View
5
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO
Aleksander GROBIN
OGREVANJE PASIVNE HIŠE, PODPRTO S
SONČNO ENERGIJO
Diplomsko delo
univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje
Tehniško varstvo okolja
Maribor, julij 2017
OGREVANJE PASIVNE HIŠE, PODPRTO S
SONČNO ENERGIJO
Diplomsko delo
Študent: Aleksander GROBIN
Študijski program: univerzitetni študijski program 1. stopnje
Tehniško varstvo okolja
Mentor: red. prof. dr. Aleš HRIBERNIK
Somentor: doc. dr. Matjaž RAMŠAK
Maribor, julij 2017
II
I Z J A V A
Podpisani ______________________________ izjavljam, da:
• je diplomsko delo rezultat lastnega raziskovalnega dela,
• predloženo delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli
izobrazbe po študijskem programu druge fakultete ali univerze,
• so rezultati korektno navedeni,
• nisem kršil avtorskih pravic in intelektualne lastnine drugih,
• soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet ter
Digitalni knjižnici Univerze v Mariboru v skladu z Izjavo o istovetnosti tiskane in
elektronske verzije zaključnega dela.
Maribor,_____________________ Podpis: ________________________
III
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju, red. prof. dr. Alešu
Hriberniku, in somentorju, doc. dr. Matjažu Ramšaku,
za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega
dela.
Zahvaljujem se tudi Sebastjanu Erženu, s. p., za izdajo
potrebnih predračunov.
IV
OGREVANJE PASIVNE HIŠE, PODPRTO S SONČNO ENERGIJO
Ključne besede: solarni toplotni sistem, sončna energija, pasivna hiša, ogrevanje
UDK: 691.1:697.7(043.2)
POVZETEK
Za ogrevanje zgradb se porabi veliko energije, pri pridobitvi katere onesnažujemo okolje.
Onesnaževanje lahko zmanjšamo z energetsko varčnejšimi objekti in z energijo, pridobljeno
iz obnovljivih virov. V diplomskem delu primerjamo enaki pasivni hiši, ogrevani s sončno
energijo prek sončnega toplotnega sistema. Geografsko sta postavljeni na različnih
lokacijah, v Mariboru in pri Bertokih. Pričakovano je za ogrevanje hiše pri Bertokih
potrebne manj energije kot za ogrevanje hiše v Mariboru, zaradi večjega sončnega
obsevanja na Primorskem je potrebna velikost sistema manjša pri Bertokih. Velikost sistema
vpliva na ceno investicije. Primerjali smo tudi cene investicije v sistem za ogrevanje z
drugimi viri energije.
V
SOLAR ENERGY AIDED PASSIVE HOUSE HEATING
Key words: solar heating system, solar energy, passive house, heating
UDK: 691.1:697.7(043.2)
ABSTRACT
Heating of buildings requires the use of considerable amount of energy, which results in
environmental pollution. This kind of pollution can be reduced with the construction of
energy-efficient buildings and with the use of energy from renewable sources. In this
diploma thesis we shall compare two identical passive houses, heated with solar energy
through a solar heating system, that are geographically situated in different locations, in
Maribor and in Bertoki. It is anticipated that the energy required for heating the house
situated in Bertoki should be lower than for the house in Maribor. Considering the longer
sunshine hours in the Primorska region, the house in Bertoki should also require a smaller
system size. The size of the solar system effects the investment price, which has been
compared to other heating sources.
VI
KAZALO VSEBINE
1. UVOD ............................................................................................................. 1
1.1. Opis splošnega področja diplomske naloge ............................................. 1
1.2. Opredelitev dela ...................................................................................... 1
1.3. Struktura diplomskega dela .................................................................. 2
2. SONČNA ENERGIJA .................................................................................. 3
2.1. Osnove geometrije v odnosu sonca in zemlje ....................................... 3
2.2. Sončno obsevanje .................................................................................... 5
3. SOLARNI TOPLOTNI SISTEM .............................................................. 11
3.1. Sprejemniki sončne energije ................................................................ 12
3.2 Izračun prenosa toplote v SSE ............................................................ 14
4. PASIVNA HIŠA .......................................................................................... 16
4.1. Izbira tipske zgradbe ............................................................................ 16
4.2. Toplotne izgube pasivne hiše ............................................................... 16
5. POSTOPKI IZRAČUNOV OGREVANJA PASIVNE HIŠE ................ 21
5.1. Ogrevanje prostorov in STV ............................................................... 21
5.3. Izračuni globalnega obsevanja sonca na vodoravno površino ......... 26
5.4. Izračun optimalnega naklona SSE ...................................................... 28
5.5. Izračuni za pridobljeno toploto SSE ................................................... 32
5.6. Končni izračuni ..................................................................................... 33
6. IZRAČUN IN PRIMERJAVA STROŠKOV OGREVANJA ................. 35
6.1. Solarni toplotni sistem .......................................................................... 35
6.2. Toplotna črpalka zrak - voda .............................................................. 37
6.3. Toplotni sistem na kurilno olje ............................................................ 43
6.4. Ekonomska primerjava sistemov ogrevanja ...................................... 46
7. SKLEP .......................................................................................................... 51
8. VIRI .............................................................................................................. 52
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
1
1. UVOD
1.1. Opis splošnega področja diplomske naloge
Želja po napredku, novo znanje in tehnologije, gospodarski razvoj ter višji življenjski
standard so razlogi, da se potrebe ljudi stalno povečujejo, kar velikokrat privede do posega
v naravo ter do njenega onesnaževanja. Potrebe po energiji predstavljajo globalni ekološki
problem, saj je večina energije pridobljena iz fosilnih goriv, kot so nafta, premog in
zemeljski plin. Vsa fosilna goriva pri sežiganju onesnažujejo okolje z nevarnimi plini, med
katerimi so okolju najbolj škodljivi ogljikov dioksid (CO2), dušikovi in žveplovi oksidi (NOx
in SOx), ogljikov monoksid (CO) in delci. Kot alternativa fosilnim gorivom se vedno bolj
uporabljajo obnovljivi viri energije (OVE). V nekaterih državah vrednost pridobljene nove
energije v letu že presega uporabo fosilnih goriv. Najpomembnejša lastnost OVE je, da jih
v naravi nikoli ne zmanjka, saj se dokaj hitro obnavljajo in so enakomerno dobro razporejeni
ter so na voljo lokalno, kar zmanjšuje odvisnost od uvoženih virov energije. V primerjavi s
fosilnimi gorivi pri rabi energije iz OVE nastaja manj emisij toplogrednih plinov, kar prinaša
pozitivne učinke na kakovost življenja in okolja, v katerem bivamo. Zaradi vedno večje
potrebe po energiji na eni strani in vedno večjih okolijskih standardov ter zavedanja ljudi na
drugi strani je prihodnost v pridobivanju energije iz OVE, prav tako pa tudi v zniževanju
porabe energije z boljšimi izkoristki pri sami gradnji objektov, v gospodarstvu,
gospodinjstvih itd.
1.2. Opredelitev dela
Razsežnost in dostopnost OVE v svetu je vse večja, velik doprinos k naraščajoči uporabi teh
virov energije pa so tudi svetovni sporazumi za zmanjšanje uporabe fosilnih goriv, za
Slovenijo še bolj direktive Evropske unije, ki jo zavezujejo k najmanj 25 % energije,
pridobljene iz OVE, v končni bruto porabi energije do leta 2020. Velik vir OVE predstavlja
energija sonca, ki se jo lahko uporabi za pridobivanje električne energije in kot toplotno
energijo. Ker tretjino vse porabljene energije človeštva predstavljata ogrevanje in hlajenje
prostorov, v katerih bivamo, ima energija sonca velik potencial. V diplomskem delu
obravnavamo pasivni hiši, postavljeni na dveh različnih lokacijah v Sloveniji, v Mariboru in
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
2
pri Bertokih. Ogrevanje pasivne hiše je v celoti podprto s solarnim toplotnim sistemom.
Predstavili bomo minimalno potrebno velikost solarnega toplotnega sistema za izbrano
tipsko zgradbo, primerjali velikost potrebnega sistema med Štajersko in Primorsko ter
tovrstno pridobivanje energije primerjali z drugimi viri energije še s finančnega vidika.
1.3. Struktura diplomskega dela
Diplomsko delo sestavlja sedem poglavij, povezanih med seboj. Teoretične osnove sončnega
obsevanja so predstavljene v drugem poglavju. Te so pomembne za izračun optimalnega
naklona površine, v našem primeru sprejemnika sončne energije (SSE), in za količino
pridobljene toplotne energije.
V tretjem poglavju opisujemo solarni toplotni sistem in njegove posamezne dele.
Podrobno sta predstavljena hranilnik toplote (HT) in SSE, za slednjega so tudi podani
postopki za izračun učinkovitosti sprejemanja toplotne energije.
Izbrana tipska zgradba (pasivna hiša) je predstavljena v četrtem poglavju. Pridobljene
izračune toplotnih izgub hiše smo dobili s pomočjo programskega orodja Gradbena fizika
URSA 4 (URSA).
V petem poglavju so opisani izračuni potrebne toplotne energije za ogrevanje pasivne
hiše v Mariboru in pri Bertokih ter sanitarne tople vode (STV) skozi vse leto. Predstavljeni
so natančni izračuni globalnega sončnega obsevanja, pridobljene toplotne energije SSE in
HT ter potrebne moči ogrevanja. V šestem poglavju so podani stroški investicije za
posamezni kraj in primerjava stroškov z drugimi viri ogrevanja. Zadnje, sedmo poglavje pa
je sklep, v katerem so povzete vse ugotovitve in objektivna ocena rezultatov.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
3
2. SONČNA ENERGIJA
Sonce je vir skoraj vse energije, ki jo Zemlja prejema iz vesolja, saj so druge zvezde in telesa
zanemarljivi viri energije. Iz sončne energije tako izhaja skoraj vsa energija, ki se pojavlja v
različnih oblikah na zemlji, od vetrov, vodne energije in energije oceanov do biomase.
Energija, ki jo zemlja prejme s sevanjem Sonca v enem dnevu, je 15.000-krat večja od
energije, ki jo človek porabi. To je energija, ki se obnavlja, ne onesnažuje okolja in je hkrati
brezplačna. Uporabljamo jo lahko za ogrevanje prostorov in vode ter za pridobivanje
električne energije.
2.1. Osnove geometrije v odnosu sonca in zemlje
Gibanje zemlje v vesolju lahko opišemo na štirinajst različnih načinov, vendar sta za
inženirske izračune pomembni predvsem dve: rotacija zemlje okoli sonca in vrtenje okoli
lastne osi [1]. Zaradi nagnjenosti zemlje glede na krožnico elipse, po kateri kroži, sončni
žarki na ekvator padajo pod kotom, ki ga imenujemo deklinacija. Določimo ga za poljuben
dan v letu z enačbo:
𝛿 = 23,44 ∙ sin [ 2 ∙ 𝜋
365,25∙ [ 𝑁 − 82,3 + 1,93 ∙ sin [
2 ∙ 𝜋
365,25∙ (𝑁 − 2,4)]]] (2.1)
N – tekoče število dni
Okoli svoje osi se zemlja zavrti v 24 urah ali približno 15° vsako uro, kar imenujemo urni
kot ω, ki je po dogovoru negativen v jutranjih urah in pozitiven v popoldanskih urah. Ko je
sonce najvišje na nebu, je urni kot ω enak 0°. Za določitev lokacije na zemlji uporabljamo
zemljepisno dolžino L in širino ϕ, medtem ko položaj sonca podamo s kotoma za višino in
azimut sonca. Višina sonca α (slika 2.1) je kot med sončnimi žarki in horizontalno ravnino
na mestu opazovanja [1]. Enačba višine sonca:
sin 𝛼 = sin 𝜙 ∙ sin 𝛿 + cos 𝜙 ∙ cos 𝛿 ∙ cos 𝜔 (2.2)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
4
Kot med sončnimi žarki in nebesno smerjo juga, merjeno na horizontalni ravni, imenujemo
azimut sonca ϕ [1]. Enačba azimuta sonca:
sin 𝛷 = cos 𝛿∙sin 𝜔
cos 𝛼 (2.3)
Zenitni kot z poda kot med sončnimi žarki in najvišjo točko na nebu nad opazovanim krajem
[1]. Zenitni kot je z višino sonca povezan z relacijo:
cos 𝑧 = sin 𝛼 ter 𝑧 + 𝛼 = 90° (2.4)
Višina sonca je enaka 0 v trenutku sončnega vzhoda in zahoda [1].
Kadar sončni žarki ne padajo pravokotno na opazovano ploskev, opredelimo tudi naklonski
kot β in azimut ploskve γ, s katerima opišemo položaj ploskve v prostoru, v našem primeru
položaj vakuumskih sprejemnikov sončne energije (SSE).
Slika 2.1: Prikaz naklonskega kota β, njenega azimuta γ in vpadnega kota sončnih
žarkov i na poljubno usmerjeno ploskev [1]
Kot je prikazano na sliki 2.1, nam naklonski kot β poda kot med ravnino ploskve in
horizontalno ravnino, medtem ko je vrednost azimuta ploskve γ podana s kotom med
normalo ploskve, projicirano na horizontalno ploskev, in nebesno smerjo juga. Predznak
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
5
azimutne ploskve je odvisen od vzhoda (negativen predznak) in zahoda (pozitiven
predznak), vrednost γ = 0°, ko je ploskev usmerjena proti jugu.
Vpadni kot sončnih žarkov i je podan s kotom med sončnimi žarki in normalo obsijane
ploskve [1]. Določimo ga z izrazom:
cos 𝑖 = sin 𝜙 ∙ sin 𝛿 ∙ cos 𝛽 − cos 𝜙 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝛿 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝛽 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛾 + 𝑐𝑜𝑠𝜙 ∙ cos 𝛿 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛽 ∙
𝑐𝑜𝑠𝜔 + 𝑠𝑖𝑛𝜙 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛿 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝛽 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜔 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛾 + 𝑐𝑜𝑠𝛿 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜔 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝛽 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝛾 (2.5)
2.2. Sončno obsevanje
Podatki, podani v preglednici 2.1, se uporabljajo za opis izbrane ploskve, obsijane določen
čas. Obsijanost imenujemo energija sonca ali sončno obsevanje na enoto površine oziroma
gostota energije.
Preglednica 2.1: Osnovni izrazi, oznake in enote [1]
Izrazi Oznaka Enota
Sončno sevanje G W/m2
Urno sončno obsevanje I Wh/m2 h, J/m2 h
Dnevno sončno obsevanje H Wh/m2 dan, J/m2 dan
Indeksi Oznaka
Na robu atmosfere ex
Na vodoravno ploskev 0
V smeri sončnih žarkov s
Na poljubno nagnjeno in usmerjeno ploskev β
Postopki in enačbe za izračun sončnega obsevanja
Podatke dnevnega sončnega obsevanja na robu atmosfere smo pridobili iz knjige Varstvo
okolja in obnovljivi viri energije [1].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
6
Preglednica 2.2: Solarne konstante in dnevno sončno obsevanje na vodoravno ploskev
za povprečne dni v mesecu na zemljepisni širini 46° [1]
Gex [W/m2] Hex,o [Wh/m2 dan]
Januar 1.396 3.166
Februar 1.384 4.682
Marec 1.365 6.827
April 1.342 9.096
Maj 1.322 10.779
Junij 1.310 11.508
Julij 1.309 11.158
Avgust 1.320 9.800
September 1.340 7.720
Oktober 1.362 5.420
November 1.383 3.609
December 1.395 2.746
S pomočjo podatkov iz preglednice 2.2 lahko izračunamo sončno obsevanje na horizontalno
ploskev. Oznake v preglednici 2.3 so osnova za razumevanje nadaljnjih enačb.
Preglednica 2.3: Oznake in enote za sončno obsevanje [1] Časovni
interval
Ura
oznaka
Enota Dan
oznaka
Enota Mesec
oznaka
Enota
Globalno
obsevanje
Iglob, */** Wh/m2 h Hglob,*/** Wh/m2 dan Hglob, */** Wh/m2 mes
Direktno
obsevanje
Idir, */** Wh/m2 h Hdir,*/** Wh/m2 dan Hdir, */** Wh/m2 mes
Difuzno
obsevanje
Idif, */** Wh/m2 h Hdif, */** Wh/m2 dan Hdif, */** Wh/m2 mes
* o – na vodoravno ploskev
** β – na poljubno ploskev
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
7
Sončno obsevanje na vodoravno ploskev
Sončno obsevanje na vodoravno ploskev sestavljata prispevek direktnega in prispevek
difuzijskega sevanja:
𝐺glob,o = 𝐺dir,o + 𝐺dif,o (2.6)
Povprečno urno obsevanje:
𝐼glob,o = 𝐼dir,o + 𝐼dif,o (2.7)
Povprečno dnevno obsevanje:
𝐻glob,o = 𝐻dir,o + 𝐻dif,o (2.8)
Velikokrat so edini meteorološki podatki, ki jih lahko pridobimo, zgolj za povprečno urno
ali dnevno obsevanje. S pomočjo korelacijskih metod lahko na osnovi teh podatkov
izračunamo želeni komponenti globalnega obsevanja, pri čemer je indeks jasnosti najbolj
razširjena metoda. Indeks jasnosti je razmerje med difuzno komponento sevanja na
vodoravno ploskev in globalnim obsevanjem na horizontalno ploskev na zunanjem robu
atmosfere v istem trenutku ali časovnem intervalu [1]. Uvede se kot urni indeks jakosti 𝑘𝑇
in dnevni indeks jakosti 𝐾𝑇.
𝑘𝑇 =𝐼𝑔𝑙𝑜𝑏,𝑜
𝐼𝑒𝑥,𝑜 (2.9)
𝐾𝑇 =𝐻𝑔𝑙𝑜𝑏,𝑜
𝐻𝑒𝑥,𝑜 (2.10)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
8
Najpogosteje uporabljeni korelaciji za povprečno urno obsevanje vodoravne površine sta
[1]:
– Orgill in Hollandsova korelacija:
𝐼𝑑𝑖𝑓,𝑜
𝐼𝑔𝑙𝑜𝑏,𝑜= 1 − 0,249 ∙ 𝑘𝑇 𝑘𝑇 < 0
𝐼𝑑𝑖𝑓,𝑜
𝐼𝑔𝑙𝑜𝑏,𝑜= 1,557 − 1,84 ∙ 𝑘𝑇 0,35 < 𝑘𝑇 < 0,75
𝐼𝑑𝑖𝑓,𝑜
𝐼𝑔𝑙𝑜𝑏,𝑜= 0,177 𝑘𝑇 > 0,75 (2.11)
– Erbsova korelacija:
𝐼𝑑𝑖𝑓,𝑜
𝐼𝑔𝑙𝑜𝑏,𝑜= 1 − 0,09 ∙ 𝑘𝑇 𝑘𝑇 ≤ 0,22
𝐼𝑑𝑖𝑓,𝑜
𝐼𝑔𝑙𝑜𝑏,𝑜= 0,9511 − 0,1604 ∙ 𝑘𝑇 + 4,388 ∙ 𝑘𝑇
2 − 16,638 ∙ 𝑘𝑇3 + 12,336 ∙ 𝑘𝑇
4
0,22 < 𝑘𝑇 ≤ 0,8
𝐼𝑑𝑖𝑓,𝑜
𝐼𝑔𝑙𝑜𝑏,𝑜= 0,165 𝑘𝑇 > 0,8 (2.12)
Direktno komponento določimo kot razliko na osnovi znanega razmerja med difuznim in
globalnim obsevanjem [1]:
𝐼dir,o = 𝐼glob,o − 𝐼dif,o (2.13)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
9
Pri povprečnem dnevnem obsevanju vodoravne površine se najpogosteje uporablja Liu in
Jordanova korelacija [1]:
𝐻𝑑𝑖𝑓,𝑜
𝐻𝑔𝑙𝑜𝑏,𝑜= 1,390 − 4,027 ∙ 𝐾𝑇 + 5,531 ∙ 𝐾𝑇
2 − 3,108 ∙ 𝐾𝑇3 (2.14)
Direktno komponento določimo na osnovi znanega razmerja med difuznim in globalnim
urnim obsevanjem z izrazom [1]:
𝐻dir,o = 𝐻glob,o − 𝐻dif,o (2.15)
Sončno obsevanje na poljubno ploskev
Ker bomo v nadaljevanju obravnavali SSE, ki se obravnava kot poljubna ploskev, so spodnje
izpeljave še posebej pomembne. Z naklonskim kotom β in z azimutom γ opredelimo položaj
ploskve.
Izraz za povprečno urno obsevanje je zapisan kot [1]:
𝐼𝑔𝑙𝑜𝑏,𝛽 = 𝐼𝑑𝑖𝑟,𝑜 ∙ 𝑟𝑑𝑖𝑟 + 𝐼𝑑𝑖𝑓,𝑜 ∙ 𝑟𝑑𝑖𝑓 + 𝐼𝑔𝑙𝑜𝑏,𝑜 ∙ 𝜌𝑜𝑘 ∙ 𝑟𝑜𝑑𝑏 (2.16)
𝑟𝑑𝑖𝑟 – razmernik direktnega obsevanja je razmerje med obsevom nagnjene in vodoravne
površine, določimo ga pri povprečnem vpadnem kotu i v opazovani uri z izrazom:
𝑟𝑑𝑖𝑟 =𝐼𝑑𝑖𝑟,𝛽
𝐼𝑑𝑖𝑟,𝑜=
𝐼𝑠∙cos 𝑖
𝐼𝑠∙cos 𝑧 =
cos 𝑖
cos 𝑧 0° < 90°
𝑟𝑑𝑖𝑟 = 0 0° > 𝑖 > 90° (2.17)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
10
𝑟𝑑𝑖𝑓 – razmernik difuznega obsevanja, za izotropno nebo je določen z izrazom:
𝑟𝑑𝑖𝑓 =𝐼𝑑𝑖𝑓,𝛽
𝐼𝑑𝑖𝑓,𝑜=
1+𝑐𝑜𝑠𝛽
2 (2.18)
𝑟𝑜𝑑𝑏 – razmernik od okolice odbitega obsevanja, za izotropno okolico je določen z izrazom:
𝑟𝑜𝑑𝑏 =1−𝑐𝑜𝑠𝛽
2 (2.19)
𝜌𝑜𝑘 – albedo okolice oziroma odbojnost
Preglednica 2.4: Vrednost albeda ρ glede na okolico [1] Albedo okolice
Svež sneg 0,75–0,95
Star sneg 0,4–0,6
Pesek 0,3–0,4
Beton 0,25–0,35
Zemlja 0,3–0,5
Trava 0,2–0,3
Gozd 0,1–0,2
Asfalt 0,1–0,2
Izračun dnevnega obsevanja na poljubno ploskev je podoben postopku izračuna urnega
obsevanja [1]:
𝐻𝑔𝑙𝑜𝑏,𝛽 = 𝐻𝑑𝑖𝑟,𝑜 ∙ 𝑅𝑑𝑖𝑟 + 𝐻𝑑𝑖𝑓,𝑜 ∙ 𝑅𝑑𝑖𝑓 + 𝐻𝑔𝑙𝑜𝑏,𝑜 ∙ 𝜌𝑜𝑘 ∙ 𝑅𝑜𝑑𝑏 (2.20)
kjer za izotropno nebo in okolico velja:
𝑅𝑑𝑖𝑓 = 𝑟𝑑𝑖𝑓 ter 𝑅𝑜𝑑𝑏 = 𝑟𝑜𝑑𝑏
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
11
3. SOLARNI TOPLOTNI SISTEM
Solarni toplotni sistem je namenjen zbiranju sevane sončne energije in za pretvorbo zbrane
energije v toplotno energijo, ki jo lahko začasno shranimo in uporabimo za ogrevanje,
pripravo sanitarne tople vode (STV), ogrevanje bazenske vode, industrijske procese itd. [2].
Osnovni deli sistema so:
– sprejemniki sončne energije (SSE),
– hranilniki toplote (HT),
– cevni razvodi,
– obtočna črpalka,
– regulacijski in varnostni sistemi.
Na trgu najdemo več vrst solarnih toplotnih sistemov, med najbolj razširjene spadajo sistem
za pripravo STV, sistem za pripravo STV in podporo pri ogrevanju ter sistem za ogrevanje
in pripravo STV. Slednjega smo uporabili tudi v našem primeru, pri katerem smo kot HT
uporabili HT s pretočnim sistemom za STV, kar je razvidno iz sheme, prikazane na sliki 3.1.
Slika 3.1: Solarni toplotni sistem
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
12
Toplota iz SSE ogreva HT s pretočnim sistemom za STV. Tako se voda za ogrevanje
prostora in STV ogrevata v skupnem hranilniku, kar omogoča boljše izkoristke toplote.
Hranilnik je podrobneje prikazan na sliki 3.2.
Slika 3.2: HT s pretočnim sistemom za STV
3.1. Sprejemniki sončne energije
Sprejemniki sončne energije veljajo za osnovni del toplotnega solarnega sistema, saj služijo
za zbiranje sevalne sončne energije in njeno pretvorbo v toplotno. Osnovni sestavni deli so
absorber, ohišje, pokrov in priključki.
SSE mora biti narejen tako, da omogoča karseda optimalno zbiranje sončnega sevanja in
pretvorbo energije sonca v toplotno oziroma mora omogočati čim optimalnejši prenos
energije sevanja sonca na prenosnik energije (solarni medij) in istočasno izgubljati čim manj
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
13
toplote v neposredno okolico, kar pomeni, da so toplotne izgube s prevajanjem, konvencijo
in sevanjem čim manjše [2].
SSE z vakuumskimi cevmi po načelu ''Heat pipe''
Ker naš sistem delovanja solarnega toplotnega sistema spada med optimalnejše, smo izbrali
SSE z vakuumskimi cevmi, ki delujejo po načelu ''Heat pipe''. Absorber s toplotnimi cevmi
se v takšnih SSE nahaja v notranjosti vakuumske cevi, na katero je pritrjena toplotna cev, in
je postavljen na toplotni cevi, ki je napolnjena s primerno izparjevalno kapljevino (z
metanolom, freonom itd.) in zaprta ter se nahaja v notranjosti vakuumske steklene cevi, kot
je prikazano na sliki 3.3 [2]. Ob sevanju sonca se izparjevalna kapljevina v toplotni cevi
segreva in izpareva. Nastala para solarnemu mediju v zgornjem kondenzacijskem delu
toplotne cevi odda toplotno, se ohladi in utekočini ter zlije v spodnji del cevi.
Slika 3.3: Shema vakuumske cevi ''Heat pipe'' [2]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
14
3.2 Izračun prenosa toplote v SSE
Izraz za toplotni tok 𝑄𝑆𝐸𝐸 z upoštevanjem faktorja učinkovitosti absorberja, transmitivnosti
pokrova, absorptivnosti sončnega sevanja na absorberju in toplotno prehodnost sprejemnika
zapišemo z enačbo [1]:
𝑄𝑆𝐸𝐸 = 𝐹′ ∙ 𝐴𝑆𝑆𝐸 ∙ [𝐺𝑔𝑙𝑜𝑏,𝛽 ∙ 𝜏𝑝𝑜𝑘𝑟𝑜𝑣 ∙ 𝛼𝑎𝑏𝑠 − 𝑘𝑆𝑆𝐸 ∙ (𝑇𝑠𝑟 − 𝑇𝑜𝑘)] (3.1)
kjer je:
𝐹′ − brezdimenzijski faktor učinkovitosti absorberja
𝐴𝑆𝑆𝐸 [𝑚2] − površina pokrova sprejemnika
𝐺𝑔𝑙𝑜𝑏,𝛽 [W
𝑚2] − globalno sončno sevanje na ravnino pokrova sprejemnika
𝜏𝑝𝑜𝑘𝑟𝑜𝑣 − transmitivnost pokrova
𝛼𝑎𝑏𝑠 − absorbtivnost sončnega sevanja na absorberju
𝑘𝑆𝑆𝐸 [𝑊
𝑚2𝐾] − toplotna prehodnost sprejemnika
𝑇𝑠𝑟 [𝐾] − srednja temperatura tekočine v sprejemniku
𝑇𝑜𝑘 [𝐾] − temperatura okolice
Učinkovitost SSE
Učinkovitost SSE v danem trenutku je razmerje med odvedenim toplotnim tokom s tekočino
in vpadlo energijo sonca [1]. Enačba za izračun učinkovitosti:
𝜂𝑆𝑆𝐸 =𝑄𝑆𝑆𝐸
𝐴𝑆𝑆𝐸∙ 𝐺𝑔𝑙𝑜𝑏,𝛽 (3.2)
Po preureditve enačb (3.1) in (3.2) dobimo izraz:
𝜂𝑆𝑆𝐸 = 𝐹′ ∙ 𝜏𝑝𝑜𝑘𝑟𝑜𝑣 ∙ 𝛼𝑎𝑏𝑠 − 𝐹′ ∙ 𝑘𝑆𝑆𝐸 ∙ (𝑇𝑠𝑟−𝑇𝑜𝑘
𝐺𝑔𝑙𝑜𝑏,𝛽) (3.3)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
15
Izraz za učinkovitost lahko napišemo tudi kot:
𝜂𝑆𝑆𝐸 ≅ 𝜂0 − 𝐾 ∙ 𝑇∗ (3.4)
kjer je:
𝜂0 − optimalna učinkovitost SSE
𝜂0 = 𝐹′ ∙ 𝜏𝑝𝑜𝑘𝑟𝑜𝑣 ∙ 𝛼𝑎𝑏𝑠 (3.5)
𝐾 − učinkovitost, ki je podana z naklonskim kotom premice, in ponazarja toplotne
izgube SSE
𝐾 = 𝐹′ ∙ 𝑘𝑆𝑆𝐸 (3.6)
𝑇∗ − nadtemperatura SSE
𝑇∗ = 𝑇𝑠𝑟−𝑇𝑜𝑘
𝐺𝑔𝑙𝑜𝑏,𝛽 (3.7)
V našem primeru imajo SSE z vakuumskimi cevmi učinkovitost 𝜂0 = 0,80.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
16
4. PASIVNA HIŠA
V tem poglavju so podrobneje predstavljeni izbrana tipska zgradba, uporabljeni materiali in
izračuni toplotnih izgub zgradbe.
4.1. Izbira tipske zgradbe
V nalogi obravnavamo enonadstropno pasivno hišo. Hiša ima vgrajeno ogrevanje s
ploskovnim ogrevanjem 35/28, prezračevanje prostora je z rekuperacijo, ki ima 80 %
izkoristek. Načrt pasivne hiše je podan v prilogi 1.
Splošni podatki:
– katastrska občina: Pobrežje in Bertoki;
– namembnost stavbe: stanovanjska hiša;
– ogrevana prostornina stavbe Ve = 238,18 m3;
– uporabna površina zgradbe Au = 105,75 m2;
– notranja temperatura T = 21 °C;
– vrsta zidu: lahka gradnja;
– delovanje ogrevanja je neprekinjeno v dneh, ko so temperature pod 15 °C.
4.2. Toplotne izgube pasivne hiše
Toplotne izgube pasivne hiše smo izračunali s pomočjo programskega orodja URSA. Tip
konstrukcijskih materialov za zunanje stene, streho in temeljno ploščo smo poiskali na
spletni strani podjetja Lumar [4]. Materiali morajo zagotavljati izgube hiše, manjše od 15
kWh/m2 letno. Plasti stene so prikazane na sliki 4.1, streha je prikazana na sliki 4.2.
Pridobljene vrednosti toplotnih izgub neprosojnih površin zgradbe so prikazane v
preglednici 4.1.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
17
Slika 4.1: Konstrukcija stene Lumar PASIVE EKO [4]
Slika 4.2: Konstrukcija strehe Lumar PASIVE [4]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
18
Preglednica 4.1: Neprozorne površine
Oznaka Orientacija Naklon
[°]
Ploščina
[m2]
U
[W/m2K]
Toplotne
izgube
[W/K]
Streha
sever
S 45 41,51 0,099 4,11
Streha
jug
J 45 51,33 0,099 5,08
Zidovi S 90 38,06 0,103 3,92
Zidovi V 90 37,09 0,103 3,82
Zidovi J 90 32,30 0,103 3,33
Zidovi Z 90 43,34 0,103 4,46
Temeljna
plošča
71,97 0,091 6,55
Vhodna
vrata
J 90 2,68 0,700 1,88
Skupaj 318,28 33,14
Okna in vrata smo poiskali na spletni strani podjetja AJM [5]. Leseno okno AJM pasiv 90
je primerno za pasivno gradnjo, zaradi majhne toplotne prevodnosti smo izbrali vrata serije
Classic. V preglednici 4.2. so prikazane vrednosti toplotnih izgub prozornih površin zgradbe.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
19
Preglednica 4.2: Prozorne površine Oznaka Orientacija Naklon
[°]
Ploščina
[m2]
U
[W/m2K]
Toplotne
izgube
[W/K]
Okna S 90 3,26 0,720 2,35
Okna V 90 2,20 0,720 1,54
Okna J 90 1,70 0,720 1,19
Vrata V 90 4,15 0,700 2,91
Skupaj 11,41 7,99
Transmisijske toplotne izgube skozi zunanji ovoj:
𝐻𝑇 = 41,13𝑊
𝐾
Pasivno hišo prezračujemo z rekuperacijo, pri čemer ima sistem 80-odstotni izkoristek.
Toplotne izgube v hiši zaradi prezračevanja:
𝐻𝑉 = 6,48𝑊
𝐾
Iz tega sledi, da je koeficient skupnih specifičnih toplotnih izgub:
𝐻 = 𝐻𝑇 + 𝐻𝑉 = 41,13𝑊
𝐾+ 6,48
𝑊
𝐾= 47,61
𝑊
𝐾 (4.1)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
20
S pomočjo programskega orodja URSA smo izračunali tudi sončne in notranje dobitke, ki
jih bomo potrebovali pri izračunih za potrebno toploto ogrevanja hiše. Notranje dobitke smo
dobili s pomočjo poenostavljene metode (4 W/m2 na enoto uporabne površine). Podatki za
Maribor in Bertoke so podani v preglednici 4.3.
Preglednica 4.3: Sončni in notranji dobitki
Maribor Bertoki
Mesec Sončni dobitki
[kWh]
Notranji dobitki
[kWh]
Sončni dobitki
[kWh]
Notranji dobitki
[kWh]
Januar 48 315 55 315
Februar 65 284 71 284
Marec 89 315 100 415
April 106 305 115 420
Maj 60 152 22 73
Junij 0 0 0 0
Julij 0 0 0 0
Avgust 0 0 0 0
September 30 91 0 0
Oktober 72 315 41 152
November 47 305 53 305
December 41 315 45 315
Skupaj 559 2.396 501 2.041
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
21
5. POSTOPKI IZRAČUNOV OGREVANJA PASIVNE HIŠE
5.1. Ogrevanje prostorov in STV
Po pridobitvi podatkov o toplotnih izgubah zgradbe nas je zanimala potrebna toplota za
ogrevanje prostorov in STV. Ogrevanje prostorov se izvaja, ko so temperature zunaj nižje
od 15 °C, medtem ko ogrevanje STV poteka vse leto. Dnevno potrebo po toploti smo
izračunali po enačbi:
𝑄𝑁𝐻/𝑑𝑎𝑛 =24∙𝐻(𝑇𝑁−𝑇𝑍)
1000 (5.1)
kjer je:
𝐻 [𝑊
𝐾] − koeficient specifične toplotne izgube (47,61 W/K)
𝑇𝑁 [𝐾] − temperatura prostorov (21 °C)
𝑇𝑍 [𝐾] − temperatura okolice
Povprečne dnevne temperature od leta 2000 do leta 2012 za Maribor in Portorož smo dobili
na spletni strani Agencije Republike Slovenije za okolje (ARSO) [6]. Temperature za
Portorož bomo upoštevali pri izračunih za Bertoke. Kot je razvidno iz diagrama na sliki 5.1,
so največje potrebe po toploti v januarju, sledi december.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
22
Slika 5.1: Povprečne mesečne temperature za Portorož in Maribor od leta 2000 do
leta 2012
Na osnovi povprečnih dnevnih temperatur smo iz enačbe (5.1) izračunali potrebno dnevno
toploto za ogrevanje, ki pa smo ji odšteli dnevne dobitke zaradi sončnega obsevanja in
dnevne notranje dobitke. Sončne in notranje dobitke smo pridobili v programu URSA
(preglednica 4.3), kjer so bili podani mesečni dobitki, zato smo te vrednosti delili s številom
dni v mesecu in tako dobili povprečne dnevne sončne ter notranje dobitke za posamezni
mesec. Tako letna potreba po toploti za ogrevanje znaša:
– za Maribor: 𝑄𝑁𝐻,𝐶𝐸𝐿 = 1.265 𝑘𝑊ℎ,
– za Bertoke: 𝑄𝑁𝐻,𝐶𝐸𝐿 = 640 𝑘𝑊ℎ.
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Tem
per
atu
ra [
°C]
Meseci v letu
Povprečne mesečne temeperature od leta 2000 do leta 2012
Maribor
Portorož
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
23
Slika 5.2: Potrebna toplota za ogrevanje pasivne hiše v Mariboru in pri Bertokih
Na sliki 5.3 je podrobneje prikazana potreba po toploti za posamezne dni v najhladnejšem
mesecu v letu, v januarju.
Slika 5.3: Potreba po toploti za ogrevanje v januarju
Toplota pa ni potrebna samo za ogrevanje bivalnih prostorov, ampak tudi za STV. Potrebno
toploto za STV smo izračunali po predpostavki, da vsak v tričlanskem gospodinjstvu porabi
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Jan Feb Mar Apr Sep Okt Nov Dec
[kW
h]
Potreba po toploti za ogrevanje
Maribor
Bertoki
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
KW
h
Potrebna toplota za ogrevanje v januarju
Bertoki
Maribor
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
24
približno 50 L STV vsakodnevno. Temperaturo vode pri izstopu iz HT smo predpostavili na
60 °C, medtem ko voda v HT vstopa s 15 °C.
Enačba za izračun letne porabe STV:
𝑉 = 𝑑𝑛𝑒𝑣𝑛𝑎 𝑝𝑜𝑟𝑎𝑏𝑎 [𝐿] ∙ š𝑡𝑒𝑣𝑖𝑙𝑜 𝑑𝑛𝑖 = 150 ∙ 365,25 = 54.788 𝐿 = 54,79 𝑚3
(5.2)
Enačba za izračun letne potrebne energije za ogrevanje STV:
𝑄𝑆𝑇𝑉 =𝑐𝑝 ∙ 𝑉 ∙ 𝜌 ∙ ∆𝑇
3600=
4,1785 ∙ 54,79 ∙ 993,2 ∙ 37,5
3600= 2.370 𝑘𝑊ℎ (5.3)
kjer je:
𝑐𝑝 [𝑘𝐽
𝑘𝑔𝐾] − specifična toplota vode pri 37,5 °C = 4,1785 kJ/kgK
𝜌 [𝑘𝑔
𝑚3] − gostota vode pri 37,5 °C = 993,2 kg/m3
∆𝑇 [𝐾] − razlika temperature vstopne in izstopne vode (37,5 K)
Potrebna toplota STV je konstantna skozi vse leto za Maribor in Portorož, letno znaša 2370
kWh. Skupna letna potreba po toploti za ogrevanje in STV je:
- za Maribor:
𝑄𝐶𝐸𝐿 = 𝑄𝑁𝐻 + 𝑄𝑆𝑇𝑉 = 1.265 + 2.370 = 3.635 𝑘𝑊ℎ, (5.4)
- za Bertoke:
𝑄𝐶𝐸𝐿 = 𝑄𝑁𝐻 + 𝑄𝑆𝑇𝑉 = 640 + 2.370 = 3.010 𝑘𝑊ℎ. (5.4)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
25
Na sliki 5.4 je prikazana skupna potrebna toplota za ogrevanje in pripravo STV za Maribor
in Bertoke. Izbrali smo mesec januar, saj je takrat potreba po toploti največja, prav tako je v
januarju največja razlika potrebne toplote (157 kWh) med lokacijama.
Slika 5.4: Skupna potreba po toploti za mesec januar
5.2. Izračun potrebne toplotne moči
Ker bomo solarni toplotni sistem primerjali z drugimi viri energije, je treba izračunati
toplotno moč, ki jo dobimo ob upoštevanju letnega toplotnega primanjkljaja, ki je podan pri
izračunih toplotnih izgub v programu URSA. Enačba toplotne moči:
𝑃𝐻 =∆𝜃ℎ∙𝑄𝐶𝐸𝐿
24∙𝑡𝑝 (5.5)
kjer je:
∆𝜃ℎ [𝐾] − projektna temperaturna razlika
𝑄𝐶𝐸𝐿 [𝑊ℎ] − toplota za ogrevanje in STV
𝑡𝑝 [𝐾
𝑑𝑛𝑖] − temperaturni primanjkljaj za kraj, kjer stoji pasivna hiša
576
419
kWh
Skupna potreba po toploti za januar
Maribor Bertoki
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
26
Potrebna toplotna moča za:
- Maribor:
𝑃𝐻 =∆𝜃ℎ∙𝑄𝐶𝐸𝐿
24∙𝑡𝑝=
37∙3635
24∙3100= 1,808 𝑘𝑊,
- Bertoke:
𝑃𝐻 =∆𝜃ℎ∙𝑄𝐶𝐸𝐿
24∙𝑡𝑝=
25∙3010
24∙2100= 1,493 𝑘𝑊.
5.3. Izračuni globalnega obsevanja sonca na vodoravno površino
Podatke o povprečnem dnevnem sončnem obsevanju za Maribor in Bertoke za obdobje od
leta 2000 do leta 2015 smo pridobili na ARSU [6]. Pri tem smo za Bertoke upoštevali sončno
obsevanje Portoroža. Na osnovi teh podatkov smo izračunali povprečno dnevno energijo
sončnega obsevanja, ki pade na vodoravno površino. Na sliki 5.5 je prikazano globalno
sončno obsevanje za Maribor in Bertoke v mesecih, ko je obsevanje najšibkejše, medtem ko
je na sliki 5.6 prikazano za meseca julij in avgust, ko je obsevanje najbolj aktivno. Primerjava
obeh grafikonov pokaže, da je razlika globalnega sončnega obsevanja na vodoravno ploskev
med zimskima in poletnima mesecema tudi do več kot štirikrat večje; to velja za obe lokaciji.
Na sliki 5.5 za Maribor izstopa dvajseti dan v decembru; podrobnejši pregled podatkov je
pokazal, da je bil povprečno najbolje obsijan dan v mesecu v zadnjih 15 letih. Povprečno
globalno sončno obsevanje na vodoravno površino je bilo 1485 Wh/m2, kar je več kot 300
Wh/m2 od ostalih dni v decembru glede na povprečje.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
27
Slika 5.5: Globalno sončno obsevanje na horizontalno površino v najšibkejših
mesecih
Slika 5.6: Globalno sončno obsevanje na horizontalno površino v najaktivnejših
mesecih
Povprečno urno obsevanje za vsaki mesec smo povzeli po knjigi Varstvo okolja in
Obnovljivi viri energije [1]. Podatki za mesec december, ko je obsevanje najšibkejše in za
mesec julij, ko je obsevanje najbolj aktivno so prikazani na sliki 5.7. Iz slik, 5.5, 5.6 in 5.7
500
700
900
1100
1300
1500
1700
1 6 11 16 21 26 31
Wh
/m2
Dan v mesecu
Globalno sončno obsevanjena vodoravno površino
Januar Maribor
December Maribor
Januar Bertoki
December Bertoki
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
1 6 11 16 21 26 31
Wh
/m2
Dan v mesecu
Globalno sončno obsevanje na vodoravno površino
Julij Maribor
Avgust Maribor
Julij Bertoki
Avgust Bertoki
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
28
je razvidno, da je globalno sončno obsevanje na vodoravno površino večje za Bertoke, kar
lahko pripišemo boljšim vremenskim pogojem (manj oblačnosti).
Slika 5.7: Povprečno globalno urno sončno obsevanje na horizontalni površini
5.4. Izračun optimalnega naklona SSE
Da bi energijo sonca izkoristili najbolj optimalno, smo kot višine sonca izračunali po enačbi
(2.2). Dnevni kot sonca ob poldnevu je prikazan na sliki 5.8.
Slika 5.8: Višina sonca ob poldnevu
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 5 10 15 20
Wh
/m2
Ura
Povrečno globalno urno obsevanje vodoravne površine
December Maribor
December Bertoki
Junij Maribor
Julij Bertoki
15
25
35
45
55
65
75
1 51 101 151 201 251 301 351
α[°
]
Dan v letu
Višina sonca ob 12 uri
Maribor
Bertoki
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
29
Iz pridobljenih podatkov o energiji sončnega obsevanja na robu atmosfere in podatkov o
dnevni energiji sončnega obsevanja smo nadaljevali izračune po enačbi (2.10) za faktor
prepustnosti ozračja 𝐾𝑇.
𝐾𝑇 =𝐻𝑔𝑙𝑜𝑏,𝑜
𝐻𝑒𝑥,𝑜 (2.10)
Razmerje med difuznim in globalnim dnevnim sončnim obsevanje smo dobili iz enačbe
(2.14) po Liu in Jordanovi korelaciji, v katero smo vstavili zgoraj dobljeni faktor
prepustnosti ozračja. Ob podani globalni komponenti dnevnega sončnega obsevanja smo
nato izračunali difuzijsko komponento:
𝐻𝑑𝑖𝑓,𝑜
𝐻𝑔𝑙𝑜𝑏,𝑜= 1,390 − 4,027 ∙ 𝐾𝑇 + 5,531 ∙ 𝐾𝑇
2 − 3,108 ∙ 𝐾𝑇3 (2.14)
Sončno obsevanje na vodoravno površino je sestavljeno iz difuzijske in globalne
komponente, tako da smo direktno sončno obsevanje izračunali po enačbi (2.15).
𝐻dir,o = 𝐻glob,o − 𝐻dif,o (2.15)
Na sliki 5.9 je prikazano povprečno mesečno difuzijsko in globalno obsevanje na
horizontalni površini. Zaradi zemljepisne širine je sončno obsevanje v Bertokih, posebej v
poletnih mesecih, aktivnejše.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
30
Slika 5.9: Povprečno mesečno direktno in difuzno obsevanje
Po pridobljenih podatki za sončno obsevanje na vodoravni površini smo izračun nadaljevali
za poljubno ploskve, v našem primeru SSE. Dnevno sončno obsevanje poljubne ploskve smo
dobili po enačbi (2.20). Potrebne razmernike smo izračunali po enačbah (2.17), (2.18) in
(2.19), iz preglednice 2.4 pa smo določili albedo okolice za posamezne mesece.
Za Maribor je bilo obsevanje najbolj optimalno na poljubno ploskev pri 80° naklonu SSE,
medtem ko je optimalnost naklona SSE za Bertoke 75°. Na sliki 5.10 so prikazani podatki
za Maribor v najmanj in najbolj aktivnih mesecih sončnega obsevanja. Zaradi naklona 80°
razlike med meseci niso tako velike, kot če bi bil naklon manjši. Enako so na sliki 5.11
prikazani podatki za Bertoke.
15000
35000
55000
75000
95000
115000
135000
155000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Wh
/m2
Meseci
Povprečno mesečno obsevanje
Hdir,0 Maribor
Hdif,0 Maribor
Hdif,0 Bertoki
Hdir,0 Bertoki
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
31
Slika 5.10: Globalno sončno obsevanje SSE za Maribor
Slika 5.11: Globalno sončno obsevanje SSE za Bertoke
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
0 5 10 15 20 25 30
Wh
/m2
Dan
Globalno sončno obsevanje nagnjene površine za kot 80° (Maribor)
Januar
December
Julij
Avgust
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
0 5 10 15 20 25 30
Wh
/m2
Dan
Globalno sončno obsevanje nagnjene površine za kot 75° (Bertoki)
Janura
December
Julij
Avgust
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
32
5.5. Izračuni za pridobljeno toploto SSE
Ker ogrevamo prostore (samo v dnevih, ko so temperature nižje od 15 °C) in STV s SSE
skozi vse leto, tudi v hladnejših mesecih, smo izbrali SSE z vakuumskimi cevmi. Potrebni
podatki za izračun:
𝜂0 = 0,8
𝑘𝑆𝑆𝐸 = 1 𝑊
𝑚2𝐾
𝐹′ = 0,95
Podatke smo nato vstavili v enačbo (3.4).
𝜂𝑆𝑆𝐸 ≅ 𝜂0 − 𝐾 ∙ 𝑇∗
𝜂𝑆𝑆𝐸 ≅ 𝜂0 − 𝑇′ ∙ 𝑘𝑆𝑆𝐸 ∙ (𝑇𝑠𝑟−𝑇𝑜𝑘𝐻𝑔𝑙𝑜𝑏,𝛽
𝑛
) (3.4)
kjer je:
𝑇𝑠𝑟 [𝐾] − srednja temperatura tekočine v sistemu (44 °C)
𝑇𝑜𝑘 [𝐾] − temperatura okolice
𝐻𝑔𝑙𝑜𝑏,𝛽 [𝑊ℎ
𝑚2 ] − globalno obsevanje sonca na ravnino SSE
Pridobljeno toploto SSE posebej za vsak dan smo tako dobili iz enačbe:
𝑄𝑆𝑆𝐸 = 𝜂𝑆𝑆𝐸 ∙ 𝐻𝑔𝑙𝑜𝑏,𝛽 (5.6)
Mesečna toplota na m2 SSE za Maribor in za Bertoke je prikazana na sliki 5.12.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
33
Slika 5.12: Dobljena toplota SSE na m2
5.6. Končni izračuni
Absolutno toploto SSE dnevno smo izračunali tako, da smo pridobljeno toploto SSE na m2
površine pomnožili z optimalno potrebno površino SSE za Maribor in za Bertoke:
𝑄𝐴𝐵𝑆 = 𝑄𝑆𝑆𝐸 ∙ 𝐴𝑆𝑆𝐸 (5.7)
Potrebno površino SSE (neto površina SSE) za Maribor in Bertoke ter velikost zalogovnika
smo pridobili na osnovi analiz in izračunov zgoraj. Zaradi velikega števila podatkov smo za
analize in izračune uporabili program Excel. Do končnih izračunov smo prišli s primerjavo
različnih podatkov, med katerimi smo nato izbrali najbolj optimalne. Na osnovi analiz smo
pridobili naslednje podatke:
- za Maribor:
𝐴𝑆𝑆𝐸 = 14 m2
𝑉𝐻𝑇 = 1917 L;
- za Bertoke:
𝐴𝑆𝑆𝐸 = 5,6 m2
𝑉𝐻𝑇 = 962 L.
0
20
40
60
80
100
120
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
/m2
Mesec
Toplota SSE
Maribor
Bertoki
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
34
Pri izračunu optimalne površine SSE in volumna HT smo si pomagali z enačbo za izračun
dobitkov oziroma primanjkljaja dnevne toplote. Podan je z enačbo:
𝑄 = (𝑄𝐴𝐵𝑆 − 𝑄𝐶𝐸𝐿) ∙ 3600 (5.8)
kjer je:
𝑄 [ 𝐽] − dobitek oziroma primanjkljaj toplote
𝑄𝐴𝐵𝑆 [𝑊ℎ] − absolutna toplota SSE
𝑄𝐶𝐸𝐿[𝑊ℎ] − celotne izgube toplote
Na sliki 5.13 je prikazana količina vode v HT za Maribor in za Bertoke. V dneh, ko prek
SSE ne prejmemo dovolj potrebne toplote za ogrevanje hiše in STV, toploto zagotavlja
zbrana toplota v HT. Predpostavili smo, da sistem za ogrevanje deluje, ko je v HT več kot
10 % tople vode. V naših primerih sistema delujeta nemoteno.
Slika 5.13: Količina tople vode v HT čez leto
0
500
1000
1500
2000
1 51 101 151 201 251 301 351
[L]
Dan v letu
Količina tople vode v HT
Maribor
Bertoki
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
35
6. IZRAČUN IN PRIMERJAVA STROŠKOV OGREVANJA
Ceno investicije v solarni toplotni sistem smo primerjali s ceno investicije v ogrevanje na
toplotno črpalko zrak - voda in s toplotnim sistemom na kurilno olje. V nadaljevanju so
podani izračuni investicije in stroški ogrevanja za posamezne sisteme.
6.1. Solarni toplotni sistem
Osnovni stroški investicije v solarni toplotni sistem so podani v preglednici 6.1 za Maribor
in v preglednici 6.2 za Bertoke. Podrobnejša sestava stroškov je podana v predračunih, ki sta
v prilogi 2 za Maribor in v prilogi 3 za Bertoke. Pri končni ceni smo upoštevali tudi
subvencijo Eko sklada, ki znaša 200,00 € na m2 za vakuumske SSE [7].
Preglednica 6.1: Cena investicije solarnega toplotnega sistema za Maribor
Vrsta blaga/storitev Količina Cena
[€]
Znesek
[€]
Hranilnik toplote Vaillant all Stor
exclusive VPS 2000/3-7
1 2.299,00 2.299,00
Motorni pogon mešalnih ventilov Seltron
AVC05 + 3P-1
2 116,00 232,00
Črpalka Grundfos UPS 25-60 3 119,00 357,00
Raztezna posoda ventil servisni 3/4 1 250,00 250,00
Sprejemniki sončne energije GL100-16-
AS 2,9m2
5 2.059,00 10.295,0
0
Regulator ogrevanja Seltron Promatic
WDC-20 + tipala
1 357,00 357,00
Montaža 1 1.400,00 1.400,00
Ostali deli 1 2.117,77 2.117,77
Popust 1.139,01
DDV 1.536,03
Skupaj 17.704,79
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
36
Subvencija 14 200,00 2.800,00
Končna cena 14.904,79
Preglednica 6.2: Cena investicije solarnega toplotnega sistema za Bertoke
Vrsta blaga/storitev Količina Cena
[€]
Znesek
[€]
Hranilnik toplote Vaillant all Stor
exclusive VPS 1000/3-7
1 1.489,00 1.489,00
Motorni pogon mešalnih ventilov Seltron
AVC05 + 3P-1
2 116,00 232,00
Črpalka Grundfos UPS 25-60 3 119,00 357,00
Raztezna posoda ventil servisni 3/4 1 250,00 250,00
Sprejemniki sončne energije GL100-16-
AS 2,9m2
2 2.059,00 4.118,00
Regulator ogrevanja Seltron Promatic
WDC-20 + tipala
1 357,00 357,00
Montaža 1 1.400,00 1.400,00
Ostali deli 1 2.117,77 2.117,77
Popust 644,85
DDV 900,21
Skupaj 10.376,13
Subvencija 5 200,00 1.000,00
Končna cena 9.376,13
Končni ceni solarnega toplotnega sistema moramo prišteti še letne stroške vzdrževanja, ki
jih ocenimo na 1 % začetne vrednosti investicije, in znašajo 149,00 €/leto za Maribor in
93,76 €/leto za Bertoke. Ceno električne energije za pogon črpalke zanemarimo.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
37
6.2. Toplotna črpalka zrak - voda
Toplotna črpalka, ki smo jo izbrali za primerjavo s solarnim toplotnim sistemom, je
Weishaupt WWP L5. Deluje na sistem zrak - voda in ima moč 5 kW. Stroški investicije v
toplotno črpalko so prikazani v preglednici 6.3, podrobneje pa v prilogi 4. Pri končni ceni
upoštevamo tudi subvencijo Eko sklada, ki znaša 1.000,00 € [7].
Preglednica 6.3: Cena investicije za toplotno črpalko zrak - voda
Vrsta blaga/storitev Količina Cena
[€]
Znesek
[€]
Toplotna črpalka Weishaupt WWP
L5 + 200 L bojler
1 5.920,00 5.920,00
Lovilec nesnage Dirtmag 1 120,00 120,00
Raztezna posoda 35 L Zilmet 1 44,00 44,00
Ostali deli 1 788,35 788,35
Montaža 1 1.100,00 1.100,00
Zagon 1 280,00 280,00
Popust 460,14
DDV 740,26
Skupaj 8.532,47
Subvencija 1.000,00
Končna cena 7.532,47
Pri delovanju toplotne črpalke, za razliko od solarnega toplotnega sistema, nastajajo
obratovalni stroški. Pri izračunu obratovalnih stroškov smo upoštevali, da se potreba po
toploti mesečno spreminja, zaradi različnih zunanjih temperatur pa se spreminja tudi grelno
število (COP), kar vpliva na porabo električne energije na enoto pridobljene toplote. Poraba
električne energije in COP sta odvisni tudi od namena uporabe toplotne črpalke, za ogrevanje
prostorov ali za ogrevanje STV. Podatke o COP smo pridobili v navodilih za uporabo
toplotne črpalke in so prikazani na grafu slike 6.1 [8].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
38
Odčitane podatke o COP glede na zunanjo temperaturo in temperaturo izstopajoče vode, 35
°C za ogrevanje prostorov in 55 °C za ogrevanje STV, smo uporabili za izračun električne
energije, ki smo jo dobili tako, da smo potrebno energijo po toploti delili s COP. Izračuni so
prikazani v preglednicah 6.4 in 6.5 za Maribor ter 6.6 in 6.7 za Bertoke.
Slika 6.1: Graf grelnega števila v odvisnosti od temperature vstopnega zraka v sistem
[8]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
39
Preglednica 6.4: Poraba električne energije za ogrevanje prostorov (Maribor)
Mesec
Qogr
[kWh]
Tsr
[°C]
COP ogr Qel, ogr
[kWh]
Januar 374,99 0 3,4 110,29
Februar 277,49 2 3,6 77,08
Marec 104,39 7 4 26,10
April 0 12 / 0
Maj 0 17 / 0
Junij 0 20 / 0
Julij 0 22 / 0
Avgust 0 21 / 0
September 0,58 16 4,9 0,12
Oktober 9,36 11 4,5 2,08
November 151,91 6 3,9 38,95
December 346,46 1 3,5 98,99
Skupaj 1.265,18
353,61
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
40
Preglednica 6.5: Poraba električne energije za ogrevanje STV (Maribor)
Mesec QSTV
[kWh]
Tsr
[°C]
COP STV Qel, STV
[kWh]
Januar 201,16 0 2 100,58
Februar 183,31 2 2,2 83,32
Marec 201,16 7 2,6 77,37
April 194,67 12 2,9 67,13
Maj 201,16 17 3,1 64,89
Junij 194,67 20 3,2 60,83
Julij 201,16 22 3,3 60,96
Avgust 201,16 21 3,2 62,86
September 194,67 16 3 64,89
Oktober 201,16 11 2,8 71,84
November 194,67 6 2,5 77,87
December 201,16 1 2,1 95,79
Skupaj 2.370,09
888,33
Seštevek potrebne električne energije za ogrevanje prostorov in STV za Maribor je 1.241,94
kWh/leto. Za izračun cene ogrevanja upoštevamo ceno električne energije, ki je z vsemi
prispevki 0,13 €/kWh [9]. Letni strošek ogrevanja električne energije za Maribor tako znaša:
𝑆𝑇𝑅𝐸𝐿. 𝐸𝑁𝐺. = 1.241,94 ∙ 0,13 = 161,45 €/𝑙𝑒𝑡𝑜 (6.1)
Strošku električne energije moramo prišteti še stroške vzdrževanja, ki jih ocenimo na 1,5 %
investicije v toplotno črpalko, in znašajo 112,99 €/leto. Skupni obratovalni stroški tako
znašajo:
𝑆𝑇𝑅𝑂𝐵𝑅 = 161,45 + 112,99 = 274,44 €/𝑙𝑒𝑡𝑜 (6.2)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
41
Preglednica 6.6: Poraba električne energije za ogrevanje prostorov (Bertoki)
Mesec Qogr
[kWh]
Tsr
[°C]
COP ogr Qel, ogr
[kWh]
Januar 218,11 4 3,7 58,95
Februar 175,87 5 3,8 46,28
Marec 37,1 9 4,3 8,63
April 0 13 / 0
Maj 0 18 / 0
Junij 0 22 / 0
Julij 0 24 / 0
Avgust 0 23 / 0
September 0 18 / 0
Oktober 13,73 14 4,7 2,92
November 25,63 10 4,4 5,83
December 169,05 6 3,9 43,34
Skupaj 639,49
165,95
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
42
Preglednica 6.7: Poraba električne energije za ogrevanje STV (Bertoki)
Mesec QSTV
[kWh]
Tsr
[°C]
COP STV Qel, STV
[kWh]
Januar 201,16 4 2,3 87,46
Februar 183,31 5 2,4 76,38
Marec 201,16 9 2,7 74,50
April 194,67 13 2,9 67,13
Maj 201,16 18 3,1 64,89
Junij 194,67 22 3,2 60,83
Julij 201,16 24 3,4 59,16
Avgust 201,16 23 3,3 60,96
September 194,67 18 3,1 62,80
Oktober 201,16 14 3,0 67,05
November 194,67 10 2,8 69,52
December 201,16 6 2,5 80,46
Skupaj 2.370,09
831,15
Enako kot za Maribor tudi za Bertoke seštejemo letno porabo električne energije za
ogrevanje prostorov in STV, ki znaša 997,1 kWh/leto. Letni strošek ogrevanja električne
energije za Bertoke je:
𝑆𝑇𝑅𝐸𝐿. 𝐸𝑁𝐺. = 997,1 ∙ 0,13 = 129,62 €/𝑙𝑒𝑡𝑜 (6.1)
Strošku električne energije prištejemo še stroške vzdrževanja, kar nam poda skupne
obratovalne stroške:
𝑆𝑇𝑅𝑂𝐵𝑅 = 129,62 + 112,99 = 242,61 €/𝑙𝑒𝑡𝑜 (6.2)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
43
6.3. Toplotni sistem na kurilno olje
Osnovni sestavni deli sistema so podani v preglednici 6.8, podrobneje pa ga opisuje
predračun v prilogi 5. Glavni del toplotnega sistema na kurilno olje je kotel Viadrsu, ki ima
izkoristek η = 0,93 – 0,95 [10]. Zaradi majhnih toplotnih izgub pasivne hiše kotel ne deluje
optimalno, kar zmanjša izkoristek. V izračunih smo predvideli 85 % izkoristek v času
ogrevalne sezone, ko ogrevamo bivalne prostore in STV. Izven ogrevalne sezone ogrevamo
samo STV, zato je obseg delovanja kotla še manjši, s tem pa tudi izkoristek kotla, ki ga
ocenimo na 60 %.
Preglednica 6.8: Cena investicije za toplotni sistem na kurilno olje
Vrsta blaga/storitev Količina Znesek
[€]
Kotel Viadrus G50/E 50/20 1 /
Oljni gorilnik Hansa HVS 1 /
Črpalka Grundfos Alpha-2 L 1 /
Cisterna PVC NAU Quadro 750 L 1 /
Bojler Lentherm OWL 200 L 1 /
Ostali deli 1 /
Skupaj 1 2.800,00
Montaža 1 700,00
DDV 332,50
Končna cena 3.832,50
Za delovanje kotla je potrebno kurilno olje. Letno ceno ogrevanja prostorov in STV s
kurilnim oljem smo izračunali po preoblikovanju naslednje enačbe:
𝑄𝐶𝐸𝐿 = 𝐻𝑖 ∙ 𝑚 ∙ 𝜂 (6.3)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
44
- za Maribor:
𝑚 = 𝑄𝐶𝐸𝐿
𝐻𝑖 ∙ 𝜂=
𝑄𝑂𝐺𝑅.𝑂𝐵𝐷.
𝐻𝑖 ∙ 𝜂1+
𝑄𝑆𝑇𝑉
𝐻𝑖 ∙ 𝜂2=
9,513 ∙ 103
41,2 ∙ 0,85+
3,574 ∙ 103
41,2 ∙ 0,60= 416,22 𝑘𝑔
- za Bertoke:
𝑚 = 𝑄𝐶𝐸𝐿
𝐻𝑖 ∙ 𝜂=
𝑄𝑂𝐺𝑅.𝑂𝐵𝐷.
𝐻𝑖 ∙ 𝜂1+
𝑄𝑆𝑇𝑉
𝐻𝑖 ∙ 𝜂2=
6,560 ∙ 103
41,2 ∙ 0,85+
4,275 ∙ 103
41,2 ∙ 0,60= 360,26 𝑘𝑔
kjer je:
𝑄𝐶𝐸𝐿 [𝐽] − letna energija ogrevanja prostorov in STV
𝑄𝑂𝐺𝑅.𝑂𝐵𝐷, 𝑀𝐴𝑅𝐼𝐵𝑂𝑅 = 2.642,46 𝑘𝑊ℎ = 9,513 𝐺𝐽
𝑄𝑆𝑇𝑉, 𝑀𝐴𝑅𝐼𝐵𝑂𝑅 = 992,81 𝑘𝑊ℎ = 3,574 𝐺𝐽
𝑄𝑂𝐺𝑅.𝑂𝐵𝐷, 𝐵𝐸𝑅𝑇𝑂𝐾𝐼 = 1.822,10 𝑘𝑊ℎ = 6,560 𝐺𝐽
𝑄𝑆𝑇𝑉, 𝐵𝐸𝑅𝑇𝑂𝐾𝐼 = 1.187,48 𝑘𝑊ℎ = 4,275 𝐺𝐽
𝐻𝑖 [J
𝑘𝑔] – kurilna vrednost kurilnega olja
𝐻𝑖 = 41,2 𝑀𝐽/𝑘𝑔 [3]
𝜂 − izkoristek
Volumen goriva smo izračunali iz pridobljene mase goriva, ki smo jo delili z gostoto
kurilnega olja:
𝑉 = 𝑚
𝜌 (6.4)
- za Maribor:
𝑉 = 𝑚
𝜌=
416,22
0,81= 513,85 𝐿
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
45
- za Bertoke:
𝑉 = 𝑚
𝜌=
360,26
0,81= 444,77 𝐿
kjer je:
𝑉 [𝐿] − volumen
𝜌 [𝑘𝑔
𝑚3] − gostota kurilnega olja
𝜌 = 810 𝑘𝑔
𝑚3 = 0,81 𝑘𝑔
𝐿− pri temperaturi 20 °C [3]
Maloprodajna cena kurilnega olja od 6. junija 2017 znaša 0,797 €/L [11]. Letni strošek
ogrevanja s kurilnim oljem tako znaša:
𝑆𝑇𝑅𝑂𝐺𝑅 = 𝑉 ∙ 𝑃𝐶 (6.5)
- za Maribor:
𝑆𝑇𝑅𝑂𝐺𝑅 = 𝑉 ∙ 𝑃𝐶 = 513,85 ∙ 0,797 = 409,54 €
- za Bertoke:
𝑆𝑇𝑅𝑂𝐺𝑅 = 𝑉 ∙ 𝑃𝐶 = 444,77 ∙ 0,797 = 354,48 €,
kjer je:
𝑃𝐶 [€] − prodajna cena kurilnega olja
Strošku ogrevanja s kurilnim oljem moramo prišteti še stroške vzdrževanja, ki jih ocenimo
na 3,5 % investicije v toplotni sistem na kurilno olje, in znašajo 134,14 €/leto. V strošek
vzdrževanja so všteti dimnikarska dejavnost, kontrola, čiščenje, nastavitve, popravilo itd.
Skupni obratovalni stroški tako znašajo:
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
46
- za Maribor:
𝑆𝑇𝑅𝑂𝐵𝑅 = 409,54 + 134,14 = 543,68 €/𝑙𝑒𝑡𝑜 (6.2)
- za Bertoke:
𝑆𝑇𝑅𝑂𝐵𝑅 = 354,48 + 134,14 = 488,62 €/𝑙𝑒𝑡𝑜 (6.2)
6.4. Ekonomska primerjava sistemov ogrevanja
Cena investicije v solarni toplotni sistem je zelo visoka v primerjavi z drugimi sistemi,
posebej v Mariboru, kjer je zaradi geografske lege potreben večji sistem. Da bi ugotovili, v
kolikšnem času bi se nam investicija v solarni toplotni sistem povrnila, smo stroške
obratovanja toplotne črpalke in toplotnega sistema na kurilno olje v prihodnjih letih
diskontirali ter odšteli od razlike investicije v primerjavi s solarnim toplotnim sistemom. Na
osnovi teh izračunov smo nato ocenili ekonomsko upravičenost solarnega sistema v
primerjavi s toplotno črpalko in ogrevalnim sistemom na kurilno olje. Primerjava stroškov
investicij je podana v preglednici 6.9 za Maribor in v preglednici 6.10 za Bertoke, medtem
ko so rezultati diskontiranja za Maribor podani v preglednicah 6.11 in 6.12, za Bertoke pa v
preglednicah 6.13 in 6.14.
Preglednica 6.9: Primerjava stroškov investicije za Maribor
Solarni
toplotni
sistem
Toplotna
črpalka zrak
- voda
Toplotni
sistem na
kurilno olje
Cena investicije 14.904,79 €* 7.532,47 €* 3.832,50 €
Razlika investicij / 7.372,32 € 11.072,29 €
Letni strošek obratovanja 149,00 € 274,44 € 543,68 €
Doba vračanja v letih > 40 > 40
(* s subvencijo)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
47
Preglednica 6.10: Primerjava stroškov investicije za Bertoke
Solarni
toplotni
sistem
Toplotna
črpalka zrak
- voda
Toplotni
sistem na
kurilno olje
Cena investicije 9.376,13 €* 7.532,47 €* 3.832,50 €
Razlika investicij / 1.843,66 € 5.543,63 €
Letni strošek obratovanja 93,76 € 242,61 € 488,62 €
Doba vračanja v letih 20 25
(* s subvencijo)
Diskontno stopnjo smo določili pri 5 %. Neto denarni tok investicije smo izračunali kot
razliko med sistemi ogrevanja in stroški ogrevanja, ki smo jih diskontirali. Nato smo vsako
leto zmanjšali razliko investicije za neto denarni tok tekočega leta in na osnovi tega ugotovili
potreben čas povrnitve investicije v solarni toplotni sitem.
Enačba diskontiranja je:
𝑁𝐷𝑇𝑖 = 𝑁𝐷𝑇𝑖−1
1+𝑝 (6.6)
kjer je:
p – diskontna stopnja
NDTi – diskontirani neto denarni tok tekočega leta
NDTi-1 – diskontirani neto denarni tok predhodnega leta
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
48
Preglednica 6.11: Diskontiranje stroškov ogrevanja s toplotno črpalko za Maribor
Leto Dobiček od stroškov ogrevanja
[€/leto]
Razlika v ceni
[€/leto]
0
–7.373,00
1 119,47 –7.253,53
2 113,78 –7.139,76
3 108,36 –7.031,40
4 103,20 –6.928,20
… … …
38 19,64 –5.257,09
39 18,71 –5.238,38
40 17,82 –5.220,56
Preglednica 6.12: Diskontiranje stroškov ogrevanja z ogrevalnim sistemom na
kurilno olje za Maribor
Leto Dobiček od stroškov ogrevanja
[€/leto]
Razlika v ceni
[€/leto]
0
–11.072,29
1 375,89 –10.696,40
2 357,99 –10.338,42
3 340,94 –9.997,48
4 324,70 –9.672,77
… … …
38 61,81 –4.414,87
39 58,87 –4.356,00
40 56,06 –4.299,94
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
49
Preglednica 6.13: Diskontiranje stroškov ogrevanja s toplotno črpalko za Bertoke
Leto Dobiček od stroškov ogrevanja
[€/leto]
Razlika v ceni
[€/leto]
0
-1.843,66
1 141,76 -1.701,90
2 135,01 -1.566,89
3 128,58 -1.438,30
4 122,46 -1.315,85
… … …
18 61,85 -103,66
19 58,90 -44,76
20 56,10 11,34
Preglednica 6.14: Diskontiranje stroškov ogrevanja ogrevalnega sistemom na kurilno
olje za Bertoke
Leto Dobiček od stroškov ogrevanja
[€/leto]
Razlika v ceni
[€/leto]
0
–5.543,63
1 376,06 –5.167,57
2 358,15 –4.809,42
3 341,09 –4.468,33
4 324,85 –4.143,48
… … …
23 128,56 –217,53
24 122,43 –95,10
25 116,60 21,50
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
50
Zgornji izračuni nam povedo, da se v solarni toplotni sistem v Mariboru ne splača vlagati,
saj je investicije previsoka v primerjavi z drugimi toplotnimi sistemi. Investicija se nam ne
bi povrnila niti v 30 letih, kolikšna je pričakovana življenjska doba SEE [12]. Zaradi z vidika
sončnega obsevanja ugodnejše geografske lege je investicija v solarni toplotni sitem pri
Bertokih bolj smiselna, saj bi se v primerjavi z ogrevalnim sistemom na kurilno olje povrnila
v 25. letu obratovanja. V izračune niso vštete morebitne spremembe cene kurilnega olja na
trgu; to bi v primeru, da bi se olje podražilo, smiselnost investicije solarnega toplotnega
sistema še povečalo. V primerjavi s toplotno črpalko je investicija še bolj smiselna, saj bi se
nam povrnila že v 20. letu obratovanja, kar pomeni, da bi v 10 letih, če upoštevamo
predvideno življenjsko dobo SSE 30 let, privarčevali 2.680,95 €.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
51
7. SKLEP
Prizadevanja za zmanjševanje onesnaževanja okolja s toplogrednimi plini ni več samo borba
zelenih organizacij, ampak so postala strateški načrt večine držav, saj so negativne posledice
podnebnih sprememb v nekaterih delih sveta že vidne, lokalno prebivalstvo pa jih zelo
občuti. Velik korak v smeri zmanjševanja onesnaževanja okolja s toplogrednimi plini so
skoraj vse države naredile s podpisom sporazuma o podnebnih spremembah na Pariški
konferenci 14. decembra 2015. Pridobivanje energije iz obnovljivih virov energije se
globalno gledano vsako leto povečuje, v Sloveniji prednjači lesna biomasa. Poleg lesne
biomase je v Sloveniji v porastu tudi izkoriščanje sončne energije, katere izkoristki ob novih
tehnologijah so kljub slabemu vremenu in nizkim temperaturam vedno večji.
V diplomskem delu smo izračunali dnevne povprečne vrednosti sončnega obsevanja
na poševno ploskev, v našem primeru na sprejemnik sončne energije, in te vrednosti
pretvorili v pridobljeno toplotno energijo, ki jo skladiščimo v hranilniku toplote in jo
uporabljamo za ogrevanje pasivne hiše ter sanitarne tople vode. Vse skupaj smo cenovno
ovrednotili in primerjali z ostalimi viri energije za ogrevanje zgradb. Vse izračune smo
primerjali med dvema lokacijama, Mariborom in Bertoki. Rezultati so pokazali, da je
investicija v toplotni solarni sistem pri Bertokih v primerjavi s toplotnim sistemom na
kurilno olje ali toplotno črpalko smiselna. Začetna investicija za Maribor je v primerjavi z
drugimi sistemi previsoka in se ne povrne v predvidenem času obratovanja solarnega
toplotnega sistema. V primerjavi z drugimi toplotnimi sistemi pa je solarni toplotni sistem
okolju najprijaznejši, saj pri njegovem delovanju ne nastajajo toplogredni plini ali
kakršnikoli drugi negativni vplivi na okolje.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
52
8. VIRI
[1] S. Medved, P. Novak, Varstvo okolja in obnovljivi viri energije. Ljubljana: Fakulteta
za strojništvo, 2000.
[2] D. Papler, Osnove uporabe solarnih toplotnih in fotonapetostnih sistemov. Ljubljana:
Energetika marketing, 2012.
[3] B. Kraut, Krautov strojniški priročnik, 15. izdaja. Ljubljana: Littera picta, 2011.
[4] Lumar [Splet], Dosegljivo: http://www.lumar.si/ [Datum dostopa: 12. 6. 2017].
[5] AJM [Splet], Dosegljivo: http://www.ajm.si/ [Datum dostopa: 12. 6. 2017].
[6] Agencija Republike Slovenije za okolje [splet], Dosegljivo: http://www.arso.gov.si/
[Datum dostopa: 12. 6. 2017].
[7] Eko sklad [Splet], Dosegljivo: https://www.ekosklad.si/ [Datum dostopa: 12. 6. 2017].
[8] Weishaupt [Splet], Dosegljivo: http://www.weishaupt.si [Datum dostopa: 12. 6. 2017].
[9] Seltron [Splet], Dosegljivo: http://www.ogrevanja.si/ [Datum dostopa: 12. 6. 2017].
[10] Etiks [Splet], Dosegljivo: http://www.etiks.si/images/stories/Documenti/2017/G_50.
pdf [Datum dostopa: 12. 6. 2017].
[11] Petrol [Splet], Dosegljivo: http://www.petrol.si/za-dom/energija/kurilno-olje [Datum
dostopa: 12. 6. 2017].
[12] Bio planet [Splet], Dosegljivo: http://www.bioplanet.si/zeleni-kolektor [Datum
dostopa: 12. 6. 2017].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
53
Priloga 1: Načrt pasivne hiše
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
52
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
53
Priloga 2: Predračun za solarni toplotni sistem –
Maribor
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
54
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
55
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
56
Priloga 3: Predračun za solarni toplotni sistem –
Bertoki
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
57
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
58
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
59
Priloga 4: Predračun za toplotno črpalko zrak –
voda
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
60
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
61
Priloga 5: Predračun za toplotni sistem na kurilno
olje
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
62
Recommended