.3.) ili izvedbom pločastog izmjenjivača (sl.1. primjer 5.). Jedan izmjenjivač se nalazi u struji otpadnog zraka, a drugi u struji vanjskog svježeg zraka. Izmjenjivač u struji otpadnog zraka u zimskom razdoblju djeluje kao hladnjak s izlučivanjem vlage (regenerativni prijenos topline), a izmjenjivač u struji svježeg zraka djeluje kao rekuperatorski grijač. U ljetnom razdoblju izmjenjivač u struji otpadnog zraka djeluje kao grijač, a izmjenjivač u struji svježeg zraka djeluje kao hladnjak, a povrat energije je rekuperativnog načela.

Sl. 3. Rekuperator s posrednim medijem

Kao posrednik za izmjenu topline, kako u zimskom tako i u ljetnom razdoblju,

koristi se smjesa etilenglikol-voda, koja cirkulira kroz izmjenjivače. Smjesa etilenglikola-vode rabi se radi zaštite sustava od smrzavanja u zimskom razdoblju. Za djelotvoran prijenos topline na izmjenjivačkim površinama važna je jednolika razdioba zraka preko cjelokupne nastrujane površine izmjenjivača. Osim toga, potrebito je osigurati površine izmjenjivača od onečišćenja ugradnjom odgovarajućih zračnih filtara, radi očuvanja trajnih uvjeta izmjene topline. Ugradnjom filtara odgovarajuće klase osigurana je i zaštita sustava od začepljenja.

V

V*

Rh

Vh

V*h

Vx

P

P*

P*x Px

OTP*h

Ph

x

hP

V

P*

V*

V*x=

= 100%

h

Sl. 3a Prikaz procesa povrata topline -zimsko razdoblje;

x

h

= 100%

P

V*

P*

V

OT

R

V

P*

P

V*

Ph

P*h

V*h

Vh

Px P*x= Vx V*x=

h

h

Sl. 3b Prikaz procesa povrata topline – ljetno razdoblje


4

1.3. Opis i funkcija regeneratora

U primjeni nailazimo na različite tipove regeneratora, Po načelu rada dijele se na: 1. sorpcijske* regeneratore 2. kondenzacijske regeneratore

1.3.1. Sorpcijski rotacijski regenerator

Tehničke izvedbe rotacijskih regeneratora topline omogućuju izmjenu ukupne topline iz otpadnog zraka (osjetne i latentne – sorpcijski uređaji), i regeneratori koji omogućuju povrat samo senzibilne topline iz otpadnog zraka. Na sl.4. je prikazana izvedba sorpcijskog regeneratora. Regenerator se sastoji od kučišta, rotora i pogona rotora.

Sl. .4. Prikaz ugradnje regeneratora

Rotor je sa strane ulaza svježeg zraka u regenerator podijeljen na tri dijela A1, B1 i

C1, te na strani izlaza svježeg zraka također na tri dijela A, B i C. Kroz dio A1 i A struji svježi zrak, a kroz dio B1 i B otpadni zrak i to protustrujno s obzirom na smjer strujanja svjžeg zraka. Dio C je s ulazne strane pregradom po promjeru podijeljen na dva jednaka dijela, a s izlazne strane ima zatvoren kanal presjeka u obliku slova „U“. U donju polovicu slova „U“ struji svježi zrak, skreće za 180°, ulazi u cjevčice saća ispunjene otpadnim zrakom te istiskuje otpadni zrak u struju otpadnog zraka. Glavna struja otpadnog zraka svojim usisnim djelovanjem poboljšava odvođenje otpadnog zraka tako da otpadni zrak ne ulazi u struju svježeg zraka.

Rotor je ispunjen saćasto izrađenim materijalom koji je higroskopan. Struktura otvora ispune omogućuje laminarno strujanje zraka.

Npr., u zimskom razdoblju struji opadni zrak kroz presjek kanala dio B, predaje toplinu i vlagu higroskopnoj ispuni rotora te kroz presjek B1 odlazi u atmosferu. Pritom se odvija proces prijelaza topline i tvari (vlage) koji ovisi o brzini okretanja rotora i brzini strujanja zraka. Laminarno strujanje kroz cjevčice (saća) ispune sprječava taloženje nečistoće na stjenke cjevčica. Vanjski zrak struji kroz presjek A1 u suprotnom smjeru, preuzima toplinu i vlagu od ispune rotora i struji dalje u klima-jedinicu. U zimskom razdoblju je parcijalni tlak vodene pare otpadnog zraka viši od parcijalnog tlaka vodene pare ispune, pa će para prelaziti od otpadnog zraka na ispunu rotora. Okretanjem rotora prelazi ovlažena ispuna u struju svježeg zraka. Parcijalni tlak vodene pare svježeg zraka

* Pojam sorpcija je zajednički naziv za procese adsorpcije i apsorpcije. Pod pojmom adsorpcije podrazumijeva se prijelaz plinovite ili parne faze u krutu fazu, dok se pod apsorpcijom podrazumijeva prijelaz plinovite ili parne faze u tekuću fazu.


5

je niži od parcijalnog tlaka vodene pare ispune, pa vlaga prelazi s ispune u struju svježeg zraka.

Regenerator ima vrlo dobra svojstva prijelaza topline, pa je izlazni vanjski zrak na izlaznom presjeku regeneratora nejednoliko zagrijan, tj. u struji postoje slojevi zraka s različitom temperaturom. Zbog toga treba poduzeti mjere za dobro miješanje struje vanjskog zraka npr. ugradnjom ventilatora iza područja izmjene topline (vidi sl.4).

Sorpcijski regenerator ima vrlo dobra sorpcijska svojstva u svim godišnjim razdobljima i preuzima latentnu (s odgovarajućim povećanjem apsolutne vlažnosti) i osjetnu toplinu s jednako visokim stupnjem povrata topline i vlage. Maksimalni koeficijenti iskorištenja su 70-90% pri proračunskim uvjetima vanjske okoline. Primjenjuju se kod postrojenja potpune klimatizacije s grijanjem, ovlaživanjem i hlađenjem u građevinama kao što su npr. poslovne zgrade, bolnice i sl.

1.3.2. Kondenzacijski rotacijski regenerator

Kondenzacijski rotacijski regenerator se konstrukcijski ne razlikuje od konstrukcije sorpcijskog rotacijskog regeneratora topline. Za razliku od sorpcijskog regeneratora na ovom sustavu povrat topline se ne zasniva na sorpcijskom učinku, jer su površine izmjenjivača drukčije strukture i građe. Na metalnim lamelnim izmjenjivačkim površinama dolazi do kondenzacije vlage iz otpadnog zraka koji se prirodno slijeva niz površinu, a izmjena topline nastaje poradi razlika temperatura.

Kondenzacijski rotacijski regeneratori primjenjuju se za povrat osjetne topline, a djelomično i latentne topline. Preuzimanje latentne topline je od sekundarnog značenja. Tek kada se otpadni zrak unutar rotora ohladi do rosišne temperature, dolazi do kondenzacije vodene pare iz otpadnog zraka. Nastrujavanjem svježeg zraka preko navlažene površine ta voda ishlapljuje u struju svježeg zraka. Ovo načelo povrata topline osigurava samo dio povrata latentne topline poradi procesa ishlapljivanja orošenih površina. U praksi se kondenzacijski regeneratori ugrađuju tamo gdje nije bitan povrat vlage. Stoga se primjenjuje u ventilacijskim postrojenjima bez ovlaživanja i hlađenja. Regeneratori se mogu ugrađivati u horizontalnom ili vertikalnom položaju. Pogon se može voditi s konstantnim ili promjenjivim brojem okretaja.

1.4. Definiranje koeficijenta povrata topline i tvari uređaja za povrat

topline iz otpadnog zraka

Koeficijenti povrata topline i tvari su važni kriteriji za ocjenu učinka procesa povrata topline i tvari. Definiraju se kao omjer promjene stanja zraka na rekuperatoru odnosno regeneratoru i maksimalno moguće promjene stanja (samo teorijski) zraka. Prema VDI* 2071 definira se koeficijent povrata topline na strani svježeg zraka izrazom

%10013

12

,

a koeficijent povrata vlage svježeg zraka izrazom

* VDI – udruženje njemačkih inženjera (njem. Verein Deutscher Ingenieure)


6

%10013

12

xx

xxx ,

%10013

12

hh

hhh ,

gdje je: - temperatura, °C h - entalpija, kJ/kg x - apsolutni sadržaj vlage, g/kg 1 - stanje svježeg zraka na ulazu 2 - stanje svježeg zraka na izlazu 3 - stanje otpadnog zraka na ulazu

4 - stanje otpadnog zraka na izlazu iz regeneratora odnosno rekuperatora

Stanja zraka vidi na prikazima procesa u h-x dijagramu u točki 1.5. (Sl. 5a i 5b) i 1.6. (Sl. 6a i 6b) 1.5 Regulacija učinka rekuperatora s procesom miješanja

Regulacija učinka rekuperatora u čijem krugu cirkulira etilenglikol-voda je u funkciji temperature vanjskog svježeg zraka koju prati temperaturni osjetnik T1, te preko regulatora upravlja radom cirulacijske crpke (ON-OFF). Kada temperatura svježeg zraka poprimi vrijednost temperature točke miješanja M moduliraju se regulacijske zaklopke i mijenja omjer svježeg zraka od higijenski propisanog minimuma do 100%, radi gospodarenja potrošnjom energije. Temperaturni osjetnik T2 ima zadaću zaštite nizvodnog dijela uređaja od smrzavanja. Prikaz procesa za zimsko i ljetno razdoblje dan je u h-x dijagramima na sl. 5a i 5b.

Sl. 5. Regulacija učinka rekuperatora s naknadnim miješanjem


7

1

2

R

1h

2h

1x

3

M

4

Mx 4x 3x

OT

minsI

M

4h

3h

x

h3 P

=

1 V=

= 100%

h

h

h

Sl. 5a Prikaz procesa povrata topline u h-x dijagramu - zimsko razdoblje

x

h

= 100%

3

2

4

1

M

minsI

OT

R

M

1 V=

4

P 3=

M

2

3h

4h

2h

1h

3x 4x= Mx 1x 2x=

hh

h

Sl. 5b Prikaz procesa povrata topline u h-x dijagramu - ljetno razdoblje

ΔhOT – toplina iz otpadnog zraka ΔhR – toplina dobivena procesom povrata topline ΔhM – toplina dobivena procesom miješanja 1.6. Regulacija učinka regeneratora 1.6.1. Regulacija učinka rotacijskoga kondenzacijskog regeneratora s procesom

miješanja

Regulacija učinka kondenzacijskog regeneratora vrši se putem temperaturnog osjetnika T2 u ovisnosti o vanjskoj temperaturi T1. Dakle promjena učinka regeneratora u izravnoj je zavisnosti o vanjskom stanju zraka, a regulira se promjenom broja okretaja (vidi sl.7a). Omjer miješanja određen je za zimsko i ljetno razdoblje higijenskim minimumom svježeg zraka prema namjeni prostora i ostaje stalan, sve dok stanje vanjskog zraka ne postigne stanje točke miješanja s entalpijom određene minimalnim omjerom miješanja struja svježeg i recirkulacijskog zraka, kako za zimsko tako i za ljetno razdoblje. Dalje se prema željenom komforu modulira omjer struja zraka u ovisnosti o vanjskoj temperaturi, modulirajući zaklopke svježeg, recirkulacijskog i otpadnog zraka. Kada vanjsko stanje zraka postigne gore navedeno stanje, rotirajući regenerator postavlja se u pogon s minimalnim brojem okretaja radi samočišćenja (radi spriječavanja taloženja nečistoća na izmjenjivačkoj površini). Prikaz procesa za zimsko i ljetno razdoblje dan je u h-x dijagramima na sl. 6a i 6b.


8

Sl. 6. Regulacija učinka kondenzacijskog regeneratora s naknadnim miješanjem

x

h

= 100%

1

2

3

4

M

R

M

OT

R

?

SVx OT

3h

Mh

2h

1h

4h

1x 2x 4x 3x

Mx

h

h

h

h

x

Sl. 6a Prikaz složenog procesa u h-x dijagramu povrata energije iz otpadnog zraka - zimsko razdoblje

x

h

= 100%

3

2

4

1

M

OT

R

M

1 V=

4

P 3=

M

2

3h

4h

2h

1h

3x 4x= Mx 1x 2x=

Mh

SV OTh=

hh

h

h

Sl. 6b Prikaz složenog procesa u h-x dijagramu povrata energije iz otpadnog zraka - ljetno razdoblje

1.6.2. Regulacija učinka sorpcijskoga rotacijskoga regeneratora s procesom miješanja

Načelo regulacije učinka sorpcijskoga rotacijskoga regeneratora je isti kao kod kondenzacijskoga rotacijskog regeneratora (v.t. 1.6.1.), ali je proces promjene stanja zraka u h-x dijagramu bitno različit od procesa za kondenzacijski rotacijski regenerator. Proces promjene stanja zraka za sorpcijski rotacijski regenerator zimskog i ljetnog razdoblja prikazan je u h-x dijagramima na sl. 7b i 7c.


9

Sl. 7. Regulacija učinka regeneratora s povratom osjetne i latentne topline iz otpadnog zraka s naknadnim miješanjem

Sl. 7a. Prikaz regulacije učinka rotacijskih regeneratora

x

h

= 100%

1

3

4

2

M

OT

R

=

R

M

3h

Mh

2h

1h

4h

1x 4x 2x Mx 3x

h

h

h

h

Sl. 7b Prikaz procesa u h-x dijagramu, povrat topline na regeneratoru - zimsko razdoblje

x

h

= 100%

3

1

42

M

R

M

OT

R

= 1h

4h

2h

Mh

3h

1

4

M

3

2

3x Mx 2x 4x 1x

h

h

hh

Sl. 7c Prikaz procesa u h-x dijagramu, povrat topline na regeneratoru - ljetno razdoblje


10

1.7. Gospodarska analiza opravdanosti ugradnje sustava povrata energije Ova usporedba svodi se na realne uvjete primjene sustava povrata energije na klima jedinicama različitog kapaciteta kako slijedi: V=10.000m3/h, V=15.000m3/h, V=20.000m3/h. Usporedbene vrijednosti dobivene su temeljem podataka Hrvatskog Državnog Hidrometeorološkog Zavoda (DHMZ) i godišnjeg vremena korištenja aparata (postrojenja) za dvije različite namjene građevine i sa stupnjem djelovanja sustava povrata energije:

1. %60 2. %80

Provedena gospodarska analiza ugradnje sustava povrata energije odnosi se na gradove Split, Dubrovnik, Osijek, Zagreb i Rijeku. U provedenoj gospodarskoj analizi pored uštede energije ugradnjom sustava dano je vrijeme u kojem se amortizira ugradnja sustava sa većim stupnjem povrata energije, u odnosu na sustav sa manjim stupnjem povrata energije. Nadalje su analizirani i troškovi za izradu i ugradnju sustava i potrošnja energije uslijed povećanog pada tlaka u klima komori sa ugrađenim sustavom povrata energije u odnosu na klima komoru bez sustava povrata energije. Naravno da je ograničenje analize što nije uzet u obzir utjecaj na okoliš i trošak povećanog prostora strojarnice, pa to ostavljamo za daljnja detaljnija razmatranja.

1.7.1. Prikaz cijena kWh energije različitih energenata

Ogrjevna vrijednost Električna energija 1 kWh Dizalica topline (COP) – Elektr.energ. 1 kWh Ekstra lako lož ulje 11,85 kWh/kg Zemni plin 10 kWh/mn3 UNP 12,87 kWh/kg Toplana 1 kWh

Izračun cijene kWh energenta

Električna energija (HEP, Srednji napon – poduzetništvo)

PDVmj

Kn

kW

Kn

kWh

Kn

10639,58426,0

Dizalica topline (COP) Električna energija (HEP, Srednji napon – poduzetništvo)

PDVmj

Kn

kW

Kn

COPkWh

Kn

COP

10639,58426,0

Ekstra lako lož ulje (INA) PDVkWh

Kn

kg

Kn

3796,04978,4

Zemni plin (GPZ) PDVkWh

Kn

m

Kn

156,03

56,1

UNP (PROPLIN, Spremnici propan-butan)

PDVkWh

Kn

kg

Kn

2612,0361,3

Toplana (HEP Toplinarstvo, Poslovni prostor)

PDVgodkW

Kn

kWh

Kn

23,1441974,0


11

1.7.2. Prikaz srednjih vanjskih temperatura za navedenih 5 hrvatskih gradovima

Srednja vanjska temperatura....tv(˚C)

SPLIT DUBROVNIK OSIJEK ZAGREB RIJEKA

SIJEČANJ 7,8 9 ‐0,9 ‐0,3 5,6

VELJAČA 8,1 9,2 1,1 1,7 6,1

OŽUJAK 10,5 11,1 6,1 6 8,7

TRAVANJ 14 14 11,4 10,9 12,4

SVIBANJ 19 18,4 16,5 15,6 17

LIPANJ 22,9 22,2 19,7 19 20,6

SRPANJ 25,7 24,7 21,5 20,7 23,3

KOLOVOZ 25,4 24,8 20,7 20 23

RUJAN 21,4 21,5 16,7 16 19,1

LISTOPAD 17,1 17,9 11,2 10,8 14,5

STUDENI 12,4 13,7 5,6 5,6 10

PROSINAC 9,2 10,4 1,3 1,3 6,9

Napomena:Mjesečne srednje temperature klimatoloških elemenata za 5 hrvatskih gradova, temeljene na višegodišnjem nizu klimatoloških podataka.Izvor podataka je Hrvatski Državni Hidrometeorološki Zavod.


12

1.7.3. Tablični prikaz godišnje uštede ukupne toplinske energije poslovne građevine uredske namjene u navedenim gradovima

UREDSKE PROSTORIJE ( 262 RADNA DANAx12 SATI DNEVNO)

Temperatura boravišnog prostora....tp=22(˚C)

REKUPERACIJA SUSTAVA GRIJANJA (10 000 m3/h)


kWh kWh kWh kWh kWh

SIJEČANJ 12450,94 11398,75 20079,33 19553,23 14379,96

VELJAČA 12187,89 11223,38 18325,68 17799,58 13941,54

OŽUJAK 10083,51 9557,41 13941,54 14029,23 11661,79

TRAVANJ 7014,61 7014,61 9294,36 9732,78 8417,54

SVIBANJ 2630,48 3156,58 4822,55 5611,69 4384,13

LIPANJ 964,51 1578,29 3770,35 4384,13 2981,21

SRPANJ 1490,61 613,78 2192,07 2893,53 613,78

KOLOVOZ 1227,56 701,46 2893,53 3507,31 876,83

RUJAN 526,10 438,41 4647,18 5260,96 2542,80

LISTOPAD 4296,45 3594,99 9469,73 9820,46 6576,20

STUDENI 8417,54 7277,66 14379,96 14379,96 10521,92

PROSINAC 11223,38 10171,19 18150,31 18150,31 13240,08

∑ 72513,57 66726,51 121966,59 125123,17 90137,78

Napomena:Temperatura koja je odabrana za temperaturu boravišnog prostora je 22˚C za sve mjesece u godini osim za 6,7,8 mjesec kada iznosi 24˚C.Kod proračuna izmjene topline uzeta je u obzir samo osjetna toplina.

Ušteda energije [kWh]

60% rekuperacije 43508,14 40035,91 73179,95 75073,90 54082,67

80% rekuperacije 58010,85 53381,21 97573,27 100098,53 72110,23

Razlika 80% i 60% 14502,71 13345,30 24393,32 25024,63 18027,56

Uštedom energije osiguravamo godišnji financijski učin primjenom različitih energenata za osnovni izvor energije kako slijedi: Ušteda energije [Kn]

El.energija 10243,44 9544,37 16091,39 16371,07 12254,59

Dizalica topline COP=3 4448,88 4215,86 6398,20 6491,42 5119,26

LU EL 6714,76 6178,87 11294,11 11586,41 8346,76

Zemni plin 2755,52 2535,61 4634,73 4754,68 3425,24

UNP 4626,37 4257,15 7781,47 7982,86 5750,79

Toplana 6324,41 5806,31 10440,45 10471,81 7610,95


13



kWh kWh kWh kWh kWh

SIJEČANJ 18676,41 17098,12 30119,00 29329,85 21569,94

VELJAČA 18281,84 16835,07 27488,52 26699,37 20912,32

OŽUJAK 15125,26 14336,12 20912,32 21043,84 17492,69

TRAVANJ 10521,92 10521,92 13941,54 14599,16 12626,30

SVIBANJ 3945,72 4734,86 7233,82 8417,54 6576,20

LIPANJ 1446,76 2367,43 5655,53 6576,20 4471,82

SRPANJ 2235,91 920,67 3288,10 4340,29 920,67

KOLOVOZ 1841,34 1052,19 4340,29 5260,96 1315,24

RUJAN 789,14 657,62 6970,77 7891,44 3814,20

LISTOPAD 4919,60 4116,40 14204,59 11244,80 7530,00

STUDENI 9638,40 8333,20 21569,94 16465,60 12048,00

PROSINAC 12851,20 11646,40 27225,47 20782,80 15160,40

∑ 100273,50 92620,00 182949,88 172651,86 124437,77

Napomena:Temperatura koja je odabrana za temperaturu boravišnog prostora je 22˚C za sve mjesece u godini osim za 6,7,8 mjesec kada iznosi 24˚C.Kod proračuna izmjenje topline uzeta je u obzir samo osjetna toplina.


60% rekuperacije 60164,10 55572,00 109769,93 103591,11 74662,66

80% rekuperacije 80218,80 74096,00 146359,91 138121,48 99550,21

Razlika 80% i 60% 20054,70 18524,00 36589,98 34530,37 24887,55


El.energija 13705,69 12763,89 23361,29 22217,38 16486,12


LU EL 9285,33 8576,61 16941,16 15987,56 11522,94

Zemni plin 3810,39 3519,56 6952,10 6560,77 4728,64

UNP 6397,45 5909,16 11672,20 11015,19 7939,13

Toplana 9078,76 8350,92 15660,68 14986,14 10899,52


14



kWh kWh kWh kWh kWh

SIJEČANJ 24901,88 22797,49 40158,66 39106,47 28759,91

VELJAČA 24375,78 22446,76 36651,35 35599,16 27883,09

OŽUJAK 20167,01 19114,82 27883,09 28058,45 23323,59

TRAVANJ 14029,23 14029,23 18588,73 19465,55 16835,07

SVIBANJ 5260,96 6313,15 9645,09 11223,38 8768,27

LIPANJ 1929,02 3156,58 7540,71 8768,27 5962,42

SRPANJ 2981,21 1227,56 4384,13 5787,06 1227,56

KOLOVOZ 2455,11 1402,92 5787,06 7014,61 1753,65

RUJAN 1052,19 876,83 9294,36 10521,92 5085,59

LISTOPAD 8592,90 7189,98 18939,46 19640,92 13152,40

STUDENI 16835,07 14555,32 28759,91 28759,91 21043,84

PROSINAC 22446,76 20342,38 36300,62 36300,62 26480,17

∑ 145027,13 133453,02 243933,18 250246,33 180275,56



60% rekuperacije 87016,28 80071,81 146359,91 150147,80 108165,34

80% rekuperacije 116021,70 106762,41 195146,54 200197,06 144220,45

Razlika 80% i 60% 29005,43 26690,60 48786,64 50049,27 36055,11


El.energija 18935,28 17537,13 30631,19 31190,54 22957,59


LU EL 13429,51 12357,75 22588,21 23172,81 16693,52

Zemni plin 5511,03 5071,21 9269,46 9509,36 6850,47

UNP 9252,73 8514,30 15562,94 15965,72 11501,58

Toplana 12648,82 11612,62 20880,91 20943,62 15221,90


15

1.7.4. Prikaz vremenskog povrata investicije ugrađenog sustava povrata energije iz

otpadnog zraka za poslovne građevine uredske namjene Cijena sustava povrata energije

Klima jedinica Rekuperator 60% Regenerator 80% Razlika investicije

10000 m3/h 26842 Kn 59262 Kn 32420 Kn

15000 m3/h 47912 Kn 86866 Kn 38954 Kn

20000 m3/h 55921 Kn 95217 Kn 39296 Kn

Povrat investicije (g) UREDSKE PROSTORIJE ( 262 RADNA DANAx12 SATI DNEVNO)

10000 m3/h SPLIT DUBROVNIK OSIJEK ZAGREB RIJEKA

El.energija 3,16 3,40 2,01 1,98 2,65

Dizalica topline 7,29 7,69 5,07 4,99 6,33

LU EL 4,83 5,25 2,87 2,80 3,88

Zemni plin 11,77 12,79 7,00 6,82 9,47

UNP 7,01 7,62 4,17 4,06 5,64

Toplana 5,13 5,58 3,11 3,10 4,26



El.energija 2,84 3,05 1,67 1,75 2,36


LU EL 4,20 4,54 2,30 2,44 3,38

Zemni plin 10,22 11,07 5,60 5,94 8,24

UNP 6,09 6,59 3,34 3,54 4,91

Toplana 4,29 4,66 2,49 2,60 3,57



El.energija 2,08 2,24 1,28 1,26 1,71


LU EL 2,93 3,18 1,74 1,70 2,35

Zemni plin 7,13 7,75 4,24 4,13 5,74

UNP 4,25 4,62 2,52 2,46 3,42

Toplana 3,11 3,38 1,88 1,88 2,58


16

1.7.5. Tablični prikaz godišnje uštede ukupne toplinske energije hotelske građevine u navedenim gradovima

HOTELSKI PROSTORI ( 365 RADNA DANAx24 SATA DNEVNO)

Temperatura boravišnog prostora....tp=22(˚C)



kWh kWh kWh kWh kWh

SIJEČANJ 34691,55 31759,87 55946,2 54480,39 40066,29

VELJAČA 33958,63 31271,25 51060,1 49594,25 38844,76

OŽUJAK 28095,27 26629,43 38844,8 39089,07 32492,79

TRAVANJ 19544,53 19544,53 25896,5 27118,04 23453,44

SVIBANJ 7329,20 8795,04 13436,9 15635,63 12215,33

LIPANJ 2687,37 4397,52 10505,2 12215,33 8306,43

SRPANJ 4153,21 1710,15 6107,7 8062,12 1710,15

KOLOVOZ 3420,29 1954,45 8062,1 9772,27 2443,07

RUJAN 1465,84 1221,53 12948,3 14658,40 7084,89

LISTOPAD 11971,03 10016,57 26385,1 27362,35 18323,00

STUDENI 23453,44 20277,45 40066,3 40066,29 29316,80

PROSINAC 31271,25 28339,57 50571,5 50571,48 36890,31

∑ 202041,61 185917,37 339831 348625,61 251147,25

Napomena:Temperatura koja je odabrana za temperaturu boravišnog prostora je 22˚C za sve mjesece u godini osim za 6,7,8 mjesec kada iznosi 24˚C.Kod proračuna izmjene topline uzeta je u obzir samo osjetna toplina.


60% rekuperacije 121224,97 111550,42 203898,34 209175,37 150688,35

80% rekuperacije 161633,29 148733,90 271864,46 278900,49 200917,80 Razlika 80% i 60% 40408,32 37183,47 67966,11 69725,12 50229,45


El.energija 23714,36 21940,22 38749,25 39615,32 28999,58


LU EL 18709,05 17215,95 31468,31 32282,73 23256,24

Zemni plin 7677,58 7064,86 12913,56 13247,77 9543,60

UNP 12890,25 11861,53 21681,19 22242,31 16023,19

Toplana 12541,75 11527,47 20897,93 21199,93 15339,41


17



kWh kWh kWh kWh kWh

SIJEČANJ 52037,32 47639,80 83919 81720,58 60099,44

VELJAČA 50937,94 46906,88 76590,1 74391,38 58267,14

OŽUJAK 42142,90 39944,14 58267,1 58633,60 48739,18

TRAVANJ 29316,80 29316,80 38844,8 40677,06 35180,16

SVIBANJ 10993,80 13192,56 20155,3 23453,44 18323,00

LIPANJ 4031,06 6596,28 15757,8 18323,00 12459,64

SRPANJ 6229,82 2565,22 9161,5 12093,18 2565,22

KOLOVOZ 5130,44 2931,68 12093,2 14658,40 3664,60

RUJAN 2198,76 1832,30 19422,4 21987,60 10627,34

LISTOPAD 4919,60 4116,40 39577,7 11244,80 7530,00

STUDENI 9638,40 8333,20 60099,4 16465,60 12048,00

PROSINAC 12851,20 11646,40 75857,2 20782,80 15160,40

∑ 230428,04 215021,66 509746 394431,44 284664,12



60% rekuperacije 138256,82 129013,00 305847,52 236658,86 170798,47

80% rekuperacije 184342,43 172017,33 407796,69 315545,15 227731,30

Razlika 80% i 60% 46085,61 43004,33 101949,17 78886,29 56932,82


El.energija 27241,76 25493,67 57348,07 45282,46 33149,66


LU EL 21337,64 19911,01 47202,47 36524,35 26359,90

Zemni plin 8756,27 8170,82 19370,34 14988,39 10817,24

UNP 14701,31 13718,38 32521,79 25164,73 18161,57

Toplana 15326,18 14226,20 31346,89 25631,56 18590,39


18



kWh kWh kWh kWh kWh

SIJEČANJ 69383,09 63519,73 111892 108960,77 80132,59

VELJAČA 67917,25 62542,51 102120 99188,51 77689,52

OŽUJAK 56190,53 53258,85 77689,5 78178,13 64985,57

TRAVANJ 39089,07 39089,07 51793,0 54236,08 46906,88

SVIBANJ 14658,40 17590,08 26873,7 31271,25 24430,67

LIPANJ 5374,75 8795,04 21010,4 24430,67 16612,85

SRPANJ 8306,43 3420,29 12215,3 16124,24 3420,29

KOLOVOZ 6840,59 3908,91 16124,2 19544,53 4886,13

RUJAN 2931,68 2443,07 25896,5 29316,80 14169,79

LISTOPAD 23942,05 20033,15 52770,2 54724,69 36646,00

STUDENI 46906,88 40554,91 80132,6 80132,59 58633,60

PROSINAC 62542,51 56679,15 101143 101142,96 73780,61

∑ 404083,23 371834,75 679661 697251,23 502294,51



60% rekuperacije 242449,94 223100,85 407796,69 418350,74 301376,70

80% rekuperacije 323266,58 297467,80 543728,92 557800,98 401835,61

Razlika 80% i 60% 80816,65 74366,95 135932,23 139450,25 100458,90


El.energija 45877,11 42328,83 75946,90 77679,05 56447,56


LU EL 37418,11 34431,90 62936,62 64565,46 46512,47

Zemni plin 15355,16 14129,72 25827,12 26495,55 19087,19

UNP 25780,51 23723,06 43362,38 44484,63 32046,39

Toplana 25083,51 23054,95 41795,85 42399,86 30678,81


19

1.7.6. Prikaz vremenskog povrata investicije ugrađenog sustava povrata energije iz

otpadnog zraka za hotelske građevine Cijena sustava povrata energije

Klima jedinica Rekuperator 60% Regenerator 80% Razlika investicije

10000 m3/h 26842 Kn 59262 Kn 32420 Kn

15000 m3/h 47912 Kn 86866 Kn 38954 Kn

20000 m3/h 55921 Kn 95217 Kn 39296 Kn

Povrat investicije (g) HOTELSKI PROSTORI ( 365 RADNA DANAx24 SATA DNEVNO)


El.energija 1,37 1,48 0,84 0,82 1,12


LU EL 1,73 1,88 1,03 1,00 1,39

Zemni plin 4,22 4,59 2,51 2,45 3,40

UNP 2,52 2,73 1,50 1,46 2,02

Toplana 2,58 2,81 1,55 1,53 2,11



El.energija 1,43 1,53 0,68 0,86 1,18


LU EL 1,83 1,96 0,83 1,07 1,48

Zemni plin 4,45 4,77 2,01 2,60 3,60

UNP 2,65 2,84 1,20 1,55 2,14

Toplana 2,54 2,74 1,24 1,52 2,10



El.energija 0,86 0,93 0,52 0,51 0,70


LU EL 1,05 1,14 0,62 0,61 0,84

Zemni plin 2,56 2,78 1,52 1,48 2,06

UNP 1,52 1,66 0,91 0,88 1,23

Toplana 1,57 1,70 0,94 0,93 1,28


20

1.7.7. Prikaz godišnjeg troška pogonske energije tlačnog i odsisnog ventilatora poslovne

građevine uredske namjene uslijed korištenja sustava povrata energije Izračun potrebne dodatne snage ventilatora uslijed povećanja otpora ugradnjom sustava povrata energije – slučaj primjene u uredskim zgradama (262 radna dana * 12 sati = 3144 radna sata godišnje) Povećani godišnji potrošak pogonske energije tlačnog i odsisnog ventilatora za povećani pad tlaka klima jedinice sa sustavom povrata energije uz usvojeni stupanj djelovanja ventilatora η=0,8. Pločasti rekuperator Rotacioni rekuperator Veličina Količina zraka

[m3/h] Tlak [Pa]

Odsis [Pa]

Tlak [Pa]

Odsis [Pa]

100 10.000 246 321 124 101 200 15.000 176 226 100 82 250 20.000 191 246 116 95 Potrebna ukupna snaga ventilatora [kW]:

OT ppVP

Gdje je: ΔpT= - pad tlaka na tlačnom ventilatoru zbog sustava povrata energije

ΔpO= - pad tlaka na odsisnom ventilatoru zbog sustava povrata energije η=0,8 - usvojeni stupanj djelovanja ventilatora

Godišnji utrošak energije [kWh]:

tPQ Gdje je: t=3144h - broj radnih sati ventilatora Godišnji trošak rada ventilatora [Kn]:

kW

Kn

kWh

KnTr 39,58426,0


21

Pregled godišnjeg troška pogonske energije ventilatora: Pločasti rekuperator Rotacioni regenerator

Količina Snaga Godišnja Godišnji Snaga Godišnja Godišnji zraka ventilatora potrošnja trošak ventilatora potrošnja trošak

N energije ventilatora N energije ventilatora[m3/h] [kW] [kWh] [Kn] [kW] [kWh] [Kn]

10.000 1,969 6190 3357 0,781 2456 1332

15.000 2,094 6583 3570 0,948 2980 1616

20.000 3,035 9541 5175 1,465 4607 2499

1.7.8. Prikaz godišnjeg troška pogonske energije tlačnog i odsisnog ventilatora hotelske

građevine uslijed korištenja sustava povrata energije Izračun potrebne dodatne snage ventilatora uslijed povećanja otpora ugradnjom sustava povrata energije – slučaj primjene u uredskim zgradama (365 radna dana * 24 sati = 8760 radna sata godišnje) Povećani godišnji potrošak pogonske energije tlačnog i odsisnog ventilatora za povećani pad tlaka klima jedinice sa sustavom povrata energije uz usvojeni stupanj djelovanja ventilatora η=0,8. Pločasti rekuperator Rotacioni rekuperator Veličina Količina zraka

[m3/h] Tlak [Pa]

Odsis [Pa]

Tlak [Pa]

Odsis [Pa]

100 10.000 246 321 124 101 200 15.000 176 226 100 82 250 20.000 191 246 116 95 Potrebna ukupna snaga ventilatora [kW]:

OT ppVP

Gdje je: ΔpT= - pad tlaka na tlačnom ventilatoru zbog sustava povrata energije

ΔpO= - pad tlaka na odsisnom ventilatoru zbog sustava povrata energije η=0,8 - usvojeni stupanj djelovanja ventilatora


22

Godišnji utrošak energije [kWh]:

tPQ Gdje je: t=3144h - broj radnih sati ventilatora Godišnji trošak rada ventilatora [Kn]:

kW

Kn

kWh

KnTr 39,58426,0

Pregled godišnjeg troška pogonske energije ventilatora: Pločasti rekuperator Rotacioni rekuperator

Količina Snaga Godišnja Godišnji Snaga Godišnja Godišnji zraka ventilatora potrošnja trošak ventilatora potrošnja trošak

N energije ventilatora N energije ventilatora [m3/h] [kW] [kWh] [Kn] [kW] [kWh] [Kn]

10.000 1,969 17246 9103 0,781 6844 3612

15.000 2,094 18341 9681 0,948 8304 4383

20.000 3,035 26584 14033 1,465 12836 6775


23

1.8. Zaključak Navedena ekonomska analiza postavlja korelacijske odnose isplativosti primjene efikasnijeg sustava rekuperacije, a koji ovise od sljedećih čimbenika:

- geografska lokacija - korišteni energent za proizvodnju toplinske energije - vrijeme korištenja pogona tijekom godina - utrošak energije uslijed povećanog pada tlaka u postrojenjima

U analizi nisu uzeti u obzir troškovi uloženog kapitala i prirast vrijednosti tijekom godina eksploatacije. Ova analiza se temelji na srednjim vrijednostima temperature što je približno točno za postrojenja koja rade 24h, ali su realni temperaturni parametri za postrojenja koja rade u dnevnom režimu daleko nepovoljniji sa stanovišta iskorištenja otpadne topline, tj. mogućnosti rekuperacije, jer su vanjske temperature više i manja je mogućnost rekuperacije topline. Proces povrata energije iz otpadnog zraka gospodarski i ekološki je opravdan bez obzira na način vođenja procesa. Povrat topline i tvari miješanjem dviju zračnih struja osigurava najveći stupanj gospodarenja energije ali uz općenito ograničenje primjene i omjera mješanja. Omjer mješanja se regulira osjetnikom zagađenosti koji osigurava mikrohigijenski zahtjev u svakom trenutku. Kombinirani proces regeneracije i miješanja osigurava širu primjenu uz maksimalno mogući stupanj povrata topline i tvari u procesu. Kod čistih prostora i operacionih dvorana nije dozvoljen povrat otpadnog zraka u proces pa se preporuča primjena sustava povrata energije kako bi se izbjeglo zagađenje zraka u procesu pripreme zraka Ugradnja sustava rekuperacije je zakonska obaveza, te je analizirana ekonomska isplativost ugradnje sustava povrata energije sa većim stupnjem povrata energije, koja je prikazana na tabličnim prikazima za određene namjene objekta, područja izgradnje, te vrstu pogonskog goriva. Iz tabličnih prikaza pored energetskog učinka vidljiva je ekonomska opravdanost ugradnje sustava sa većim stupnjem povrata energije u klima komorama kroz rok povrata investicije. Rezultati izrađeni za minimalnu količinu zraka od 10000 m3/h pokazuju uz navedene napomene proračuna, da je povrat razlike investicije za 60% efikasni rekuperator u odnosu na 80% rekuperator približno (za gorivo zemni plin) od 7-11 godina (za dnevna postrojenja), a 2,5-4 godine (za 24satna postrojenja). Povrat investicije je kraći ako je usporedni energent lož ulje. Ako na tu razliku pridodamo vrijeme povrata cjelokupne investicije u sustav rekuperacije, onda se period povrata investicije povećava. Isplativost ugradnje sustava je obrnuto proporcionalna sa cijenom pogonskog goriva koje se koristi odn. čiju potrošnju smanjujemo korištenjem sustava povrata energije. Niža cijena goriva, temperaturno povoljniji klimatski uvjeti, te manji broj radnih sati rezultiraju duljim rokom povrata investicije. Ekonomska opravdanost općenite ugradnje sustava povrata energije trebala bi uključiti: investicijske troškove generatora topline (plinski/uljni/elektro kotlovi), trošak pogonske


24

energije ventilatora, trošak povećanog prostora strojarnice, i utjecaj na okoliš različitih vrsta pogonskih goriva, pa to ostavljamo za daljnja detaljnija razmatranja. Temeljem ove analize postavlja se pitanje ekonomske i energetske isplativosti ugradnje sustava povrata energije u realnim uvjetima. Zakonska obveza ugradnje sustava povrata energije u ventilacijskim sustavima većim od 2500 m3/h mora biti posebno analizirana i sa energetskog i sa ekonomskog stajališta uzimajući sve relevantne čimbenike iznesene u ovoj analizi u obzir.


25

Literatura

1. F.Bošnjaković: Nauka o toplini, II. dio, Tehnička knjiga, Zagreb, 1980. 2. P.Donjerković: Osnove i regulacija sustava grijanja, ventilacije i klimatizacije, II.

dio, Alfa, 1996. 3. Recknagel, Sprenger: Heizung, lüftung und klimatechnik

Documents

XVIII. tečaj 13. i 14. veljače 2015.seminar.tvz.hr/materijali/materijali18/18S06.pdfprijenos topline na izmjenjivačkim površinama važna je jednolika razdioba zraka preko cjelokupne