Energetski Sustavi Veljko Filipan

Seminar: ENERGETSKO CERTIFICIRANJE ZGRADA Seminar: ENERGETSKO CERTIFICIRANJE ZGRADA Koprivnica 22.11.2011.Koprivnica 22.11.2011.

HKIS

PREDAVA:prof. dr. sc. Veljko Filipan, dipl. ing. stroj.

1) FKIT Sveuilite u Zagrebu Fakultet kemijskog inenjerstva i tehnologije

Zavod za termodinamiku, strojarstvo i energetiku 2) HKIS Hrvatska komora inenjera strojarstva

Sekcija za energetsko certificiranje

ENERGETSKI SUSTAVI

2Seminar: ENERGETSKO CERTIFICIRANJE ZGRADA Seminar: ENERGETSKO CERTIFICIRANJE ZGRADA Koprivnica 22.11.2011.Koprivnica 22.11.2011.

HKIS

UVOD

Direktiva EPBD I (2002/91/EC od 16.12.2002.) i Direktiva EPBD II (2010/31/EU od 19.05.2010.) Europskog parlamenta i Vijea O energijskim (energetskim) znaajkama (svojstvima) zgrada

- promovira poboljanje uinkovitosti koritenja energije u zgradamaputem isplativih mjera uzimajui u obzir vanjske klimatske uvjete uz ouvanje zadovoljavajue kvalitete unutarnjeg zraka

Implementacija EPBD direktive u hrvatsko zakonodavstvo kroz niz zakona i tehnikih propisa te prihvaanjem niza europskih normi.

Uvode se:- energetski pregledi i energetsko certificiranje zgrada- energetski pregled kotlova za grijanje nazivne snage 20 kW i sustava za klimatizaciju nazivne snage 12 kW


HKIS

Pravilnik o ECZ propisuje da energetski pregled zgrade:

- obvezno ukljuuje i analize energetskih svojstava sustava grijanja i hlaenja, sustava klimatizacije i ventilacije i sustava za pripremu potrone tople vode,- ukljuuje i potrebna mjerenja gdje je to nuno za ustanovljavanje energetskog stanja i/ili svojstava,

Energetskim pregledom se utvruje: - nain koritenja energije - sustavi i mjesta na kojima su prisutni veliki gubici energije.

Cilj energetskih pregleda je:- utvrivanje uinkovitosti/neuinkovitosti potronje energije te - donoenje zakljuaka i preporuka za poveanje energetske uinkovitosti.


HKIS

ENERGETSKI SUSTAVI U ZGRADAMATehniki sustavi zgrada u kojima se troi energija:

- sustavi grijanja prostora- sustavi pripreme sanitarne tople vode (PTV)- sustavi hlaenja prostora- sustavi ventilacije, djelomine klimatizacije i klimatizacije- sustavi rasvjete- sustavi automatizacije i upravljanja- kuanski ureaji (tednjaci, hladnjaci, usisavai, pegle, )- uredska i openito ICT oprema (raunala, telefoni, televizori, )- ostala oprema zgrada (dizala, liftovi, pokretne stepenice, )

Udio potronje u pojedinim sustavima ovisi o vrsti zgrada, tehnikim karakteristikama, starosti zgrada, nainu gradnje, vanjskim klimatskim faktorima,


HKIS

Zgradarstvo ogroman potroa energijeAnalizama je meutim utvreno da postoji

i veliki potencijal uteda energije u zgradama


HKIS

Energetski sustavi u zgradi osim osnovne namjene (odravanje temperature i ostalih parametara ugodnog i zdravog rada i boravka) trebaju ispunjavati i sljedee zahtjeve:- sprjeavanje irenje poara- sprjeavanje ugroavanja okoline- ogranienje razine buke- sprjeavanje ozljeivanja korisnika- sprjeavanje prijenosa vibracija- osiguravanje racionalnog koritenja energije

Da bi se ouvala potrebna svojstva tehnikih sustava tijekom itavog ivotnog vijeka (vijeka trajanja sustava) oni se moraju odravati.

Odravanje energetskih sustava podrazumijeva:- redovite preglede sustava, u razmacima i na nain odreen projektom i pisanom izjavom izvoaa radova,- izvanredne preglede sustava nakon nekog izvanrednog dogaaja ili po inspekcijskom nadzoru.


HKIS

Energijaizvori, oblici i pretvorbe energije


HKIS

Uinkovitost pretvorbe energije:

toplinaulaznatoplinaizlazna aiskoristivrad

energija(ulazna)utroenaenergija(izlazna)aiskoriten +==en

ul

izlen Q

QW +=

Energetski sustav

Parne elektrane (konvencionalno izgaranje) 0,25 0,40 (0,45)

Plinske elektrane 0,20 0,35 (0,40)

Dizelske elektrane 0,35 0,45 (0,52)

Elektrane s kombiniranim procesom 0,45 0,55 (0,60)

Kogeneracijske elektrane 0,50 0,80 (0,90)

primjeri mogue energetske uinkovitosti nekih realnih energetskihsustava za pretvorbu kemijske energije goriva u elektrinu energiju:


HKIS

Tijek procesa koritenjaenergije kod plinske i elektro pei

Ukupna potronja energije jedne privatne kue

10


HKIS

SUSTAVI GRIJANJA

Osnovne komponente sustava

11


HKIS

Podjela sustava grijanja prema smjetaju izvora topline:

Pojedinana (lokalna) grijanja: izvor topline u grijanoj prostoriji

Centralna grijanja: izvor topline na jednom mjestu u graevini, etano grijanje = jedan ogrjevni ureaj po stanu u graevini s vie stanova

Daljinska grijanja: izvor topline u centralnoj toplani iz koje se snabdijeva jedna ili vie grupa graevina, stambeni blokovi ili gradske etvrti.

12


HKIS

Prednosti centralnih grijanja u odnosu na lokalna:- smanjen broj loita i dimnjaka i smanjeno zagaivanje okoline- nema prenoenja goriva i pepela u prostorima za boravak ljudi- vea ekonominost iskoritenja goriva- manji potreban prostor za smjetaj ogrjevnih tijela- manje posla pri opsluivanju

Prednosti daljinskih grijanja u odnosu na centralna grijanja: - vei stupanj korisnosti - mogunost koritenja jeftinijeg goriva - manje zagaenje okolia (bolja kontrola izgaranja, proiavanje

dimnih plinova) - manja opasnost od poara - vea sigurnost u radu - struno rukovanje i odravanje.

13


HKIS

Individualni sustavi

14


HKIS

toplozrano grijanje

15


HKIS

Centralni izvori kotloviPodjela kotlova:- prema mediju koji zagrijavaju: toplovodni, vrelovodni, parni, uljni- prema materijalu izrade: lijevani, elini, aluminijski, kombinirani- prema radnom nadtlaku: kotlovi niskog tlaka (120oC)- prema toplinskom uinku (snazi): mali, srednji, veliki (bez tono

odreenih granica; uobiajeno: mali do 50 kW, srednje 50 do 500 kW, a veliki iznad 500 kW)

- prema konstrukciji i vrsti goriva: kotao na kruta goriva, plinski kotao (kotao na plin), uljni kotao (kotao na loivo ulje), kombinirani npr. uljno-plinski kotao, elektrini kotao; u novije doba razvijeni su posebno kotlovi za biomasu: kotao na sjeku, pirolitiki kotao za brikete ili cjepanice, kotao za pelete, itd.

- prema izvedbi i nainu rada plamenika: kotao s atmosferskimplamenikom, kotao s ventilatorski plamenikom

- - postoji jo niz drugih moguih podjela kotlova

16


HKIS

kotao na pelete pirolitiki kotao na biomasu

Primjeri kotlova:

17


HKIS

plinski kotao s ventilatorom

18


HKIS

Prema uinkovitosti koritenja energije kotlovi se uobiajeno dijele na: standardne, niskotemperaturne, kondenzacijske

Standardni kotlovi obino rade s povienim temperaturama vode (od 70C do 90C); imaju manji stupanj korisnosti.

Niskotemperaturni kotlovi (NT kotlovi) mogu kontinuirano raditi i s temperaturom povratne vode t 35C. Osim u iznimnim sluajevima, ne dolazi do kondenzacije dimnih plinova na izmjenjivakim povrinama. Kod ovih se kotlova temperatura polazne vode i dimnih plinova sniavaju u skladu s krivuljom grijanja parcijalnim optereenjem, ime se smanjuju i gubici zraenja i pogonske pripravnosti. Stupanj korisnosti je vii od standardnih k.

Kondenzacijski kotlovi su kotlovi s iskoritavanjem latentne topline sadrane u plinovima izgaranja putem kondenzacije vodene pare. To su kotlovi s najviim stupnjem korisnosti.

19


HKIS

94/111=85% 108/111=97%

20


HKIS

Uinkovitost novih kotlova prema normama

21


HKIS

22


HKIS

23


HKIS

24


HKIS

Daljinski sustavi grijanja - omoguuju distribuciju toplinske energije na vee udaljenosti (gradske toplane i mini toplane gradskih etvrti).

Toplina se razvodi magistralnom mreom cjevovoda do grijanih objekata (zgrada). Uobiajeni reim vrelovodnog sustava je od 70/50 C (ljeti) do 120/80 C u standardnom zimskom reimu.

U zgradi se toplina transformira za potrebe sustava grijanja i PTV preko izmjenjivaa topline u toplinskim podstanicama.

25


HKIS

26


HKIS

Ogrjevna tijela - elementi sustava grijanja za neposredan prijenos topline na zrak i odravanje eljene temperatura prostora.

Individualni (pojedinani) izvori - grijanje prostora izravnom predajom topline prostoru (npr. kamini, el. radijatori, grijalice i sl.)

Centralni i daljinski izvori razvod ogrjevnog medija kao prijenosnika topline do ogrjevnih tijela smjetenih u grijanim prostorima.

Vrste ogrjevnih tijela:- radijatori (lankasti, ploasti, posebne izvedbe)- konvektori (podni, stropni, parapetni)- kaloriferi- panelne ogrjevne povrine- sustavi grijanja s grijanim plohama prostora (podne, zidne i

stropne plohe)- povrinski sustavi grijanja (podno, zidno i stropno grijanje)- posebne izvedbe

27


HKIS

Mjesto ugradnje ogrjevnog tijela - najee ispod ostakljenih ploharadijatori - ispod prozora (tzv. parapet)konvektori - u pod ispod velikih ostakljenih ploha cijevi podnog grijanja (blizu ostakljenih ploha gui raspored)

povrinski sustavi grijanja - kao ogrjevna tijela koriste graevne elemente plohe prostorije:

pod, zidove i strop- izmjena topline zraenjem i konvekcijom- sniene temperature ogrjevnog medija (npr. 55/45C, 40/30C)- izvori topline: niskotemperaturni i kondenzacijski kotlovi,

solarni sustavi i dizalice topline- nuna je konstrukcijska prilagodba graevnih elemenata ploha

prostorije

28


HKIS

Ogrjevna tijela primjeri

Ogrjevna tijela za prijenos topline slobodnom konvekcijom i zraenjem (radijatori)Ogrjevna tijela za prijenos topline konvekcijom (konvektori i ventilokonvektori)

29


HKIS

Elementi povrinskih sustava grijanja (stropno, zidno i podno grijanje)

30


HKIS

Sustavi za pripremu potrone tople vode (PTV):

31


HKIS

32


HKIS

Cirkulacijska crpka se ugrauje u svrhu trenutnog osiguranja tople vode na izljevnom mjestu (troilu). Ona je ujedno i potroa elektrine energije; sustavom automatske regulacije njezin se rad stoga treba programirati u funkciji vremena potronje PTV-a.

Kod sustava PTV treba obratiti posebnu panju na sprjeavanje pojave bakterija legionele, usljed ustajalosti vode u sustavu i pogodne temperature za njezin razvoj (32 i 42C).

Legionela se rjeava periodikim pregrijavanjem vode u sustavu PTV-a na ~80C. Temperatura u svakom sluaju treba biti vea od 65C!

33


HKIS

Akumulacijski spremnici PTV s direktnim zagrijavanjem - kod manjih stambenih objekata i obiteljskih kua;

Uobiajena priprema PTV-a u sklopu izvora topline (kotlova) za grijanjeToplinski izvori za pripremu PTV-a - od klasinih do alternativnih izvora

topline (vrlo esto u kombinaciji sa solarnim kolektorima). Solarni sustavi za pripremu PTV-a najee se koriste kao dodatni

izvor topline; osnovni izvori su plinski, uljni ili elektrini kotlovi.Osnovni dijelovi solarnih sustava su:

a) kolektor b) spremnik tople vode s izmjenjivaem topline c) solarna stanica s crpkom i regulacijom d) razvod s odgovarajuim radnim (solarnim) medijem.

34


HKIS

Solarni sustavi za pripremu potrone tople vode

1. Solarni kolektori 2. Solarni polazni vod3. Solarni povratni vod4. Kotao za dodatno grijanje5. Ekspanzijska posuda6. Crpna stanica7. Ulaz hladne vode8. Spremnik potrone tople vode9. Izlaz potrone tople vode

35


HKIS

Efikasnost solarnog sustava

36


HKIS

Mogunosti koritenja Suneve energije u zgradarstvu

37


HKIS

Sustav regulacije i upravljanja Osnovni zadaci:

pouzdan pogon sustava uz osiguravanje odgovarajueg stupnja ugode, uinkovito gospodarenje energijom, poveanje pogonske sigurnosti i zatite sustava od smrzavanja, pregrijavanja, prekoraenja tlaka i sl., pojednostavljenje rukovanja sustavima

Osnovni principi rada:1) regulacija toplinskog uina (Q) promjenom protoka medija (m):

Q = f(m) uz = konst.2) regulacija toplinskog uina(Q) promjenom temperature medija ():

Q = f() uz m = konst.Openito se za procese grijanja toplinski uin usklauje s promjenom

vanjske temperature, dok se PTV-a grije na stalnu vrijednost temperature: max=45C za opu potronju, a za kuhinje max= 65C.

38


HKIS

Regulacija sustava grijanja prema mjestu zahvata moe biti: 1) pojedinana-lokalna (regulacija temperature zraka u svakoj

prostoriji zgrade zasebno putem sklopa regulacijskog ventila i temperaturnog osjetnika unutar reguliranog prostora) npr. termostatski ventil na ogrjevnom tijelu

2) centralna (regulacija temperature zraka u svim prostorijama iz jednog centralnog mjesta za svaku prostoriju ili prema regulaciji temperature u referentnoj prostoriji).a) regulacija temperature ogrjevnog medija u toplinskom izvoru putem temperaturnog osjetnika koji upravlja radom plamenika kod kotlova ili radom regulacijskog ventila kod izmjenjivaa topline.b) regulacija temperature vode u kotlu prema sobnoj temperaturi

c) regulacija temperature polaznog voda u ovisnosti o vanjskoj temperaturi

39


HKIS

Primjeri:

40


HKIS

UINKOVITOST SUSTAVA GRIJANJA

Osim gubitaka topline samog izvora postoje i gubici cijevne mree razvoda i regulacije. Ukupna uinkovitost sustava grijanja moe se izraziti kao:

u= k x c x rgdje su: K uinkovitost toplinskog izvora, C uinkovitost mree cjevovoda, r

uinkovitost sustava regulacije.Uinkovitost pojedinih ureaja za pretvorbu energije (pei, kotlovi, grijalice)

odreuje se mjerenjem prema odgovarajuim normama ili se na temelju iskustva i prethodnih mjerenja odreuje prema tablicama i dijagramima.

dio sustava uvjeti uinkovitost, %cijevna mrea ovisno o duljini i kvaliteti

izolacije te razvodu cijevi95 do 98

centralna, automatska 95

runa, kontrolirana 92

runa, nekontrolirana 90

regulacija

41


HKIS

GORIVO VRSTA TOPLINSKOG IZVORA UINKOVITOST, %pei i tednjaci 60 do 75

kotlovi, starija izvedba 60 do 75kotlovi, nova izvedba 80 do 90

kotlovi na razliitu biomasu 82 do 92kotlovi na pelete 87 do 92 kotlovi na sjeku 85 do 90

kombinirani kotlovi 70 do 78kombinirani kotlovi (kruto/tekue) 65 do 75

standardni 85 do 90niskotemperaturni 90 do 95

standardni 92 do 95niskotemperaturni 95 do 98

kondenzacijski 100 do 108 *)

plinovito

tekue

kruto

42


HKIS

Dizalice topline (toplinske pumpe, toplinske crpke)

43


HKIS

geotermalna dizalica topline

44


HKIS

view of .exe file

45


HKIS

MOGUNOSTI POBOLJANJA ENERGETSKE UINKOVITOSTI

Opa naela analize potencijala utede energije u zgradi

Grijanje prostora - najvei potencijal na strani tehnikih sustava zgrada

- ogrjevna tijela - birati najuinkovitija prema vrsti grijanog prostora, te paziti na njihov optimalan raspored

- posvetiti panju lociranju toplinske stanice obzirom na troila i dobro izolirati razvod cjevovoda

- iskoritavati otpadnu toplinu iz drugih izvora za predgrijavanjemedija ili za samo grijanje

- ugraditi odgovarajuu regulaciju i po mogunosti automatizaciju - kotlovi/kotlovnice/redukcijske stanice - izvedbom, kvalitetom, odabirom goriva, eksploatacijom i odravanjem imaju odluujui utjecaj na racionalno koritenje toplinske energije.

46


HKIS

Poveanju energetske uinkovitosti mogu doprinjeti:

1) poboljanje energetskih svojstava sustava grijanja, kao i njihovih specifinih podsustava, kao npr.:- zamjena standardnih kotlova niskotemperaturnim ili kondenzacijskim

kotlovima uz uvoenje niskotemperaturnog grijanja- ugradnja termostatskih ventila i razliitih termostatskih glava- poboljanje sustava regulacije i upravljanja - povrat toplinske energije iz otpadnog zraka u sustavima ventilacije i - uvoenje prirodnog provjetravanja

2) zamjena energenta i koritenje obnovljivih izvora energije, kao npr.:- prelazak na daljinsko/blokovsko grijanje ili hlaenje, - decentralizirani sustavi za opskrbu energijom iz obnovljivih izvora energije, - dizalice topline i koritenje okolia kao toplinskog izvora,- kogeneracija i trigeneracija,- sunani sustavi za grijanje, pripremu potrone tople vode i hlaenje, - biomasa, proizvodnja bioplina.

47


HKIS

Alternativni sustavi opskrbe energijom su na primjer:

- decentralizirani sustavi koji koriste obnovljive izvore(suneva energija, geotermalna energija, okolina i otpadna energija,energija vjetra i drugih obnovljivih izvora)

- kogeneracija i trigeneracija- sustavi daljinskog ili blokovskog grijanja i hlaenja- dizalice topline- kondenzacijski i niskotemperaturni kotlovi- drugi sustavi s povratom topline

Pojam alternativni sustavi terminoloki se esto poistovjeuje s obnovljivim izvorima energije. Meutim mogue je i ire tumaenje termina alternativni u smislu nekonvencionalni, drugi, drugaiji, koji nije u uobiajenoj primjeni.

48


HKIS

Primjer: Zamjena standardnog kotla niskotemperaturnim ili kondenzacijskim

Pri zamjeni starog kotla i odabiru novog izvora toplinske energije u sustavu grijanja, svakako treba razmotriti mogunosti ugradnje niskotemperaturnog ili kondenzacijskog kotla radi to boljeg iskoritenja izvora energije.

Na raun poveanog stupnja korisnosti novog izvora topline, takvom se zamjenommoe postii poveanje energetske uinkovitosti (odnosno uteda u potronji goriva) koje se moe odrediti prema sljedeem izrazu:

E = (Es En) / Es = 1 (En / Es) = 1 (s / n ) Uz pretpostavku da je stari kotao imao korisnost s =68%, a novi niskotemperaturni

n = 89,5% (prema normi EN303, dijagram na slajdu 30 za snagu 25 kW),uteda goriva, odnosno poveanje energetske uinkovitosti samog toplinskog izvora e iznositi 24%.

Ako se isti stari kotao zamijeni novim kondenzacijskim kotlom prosjenog stupnja korisnosti 95,4% (prema istom dijagramu na slajdu 30) uteda goriva moe iznositi ak 29%.

49


HKIS

Pri uvoenju niskotemperaturnog ili kondenzacijskog kotla potrebna je i adaptacija dimnjaka. Poeljna je koaksijalna izvedba dimovodnih kanala i kanala za dovod zraka u postojee vertikale kako bi se vanjski zrak predgrijavao izlaznim dimnim plinovima.

Takoer, uvoenjem kondenzacijskog kotla potrebna je promjena i u sustavu grijanja odnosno uvoenje niskotemperaturnog grijanja. Naime, da bi se postigao puni kondenzacijski efekt s iskoritenjem gornje ogrjevne vrijednosti goriva, temperatura polazne vode u krugu grijanja ne smije prelaziti 55 C.

Ogrjevna tijela moraju zadovoljiti potrebe grijanja uz medij nie temperature. Potrebna ogrjevna povrina moe se odrediti uz poznavanje temperaturne razliku povrine radijatora i sobnog zraka prema izrazu

t = [(tV + tR )/2] - tOgdje su tV temperaturu polazne, a tR povratne vode i tO temperaturu okoline.

Za tipian standardni radijator i jednaku ogrjevnu snagu pri reimu kondenzacije potrebna je 2,5 do 3 puta vea povrina radijatora. Pored izmjena radijatora, preporuljivo je razmotriti i druge opcije koritenja medija nie temperature, kao to je podno grijanje, priprema dodatnih koliina PTV i drugo. Uz ovaj zahvat se podrazumijeva i ugradnja kvalitetnog regulacijsko-upravljakog sustava.

50


HKIS

Ugradnja termostatskih ventila i razliitih termostatskih glava

Najei problem u sustavima grijanja je to ne postoji regulacija temperature prostora po pojedinim prostorijama. Takav sustav dovodi do toga da se zgrada jednako grije bez obzira na stvarno potrebnu temperaturu u pojedinim prostorijama. Posljedica je pregrijavanje pojedinih prostorija, a zbog nemogunosti jednostavnog reguliranja temperature osim provjetravanjem prisutni su veliki gubici topline.

Jedno od najjednostavnijih rjeenja je postavljanje termostatskog ventila koji s termostatskom glavom ini termostatski set. On regulira temperaturu prostorije na nain da upravlja protokom ogrjevne vode kroz dotini radijator.

Uteda u potronji energenta koju moe ostvariti adekvatni termostatski set, prosjeno iznosi oko 10 %, premda u nekim sluajevima veih pregrijavanja prostora uteda moe iznositi i do 20 %.

Kako bi se postigla maksimalna uinkovitost termostatskog seta, potrebno je provjeriti ili osigurati optimalan hidrauliki balans cijevne mree koji se postie ugradnjom ventila za hidrauliko balansiranje.

51


HKIS

LITERATURA

1) Grupa autora: Predavanja za izobrazbu za energetsko certificiranje, Hrvatska komora inenjera strojarstva, Zagreb, 2010.

2) Grupa autora: Prirunik za energetsko certificiranje zgrada, UNDP, Zagreb, 2010.

HVALA NA PANJI!

[email protected]

PREDAVA: prof. dr. sc. Veljko Filipan, dipl. ing. stroj.

Documents

Energetski Sustavi Veljko Filipan