Vijesti nema_slike

Published on rujan 11th, 2013 | by #zeelena

0

Plus energetske zgrade

Zadnjih desetak godina razvijaju se koncepcije zgrada koje imaju iznimno niske energetske potrebe. Ovisno o lokaciji i klimi odabrati će se konstrukcijski elementi od kojih je najvažnija visoka izolacija građevine što će dati A+ energetsku klasu građevine uz kombinaciju s aktivnim instalacijama. Glavne prostorije boravka su često usmjerene prema jugu i zaštićene su listopadnim drvećem. Tijekom razdoblja jeseni, zime i proljeća Sunčevo zračenje upada u prostore boravka pod niskim kutem i direktno se koristi za grijanje kroz velike staklene stijene. Dok tijekom ljeta listopadno drveće štiti od prevelike insolacije prostore boravka. Kombinacijom fizičkih pasivnih konstrukcijskih elemenata i energetskih transformacijskih tehnologija zgrade će se svrstati u plus energetsku klasu te će biti neovisne o energentima. Koncept energetski neovisnih zgrada se razvija zadnjih 10ak godina i sve je više izvedenih primjera. Tri su osnovna vodeća elementa projekta neovisnih zgrada:
a) zgrada mora imati minimalne energetske potrebe
b) primjena obnovljivih izvora energije za pokrivanje energetskih potreba
c) postizanje traženih mikroklimatskih uvjeta i traženih modela korištenja prostora

Nova zgrada Europskog udruženja nogometnih saveza (UEFA) u Nyonu na Ženevskom jezeru u svakom će slučaju postaviti nova mjerila u zgradarstvu. Projektirana je i izgrađena u skladu s načelom: ‘Najprije održivo i energetski učinkovito graditi, a onda potrebe za energijom pokriti iz obnovljivih izvora.’

Pasivna-energetska kuća koja je izgrađena ispred vladine zgrade u blizini željezničke postaje u Berlinu, godišnje će proizvoditi više od 16.000 kWh električne energije zahvaljujući fotonaponskim panelima koji se nalaze na krovu i južnom zidu. Višak električne energije koristiti će se za napajanje električnih automobila.

Srednja škola u Irvingu (Teksas) prostire se na 14.500 četvornih metara i proizvodi velike količine električne energije zahvaljujući postavljenim vjetroturbinama i solarnim panelima, a dodatna ušteda energije osigurana je korištenjem “zelenih” tehnologija i tehnike općenito. Nul energetska škola Lady Bird Johnson.

Osnova projektiranja fizike su zgrade koje imaju niske energetske zahtjeve, visoku razinu izolacije na cijeloj ovojnici te troslojna stakla koja imaju visoka izolacijska svojstva. Prvi korak je ukupna redukcija toplinskih potreba zgrade i svođenje energije grijanja i hlađenja na minimum. Biti će primjenjene trenutačno dostupne izolacijske tehnologije te će zidovi biti obloženi izolacijom debljine oko 25 cm, a prozori će biti izgrađeni od troslojnih stakala. Redukcija toplinskih potreba djelovati će na smanjivanje potrebnog broja geotermalnih sondi odnosno površine zemnog kolektora koje se koriste za grijanje i hlađenje.

Predviđa se A+ energetska klasa zgrade jer je potrebno što učinkovitije koristiti električnu energiju koju stvara fotonaponsko polje te štedjeti energiju da se mogu premostiti dani kada nema dovoljno Sunčevog zračenja. Što se manje energije potroši tijekom jednog dana duže će baterijski sklop moći dana zadovoljiti sve energetske potrebe zgrade. Akumulirana energija u baterijama se koristi za pokretanje dizalice topline odnosno grijanje i hlađenje te se dodatno koristi za interne električne uređaje.

Osnovni energent zgrade je Sunčeva energija koja se primjenom transformacijskih tehnologija pretvara u traženi energetski oblik. Direktno dozračena energija se primjenom fotonaponskih pretvornika pretvara u električnu energiju koja se pohranjuje u baterijskom sklopu. Sakupljenja električna energija u baterijama se potom koristi za pokretanje dizalice topline koja istovremeno crpi Sunčevu energiju koja se akumulirala u tlu. Dizalica topline potom pretvara dva ulazna oblika energija u korisni oblik toplinske energije koja se akumulira u centralnom spremniku. Akumulirana toplinska energija se koristi za grijanje sanitarne vode te za grijanje same zgrade.

TOPLINSKI IZVORI
Geotermalna sonda se buši vertikalno do dubine od oko 100 m i sastoji se od 4 plastične cijevi PE-Xa, cijevi se zalijevaju bentonitnom smjesom da se povežu cijevi s okolnim tlom. Velika prednost sondi je jednostavnost ugradnje u vertikalnoj bušotini te nije potrebno previše površine za sonde koje se međusobno moraju odmaknuti na razmaku 5-10 m da se smanji njihovo međudjelovanje. Moguće je postići SPF 4,5 primjenom sondi i nije potrebna dozvola za izgradnju.

Geotermalno kolektorsko polje se sastoji od plastičnih cijevi PE-Xa koje se postavljaju na dubinu 1,8-2,0 m cijevi se štite pijeskom te potom zatrpavaju ponovno zemljom. Rov je širine 30-35 cm i međusobno su rovovi razmaknuti 40-50 cm. U jednom rovu dolazi polaz i povrat cijevi te postoje razne izvedbe postavljanja cijevi i kombinacije raznih dimenzija plastičnih cijevi. Moguće je postići SPF 4,5 primjenom kolektora i nije potrebna dozvola za izgradnju.

Bunarska voda se može koristiti kao izvor topline, ali primjena bunara sa sobom donosi i niz nedostataka od potrebe za čišćenjem filtera, zaprljanje izmjenjivača pijeskom, glinom i sitnim česticama minerala. Usisni i upojni bunar na razmaku cca 15m. Dodatno bi trebalo plaćati i koncesiju Hrvatskim vodama za korištenje vode koja je oko 10 lipa/m3 godišnje. Potrebno je ispitivanje vodenog potencijala i izrada testnog bunara. Također ako se izgradi bunar isti se može koristiti i za potrebe sanitarija i smanjenje računa vodovoda. Moguće je postići SPF 5,0 primjenom bunara i nije potrebna dozvola za izgradnju. Bunarska voda u sebi može imati različite minerale koji djeluju na izmjenjivače i prljaju cijelu instalaciju. Biti će potrebno jednom godišnje napraviti remont i čišćenje dovodnih cjevovoda i izmjenjivača. Nasuprot svim navedenim negativnostima primjenom bunarske vode smanjiti će se početna investicija u sustav te će se istovremeno bunarska voda koristiti i za potrebe sanitarija kroz redukciju potrebne pitke vode iz javnog vodovoda.

Zračna dizalica zrak/voda se može koristiti kao izvor topline, osnovni nedostatak je zaleđivanje vanjske jedinice i gubitak na učinkovitosti kod niskih temperatura te je potrebno tijekom hladnijih dana koristiti dogrijavanje preko plinskog bojlera, kotla na biomasu pelete ili pirolitičkog kotla. Po početnoj investiciji zračne dizalice su najpovoljnije, ali imaju i najmanju učinkovitost i najviše energije će trošiti za grijanja i hlađenje zgrade. Moguće je postići SPF 2,5 primjenom zračnih dizalica.

Kod zračnih dizalica topline dolazi do velikog pada instalirane snage kod niskih temperatura te kod temperatura od -15°C zračna dizalica izgubi preko 50% nominalne snage koja se daje za +5°C. Te bi za snagu grijanja od 25 kW kod -15°C i kontinentalnu klimu bilo potrebno instalirati duplo veću zračnu dizalicu od nominalno potrebne odnosno oko 40-50kW nominalne snage koju ona može dati pri temperaturi zraka od +5°C. Zračne dizalice dio snage dodatno gube na odleđivanje same jedinice te je za tu razliku gubitka vremena grijanja također potrebno instalirati dodatno oko 20% nominalne snage. Inicijalno bi se nominalna snaga mogla povećati i do 50 kW.

Primjenom zračne dizalice koristi se aktivno hlađenje 1 kW električne daje 3-4 kW rashladne energije. Aktivnim hlađenjem se hladi voda u hladnjaku klima komore, a posredno i zrak u klima komori. Ohlađeni zrak se potom dovodi do prostorija i hladi ih.

Primjenom sondi ili bunara koristi se pasivno hlađenje ili freecooling u kojem se direktno pomoću glikola hladi zrak u klima komori i samo se troši električna energija za pogon crpke glikola, bunara do razine EER 15-25 odnosno pokretanjem dvije crpke sa 1 kW električne energije moguće je dobiti i do 25 kW rashladne pasivne energije. Ova mogućnost hlađenja se veže samo uz geotermalne izvore topline jer samo oni imaju ovu mogućnost hlađenja zbog relativno stabilne temperature tla. Također postoji opcija visokotemperaturnog hlađenja kojim se u plošnu mrežu dovodi voda temperature 18°C koja na sebe preuzima toplinu prostora te istovremeno hladi prostorije.

USPOREDBA TOPLINSKIH UREĐAJA
U režimu grijanja poredak je prema učinkovitosti

– bunar SPF 4,5-5,0
– geo sonda / kolektor SPF 4,0-4,5
– zračna dizalica SPF 1,5-2,5

U režimu hlađenja poredak je prema učinkovitosti

– bunar
– geo sonda / kolektor
– zračna dizalica

Po cijeni investicije najpovoljnije je

– zračna dizalica
– bunar
– geo kolektor
– geo sonda

Prema jednostavnosti, održavanju instalacije te ukupnoj funkcionalnosti

– geo kolektor
– geo sonda
– bunar
– zračna dizalica

Kada se usporede početna investicija, jednostavnost održavanja instalacije, ukupna učinkovitost prednost se može dati geotermalnoj dizalici sa zemnim kolektorom ili vodenoj dizalici sa bunarom s napomenom da kod sonde / kolektora jednom kada se pokrene sustav neće biti nikakvih negativnosti u radu dok upotrebom bunarske vode nastaje niz problema sa stalnom potrebom za čišćenjem filtera od čestica pijeska, gline i sl. Također sonde traže vrijeme regeneracije zemlje i one se u principu ne bi smjere koristiti 24h svaki dan već 4-8 sati tijekom noći bi se tijekom radnog tjedna trebala zemlja regenerirati.

TOPLINSKA MREŽA
a) Niskotemperaturno podno grijanje ima režim tople vode 35/30 °C i koristi se kod građevina kod kojih postoji ograničenje u temperaturi poda. Za usporedbu klasična mreža podnog grijanja radi u režimu i do 55/45 °C te se tim režimom postižu visoke temperature poda. Podna mreža se ne može koristiti za hlađenje pa je potrebno građevinu tijekom toplijih dana hladiti preko zračnog sustava i klima komore. Ako se uzme u obzir inertnost podnog grijanja biti će potrebno par sati prije korištenja postora početi zagrijavati prostorije da se ostvari tražena radna temperatura.

Bojazan da podno grijanje štetno utječe na zdravlje, vene u nogama, otklonjena je reguliranjem temperature poda po DIN propisima, koji ne dozvoljavaju temperaturu poda veću od 27-29°C. Ovim se niskotemperaturnim grijanjem također otklanja problem intenzivnog uzdizanja prašine s poda, zrak je vlažniji, a pogotovo nema neugodnog i za disanje štetnog izgaranja prašine, kao što je slučaj kod klasičnog podnog i radijatorskog grijanja. Postavljanjem graničnika temperature u pod osigrava se uvijek niska temperatura poda te siguran boravak djece na podu.

b) Podni ventilokonvektori grijanja postavljeni lokalno duž staklenih stijena osigurati će dovoljno topline u najhladnijoj zoni dnevnih boravaka i osigurati će oplahivanje hladnih staklenih stijena toplim zrakom tijekom najhladnijih dana godine. Ventilokonvektori će biti spojeni na viši temperaturni režim grijanja 45/40°C da osiguraju dovoljno odvođenje hladnog zraka sa hladnih ploha prozora.

REKUPERACIJA ZRAKA
Rekuperatori su uređaji koji se ugrađuju u niskoenergetske i pasivne zgrade te im je osnovni cilj smanjivanje ventilacijskih gubitaka zgrade pomoću integriranih pločastih izmjenjivača topline zrak-zrak. Jedinice imaju integrirani sustav filtracije zraka u kojem se iz zraka odvajaju čestice peludi, prašine, pore plijesni te se sustavom osigurava higijenski ispravan zrak. Sustavi su idealni za primjenu u zgradama u kojima žive astmatičari jer je moguće osigurati higijenski ispravan zrak tijekom cijele godine. Osnovni element uređaja je sačasti izmjenjivač kroz koji prolaze dvije struje zraka te se preko stijenki izmjenjivača vrši izmjena topline. Topli otpadni zrak dolazi iz građevine te prelazi preko izmjenjivača, predaje toplinu te se potom izbacuje u okoliš. Na drugom ulazu je svježi zrak koji je tijekom zime hladan, prolazi preko izmjenjivača, prima toplinu na sebe te se zagrijava, a tako zagrijan ubacuje se u građevinu. Sličan je princip rada i tijekom ljeta kada se topli okolišnji zrak hladi povratnim unutrašnjim zrakom. Ovim uređajem je moguć povrat energije oko 70-85% iz otpadnog zraka. Rekuperacijski sustavi se mogu proširiti podzemnim izmjenjivačem kroz koji prolazi zrak te se dodatno dogrijava vanjski zrak tijekom zime ili hladi vanjski zrak tijekom ljeta. Temperatura zemlje je tijekom cijele godine u rangu 10-15°C te će se primjenom geotermalnog zračnog izmjenjivača postići dodatna ušteda. Geotermalni zračni izmjenjivač je jedna od opcija mogućih tehnoloških rješenja koja se mogu primjeniti na energetskim zgradama.

HIDROTEHNIČKE INSTALACIJE
Kišnica uštedi 50 % pitke vode Svako od nas u prosjeku dnevno potroši skoro 140 litara vode. U većini slučajeva to je isključivo pitka voda. Jedna osoba za ispiranje toaleta dnevno potroši 45 litara dragocjene pitke vode. Upravo ovdje je kišnica posebno primjerena kao alternativa. Po tvrdoći kišnica je mekša od pitke vode jer sadrži manje minerala. Korištenjem kišnice štedi se na prašku za pranje rublja, poboljšava se učinak pranja, perilica rublja više ne trpi zbog vodenog kamenca. Mekana voda kišnice blagonaklono utječe na biljke i preporučljivo je kišnicom zalijevati travnjak. Kod čišćenja sa kišnicom troši se manje sredstava za čišćenje, pa se i na taj način štedi.

SUNČANATEHNIKA
Fotonaponski sustavi pretvaraju Sunčevu energiju u električnu energiju te se pri tome koristi pretvorba energije putem fotoelektričnog efekta. Fotonaponski sustavi se postavljaju u smjeru juga te pri optimalnom godišnjem kutu insolacije za pojedinu regiju. Sustavi mogu biti integrirani u krovnu konstrukciju, postavljeni pod optimalnim kutem te postavljeni na višeosne trackere koji prate dnevno gibanje Sunca i mijenjaju automatski položaj solarnog polja da se ostvari maksimalna insolacija.

Silicijska tehnologija je najstarija tehnologija te je prva ćelija proizvedena 1954. godine. Po strukturi kristala poznajemo amorfne, monokristalne i polikristalne silicijske pretvornike. Razlika je u učinkovitosti i cijeni koja će se postići primjenom određenog oblika kristala, a današnja serijska tehnologija postiže učinke pretvorbe Sunčeve u električnu energiju od 15% do 25%. Masovna velikoserijska proizvodnja silicijskih pretvornika svake godine snižava njihovu cijenu. Fotonaponski pretvornici se proizvode za postavljanje na postojećim krovovima te nalaze primjenu u sunčanim elektranama te su odvojeni nosačima od strukture građevina. Silicijska tehnologija je osjetljiva na promjene vanjske temperature zraka te kod promjene od 25 do 55°C dolazi do pada nominalne snage i do 15%. Nominalna snaga pretvornika se daje za 25°C i 1000 W/m2 dozračene energije.

Sunčani fotonaponski pretvornici se sastoje od niza serijski spojenih ćelija monokristalnog ili polikristalnog silicija. Jedinice se mogu koristiti u mrežnim sustavima on-grid ili u otočnim sustavima off-grid. Pretvornik je prekriven kaljenim staklom koje može izdržati udare tuče. Okvir se izrađuje od anodiziranog aluminija, a sa stražnje strane se nalazi višeslojni poliester. Na pretvornike se tvornički daje garancija snage od 90% na deset godina i 80% na 25 godina. Maksimalni faktor pretvorbe Sunčeve energije u električnu je oko 15% za monokristalne module. Postoji veliki broj tehnologija pretvornika različite strukture i materijala no trenutačno su najzastupljeniji pretvornici izrađeni na bazi silicija. Jedinice za punjenje 24V baterija trebaju imati 72 ćelije ili 36 ćelija za 12V, dok jedinice sa 60 ćelija su za MPPT regulatore i mrežne invertere. Karakteristike sunčanog pretvornika se mijenjaju ovisno o insolaciji Sunca te ovisno o vanjskoj temperaturi. U prosjeku jedan modul može dati 100-200 W/m2 pa je za snagu od 10 kW potrebno 50-100 m2 površine ovisno o tipu modula.

Mrežni inverter DC/AC za ON GRID sustave je trofazni inverter koji vrši izmjenu istosmjernog napona DC u izmjenični trofazni 3 x 3,33 kW napon AC gradske mreže. Jedinica ima u sebi zaštitu od preopterećenja, zaštitu od pregaranja, zaštitu od kratkog spoja, a u slučaju nestanka mrežnog napona isključuje sunčanu elektranu s mreže te pojavom napona u mreži ponovno priključuje elektranu na elektro-energetski sustav. Inverter za mrežni sustav vrši sinkronizaciju s mrežom te vrši ulogu punjenja mreže.

Osnovni podatak za dimenzioniranje fotonaponskih sustava je Sunčevo zračenje ili insolacija koje se može očekivati na površini instaliranih fotonaponskih pretvornika i uređaja. Godišnja insolacija ovisiti će o broju sunčanih dana tijekom godine te o položaju, postavljanju i orijentaciji solarnog sustava. Za jedinicu položenu pod kutem oko 30° tijekom godine te npr. za lokaciju Osijeka i 1kW instalirane snage može se očekivati oko 1100-1200 kWh proizvedene električne energije.

Akumulacija energije se ostvaruje primjenom baterijskih sustava u OFF-GRID sustavima ili otočnim sustavima. Otočni sustavi su česti u primjeni sa složenim hibridnim sustavima koji imaju nekoliko izvora energije: fotonaponske module, vjetroturbine ili hidroturbine. Koriste se posebno konstruirane grupe solarnih akumulatora (battery bank) s natapajućim elektrolitom ili gelom koji imaju malu samopotrošnju manju od 3% mjesečno te imaju posebnu oznaku SOLAR na sebi. Akumulatori se razlikuju od klasičnih akumulatora te im je nominalani napon 12 V dok kapacitet ovisi o modelu i proizvođaču, a najčešće se kapacitet akumulatora kreće u granicama od 60 do 240 Ah.

Baterije akumuliraju energiju koju solarni moduli proizvedu tijekom dana tijekom perioda punjenja. Dok se baterije koriste i kao izvor energije tijekom perioda pražnjenja kada moduli nisu aktivni. Interval između jednog perioda punjenja i pražnjenja naziva se ciklus. Ciklički način rada sustava skraćuje životni vijek baterije te je najvažniji zahtjev na baterije u solarnim sustavima povećana izdržljivost u cikličkom režimu rada. Dodatni zahtjev baterija je što veći stupanj djelovanja i što manja razlika između dobivene energije iz baterije tijekom pražnjenja i utrošene energije tijekom punjenja.

Polja fotonaponskih modula se međusobno moraju udaljiti da se umanji utjecaj sjene susjednog polja. Također između polja je potreban prohodan prostor da se osigura dostupnost modulima i redovito čišćenje istih. Upadni kut Sunčevog zračenja se mijenja tijekom godine, a najniži je tijekom zime tijekom zimskog solsticija oko 22° dok je najviši tijekom ljetnog solsticija oko 69°. Polja modula se postavljaju pod optimalnim kutem od oko 30-35°.

Hrvatska Komora inženjera strojarstva

Hrastović inženjering d.o.o.
Hrastović Dario, dipl.ing.stroj.

Tags: , ,


About the Author

Blog o promicanju energetske efikasnosti, uštedi energije i obnovljivih izvora energije. Prvi projekt na kojem radimo je sređivanje energetski efikasne kuće tj "Zeelene kuće". Na našim stranicama moći ćete pratiti tijek sređivanja, a kada se sredi biti će izložbeni centar gdje će se moći vidjeti ugrađeni sustavi. Objekt se nalazi u Kutini.



Odgovori

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Nužna polja su označena s *

Back to Top ↑

  • ZEELENA.INFO

    Ako želite dobivati novosti vezane za energetsku efikasnost i obnovljive izvore energije te o subvencijama za takve sustave, prijavite se na naš newsletter.
  •  



  • Forgot?
    Registriraj se