Energetski efikasni sistemi - Daniela Mladenovska - COSMO web edition

м‐р Даниела Младеновска ЕНЕРГЕТСКИ ЕФИКАСНИ СИСТЕМИ

COSMO Иновативен Центар бул. Јане Сандански бр. 113, Скопје факс +389 2 244 8240 тел. +389 2 244 8077 www.cosmoinnovate.com.mk contact@cosmoinnovate.com.mk

Avtorski prava Š 2003 COSMO Inovativen Centar. Site prava se zadr`ani. Reprodukcija na prilo`eniot materijal vo celost ili na delovi vo bilo koja forma ili vo mediumi bez pismeno odobrenie na COSMO Inovativen Centar e zabraneto.

Copyright Š 2003 COSMO Innovate Center. All rights reserved. Reproduction in whole or in part in any form or medium without the express written permission of COSMO Innovate Center is prohibited.

м‐р Даниела Младеновска

ЕНЕРГЕТСКИ ЕФИКАСНИ СИСТЕМИ

издава: COSMO Иноватвен Центар ‐ Скопје

јазична редакција, дизајн и подготовка за печат: Дејан Д. Николовски

вкоричување и подврзување: РИ‐Графика, Скопје

Скопје, февруари 2008

С О Д Р Ж И Н А

ВОВЕД ......................................................................................................................................1 ПРЕНОС НА ТОПЛИНА .......................................................................................................3 1.1

ПРЕНОС НА ТОПЛИНА СО СПРОВЕДУВАЊЕ ........................................................ 4 1.1.1 Спроведување топлина низ рамен ѕид........................................................ 6 1.1.2 Спроведување топлина низ повеќеслоен рамен ѕид .......................... 7 1.1.3 Спроведување топлина низ еднослоен цилиндричен ѕид .............. 8 1.1.4 Спроведување топлина низ повеќеслоен цилиндричен ѕид .......... 8 1.2 ПРЕНОС НА ТОПЛИНА СО КОНВЕКЦИЈА................................................................ 9 1.3 ПРЕНОС НА ТОПЛИНА СО ЗРАЧЕЊЕ ..................................................................... 11 ЕНЕРГЕТСКИ ФЛУИДИ ................................................................................................... 15 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

ГУСТИНА НА ФЛУИДИТЕ ............................................................................................ 15 ВИСКОЗНОСТ ..................................................................................................................... 15 КАРАКТЕРИСТИКИ НА ВОДАТА КАКО ЕНЕРГЕТСКИ ФЛУИД ................ 16 КАРАКТЕРИСТИКИ НА ПАРАТА КАКО ЕНЕРГЕТСКИ ФЛУИД ................. 18 ТЕХНИЧКИ ГАСОВИ ....................................................................................................... 19

ТОПЛИФИКАЦИОНИ СИСТЕМИ .................................................................................. 21 3.1 ФАКТОРИ НА ЕВАЛУАЦИЈА ЗА ПРИМЕНА НА ТОПЛИФИКАЦИОНИТЕ СИСТЕМИ ............................................................................................................................................ 21 3.2 ПОДЕЛБА НА ТОПЛИФИКАЦИОНИТЕ СИСТЕМИ .......................................... 22

3.2.1 Поделба според топлинскиот извор .......................................................... 23 3.2.2 Поделба според топлоносителот ................................................................ 23 3.3 ИЗБОР НА ТОПЛОНОСИТЕЛ И ТОПЛИФИКАЦИОНЕН СИСТЕМ ............. 26 3.4 ЕЛЕМЕНТИ НА ТОПЛИФИКАЦИОНИОТ СИСТЕМ .......................................... 28 3.4.1 Топлински извор (котларница) ................................................................... 28 3.4.2 Топлотна потстаница ......................................................................................... 30 3.5 ЗАГРЕВНИ ТЕЛА .............................................................................................................. 31 3.5.1 Видови загревни тела ........................................................................................ 31 3.5.2 Поставување радијатори .................................................................................. 33 3.5.3 Цевни мрежи ........................................................................................................... 33 3.6 ЛОКАЛНА РЕГУЛАЦИЈА ............................................................................................... 33 3.6.1 Ефекти од воведување локална регулација .......................................... 34 ПРЕСМЕТКА НА ПОТРЕБНОТО КОЛИЧЕСТВО ТОПЛИНА ЗА ГРЕЕЊЕ .......... 37 4.1

ПОТРОШУВАЧКА НА ТОПЛИНА ЗА ГРЕЕЊЕ .................................................... 37 4.1.1 Пресметка на надворешната проектна температура ...................... 38 4.1.2 Трансмисиона топлина за греење (трансмисиони топлински загуби) 38

4.1.3

4.2 4.3 4.4

Инфилтрација и вентилација ........................................................................ 39

ГОДИШНА ПОТРОШУВАЧКА НА ТОПЛИНА ЗА ГРЕЕЊЕ ............................ 41 ТОПЛИФИКАЦИОНЕН ДИЈАГРАМ .......................................................................... 41 ТОПЛИНОИЗМЕНУВАЧКА ПОВРШИНА НА ГРЕЈНИТЕ ТЕЛА ................... 42

ТОПЛИНСКИ ИЗВОРИ ..................................................................................................... 43 5.1 5.2

ТОПЛИНСКА ПУМПА ..................................................................................................... 44 ГЕОТЕРМАЛНА ЕНЕРГИЈА .......................................................................................... 46

5.2.1 Поделба на геотермалните извори ............................................................ 46 5.2.2 Техноекономски аспект .................................................................................... 47 5.3 СОНЧЕВА ЕНЕРГИЈА ....................................................................................................... 48 КЛИМАТИЗАЦИОНИ СИСТЕМИ ................................................................................... 51 6.1 6.2 6.3 6.4

КЛИМА‐КОМОРА ............................................................................................................. 52 РАЗВОД НА ВОЗДУХ ....................................................................................................... 52 ПРЕСМЕТКА НА ОПТОВАРУВАЊЕТО ЗА ЛАДЕЊЕ ........................................ 53 ВИДОВИ КЛИМАТИЗАЦИОНИ СИСТЕМИ ........................................................... 55

6.4.1 Енергетски ефикасен систем за климатизација (систем со променлив проток на воздух) ........................................................................................... 55 6.5 РЕГУЛАЦИЈА ...................................................................................................................... 56 ЕНЕРГИЈА ЗА ГРЕЕЊЕ И КЛИМАТИЗАЦИЈА (СОСТОЈБИ И ПРОГНОЗИ) ...... 59 7.1 ПОТРОШУВАЧКА НА ЕНЕРГИЈА ЗА ГРЕЕЊЕ И КЛИМАТИЗАЦИЈА ....... 59 7.2 МЕРКИ ЗА РЕДУКЦИЈА НА ПОТРОШУВАЧКАТА ЗА ГРЕЕЊЕ И КЛИМАТИЗАЦИЈА .......................................................................................................................... 61 ТОПЛИНСКИ СВОЈСТВА НА ГРАДЕЖНИТЕ И ИЗОЛАЦИОНИТЕ МАТЕРИЈАЛИ...................................................................................................................... 65 8.1 8.2

ГРАДЕЖНИ МАТЕРИЈАЛИ ЗА ТОПЛИНСКА ИЗОЛАЦИЈА ........................... 65 ПРЕГЛЕД НА СВОЈСТВАТА НА НЕКОИ ИЗОЛАЦИОНИ МАТЕРИЈАЛИ .. 66

8.2.1 Стаклена и минерална волна ......................................................................... 66 8.2.2 Експандиран полистирен (стиропор)....................................................... 66 8.2.3 Дрвена волна во комбинација со стиропор (комби‐плоча) ......... 67 8.2.4 Перлит‐малтер и други топлинско‐изолациони малтери ............ 67 8.2.5 Блокови од гас ‐ бетон (Ytong”) .................................................................... 67 8.3 ТОПЛИНСКИ МОСТОВИ ............................................................................................... 67 8.4 ЕНЕРГЕТСКИ ЕФИКАСНИ ГРАДЕЖНИ МАТЕРИЈАЛИ (СОЛАРНА АРХИТЕКТУРА) ............................................................................................................................... 69 8.5 МАКЕДОНСКИ СТАНДАРДИ ВО ГРАДЕЖНИШТВОТО ................................. 70 ПРОЦЕНКА НА ПОТРОШУВАЧКАТА НА ЕНЕРГИЈА ЗА ГРЕЕЊЕ И КЛИМАТИЗАЦИЈА ............................................................................................................ 75 9.1 АРХИТЕКТОНСКО ПРОЕКТИРАЊЕ ВО СПРЕГА СО ЕНЕРГЕТСКА АНАЛИЗА НА СИСТЕМИТЕ И ОБЈЕКТИТЕ ......................................................................... 75

9.2 ПРОЦЕНКА НА ГОДИШНАТА ПОТРОШУВАЧКА НА ЕНЕРГИЈА ЗА ГРЕЕЊЕ И КЛИМАТИЗАЦИЈА .................................................................................................. 78 ОПТИМАЛНО КОНЦИПИРАЊЕ НА КОМБИНИРАНИ СИСТЕМИ ЗА ГРЕЕЊЕ ................................................................................................................................................. 81 10.1 ЕНЕРГЕТСКИ СИСТЕМ СО ТОПЛИНОИЗМЕНУВАЧКА СТАНИЦА НА ГЕОТЕРМАЛНА ВОДА, ТОПЛИНСКА ПУМПА И ВРВНА КОТЛАРНИЦА ...................................................................... 81 МЕРЕЊЕ И МОНИТОРИНГ НА ПОТРОШУВАЧКАТА НА ЕНЕРГИЈА (ENERGY MANAGEMENT) .................................................................................................................. 85 11.1 ВИДОВИ НА МЕРЕЊА ВО ЗГРАДА (ДЕЛОВЕН ИЛИ РЕЗИДЕНЦИЈАЛЕН ОБЈЕКТ) ............................................................................................................................................... 86 11.2 ПОТЕНЦИЈАЛ ЗА ЕНЕРГЕТСКА ЕФИКАСНОСТ КАЈ ЗГРАДИТЕ ............... 87

П р е г л е д н а с л и к и т е

СЛИКА 1. А) ВЛИЈАНИЕ НА ЦЕНАТА НА ВОДАТА ВРЗ ПОТРОШУВАЧКАТА ВО ДАНСКА (1985‐2004) Б) ВЛИЈАНИЕ НА ЦЕНАТА НА ВОДАТА ВРЗ ПОТРОШУВАЧКАТА ВО ЕСТОНИЈА (1990‐2004) .... 17 СЛИКА 2. ШЕМА НА КОТЛАРНИЦА ЗА ПОТРЕБИТЕ ЗА ГРЕЕЊЕ И ПОДГОТОВКА НА САНИТАРНА ТОПЛА ВОДА ....................................................................................................................... 29 СЛИКА 3. ШЕМА НА ТОПЛОТНА ПОТСТАНИЦА ........................................................................ 30 СЛИКА 4. ТОПЛОТНА ПОТСТАНИЦА СО САНИТАРНА ТОПЛА ВОДА (ДИРЕКТЕН СИСТЕМ) ................. 31 СЛИКА 5. ЦЕВНИ РАДИЈАТОРИ ............................................................................................. 32 СЛИКА 6. ПЛОЧЕСТИ РАДИЈАТОРИ ....................................................................................... 32 СЛИКА 7. АЛУМИНИУМСКИ РАДИЈАТОРИ .............................................................................. 32 СЛИКА 8. ПРЕГЛЕД НА ОТВОР ЕНОСТА НА ТЕРМОСТАТСКИ ВЕНТИЛ ЗА ДАДЕНИ ТЕМПЕРАТУРИ ....... 34 СЛИКА 9. ПЕРИОД НА ОТПЛАТА НА ИНВЕСТИЦИЈАТА ............................................................... 35 СЛИКА 10. ТОПЛИФИКАЦИОНЕН ДИЈАГРАМ .......................................................................... 41 СЛИКА 11. ОСНОВНА ШЕМА НА ТОПЛИНСКА ПУМПА .............................................................. 45 СЛИКА 12. ЕКСПЛОАТАЦИЈА НА ГЕОТЕРМАЛНА ЕНЕРГИЈА ........................................................ 47 СЛИКА 13. ШЕМА НА ГРЕЕЊЕ СО КОРИСТЕЊЕ НА СОНЧЕВА ЕНЕРГИЈА ........................................ 50 СЛИКА 14. КЛИМАТИЗАЦИОНА КОМОРА .............................................................................. 51 СЛИКА 15. ПРИМЕР ЗА МЕРЕЊЕ И РЕГУЛАЦИЈА НА ПРОЦЕС НА ГРЕЕЊЕ И РЕГУЛАЦИЈА .................. 57 СЛИКА 16. ПРОЦЕНТУАЛНО УЧЕСТВО НА ПОТРОШУВАЧКАТА НА ЕНЕРГИЈА ПО КАТЕГОРИИ КАЈ ДЕЛОВНИТЕ ОБЈЕКТИ .................................................................................................. 59 СЛИКА 17. ОДНОС МЕЃУ ПОТОШУВАЧКАТА НА ЕНЕРГИЈА И НАДВОРЕШНИТЕ ТЕМПЕРАТУРИ ВО ГЕРМАНИЈА ............................................................................................................... 60 СЛИКА 18. ОДНОС МЕЃУ ПОТОШУВАЧКАТА НА ЕНЕРГИЈА И НАДВОРЕШНИТЕ ТЕМПЕРАТУРИ ВО НОРВЕШКА ............................................................................................................... 60 СЛИКА 19. ТИПИЧНИ ЛОКАЦИИ НА ТОПЛИНСКИТЕ МОСТОВИ ................................................... 68 СЛИКА 20. ПРОЦЕС НА АНАЛИЗА НА КЛИМАТИЗАЦИОНИОТ СИСТЕМ ......................................... 76 СЛИКА 21. ПРОЦЕС НА ПРОЕКТИРАЊЕ НА СИСТЕМ ЗА КЛИМАТИЗАЦИЈА .................................... 77 СЛИКА 22. ЕДНОСТАВНА ШЕМА НА ЧЕКОРИТЕ ВО ПРОЦЕСОТ НА ПРОЦЕНКА НА ПОТРЕБНАТА ЕНЕРГИЈА ЗА ОБЈЕКТОТ .............................................................................................................. 79 СЛИКА 23. ТОПЛИФИКАЦИОНЕН ДИЈАГРАМ ЗА КОМБИНИРАН СИСТЕМ ...................................... 82 СЛИКА 24. ПРИОРИТЕТНА ПРИМЕНЛИВОСТ НА НИСКОТЕМПЕРАТУРНИ ГРЕЈНИ СИСТЕМИ И СИСТЕМИ СО ТОПЛИНСКА ПУМПА ............................................................................................... 83 СЛИКА 25. ЗАВИСНОСТ НА ПОКРИЕНАТА ТОПЛИНСКА ЕНЕРГИЈА ОД ТОПЛИНСКАТА МОЌНОСТ НА ГРЕЕН СИСТЕМ ЗА ОРАНЖЕРИИ ..................................................................................... 84 СЛИКА 26. АНАЛИЗА И ОПТИМИРАЊЕ НА ПОТРОШУВАЧКАТА НА ЕНЕРГИЈА ................................ 85

П р е г л е д н а т а б е л и т е

ТАБЕЛА 1. ВРЕДНОСТИ НА СПЕЦИФИЧНИОТ ТОПЛИНСКИ КАПАЦИТЕТ C [ J/KG° C] ВО ТЕМПЕРАТУРЕН ИНТЕРВАЛ ОД 0° С ДО 300° С ................................................................. 4 ТАБЕЛА 2. ГОЛЕМИНА НА КОЕФИЦИЕНТОТ НА ТОПЛИНСКА СПРОВОДЛИВОСТ Λ ЗА РАЗЛИЧНИ МАТЕРИЈАЛИ ПРИ 20° C ................................................................................................ 5 ТАБЕЛА 3. ВРЕДНОСТИ НА КОЕФИЦИЕНТОТ НА ЕМИСИЈА ЗА НЕКОИ МАТЕРИЈАЛИ ......................... 12 ТАБЕЛА 4. СВОЈСТВА НА ЗАСИТЕНА ПАРА ............................................................................... 18 ТАБЕЛА 5. ПРЕГЛЕД НА КАРАКТЕРИСТИЧНИ ИЗОЛАЦИОНИ МАТЕРИЈАЛИ ..................................... 65 ТАБЕЛА 6. СПОРЕДБА НА РЕАЛНИ И ИЗМЕРЕНИ ВРЕДНОСТИ ЗА КОЕФИЦИЕНИТИТЕ НА ПРЕНОС НА ТОПЛИНА .................................................................................................................. 86 ТАБЕЛА 7. СПОРЕДБА НА ПОТРОШУВАЧКАТА НА ЕНЕРГИЈА ЗА ТРИ ТИПОВИ КУЌИ .......................... 87 ТАБЕЛА 8. ЦЕЛИ ВО ПРОЕКТОТ ЗА ЕНЕРГЕТСКА ЕФИКАСНОСТ КАЈ ЗГРАДИ ВО BRITISH COLUMBIA ..... 88 ТАБЕЛА 9. БЕНЕФИТ ОД МЕРКИТЕ ЗА ЕНЕРГЕТСКА ЕФИКАСНОСТ (BRITISH COLUMBIA) ................... 88

м‐р Даниела Младеновска

ЕНЕРГЕТСКИ ЕФИКАСНИ СИСТЕМИ

КОСМО Иновативен Центар Скопје, 2008

ВОВЕД

Енергијата претставува основа на развитокот на современите општества и столб на нивниот економски систем. Токму затоа, современите текови го наметнуваат развитокот на енергетиката како императив, во смисла на рационално искористување на енергетските ресурси, пронаоѓање нови енергетски извори и сл. Стратешкото планирање на енергијата и околината е насочено кон изградба на објекти со поголема заштеда на топлина, односно со подобра енергетска ефикасност. Оваа ангажираност се постигнува со следното:

развој и примена на стандардите за енергетска ефикасност во градежништвото, што осигурува удобност по достапна цена;

утврдување и развој на преносот на топлината (енергијата) во земјоделството, производството, водните системи и преработувачката индустрија;

информирање на населението дека енергетската ефикасност е добра инвестиција за економијата (заштедата) и за околината;

анализа на барањата и потрошувачката кои водат до поставување на политиката на планирање на енергијата;

помош на училиштата, факултетите, болниците, локалните власти и останатите во примена на карактеристиките на енергетската ефикасност.

даниела младеновска

| 1

Â

1 ПРЕНОС НА ТОПЛИНА

Т

оплинската енергија (топлината) се јавува како резултат на внатрешната раздвиженост на честичките од кои е составено телото. Се манифестира преку температурата на телата.

Колку е поголема брзината на движење на атомите и молекулите во телото, толку е поголема неговата топлинска енергија, односно температурата. Внатрешната топлина на телото зависи од неговата топлинска состојба, од видот на материјалот од кој е направено и од количината. Не зависи од другите тела во околината. Ако две тела со различна маса и состојба (притисок, волумен и температура) се наоѓаат во меѓусебен допир, поради разликата во температурите, од потоплото кон постуденото тело ќе почне да преминува внатрешна енергија. Со тоа, потоплото тело ќе се лади, а постуденото ќе се загрева, сѐ додека температурите на двете тела не се изедначат. Големината на масите на телата не влијае на правецот на преминување на топлината. Топлината секогаш преминува само од тело со повисока кон тело со пониска температура, без оглед на тоа кое тело има поголема маса. Топлината потребна за загревање на некоја материја се вика специфична топлина. Специфичната топлина се обележува со Q, се мери со единица мерка Џул [ J ] и се пресметува според изразот: Q = mc (t2‐t1) [ J ] каде што:

m [ kg] ‐ маса на телото t [ ° C] ‐ температура на телото c [ J/kg° C] ‐ специфичен топлински капацитет Специфичниот топлински капацитет е потребното количество топлина кое треба да се доведе кон тело со маса од 1 кг, за неговата температура да му се зголеми за 1° С. Специфичниот топлински капацитет не е ист кај сите материјали и зависи од температурата на кој е мерен.

даниела младеновска

| 3

пренос на топлина

Табела 1. Вредности на специфичниот топлински капацитет c [ J/kg° C] во температурен интервал од 0° С до 300° С температура 0 ° С

алуминиум

бакар

железо

0,879

0,379

0,440

20° С

0,888

0,381

0,444

100° С

0,909

0,388

0,465

200° С

0,934

0,397

0,486

300° С

0,955

0,401

0,511

Во техниката, преносот на топлина може да биде корисна или штетна појава, која треба да се или потпомогне или да се спречи. Преносот на топлина е корисен и треба да се потпомогнува со разни технички средства и методи во случаи кога е потребно топлината што побрзо да се доведе од изворот кон работното тело. На пример, од продуктите на согорување на горивото во ложиштето кон водата што испарува во парниот котел, од топлата вода во радијаторот кон воздухот во просторијата; од грејачот на бојлерот кон водата и слично. Во случаи кога преносот на топлина е штетен и претставува енергетска загуба (на пример: размена на топлина во ѕидовите на просториите што ги грееме; бојлерот со околината) треба да се избира материјал кој дава поголем отпор на преминот на топлина (топлинска изолација). Постојат три начини на пренос на топлина:

1.1

спроведување (кондукција);

предавање (конвекција); и

зрачење (радијација).

ПРЕНОС НА ТОПЛИНА СО СПРОВЕДУВАЊЕ

Спроведувањето топлина се појавува кога различни делови на некое тело се наоѓаат на различни температури, а насоката на спроведување на топлината е секогаш од потоплите кон постудените краеви на телото. Овој начин на пренесување топлина се врши со судирање, односно меѓусебно дејство на молекулите на телото. Молекулите во потоплиот дел на телото имаат поголема брзина и при судирите им се намалуваат брзината и температурата. На сметка на тоа, молекулите во постудениот дел од телото добиваат поголема брзина и зголемена температура. Процесот на судирање на молекулите води кон изедначување на нивните температури. Способноста на материјалот за спроведување топлина се одредува со коефициент на спроводливост ‐λ: [ kJ/mh° C] или [ kcal/mh° C] .

4 | е н е р г е т с к и е ф и к а

сни системи

пренос на топлина

Вредноста на коефициентот зависи од видот и структурата на материјалот, од неговата густина, влажноста, температурата и притисокот. Металите најдобро ја спроведуваат топлината. Тие имаат најголема вредност на коефициентот на спроводливост. Кај нив топлината се спроведува преку движење на слободните електрони низ металните кристални решетки. Нивната топлинска спроводливост е приближно пропорционална на нивната електрична спроводливост. Ако во металот се наоѓаат и други примеси од легури или нечистотии, тогаш топлинската и електричната спроводливост се намалуваат. Кај цврстите неметали, во чии кристални решетки нема слободни електрони, топлинската спроводливост се должи на термичката активност на молекулите и атомите. Поради тоа, неметалите се слаби спроводници на топлина, па затоа имаат примена како топлински изолатори. Ако неметалите се шупливи или порозни, а шуплините исполнети со воздух, тогаш тие стануваат одлични топлински изолатори. Колку шуплините се помали и погусти, толку материјалот е подобар како изолатор. Такви материјали се стаклената волна, азбестната волна, плутата и слично. Во влажен простор, воздушните шуплини на овие изолациони материјали се исполнуваат со вода и со тоа драстично се намалува изолацината способност на материјалот, затоа што водата има околу 25 пати поголем коефициент на спроводливост од воздухот. Топлинските изолатори наоѓаат голема примена во техниката. Со нив се овозможува намалување на загубите на енергија, поголема ефикасност на процесите и постигнување подобри услови за работа. Затоа, соодветно се јавува потребата од точно избирање на видот на топлинската изолација, како и точно пресметување на нејзините димензии. Табела 2. Големина на коефициентот на топлинска спроводливост λ за различни материјали при 20° C материјал

λ [ W/mK]

сребро бакар алуминиум цинк челик бетон (1500 кг/м3) сува тула шуплива тула шамотна тула од внатре шамотна тула од надвор стакло

417 372 229 113 45 0,58 0,38 ÷ 0,52 0,23 ÷ 0,35 0,70 0,87 0,81 ÷ 0,93

даниела младеновска

| 5

пренос на топлина

азбест‐влакна азбест‐волна стаклена волна минерална волна плута‐плоча вода воздух кој мирува

1.1.1

0,15 0,06 ÷ 0,20 0,038 0,035 0,052 0,58 0,023

Спроведување топлина низ рамен ѕид

Низ еднослоен рамен ѕид од хомоген материјал чии страни A и B се изотермни површини со температури ta и tb , постојани со времето, ако ta > tb, спроведувањето на топлина ќе се врши од површината A кон површината B. При константна вредност на коефициентот на спроводливост λ, за топлинскиот проток што поминува низ ѕидот се добива:

λ

Φ = A (t a − t b ) l Од изразот се гледа дека топлинскиот проток Ф [W] е правопропорционален на разликата на температурите (ta‐tb), на површината на ѕидот A [m2] и на коефициентот на спроводливост λ [W/mK], а обратнопропорционален на дебелината на ѕидот l [m]. Во случајов, температурната разлика (ta‐tb) се јавува како главен иницијатор за спроведување на топлината, додека големината

l

λA

=R

се спротивставува на предавањето на топлината и се нарекува топлински отпор. Според тоа, топлинскиот проток што се спроведува може да се изрази и на следниот начин:

Φ=

t a − tb R

Топлинскиот проток што се спроведува низ 1 м2 на ѕидот изнесува:

q=

Φ ta − tb = l A

λ Односот l /λ се нарекува специфичен топлински отпор.

6 | е н е р г е т с к и е ф и к а

сни системи

пренос на топлина

1.1.2

Спроведување топлина низ повеќеслоен рамен ѕид

Ако спроведувањето топлината се врши низ повеќеслоен рамен ѕид составен од три слоја X, Y и Z, од материјали со различни коефициенти на спроведување λx, λy, λz, и различни дебелини lx, ly и lz, тогаш при стационарна состојба, во граничните ѕидни површини A, B, C и D ќе се воспостават температурите ta, tb, tc, и td. Со спроведување, топлинскиот проток Ф поминува прво низ слојот со lx и λx при температурна разлика ta‐tb, потоа низ слојот со ly и λy и така натаму, совладувајќи ги топлинските отпори на слоевите. Вкупниот отпор што топлинскиот проток ќе треба да го совлада ќе биде:

R = Rx + R y + Rz =

ly ly lx l l ⎞ 1⎛l + + z = ⎜ x + + z ⎟ ⎜ Aλ x Aλ y Aλ z A ⎝ λ x λ y λ z ⎟⎠

Врз основа на погоренаведениот израз за топлински проток, за секој од трите слоја може да се напише:

Φx = A Φy = A

Φz = A

λx lx

(t a − t b )

λy

(t b − t c )

ly

λz lz

(t c − t d )

При стационарна состојба (A, B, C и D се изотермни површини со температури ta, tb, tc, и td постојани во текот на времето) низ секој од ѕидовите и низ сите ѕидови заедно топлинскиот проток е ист, односно Фx = Фy = Фz = Ф. Ако овој услов го внесеме во горните изрази, тогаш температурните разлики ќе може да се изразат на следниот начин:

t a − tb =

tb − tc =

tc − td =

Φl x Aλ x

Φl y Aλ y

Φl z Aλ z

Со собирање на левите и десните страни во горните изрази се добива изразот за топлински проток низ трослоен рамен ѕид:

даниела младеновска

| 7

пренос на топлина

Φ=

A(t a − t d ) lx l y lz + +

λx

λy

λz

Од последниот израз се гледа дека топлинскиот проток низ повеќеслојните ѕидови се намалува во зависност од бројот на слоевите, нивните дебелини и нивните коефициенти на спроведување.

1.1.3

Спроведување топлина низ еднослоен цилиндричен ѕид

Во принцип, спроведувањето топлина низ цилиндрични ѕидови е исто како и спроведувањето низ рамни ѕидови, но во овој случај изотермните површини не се рамни површини, туку концентрични цилиндри, чија внатрешна површина е помала од надворешната. Кај еднослоен цилиндричен ѕид со константни температури на внатрешната и надворешната површина и константен коефициент на спроведување кога температурата на внатрешната површина е поголема од температурата на надворешната, при спроведување на топлината таа наидува на сè поголеми површини. Поради тоа, падот на температурата е нелинеарен, односно логаритамски. Топлотниот проток што се спроведува низ ѕидот на цевка со должина l изнесува:

Φ = 2πlλ

t1 − t 2 d ln 2 d1

каде што: t1 и d1 – температура и дијаметар на внатрешниот цилиндар t2 и d2 – температура и дијаметар на надворешниот цилиндар

1.1.4

Спроведување топлина низ повеќеслоен цилиндричен ѕид

Ако спроведувањето топлина се врши низ повеќеслоен цилиндричен ѕид составен од два слоја X и Y, тогаш за топлинскиот проток за секој од слоевите може да се примени горниот израз. При стационарна состојба топлинскиот проток низ секој слој и низ сите слоеви заедно е ист, односно Фx = Фy = Ф. Ако при овие услови равенките се изразат преку температурните разлики, се добиваат следните изрази:

t a − tb = Φ

8 | е н е р г е т с к и е ф и к а

1 2πλ x

сни системи

ln

db da

пренос на топлина

t b −t c = Φ

d 1 ln c 2πλ x d b

Со собирање на левите и десните страни во горните изрази се добива изразот за топлински проток низ двослоен цилиндричен ѕид:

Φ=

ta − tc

db dc 1 + ln ln 2πλ x d a 2πλ y d b 1

Од последниот израз се гледа дека топлинскиот проток низ повеќеслојните ѕидови се намалува во зависност од бројот на слоевите, нивните дебелини и нивните коефициенти на спроведување.

1.2

ПРЕНОС НА ТОПЛИНА СО КОНВЕКЦИЈА

Под конвекција на топлина се подразбира пренесување топлина од флуид на ѕид или обратно, со пренесување и мешање на честички со различни температури. Кога флуидот е потопол од ѕидот, неговите потопли честички од внатрешноста на струјата патуваат кон ѕидот и се мешаат со постудените. При мешањето, топлината се пренесува последователно од потопли на постудени честички и најпосле на ѕидот. Оладените честички се враќаат назад во топлата зона на струјата. Кога ѕидот е потопол од флуидот, топлите честички покрај ѕидот патуваат во внатрешноста на струјата и преку мешање со постудените честички топлината се пренесува од ѕидот на флуидот. Мешањето на честичките со различни температури се остварува со попречно движење на честичките. Бидејќи ова движење е карактеристично за турбулентното струење, произлегува дека предуслов за конвективно пренесување на топлината е постоењето на турбулентно струење. Од хидромеханиката е познато дека движењето на еден флуид во цевка или покрај секаков ѕид може да биде ламинарно или турбулентно. При ламинарно струење, честичките на флуидот се движат по паралелни патеки без да се поместуваат попречно на правецот на струењето. Пренесувањето на топлината во попречен правец може да се врши само со спроведување како флуидот да е во мирување. Брзината на флуидот е максимална во оската на цевката. Покрај самиот ѕид брзината опаѓа на нула. Наглата промена на брзината се објаснува со постоење на внатрешно триење меѓу ламинарните слоеви со различна брзина. Температурата се менува по пресекот слично на брзината. Од максималната вредност во оската на цевката, таа опаѓа до температурата на ѕидот.

даниела младеновска

| 9

пренос на топлина

Во турбулентното струење, топлината се пренесува со мешање на честичките со различни температури. На пренесувањето на топлината со мешање на честичките се надоврзува кондукцијата на топлината низ ламинарниот слој. Главниот топлински отпор на топлинопренесувањето од флуидот на ѕидот или обратно се појавува во ламинарниот слој. Со тоа се објаснува и големиот температурен пад во ламинарниот слој. Топлинскиот отпор во граничниот слој зависи од неговата дебелина. Од гореизнесеното евидентно е дека не постојат чисти турбулентни струења поради постоењето на граничниот ламинарен слој кој се однесува како честичките да се во мирување. Како резултат на ова, секое пренесување на топлина од флуид на ѕид и обратно ‐ со преместување и мешање на честички со различна температура, е придружено со кондукција на топлина во граничниот слој, т.е. претставува комбинација од конвекција на топлина во турбулентната зона и кондукција на топлина во ламинарниот слој. Поради комбинираното пренесување топлина, одредувањето на топлинскиот тек при конвекција претставува компликувана задача. Тоа зависи од многу фактори, како на пример: агрегатната состојба, брзината на движењето, температурата, густината, спроводливоста, жилавоста и специфичната топлина на флуидот, формата, положбата, рапавоста и температурата на ѕидот итн. Бидејќи е невозможно да се изрази заедничкото дејство на бројните фактори на топлинскиот проток со конвекција во една математичка формула, се прибегнува кон експериментално одредување на топлинскиот тек, земајќи ги предвид сите фактори. Според експерименталниот закон на Њутн, топлинскиот проток кој со конвекција се пренесува од флуидот на ѕидот изнесува:

Φ = αA(t f − t w ) [ W] каде што: α [ W/m2K] ‐ коефициент на пренос на топлина А [ m2] – површина на која се пренесува топлината Одредувањето на топлинскиот проток при конвективното пренесување на топлината се сведува на одредување на коефициентот на конвективен пренос на топлината α. Коефициентот на конвективен пренос на топлина претставува фактор на пропорционалност на конвективно пренесената топлина и температурната разлика меѓу флуидот и ѕидот:

α=

q tw − t f

Коефициентот на конвективен пренос на топлина зависи од релативната брзина на флуидот, температурните разлики меѓу површината и флуидот, насоката на топлинскиот проток, големината и ориентацијата на површината, карактеристиките

10 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

пренос на топлина

на флуидот и рапавоста на површината. Вредноста на коефициентот на конвективен пренос на топлина може аналитички да се пресмета само за некои едноставни системи. За комплексни состојби мора да се одреди експериментално.

1.3

ПРЕНОС НА ТОПЛИНА СО ЗРАЧЕЊЕ

Енергијата на топлинското зрачење се јавува во телата како последица на топлинската енергија и претставува движење на електромагнетните бранови. Ако некоја површина биде озрачена со топлинска енергија, зависно од видот на материјалот и состојбата на површината, еден дел од енергијата се задржува (апсорбира) во телото, друг дел се одбива (рефлектира) и дел поминува низ телото. Деловите од енергијата на зрачење што се рефлектираат и поминуваат низ телото паѓаат на други тела во околината и од нив делумно се апсорбираат итн. Од изложеното се гледа дека секое тело истовремено зрачи и апсорбира енергија. Ако вкупната количина енергија која паѓа на телото во единица време ја означиме со Ф, енергијата што се апсорбира со Фa, енергијата што се рефлектира со Фr и енергијата што минува низ телото со Фd, се добива:

Φ = Φa + Φr + Φd Односите се нарекуваат на следниот начин: Φ a = a ‐ коефициент на апсорбција

Φ

Φr = r ‐ коефициент на рефлексија Φ Φd = d ‐ коефициент на пропустливост Φ Со замена на изразите во првата равенка се добива:

a + r + d = 1 Во зависност од вредноста на коефициентите a, r и d се добива карактеристика на озрачената површина:

ако a=1, r=0 и d=0, таквата површина е апсолутно црна, односно 100% ја апсорбира озрачената енергија и таквото тело се нарекува апсолутно црно тело;

ако a=0, r=1 и d=0, таквата површина е огледална површина, односно 100% ја рефлектира озрачената енергија и таквото тело се нарекува апсолутно бело тело;

даниела младеновска

| 11

пренос на топлина

ако a=0, r=0 и d=1, таквата површина е прозрачна, односно 100% ја пропушта озрачената енергија и таквото тело се нарекува апсолутно прозрачно тело.

Во природата на постојат апсолутно црно, апсолутно бело и апсолутно прозрачно тело. Најчесто се среќава сиво тело (a + r = 1, d = 0). Енергијата Ес [W/m2] што би ја зрачело апсолутното тело при дадена температура е секогаш поголема од енергијата Es [W/m2], што при истата температура ја зрачи секое сиво тело. Односот е следниот:

Ec = ε p1 Es ε ‐ коефициент на емисија или степен на црнотија на телото Табела 3. Вредности на коефициентот на емисија за некои материјали материја

метали: алуминиум

цинк

челик

калај хром манган месинг никел

платина

сребро

премачкувачи:

12 | е н е р г е т

состојба на површината

температура t (0C)

сурова полирана необработена поцинкуван лим полирана неполирана сјајно измазнета сјајно избрусена црвено за'рѓана валана лиена многу за'рѓана сјајна полирана глатко извалана полирана полирана пониклуван лим сјајно полирана неполирана полирана неполирана

25 23 170 28 230 50 – 280 150 20 20 20 100 20 20 150 120 20 230 20 230 630 230 630

ски ефикасни системи

ε ­ коефициент на емисија

0,07 0,05 0,04 0,23 0,04 0,21 0,13 0,24 0,61 0,77 0,80 0,85 0,07 0,06 0,05 0,05 0,07 0,05 0,05 0,11 0,02 0,03

пренос на топлина

алуминиумска бронза емајл лак миниумов премачкувач

изолатори:

дрво порцелан стакло згура

варено

мазна

100 20 100 100

20 20 20 20

0,20...0,40 0,85...0,95 0,93 0,93

0,80...0,90 0,92 0,94 0,93

даниела младеновска

| 13

2 ЕНЕРГЕТСКИ ФЛУИДИ

Е

нергетските флуиди пренесуваат топлина кај системите за греење, ладење и климатизација, како и кај разни апликации во индустријата. Течностите и гасовите со едно име се нарекуваат флуиди. Иако во сушина тие значително се разликуваат во поглед на своите својства, генерално заедничко им е својството на компресибилност.

2.1

ГУСТИНА НА ФЛУИДИТЕ

Густина на флуидите претставува нивната маса по единица волумен. Густините за вода и воздух за температура од 20°C и атмосферски притисок 101325 kPa се:

ρ voda = 998 kg m 3 ρ vozduh = 1.20 kg m 3

2.2

ВИСКОЗНОСТ

Вискозноста претставува мерка за способноста на флуидот за спротивставување на течењето. Колку флуидот има помала вискозност, толку е потечлив. Вискозноста, како и густината, зависна е и од температурата на флуидот. Колку температурата е повисока, ослабуваат врските меѓу молекулите, се намалува густината, а со тоа и вискозноста. При стандардни услови, апсолутната вискозност на водата и воздухот се:

μ voda = 1.0 mN ⋅ s m 2 μ vozduh = 18 μN ⋅ s m 2 Кинематичка вискозност претставува однос меѓу апсолутната вискозност и густината:

ν =μ ρ даниела младеновска

| 15

енергетски флуиди

При стандардни услови кинематичката вискозност на водата и воздухот се:

μ voda = 1.00 mm 2 s μ vozduh = 16 mm 2 s

2.3

КАРАКТЕРИСТИКИ НА ВОДАТА КАКО ЕНЕРГЕТСКИ ФЛУИД

Водата во природата ја има во сите три агрегатни состојби: цврста (снег, слана, мраз), течна (дождовница, изворска и подземна вода) и гасовита состојба (водена пара). Се наоѓа во атмосферата (метеорска вода), на површината на земјата (површинска вода), како и во подлабоките слоеви од земјата (подземна вода). Квалитетот на водата зависи, главно, од видот и количината на растворените минерални соли со кои доаѓа во допир и ги раствора (соли на калциум, соли на магнезиум, железо, алуминиум). Од гасови, водата содржи извесно количество јаглерод диоксид (оттаму својството да ги раствора минералите), кој со водата гради јаглеводородна киселина. Тврдоста на водата зависи од количеството на растворените соли и се мери со степен на тврдост, кој го означува количеството на солта пресметана на еквивалентот на калциумовиот оксид (CaO) на 100.000 дела вода, еден дел вар (на пример, на 1 л вода – 10 mg CaO). Тврдоста на водата особено се одразува на нејзината пивкост, а во домаќинствата и индустријата на нејзината употреба. Потврдата вода троши повеќе детергент за перење, во неа побавно се готви зеленчук, го намалува пресекот на цевките, ја намалува топлинската спроводливост на грејачите, го влошува квалитетот на некои производи (пиво, квасец, хартија, боја, кожа, текстил). Водата со тврдост 1‐8 степени спаѓа во категоријата меки води и се користи за полнење на котли и бојлери, а помалку се употребува за пиење. Средна категорија на тврдост на водата е 9‐18 степени и се користи за водоводи. Над 18 степени водата е веќе тврда и не може да се користи за пиење, па претходно е потребно да се омекне. Во однос на физичките својства, за разлика од другите материи кои при ладење без прекин се собираат, водата го прави тоа само при ладење до 40C, а на пониски температура се шири. Ширењето на почетокот е помалку интензивно (од 40C до 00C), за потоа да се интензивира. Најголемо е меѓу –20C и –60C (околу 10%) кога се јавуваат и најголеми притисоци (до 890 кг/см3), при кој пукаат цевките. Водата е најгуста при 40C. Точката на вриење и точката на кондензација (премин од течна во гасовита состојба и обратно) е на +1000C, а точката на мрзнење/топење е 00C .Со растење на притисокот расте и точката на вриење (над +1000C) и обратно, со намалување на притисокот таа паѓа под 1000C. Исто така, со намалување на притисокот се намалува и точката на мрзнење (под 00C) и тоа за 0,00750C за секоја атмосфера намалување. Водата испарува на сите температури меѓу 0 и 1000C, при што ја одзема топлината од околната

16 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

енергетски флуиди

средина. Водата е лош спроводник на топлина, што значи примената топлина ја задржува. Ова својство се применува во техниката на греење и климатизација. Атхезијата на водата е поголема од нејзината кохезија. Затоа таа ги влажни ѕидовите на цевките, се прилепува до нив и триејќи се предизвикува појава на отпор и опаѓање на притисокот. Атхезијата се намалува со пораст на нејзината температура. Од ова следува заклучокот во практиката дека водата полесно тече при повисоки температури кога е со помала густина. Расположливоста на водата како ресурс во Европа е различна по региони, но исто така различен е и пристапот во однос на ефикасноста и рационалноста во нејзиното користење. Климатските промени, пак, значително влијаат на водните ресурси и на побарувачката на вода. Трите категории корисници во потрошувачката на вода се земјоделството, индустријата и домаќинствата. Во просек, 44% од потрошувачката на вода во Европа е во земјоделството, 40% во индустријата и околу 15% во домаќинствата. Една од главните алатки на европските земји во напорите за ефикасно користење на водата како ресурс се нејзината цена и цената на јавните сервиси, исто така поврзани со потрошувачката на вода.

Слика 1. а) Влијание на цената на водата врз потрошувачката во Данска (1985­2004) б) Влијание на цената на водата врз потрошувачката во Естонија (1990­2004) Климатските промени значително влијаат и на достапноста или недостатокот на вода за подолги периоди. Ако се анализира количеството врнежи по региони за последниот век, констатацијата е дека Северна Европа има за 10% до 40% повеќе врнежи, а Јужна Европа е за 20% посува за истиот период.

даниела младеновска

| 17

енергетски флуиди

Губитоците на вода поради течење, т.е. пропуштање низ инсталациите, сеуште се еден од главните фактори за нерационалната потрошувачка. Значи, навремената детекција и санирање на дефектите во системите за водоснабдување, во комбинација со изградена свест и совест кај потрошувачите, делумно и под притисок на повисоки цени, се начините на кои се постигнува ефикасно користење на водата.

2.4

КАРАКТЕРИСТИКИ НА ПАРАТА КАКО ЕНЕРГЕТСКИ ФЛУИД

Парата претставува, всушност, гасна состојба на водата. Како извор на топлина, парата може да грее климатизиран простор преку соодветна опрема за пренос на топлина (индукциски апарати, радијатори, цевни регистри, конвектори и сл.), да се користи во топлиноизменувачи во индустријата, во металургијата за изработка на разни полупроизводи, во комерцијални цели кај кујни и перални, за стерилизација во здравствени установи и за производство на електрична енергија кај парните турбини. Предности од користењето на парата како медиум. Следните карактеристики на парата го фаворизираат нејзиното користење:

парата се транспортира низ системот без да се вложува надворешна енергија за тоа (пумпа);

поради својата мала густина може да се користи кај високи згради, кај кои примената на водата би создала висок притисок;

компонентите на системот може да се заменуваат и поправаат со едноставен прекин во испораката, без да има потреба од дренажа и повторно полнење;

температурата на системот може да се контролира не само со промени во температурата на парата, туку и на нејзиниот притисок.

Термофизички својства. Значи, парата претставува гасна фаза на водата и се добива и се произведува со додавање н а повеќе топлина отколку што е потребно за нејзино одржување во течна состојба на определен притисок. Табела 4. Својства на заситена пара апсолутен притисок, kPa 19.9 47.4 101 199 362

18 | е н е р г е т

темпeратура на заситување, 0C 60 80 100 120 140

густина (м3/кг)

енталпија (kJ/kg)

вода

пара

вода испарување

пара

0.00102 0.00103 0.00104 0.00106 0.00108

7.669 3.405 1.672 0.891 0.508

251 335 419 504 589

2609 2643 2675 2706 2733

ски ефикасни системи

2358 2308 2256 2202 2144

енергетски флуиди

618 1003 1555

160 180 200

0.00110 0.307 0.00113 0.194 0.00116 0.127

676 763 852

2082 2015 1941

2758 2778 2793

Заситената пара се карактеризира како гранична состојба за одржување на медиумот во гасовита состојба. Секоја промена во температурата на зададениот притисок резултира во преминување во течна фаза (при одземање на топлина) или во прегреана пара (со додавање на топлина). Енталпија на течноста (водата) претставува количество топлина во килоџули што е потребно за да се зголеми температурата на килограм вода од 0 0C до температурата на вриење на определен притисок. Енталпија на испарување (топлина на испарување) е количеството топлина во килоџули кое е потребно килограм вода на температура на вриење да се претвори во пара на определен притисок. Истото количество топлина е потребно да се одземе од парата за да кондензира во течност. Енталпија на парата е збир од енталпиите и на содржаната вода и пара заедно и ја претставува вкупната топлина на парата над 00C. Парата се карактеризира со определена содржина вода, т.е. определена содржина на влага, доколку е произведена со истата содржина на влага или, пак, таа се создала како резултат на падот на температурата во текот на транспортот. Квалитетот на парата се определува преку количеството на содржана влажност. Можеби присуството на кондензатот и не влијае значително на процесот на пренос на топлина, но има големо влијание врз самиот систем на тој начин што при движењето кондензатот предизвикува удари, вибрации и бучава. Присуството на воздух исто така ја намалува температурата на парата. Воздухот го спречува преносот на топлина, а пак присуството на кислородот од воздухот делува корозивно на материјалите од кои се изработени цевководите, т.е. челичните и другите метални површини. Јаглерод диоксидот, пак, поради своето својство да се врзува со водата и да формира јаглеродна киселина е, исто така, непожелен елемент, бидејќи и тој корозивно влијае врз металните површини. Поради тоа, сите овие елементи се предмет на третирање и отстранување преку посебно пропишани постапки.

2.5

ТЕХНИЧКИ ГАСОВИ

Компримиран воздух. Воздухот како мешавина на повеќе гасови е приоритетен и најчесто применуван технички гас. Главно, неговата примена е на повисок притисок и како таков се користи како инструментарен воздух кај пневматското управување на погони. Понатаму, се користи и кај процесите за хемиска подготовка на вода, во металургијата и во други индустрии. Во последно време, особено со развојот и

даниела младеновска

| 19

енергетски флуиди

усовршувањето на компресорите, неговата примена во процесната индустрија е сè поизразена. Во компресорските постројки, со зголемување на притисокот на воздухот од атмосферата, се произведуваат азот, кислород и други технички гасови.

Кислород. Без боја и мирис, незапаливиот гас кислород е неопходен за дишење и согорување и има широка примена во техниката и медицината. Заедно со ацетиленот образува смеса погодна за заварување и сечење метали, се користи во металургијата во процесот на топење на металите (ги интензивира процесите) и како гориво во ракетната техника заедно со водородот и керозинот.

Азот. Азотот е гас без боја и мирис, кој не гори и не го поддржува согорувањето. Најголема количина азот се содржи во слободен облик во атмосферата (78,09% волуменски). Се користи првенствено како заштитен гас кај процеси и постројки кај кои може да дојде до експлозија, т.е. за издувување на цевководи и преточување на запаливи течности. Од особено значење е неговата примена и во прехранбената индустрија.

Јаглерод диоксид. При нормални услови е безбоен гас, без мирис, незапалив и нетоксичен. Се содржи во атмосферскиот воздух во концентрација од 0.03% волуменски. На притисок од 56,5 bar и 200C преминува во течна состојба. Се применува во трите агрегатни состојби. Најширока примена има во прехранбената индустрија, потоа во индустријата при заварување во заштитна атмосфера, како и за гасење пожари кај хемиски инсталации и електропостројки.

20 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

3 ТОПЛИФИКАЦИОНИ СИСТЕМИ

З

а рационализација во снабдувањето со топлинска енергија особено големо влијание има топлификацијата, која се јавува како најнапреден начин на централизирано снабдување со топлина. Под поимот топлификационен систем или систем на далечинско греење се подразбира снабдување со топлинска енергија на сите објекти (потрошувачи) или поголемиот број потрошувачи за потреби на греење, вентилација, подготовка на санитарна топла вода, како и за технолошки потреби и тоа преку еден или повеќе топлински извори кои претставуваат единствен систем. Најчесто, топлификациониот систем се состои од следните елементи: топлински извор (или извори), топловоди и топлинска потстаница, додека инсталацијата во објектите не припаѓа на топлификациониот систем, односно припаѓа на објектот кој ја користи топлинската енергија. Во зависност од степенот на централизација на топлификационите системи, може да се поделат во четири групи:

групни, греење на згради;

реонски, греење на неколку групи на згради;

градски, греење на неколку реони од градот;

меѓуградски, греење на неколку градови.

3.1

ФАКТОРИ НА ЕВАЛУАЦИЈА ЗА ПРИМЕНА НА ТОПЛИФИКАЦИОНИТЕ СИСТЕМИ

Централното снабдување со топлинска енергија има низа предности, меѓу кои се следните:

рационална потрошувачка на примарната и крајната (секундарна) енергија;

користење на домашни енергетски извори со што се избегнува зависноста од скапата увозна струја;

поголема можност за следење и регулирање на топлинското оптоварување во зависност од промената на надворешните климатски услови;

можност за изградба на големи единици на топлинска енергија, со што цената на постројката по единица произведена енергија се смалува;

даниела младеновска

| 21

топлификациони системи

ложиштето на котелот се проектира за одреден вид гориво, со што се остварува поголем коефициент на искористување, а освен тоа може да се употребуваат нискоквалитетни горива чие согорување кај малите котларници е отежнато;

вкупниот степен на искористување е поголем отколку кај малите единици;

се исплатува воведување на поголем степен на автоматизација, со што се постигнува рационално и сигурно водење на постројките;

се остварува заштеда во просторот за објекти, кој би бил поголем за сместување на голем број мали котларници (истото се однесува и за складирање на горивата);

изворите на енергија можат да се лоцираат надвор од градот, со што се смалува загадувањето од горивата и пепелот;

можност за изградба на комбинирани извори на енергија за производство на електрична и топлинска енергија, кои даваат најповолен степен на трансформација на примарната во корисна енергија.

Меѓутоа, покрај значителниот број предности на системите за централизирано производство на топлинска енергија, постојат одреден број фактори кои го ограничуваат применувањето на топлификационите системи. Еден од најважните ограничувачки фактори е тоа што за градба на вакви системи потребни се значително поголеми почетни инвестициони вложувања во споредба со индивидуалните и локалните системи за греење, покрај тоа што вкупните вложувања по единица инсталирана топлинска моќ се помали од поединечните системи. Поради тоа, за изградба на топлификационен систем потребно е да се направи техно‐ економска анализа за поголем број можни варијанти, за да се одбере оптималниот систем. Други фактори кои ја ограничуваат градбата на топлификациони системи се следните:

3.2

малото специфично топлинско оптоварување на одредени делови од градот и распоредот на големите потрошувачи кои даваат помали ефекти во однос на другите начини на греење;

оддалеченоста на топлинскиот термоелектрани и слично;

организационите и стручните проблеми во врска со изградбата на големи системи.

извор

при

приклучувањето

на

ПОДЕЛБА НА ТОПЛИФИКАЦИОНИТЕ СИСТЕМИ

Топлификационите системи можат да се поделат според различни елементи: според топлинскиот извор, според топлоносителот, според начинот на подготовка на санитарната топла вода, според бројот на цевководи во дистрибутивниот систем и

22 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

топлификациони системи

според начинот на поврзување на потрошувачите на топлификациониот систем со системите во објектите.

3.2.1

Поделба според топлинскиот извор

Изворите за снабдување со топлинска енергија (во зависност од топлинското оптоварување и локацијата на потрошувачите во однос на изворот), подлежат на следната класификација:

Термоелектрани ­ топлани: Се користат за големи градови и индустриски зони (над 500 MW инсталирана топлинска моќ кај потрошувачите). Примарно производство е електричната енергија.

Топлани ­ термоелектрани: Се користат како индустриски енергани. Се употребуваат за покривање на технолошките потреби за пара и за загревање на урбаните средини. Производството на електрична енергија е секундарно.

Топлани: Се користат за покривање на технолошките топлински потреби и на потребите за греење. Во зависност од потребите, котлите можат да бидат водни или парни. Инсталираната топлинска моќ се движи од 50 до 350 MW.

Градски или реонски топлани: Служат за покривање на енергетските потреби за греење, вентилација и подготовка на санитарна топла вода за помали градови или реони на поголеми градови.

Блоковски котларници: Се користат за покривање на потребите од топлина за една зграда или поединечни индустрии.

Бинарни извори на топлина: Кај овие извори основното (базичното) топлинско оптоварување се покрива со неконвенционални извори (геотермална или сончева енергија), додека врвното оптоварување се обезбедува од класичните горива.

3.2.2

Поделба според топлоносителот

Според видот на топлоносителот, топлификационите системи се делат на водни и парни. Топлификациони системи со топлоносител вода Водните топлификациони системи се делат на две групи ‐ затворени и отворени. Кај затворените системи водата циркулира во топлинската мрежа, врши оддавање на топлина, меѓутоа не се врши одземање на вода од системот. Кај отворените системи, водата којашто циркулира, делумно или потполно се одзема кај потрошувачите за потребите на санитарна топла вода. Во однос на бројот на цевководи, овие системи можат да бидат изведени како: едноцевни, двоцевни, трицевни и повеќецевни. Кај отворените системи, минимал‐ ниот број цевки изнесува една, додека кај затворените ‐ две.

даниела младеновска

| 23

топлификациони системи

Затворени системи Кај затворените системи минималниот број на цевки изнесува две. Кај овие системи санитарната топла вода нема допир со водата од мрежата на топлификациониот систем. Поради тоа што водата од топлификациониот систем и санитарната вода се хидраулички одвоени може да се обезбеди постојан квалитет на санитарната топла вода идентичен со водата за пиење од водоводната мрежа. Главните недостатоци на затворените системи се следните:

посложена постројка и експлоатација на топлотните потстаници заради инсталирање на топлински изменувач за подготовка на санитарна топла вода;

во случај на водоводна вода со поголема карбонатна тврдост се јавува таложење на каменец во цевките на топлотниот изменувач кој треба да се отстранува;

поради тоа што водоводната вода е недегазирана настанува корозија на постројката за санитарна топла вода.

Двоцевни затворени системи со вода Овој вид системи најчесто се користи за снабдување на топлинска енергија на градовите. Основна предност во однос на повеќецевните системи се помалите инвестициони вложувања и поедноставната и поефикасна експлоатација. Со двоцевните системи можат да бидат задоволени потребите за греење, вентилација и санитарна топла вода. Кај овие системи топлинскиот извор и потрошувачите се поврзани со две цевки. Низ едната (доводната) цевка топлоносителот доаѓа до потрошувачот, врши оддавање на топлина и оладената вода низ друга (повратна) цевка се враќа на загревање во топлинскиот извор. Во зависност од начинот на поврзување на потрошувачот со топлификациониот систем, врската може да биде директна и индиректна. Ако инсталацијата на потрошувачот е поврзана со топлификациониот систем преку топлински изменувач (вода‐вода) тогаш оваа инсталација е одвоена од мрежата на топлификациониот систем и станува збор за индиректна поврзаност. Во овој случај инсталацијата претставува хидраулички независен круг и мора да има сопствен уред за одржување на притисок и експанзија на водата во инсталацијата. Врската е директна ако водата од топлификациониот систем непосредно влегува во инсталацијата на потрошувачот, така што во хидраулички поглед топлификациониот систем и инсталацијата на потрошувачот претставуваат единствен систем. Директните врски имаат предност во поглед на топлинските потстаници кои се поедноставни, а со тоа и поевтини, а освен тоа може да се оствари малку поголем температурен пад, со што се постигнуваат помали димензии за цевките на топлификационата мрежа. Основен недостаток на директната врска е големата хидраулична меѓузависност на мрежата на топлификацискиот систем со грејните тела на потрошувачите. Потребната температура се добива со мешање на вода од

24 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

топлификациони системи

доводната цевка на топлификациониот систем и повратната вода од инсталацијата на потрошувачот.

Троцевни затворени системи со вода Кај троцевните системи две цевки служат за довод на топлоносителот, додека третата служи за враќање на водата во топлинскиот извор. На овој начин, потрошувачите можат да се поделат според температурното ниво. Така, на пример, потрошувачите за греење и вентилација кои работат со променлива температура на водата во зависност од промената на надворешната температура се приклучени на една доводна цевка. Другата доводна цевка служи за снабдување со топлоносител на технолошките потрошувачи и системите за подготовка на санитарна топла вода.

Отворени системи Отворен двоцевен систем со вода Кај овој систем, исто како и кај двоцевниот затворен систем, топлоносителот (врелата вода) се транспортира со една цевка, додека оладената вода со друга цевка се враќа во топлинскиот извор. Разликата се состои во тоа што снабдувањето на потрошувачите се врши директно од мрежата на топлификациониот систем, а санитарната топла вода се добива со мешање на водата од доводната цевка и водата од повратната мрежа од системите за греење и вентилација. Регулацијата на системите за греење и подготовка на санитарна топла вода може да биде независна една од друга. Протокот на вода во системот за греење се одржува со помош на ограничувач на проток и не зависи од оптоварувањето кај санитарната топла вода. Протокот на санитарната топла вода се менува од нула до некоја максимална вредност, во зависност од потрошувачката. Максимален проток во доводната цевка се остварува при максимално оптоварување на системот за санитарна топла вода и при минимална температура на водата во доводната цевка. Во овој случај снабдувањето на потрошувачите со санитарна топла вода се врши исклучително преку доводната цевка, односно нема мешање (надвор од сезоната за греење). Протокот на вода во повратната цевка претставува разлика меѓу потребниот проток на вода за системите за греење и вентилација и одземената вода за мешање во системот за подготовка на санитарна топла вода. Максималниот проток на вода во повратната цевка се остварува во случај кога нема потрошувачка на санитарна топла вода, односно кога тој е идентичен со протокот на вода низ системите за греење и вентилација.

Отворен едноцевен систем со вода Основна карактеристика на овој систем е тоа што вкупниот проток на вода, по поминувањето низ инсталацијата за греење и другите потрошувачи со пониско температурно ниво, се користи како санитарна топла вода. На овој начин се избегнува повратниот цевковод, со што се смалуваат инвестиционите вложувања.

даниела младеновска

| 25

топлификациони системи

Вакви системи може да бидат употребувани единствено во подрачја со голема потрошувачка на санитарна топла вода, односно кога средната дневна потрошувачка на санитарна топла вода е еднаква или поголема од потребниот проток на вода за системите за греење и климатизација. Вакви услови постојат во подрачја со голема концентрација на бањи, санаториуми, болници и друго. Едноцевните системи имаат поголема можност за примена при т.н. транзитно транспортирање на топлина. Овој систем се користи за испорака на топлина од топлински извор кој е доста оддалечен од реонот на потрошувачите (на пример, термоелектрана), а во кој има двоцевен топлификационен систем. Кај овој систем транзитната едноцевна мрежа и мрежата на топлификациониот систем во реонот на потрошувачите работат при различни температурни и хидраулички режими. Мрежата на топлификациониот систем работи како обичен отворен двоцевен систем, кој врши снабдување со топлинска енергија за потребите на греење и подготовка на санитарна топла вода. Едноцевната транзитна мрежа има улога на напојување со вода на системот. Протокот на вода во транзитната цевка за еден час или некој друг период мора да биде еднаков на протокот на вода за потребите на санитарната топла вода и технологијата во истиот период. Топлификациони системи со топлоносител пара Се изведуваат два вида топлификациони системи со пара:

со враќање на кондензат;

без враќање на кондензат.

Во практиката, за технолошките потрошувачи најчесто се применува едноцевен парен систем со враќање на кондензат. Парата, од парен котел или со одземање од парна турбина, со парна цевка се доведува до потрошувачите. Кондензатот од потрошувачите со кондензна цевка се враќа во топлинскиот извор. Парата може директно да се пропушта во постројките на потрошувачите или, пак, топлината може да се предава преку топлински разменувач пара‐вода. Кондензатот после одвојувачите на кондензат се носи во кондензен резервоар и оттаму со пумпа се носи во топлинскиот извор. Ако е потребно да се врши снабдување со пара со различни притисоци, тогаш топлификационите системи се изведуваат како двоцевни или повеќецевни парни системи. Во такви случаи, помалите притисоци се обезбедуваат со одземање од турбината, додека повисоките ‐ директно од котелот. Кај системите без враќање на кондензат парата директно се пушта во системот за греење без топлински изменувач, а формираниот кондензат се користи за санитарна топла вода.

3.3

ИЗБОР НА ТОПЛОНОСИТЕЛ И ТОПЛИФИКАЦИОНЕН СИСТЕМ

Изборот на топлоносителот и топлификациониот систем се врши врз основа на технички и економски барања и зависно од карактерот на топлинскиот извор и видот

26 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

топлификациони системи

на потрошувачката на топлина. Се препорачува топлификациониот систем да биде поедноставен до максимум. Наједноставно решение се остварува кога сите потрошувачи се приклучени на еден топлоносител. Ако топлинските потреби се состојат од топлина за греење, вентилација и санитарна топла вода, обично се применува двоцевен систем. Во случај кога покрај овие потрошувачи во системот треба да се поврзат и технолошки потрошувачи, за што е потребна топлина со повисок потенцијал, рационално е да се примени троцевен систем. Во случаи кога основните топлински потреби се снабдување на технолошки потрошувачи со повисоко температурно ниво, а грејната сезона не е голема, тогаш како топлоносител обично се употребува пара. Основните предности на водата во однос на парата како топлоносител се следните:

можност за централна регулација;

повисок степен на корисно дејство на топлификациониот систем поради отсуство на загуби на пара и кондензат, што е честа појава кај парните системи, како и помали топлински загуби низ цевната мрежа;

поголема акумулација на топлина кај цевните системи;

поедноставно одржување;

подолг век на траење.

Од друга страна, недостатоците на водата како топлоносител се следните:

голема потрошувачка на електрична енергија за транспорт на водата во однос на потрошувачката на енергија за транспорт на кондензатот;

голема чувствителност во случај на дефекти, бидејќи во тој случај одредени делови од мрежата мора да се празнат;

голема густина на топлоносителот и голема хидрауличка поврзаност на сите точки од системот.

Многу важен елемент претставува правилниот избор на топлоносителот. Ако топлинскиот извор е котел, по правило, треба да се избираат високи параметри на топлоносителот. Високите параметри на топлоносителот водат кон помали димензии на цевките во топлификациониот систем. Изборот на топлификационен систем со вода (отворен или затворен) зависи, главно, од условите за снабдување со вода на термоелектраните, квалитетот на водоводната вода (тврдост, корозиони особини, киселост) и од расположливите извори за снабдување со санитарна топла вода. Во однос на енергетските показатели и почетните инвестиции, современите двоцевни системи (отворени и затворени) се отприлика рамноправни. Така, во однос на почетните инвестициони вложувања, отворените системи се во предност. Во однос на експлоатационите трошоци, затворените системи се во предност во однос на отворените.

даниела младеновска

| 27

топлификациони системи

3.4

ЕЛЕМЕНТИ НА ТОПЛИФИКАЦИОНИОТ СИСТЕМ

Како што е претходно наведено, топлификациониот систем се состои од следните елементи: топлински извор (или извори), топловоди и топлинска потстаница, додека инсталацијата во објектите не припаѓа на топлификациониот систем, односно припаѓа на објектот кој ја користи топлинската енергија.

3.4.1

Топлински извор (котларница)

Котларницата претставува просторија во која се сместени котлите за централно греење со потребната арматура и сите други потребни делови и постројки во врска со системот за греење (пумпи, топлински изменувачи, колектори, хемиска подготовка на вода и др.). При решавање за топлинскиот извор проектантот на системот треба да анализира повеќе елементи. За жал, не може да бидат дадени универзално важечки насоки. При изборот на локацијата на котларницата треба да се има предвид дека таа, во принцип, треба да се смести централно, со цел цевките за централно греење и евентуално санитарна топла вода да бидат што покуси. Освен тоа, врз изборот на локацијата влијае и поставувањето на оџакот и лесниот довод на горивото, а кај котлите со цврсто гориво и отстранувањето на пепелта и згурата од котларницата. Во досегашните изведби, во најголем број случаи котларниците се лоцирани во подрумски простории. Во поново време, во високите административни, станбени и други објекти котларниците се поставуваат на покривот или во поткровјето на објектите. За овие случаи се употребуваат котли со гориво кое лесно се транспортира. Главно, големината на котларницата зависи од големината на топлинскиот капацитет кој треба да се обезбеди и од видот на применетото гориво. За инсталациите со мал топлински капацитет се предвидува еден котел и обично резервен не се предвидува. Доколку биде избран котел со топлински капацитет кој ќе биде еднаков на потребната топлина за греење, во поголем дел од сезоната за греење тој ќе биде делумно искористен, затоа што потребната топлина за греење се одредува според надворешната проектна температура, која во текот на годината е многу кратка. Поради ова, пооправдано е да се постави котел со капацитет помал од потребната топлина за греење кој нормално ќе работи во поголем дел од загревната сезона, а при појава на проектните услови со форсирано ложење ќе може да се покријат максималните топлински потреби. Капацитетот на котелот треба да биде помал од потребната топлина за греење, најмногу до 30%. За поголеми капацитети се поставуваат два котла, едниот со 1/3, а другиот со 2/3 од потребниот топлински капацитет. Во овој случај малиот котел работи во потоплите денови, големиот во поголем дел од грејната сезона (при поголем студ), додека двата заедно само во најстудените денови. Но, на овој начин не се обезбедува резерва во случај да се расипе големиот котел. Подобра распределба на товарот се постигнува доколку се предвидат три котли, секој со по 1/3 од потребната топлина. При ваква распределба еден котел работи во потоплите денови од сезоната, два во поголемиот дел од сезоната, додека

28 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

топлификациони системи

сите три само во најстудените денови. На овој начин, при дефект на кој било котел, останатите два ќе можат со форсирано ложење да ја покријат потребната топлина. При проектирање на котларницата задолжително треба да се почитуваат одредени елементи. Светлата висина на котларницата зависи од инсталираната сила. Ѕидовите и таванот на котларницата мора да бидат изведени од огноотпорен материјал, а мора да имаат и слој кој не пропушта гасови. Отворите околу цевките или другите водови мора да се затворат со еластични материјали кои не пропуштаат гасови. Темелите на котлите се прават од бетонска плоча со дебелина од 200 до 250 мм и се издигнуваат над подот за 50 до 100 мм. Доколку тлото е слабо, плочата треба да се армира. Сите врати во котларницата треба да се отвораат нанадвор, односно во насока на движење, заради полесно излегување во случај на опасност. Во котларницата мора да има еден надворешен прозорец, со површина најмалку 1/2 од површината на основата на котларницата. Со проветрувањето на котларницата треба да се врши отстранување на гасовите од неа, а исто така и обезбедување воздух потребен за согорување на горивото во котлите. За отстранување на загадениот воздух од котларницата треба да се предвиди отвор кој се поставува под таванот. Пресекот на овој отвор треба да изнесува најмалку 255 од пресекот на оџакот, но не помалку од 200 см2. За собирање на отпадната вода во подот на котларницата треба да се предвиди бетонска шахта. Кај котлите кои работат на цврсто гориво голем проблем претставува отстранувањето на продуктите од согорувањето (пепел и згура). Доколку има можност пепелот и згурата е најдобро веднаш да се изнесуваат надвор, со што би се спречило испарувањето гасови и оддавањето топлина.

Слика 2. Шема на котларница за потребите за греење и подготовка на санитарна топла вода

даниела младеновска

| 29

топлификациони системи

3.4.2

Топлотна потстаница

Топлотната потстаница претставува збир од запорни, сигурносни, регулациони и мерни елементи со задача да ги адаптираат параметрите од главниот топловод (од системот) на потребните параметри согласно барањата на објектот и внатрешната инсталација. Истата може да биде изведена како директна или индиректна (со топлиноизменувач).

1.

2.

3.

4.

вентил на потиснувачкиот вод филтер вентил на повратниот вод ограничувач на протокот

5.

7.

8.

9.

12.

14.

прооден вентил редуцир‐вентил сигурносен вентил со пружина циркулациона пумпа мечашка клапна моторен вентил

15.

16.

17.

18.

24.

повратен вентил термометар манометар броило за топла вода сензори

26. мерач на топлинска енергија

Слика 3. Шема на топлотна потстаница Поредок случај во практиката, барем кај нас, е топлинската потстаница да е така изведена да овозможува и снабдување со санитарна топла вода на објектот. На слика 4 е прикажан таков систем кај директна топлотна потстаница.

30 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

топлификациони системи

Слика 4. Топлотна потстаница со санитарна топла вода (директен систем)

3.5

ЗАГРЕВНИ ТЕЛА

Задачата на загревните тела е да вршат загревање на просторијата по пат на предавање топлина од топлоносителот на воздухот во просторијата. Во врска со тоа тие треба да исполнат одредени термотехнички, техничко‐економски, санитарно‐ технички и естетски барања. Термотехничките барања подразбираат загревните тела на најдобар начин да ја предадат топлината од топлоносителот на загреваната просторија. Техничко‐економските барања ја земаат предвид потрошувачката на метал, а со тоа цената сведена на единица корисно зададена топлина да биде минимална. Санитарно‐техничките барања ја ограничуваат температурата на површината на загревното тело. За одбегнување на интензивното согорување на органската прашина, таа температура за станбени и јавни објекти не треба да биде повисока од 950C, а за здравствени објекти и детски градинки ‐ од 850C.

3.5.1

Видови загревни тела

Цевни загревни тела. Цевките се добри и едноставни загревни тела и се изработуваат како глатки и ребрести. Загревните тела од глатки цевки се во форма на цевна змија и цевен регистар. Издржуваат големи притисоци, но зафаќаат голем простор, па главно заради тоа ретко се применуваат. Ребрестите цевки може да се изработуваат со лиење заедно со ребрата (ламели) или со навлекување на кружни или правоаголни ламели на челична цевка. Ламелните загревни тела имаат 7‐8 пати поголема загревна површина од глатките цевки со иста должина и ист пречник, а оддавањето на топлина им е 4 пати поголемо.

даниела младеновска

| 31

топлификациони системи

Слика 5. Цевни радијатори Плочести радијатори. Составени се од две пресувани полустрани од лим. Се изработуваат со доста мала големина, поради што зафаќаат мал простор. Бидејќи имаат мала моќ на загревање се користат за загревање на простории со мали топлински загуби.

Слика 6. Плочести радијатори Радијатори од радијаторски елементи. Се изработуваат со лиење од сив лив, од челичен лим и со лиење под притисок од алуминиумски легури. Радијаторите од сив лив и алуминиум се употребуваат во системите на парно и водно греење, а радијаторите од челичен лим главно кај системите за водно греење заради малата отпорност на корозија.

Слика 7. Алуминиумски радијатори

32 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

топлификациони системи

3.5.2

Поставување радијатори

Радијаторите е најдобро да се поставуваат под прозорците. Тоа најчесто се прави, бидејќи на тој начин оладениот воздух од надворешните ѕидови се пресекува со вертикалното струење на топлиот воздух од радијаторот. Оддавањето топлина кај радијаторите се врши со конвекција и со зрачење. Поради ова треба да се овозможи слободна циркулација на воздухот околу радијаторот, т.е. да се внимава на одредени растојанија во однос на ѕидот и подот. Во спротивно, намалената циркулација на воздухот ќе доведе до намалено оддавање на топлина од радијаторот за повеќе од 10%.

3.5.3

Цевни мрежи

Дел од системите за греење се и цевните мрежи. Тие служат за пренесување на топлоносителот од топлинскиот извор до загревните тела. За смалување на загубите на топлина низ цевките се врши нивно топлинско изолирање. Постојат разни видови изолациони материјали, но најмногу се применуваат стаклена волна, минерална волна и пурлен. Дел од цевната мрежа претставува и разновидната арматура со различна намена. Најчесто се применува арматура за затворање (засуни и вентили за затворање), редуцир‐вентили (за намалување на притисокот на топлоносителот), сигурносни вентили кои треба да го спречат зголемувањето на притисокот, регулациони вентили за регулирање на температурата, еднонасочни вентили кои го пропуштаат флуидот само во една насока, одвојувач на нечистотии и др. Според функцијата, цевните мрежи се делат на доводни и повратни, а според ориентацијата ‐ на хоризонтална и вертикална мрежа. Хоризонталната цевна мрежа може да биде со горен и долен развод. Кај горниот развод, хоризонталната доводна мрежа се наоѓа над загревните тела, додека повратната мрежа се води под таванот од подрумот. Кај долниот развод, доводната и повратната мрежа се водат под таванот од подрумот. Хоризонталната цевна мрежа треба по целата должина да се води со одреден пад, со што се овозможува празнење на инсталацијата и отстранување на воздухот од неа.

3.6

ЛОКАЛНА РЕГУЛАЦИЈА

Во експлоатацијата на системот за греење на еден објект, од исклучителна важност за контролирање на потрошувачката на енергија е инсталирањето елементи и системи за регулација и нивното правилно подесување. Овде треба да се истакнат два случаи:

регулацијата на ниво на топлотна потстаница;

регулацијата на ниво на објект, т.е. на ниво на загревни тела.

даниела младеновска

| 33

топлификациони системи

Во првиот случај, регулацијата се остварува преку електромоторниот вентил во потстаницата и температурните сензори. Во случајот на регулација на ниво на загревни тела, регулацијата се остварува со поставување на термостатски вентили.

1. сензор; 2. затворач на вентилот; 3. посакувана вредност од 20°C

Слика 8. Преглед на отвор еноста на термостатски вентил за дадени температури Промената на положбата на вентилот директно влијае врз протокот на грејниот медиум кон грејното тело, а со тоа индиректно и на процесот на регулација, т.е. одржувањето определена температура. Сензорот на термостатскиот вентил може да биде исполнет со течност, гас или восочна маса. Со порастот на температурата медиумот се шири, создава притисок на чепот од конусот и вентилот се поместува кон затворање. При ладење на медиумот се случува обратен процес.

3.6.1

Ефекти од воведување локална регулација

Со воведување локална регулација се постигнуваат одлични услови на комфор (оптимални ‐ се избегнува прегревање и подладување), а паралелно со тоа се остварува заштеда на енергија и пари. Од друга страна, секогаш е можно зголемување на собната температура по сопствена желба на потрошувачот. Пример: За инсталирање на локална регулација во еден комплекс стамбени згради во Словачка, проект во кој се опфатени 3.974 станови, инвестирани биле вкупно 378.000 евра, т.е. 95 евра по стан.

34 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

топлификациони системи

Од друга страна, локалната регулација овозможила заштеда од 59 евра по стан за само една година. ⇒ Времето на отплата на инвестицијата е нешто подолг од 18 месеци. Понатаму, значајно е да се споменат и еколошките ефекти од остварените заштеди. Тоа значи еквивалентен износ на помалку согорено количество гас или друго фосилно гориво, т.е. помалку CO, NOx, CO2 и слично во атмосферата.

Слика 9. Период на отплата на инвестицијата

даниела младеновска

| 35

4 ПРЕСМЕТКА НА ПОТРЕБНОТО КОЛИЧЕСТВО ТОПЛИНА ЗА ГРЕЕЊЕ

4.1

ПОТРОШУВАЧКА НА ТОПЛИНА ЗА ГРЕЕЊЕ

Часовната потрошувачка на топлина за одреден објект се определува од топлинскиот биланс на објектот, односно:

Q g = 1,1(QT + Qi − Qvi ) каде што: Qg [ W ] ‐ потребна топлина за греење (инсталиран капацитет) 1,1 ‐ коефициент за зголемување на теоретски одредената потребна топлина Qr [ W ] ‐ трансмисиони топлински загуби Qi [ W ]‐ потребна топлина поради инфилтрација на надворешен воздух Qvi [ W ]‐ внатрешни топлински извори Потребната топлина за греење може да се претстави и со равенката:

Q g = (1 + μ ) qT V (t vm − t np )................... ......[W ] каде што: qT ‐ специфични топлински загуби по зафатнина на објектот и при температурна разлика меѓу tvm и tnp од 1 K μ=

Qi QT - коефициент на инфилтрација

V ‐ волумен на објектот tvm ‐ средна внатрешна температура на објектот tnp ‐ надворешна проектна температура даниела младеновска

| 37

пресметка на потребното количество топлина за греење

4.1.1

Пресметка на надворешната проектна температура

При пресметката на потребното количество топлина, со надворешната проектна температура се земаат предвид климатските влијанија за одредено место. Надворешните проектни температури за градовите во Република Македонија се одредени според следниот емпириски израз:

tnp = 0,4tn ,m + 0,6tmin каде што: tn,m |°C| ‐ средна минимална надворешна температура на најстудениот месец во годината во последните 10 години tmin |°C| ‐ апсолутно најниска температура која се појавила во последните 10 години

4.1.2

Трансмисиона топлина за греење (трансмисиони топлински загуби)

Трансмисионата топлина за греење се одредува кога т.н. трансмисиони топлински загуби се помножат со фактор на додатоци, или:

QT = Q0 (1 + Z ) каде што: Q0 [ W ] ‐ tрансмисиони топлински загуби Z [ ‐ ] ‐ фактор на додатоци Трансмисионите топлински загуби за една просторија се јавуваат поради поминување на топлина низ преградите на просторијата (ѕид, таван, врата и сл.), како резултат на различните температури од двете страин на преградите кои ја опкружуваат просторијата. Трансмисионите загуби на топлина претставуваат збир на загуби или добивки низ сите прегради во просторијата и се одредуваат според познатата равенка за спроведување на топлина: n

QO = ∑ k i Ai (t v − t i ) [W] i =1

каде што: ki [W/m2K] – коефициент на пренос на топлина низ преградата „i" Ai [m2] – површина низ која поминува топлината tv [°C] – внатрешна проектна температура ti [°C] – температура од другата страна на преградата

38 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

пресметка на потребното количество топлина за греење

Со факторот на додатоци се врши корекција на топлината QO за одредени влијанија кои не можат да бидат земени предвид со равенката за пресметка на QO и кои зависат од специфичностите на секоја просторија. Факторот додатоци претставува збир од три додатоци:

Z = Z p + Za + Z s каде што: Zp [‐] – додаток за прекин на греењето Za [‐] – додаток за зрачење Zs [‐] – додаток за страна на светот Во последните години сè повеќе се применува топлинска изолација на градежните објекти. Меѓутоа, видот, дебелината и цената на изолацијата се во одредена зависност и потребно е да се одреди оптималната дебелина на изолација. Одредувањето на оптималната дебелина на изолацијата претставува сложена техно‐ економска анализа, која може да се реши аналитички, со воведување на одредени упростувања и претпоставки. Како економски критериум меродавен за анализата се земаат вкупните трошоци:

Tv = TI + TEτ кадешто: Tv [ден/m2] – вкупни трошоци за квадратен метар преграда TI [ден/m2] – инвестициони трошоци за изведување на преградата TE [ден/m2] – експлоатациони трошоци, т.е. трошоци за ремонт на преградата сведени на една година τ [g] – нормативен рок за дополнителни инвестициони вложувања за капитален ремонт на преградата Од економски аспект, одредувањето на дебелината на изолацијата се врши под услов вкупните трошоци да бидат минимални.

4.1.3

Инфилтрација и вентилација

Под дејство на ветерот и поради разлика во температурата во просторијата која се загрева, низ процепите на вратите и прозорците навлегува студен надворешен воздух, со што се снижува температурата во неа. Поради ова треба да се предвиди дополнително количество топлина за обезбедување на потребната температура во просторијата. Тоа се пресметува на следниот начин.

даниела младеновска

| 39

пресметка на потребното количество топлина за греење

Осетна топлина

Q o = V ⋅ ρ ⋅ c p (t n − t V ) [W] каде што: V [m3/h] ‐ количество на надворешен воздух кој влегува во просторот ρ [kg/m3] ‐ густина на воздухот cp [Wh/kgK] ‐ специфичен топлински капацитет на воздухот tn [K] ‐ температура на надворешен воздух tv [K] ‐ температура на внатрешниот воздух Латентна топлина

Ql = V ⋅ ρ ⋅ ro (xn - xv) [W] каде што: ro [Wh/kg] ‐ латентна топлина на испарување xn [kg/kg] ‐ содржана влажност во надворешниот воздух xv [kg/kg] ‐ содржана влажност во внатрешниот воздух Внатрешни оптоварувања (оптоварување од присуството на луѓе во просторијата) 1. Осетно оптоварување

Qo = nqo [W]

каде што: n [ ‐ ] ‐ број на луѓе во просторијата q0 [ W ] ‐ осетни добивки на топлина од еден човек 2. Латентно оптоварување

QL = nqL [W]

каде што: n [ ‐ ] ‐ број на луѓе во просторијата qL [W] ‐ латентни добивки на топлина од еден човек

40 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

пресметка на потребното количество топлина за греење

4.2

ГОДИШНА ПОТРОШУВАЧКА НА ТОПЛИНА ЗА ГРЕЕЊЕ

За изработка на режими за користење на постројката и планирање на нејзиниот ремонт, потребно е да се знае годишната потрошувачка на топлина и нејзината распределба во текот на годината. Годишната потрошувачка на топлина за греење за станбени и јавни објекти се одредува од изразот:

Qggod = Qg × k g × τ g Qg [ MW ] ‐ максимална инсталирана топлинска моќ на потрошувачите за греење

kg =

t vm − t nm ‐ коефициент на просечно топлинско оптоварување загреење t vm − t np

tvm [ °C ] ‐средна внатрешна температура во објектот; tnm [ °C ] средна надворешна температура на воздухот во сезоната за греење tnp [ °C ] ‐ надворешна проектна температура

τ g [h ] - времетраење на сезоната за греење за посматраното подрачје 4.3

ТОПЛИФИКАЦИОНЕН ДИЈАГРАМ

При пониски температури на надворешниот воздух се зголемуваат топлинските потреби, така што при надворешна проектна температура одговара максимална инсталирана топлинска моќ. Тоа значи дека максималната топлинска моќ ќе се користи само краток период во годината, во периодот на најниските температури. Во другиот дел на грејната сезона, во зависност од надворешните температури, ќе се користи само одреден процент од таа инсталирана топлинска моќ. Овие релации се прикажани во т.н. топлификационен дијаграм.

Слика 10. Топлификационен дијаграм

даниела младеновска

| 41

пресметка на потребното количество топлина за греење

Q [ W ] ‐ потребна топлина за греење Qg [ W ] ‐ максимална топлинска моќ n [ h ] ‐ времетраење (зачестеност) на топлинското оптоварување

4.4

ТОПЛИНОИЗМЕНУВАЧКА ПОВРШИНА НА ГРЕЈНИТЕ ТЕЛА

Во еден систем за греење може да се вклучени различни апарати за оддавање топлина. Независно од видот на апаратите за размена на топлина, нејзиното оддавањето може да се претстави со равенката:

Q = kAΔtn.......... .....[Wh ] каде што: Q [ Wh ] ‐ количество топлина кое го оддава уредот за време n k | W/m2K | ‐ коефициент на целосно топлинопренесување

Δt [K ] ‐ средна температурна разлика n [ h ] ‐ времетраење на размената на топлина

42 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

5 ТОПЛИНСКИ ИЗВОРИ

Поделбата на топлинските извори се заснова на две категории:

конвенционални (котларница на фосилно гориво или електрична енергија);

неконвенционални (топлинска пумпа, геотермална енергија, сончева енергија, биомаса и др.).

Имајќи ја предвид ограниченоста во поглед на необновливоста на т.н. конвенционални енергетски ресурси, сосема е разбирливо што сè повеќе истражувања се насочени кон пронаоѓање алтернативни енергетски ресурси. Притоа, истражувањата се насочени во два правци:

пронаоѓање начини за искористување на енергијата која е постојано обновлива;

грижа за еколошките аспекти на енергетските ресурси.

Последново е сè поизразено во актуелниот период, имајќи ги предвид огромните штетни последици по човековата околина, како што се глобалното загревање поради ефектот на стаклена градина, емисијата на CO2 и др. Загревањето поради ефектот на стаклена градина настанува кога одредени гасови ѝ овозможуваат на сончевата светлина да продре до земјината површина, но делумно го спречуваат инфрацрвеното озрачување на планетата кон атмосферата, со што ја покачуваат нејзината температура. Јаглерод диоксидот учествува со околу 50% во вкупното загревање на земјината топка. Концентрацијата на CO2 во атмосферата моментално расте за околу 0,5% годишно и веќе е за 25% повисока отколку во прединдустрискиот период. Токму затоа, како на алтернативни енергетски извори, сè повеќе се смета на сончевата енергија, геотермалната енергија и други, кои благодарение на современиот техничко‐технолошки развој на опрема и системи веќе можат полесно да се експлоатираат, иако отсекогаш биле достапни. Овде е важно да се потенцира употребата на топлинската пумпа со која се овозможува користење на енергијата од водата во реките, езерата, енергијата од земјата и слично. Со вложување работа таа може да се подигне на повисоко температурно ниво. Со тоа топлинските пумпи имаат голема можност во скоро време да ги заменат класичните енергетски системи. За од техноекономски аспект да биде оправдано користењето на

даниела младеновска

| 43

топлински извори

овие ресурси, треба да бидат исполнети одредени услови во поглед на нивните карактеристики:

големина и температура на топлинскиот конзум;

растојание топлински извор ‐ топлински конзум;

економски исплатливи експлоатациони трошоци;

чистота на медиумот;

неагресивност на медиумот кон материјалите кои се употребуваат во инсталацијата.

5.1

ТОПЛИНСКА ПУМПА

Задачата на една топлинска пумпа е да генерира топлина на температурно ниво Т2 > T1 (T1'), погодно за греење или за потребите на некоја технологија, а притоа да користи топлина од околината на температура T1, при што е Т2 > T1' > T1. Главна карактеристика на топлинските пумпи е коефициентот на термотрансформација Ψ , кој претставува однос меѓу количеството топлина предадено на конзумот од страна на топлинската пумпа и моќноста на компресорот.

Ψ=

Q P

Улогата на давач или извор на топлина за работа на топлинската пумпа може да ја има природен медиум:

вода од езера и реки

подземна вода

надворешен воздух

земја

сончева енергија

и вештачки медиум:

отпаден воздух од климатизационите уреди

отпаден воздух од индустриските процеси

продукти на согорување

отпадни води

останати медиуми

Основни елементи на една топлинска пумпа се: компресор K, испарувач I, кондензатор Co, и придушен вентил PV.

44 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

топлински извори

Слика 11. Основна шема на топлинска пумпа Според големината на топлинската пумпа, се користат клипни или центрифугални компресори. Центрифугалните компресори имаат оправдана примена дури при загревна моќ на топлинската пумпа од над 450‐550 kW. Под овие вредности се применуваат, главно, клипни компресори. За одземање на топлината од топлинскиот извор, како и за предавање на топлината на објектот кој се загрева се користат испарувач и кондензатор. Разликата меѓу температурата на дадениот медиум и температурата на испарување, односно разликата меѓу температурата на кондензација и температурата на загреваниот медиум се бира во одредени граници. Колку е помала оваа температурна разлика, толку топлиноизменувачот e поголем и поскап. Ова произлегува од следнава релација:

Q = A Δt s k каде што: k [ W/m2K ] ‐ коефициент на целосно топлинопренесување Q [ W ] ‐ количество предадена топлина A [ m2 ]‐ површина на топлиноизменувачот

Δt s [K ] ‐ средна логаритамска температурна разлика Според техноекономскиот критериум на оптимирање на топлинска пумпа, збирот од годишните трошоци на капиталот Ckg и експлоатационите трошоци Ce треба да е минимален:

C g = Ckg + C e

даниела младеновска

| 45

топлински извори

5.2

ГЕОТЕРМАЛНА ЕНЕРГИЈА

Геотермалната енергија примарно потекнува од карпите во внатрешноста на земјата и се предава на флуидот кој ги исполнува пукнатините на карпите (вода, пара). Оттука и поимот геотермална вода како енергетски ресурс. Главни карактеристики кои го условуваат користењето на геотермалната енергија се:

длабочината;

растојанието меѓу локацијата на изворот и топлинскиот конзум;

капацитетот на геотермалниот извор;

температурата и падот на температурата;

експлоатациониот век на изворот.

5.2.1

Поделба на геотермалните извори

Според температурата геотермалните извори се класифицирани на следниот начин:

високотемпературни (t > 150°C) кои се користат за производство на електрична енергија;

среднотемпературни (90°C < t < 150°C) и нискотемпературни (40°C < t < 90°C) кои се користат директно во системи за климатизација и за греење во земјоделското производство;

нискотемпературни (t < 40°C) кои имаат индиректна примена како топлински извор за топлинска пумпа.

Во поглед на протокот на геотермалниот извор, просечно добар геотермален извор има проток 25 l/s ‐ 50 l/s. Што се однесува до растојанието меѓу геотермалниот извор и топлинскиот конзум, тоа треба да е помало од 1500 м. Геотермалната вода обично содржи хемиски соединенија кои предизвикуваат висок степен на корозија, особено врз јаглеродните челици. Освен интензивирањето на корозијата на цевките, кај нив може да се забележат и наслаги од бигор заради присуството на карбонатни соединенија во геотермалната вода. Токму од овие причини потребно е прочистување на геотермалната вода (со филтри ‐ механички), како и по хемиски пат со додавање соединенија кои имаат афинитет кон претходно наведените и стапуваат во хемиска реакција со нив. Со тоа се добиваат нови соединенија како продукти, кои немаат штетно влијание врз материјалот.

46 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

топлински извори

Слика 12. Експлоатација на геотермална енергија

5.2.2

Техноекономски аспект

Инвестиционите вложувања за користење на геотермална енергија се релативно големи и зависат првенствено од структурата на земјиштето. Вкупните инвестициони трошоци за геотермалниот извор претставуваат збир на трошоците за истражни дупнатини (Ci), експлоатациони дупнатини со зацевување (Cp), длабински пумпи (Cdp) и трошоците за помошна опрема (Cpo).

C gti = Ci + C e + C dp + C po .......... .......... .......... .......... .[$]

Ci = ci H i ..................................[$] каде што: Hi ‐ длaбочина на истражната дупнатина

Ce = ce H e ..................................[$] каде што: Hе ‐ длабочина на зацевување на експлоатационата дупнатина

даниела младеновска

| 47

топлински извори

Инвестицијата за набавка и монтажа на длабинска пумпа изнесува:

Cdp = cdp Pdp каде што: Pdp ‐ моќност на пумпата Вкупните инвестициони трошоци за користењето на геотермалната енергија зависат од вкупните трошоци за геотермалниот извор, пумпната станица со магистралниот цевковод и помошната опрема:

Citw = Cgti + Ccp + Cost.........................................[$] каде што: Cgti ‐ вкупни инвестициони трошоци за геотермален извор Ccp ‐ вкупни инвестициони трошоци за пумпна станица и магистрален цевковод Cost ‐ останати инвестициони трошоци за пречистителна постројка и постројка за хемиска подготовка на водата Експлоатационите трошоци ги опфаќаат трошоците за работа на длабинските пумпи и трошоците за транспорт на водата.

C twe = ce ( edp + e p ) + chtw каде што:

ce [$/kW] ‐ единечна цена на електрична енергија chtw [$/kg] ‐ додатоци за хемиска подготовка на водата заради заштита на магистралниот цевковод

edp, ep [kWh/kg] ‐ електрична енергија за работа на пумпите по килограм вода Вкупната цена на геотермалната вода претставува збир од специфичните инвестициони, експлоатациони и таксативни трошоци за користење природни богатства (ctt).

c gtw = citw + ctwe + ctt .......... .......... .......... ......[$ kg ]

5.3

СОНЧЕВА ЕНЕРГИЈА

Сонцето е неисцрпен извор на енергија, која во последните години сè повеќе се користи во технички цели, пред сè поради настојувањата за користење на обновливи и еколошки чисти енергетски извори. Енергијата на Сонцето на Земјата паѓа во облик на директно и дифузно сончево зрачење. На хоризонтална површина во средна

48 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

топлински извори

Европа, просечно годишно паѓа околу 850kWh/m2 сончева енергија. На јужно ориентирана страна, под агол од 70° , во однос на хоризонталата во зимските месеци (од октомври до мај) паѓа околу 330kWh/m2 сончева енергија. За примена на енергијата на сончевото зрачење за директно греење, оптимален агол во однос на хоризонталата е 60° ‐ 90° . Директното користење на топлината од сончевото зрачење за греење бара релативно високи температури на загреваниот медиум, од 40° до 90° C, според видот на греењето. Колекторите со топлоносител вода можат да бидат плочести и цевно‐вакуумски. Вториве се во поголема предност поради поголемата ефикасност во услови на поголеми температурни разлики на медиумот и атмосферата, како и поголемата ефикасност при помали агли на сончево зрачење. Бидејќи бројот на сончеви денови и часови во годината е релативно мал, примената на сончевата енергија за греење е поврзана со потребата за акумулација на топлината. Проектирањето и изборот на опремата за акумулација на топлина има огромно влијание врз трошоците, перформансите и сигурноста на системот во целина. Во секој случај, акумулаторите на топлина треба да имаат капацитет да ги надоместат топлинските загуби на објектот за неколку дена, па дури и за неколку недели. Но, со зголемувањето на капацитетот расте и нивната цена. Типичната големина на акумулаторите на топлина е од 40 до 80L за 1m2 површина на колекторот, при што капацитетот на една единица е ограничен на 450L.

даниела младеновска

| 49

топлински извори

Слика 13. Шема на греење со користење на сончева енергија

50 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

6 КЛИМАТИЗАЦИОНИ СИСТЕМИ

К

лиматизацијата претставува процес преку кој се обезбедува и се управува со потребната температура, количина на воздух и дистрибуција, како и содржина на влага во определена просторија или објект. Промените на состојбата на воздухот се следат на i‐x дијаграм за влажен воздух. Генерално, климатизационите системи се делат на две групи: централни и локални.

Централните климатизациони системи се едноканални постројки, кај кои подготовката на воздух се врши исклучително на едно место во централната клима‐ комора. Таму се обработува еднакво количество воздух со потребната температура и влажност. За сите отвори низ кои се уфрла воздухот во климатизираниот простор, воздухот има еднакви параметри на уфрлување.

Слика 14. Климатизациона комора

даниела младеновска

| 51

климатизациони системи

6.1

КЛИМА­КОМОРА

Главен дел на системот е климатизационата комора. Снабдувањето со топлинска енергија се врши од котларница, а обезбедувањето на енергија за ладење ‐ од ладилната постројка. Смесата на надворешен и рециркулационен воздух поминува низ сите елементи на клима‐комората и во нив се прочистува, а според потребите се предгрева, лади односно суши, влажи и догрева. Подготвениот воздух со помош на вентилатор се потиснува низ разводниот канал во климатизираната просторија. На патот на воздухот, од излезот на клима‐комората до климатизираната просторија, може да настане промена (воздух кој се уфрла). По извршување на задачата, воздухот од просторијата се извлекува со вентилаторот. Овој воздух се нарекува повратен. Дел од него се исфрла во атмосферата и претставува отпаден воздух, додека остатокот се враќа во клима‐комората и претставува рециркулационен воздух. Односот на мешање на надворешниот и рециркулациониот воздух може да се менува и, во преодните периоди кога не е потребна никаква подготовка на воздухот, може да се работи исклучително со надворешен воздух. Регулацијата на односот на мешање се врши со регулационите жалузини, со чија работа управува термостат. Предгревачот и догревачот, имаат регулациони вентили со чија помош се врши регулација на нивните топлински капацитети. Централните системи за климатизација се применуваат за климатизација на една или неколку простории со воедначено топлинско оптоварување. Овие системи се наједноставни и имаат мали инвестициони и експлоатациони трошоци.

6.2

РАЗВОД НА ВОЗДУХ

Подготвениот воздух во комората за обработка на воздух треба да се доведе во просторијата која треба да се климатизира. Освен тоа, кај воздушните системи, во најголем број случаи треба да се врши и/или извлекување на воздух. Тоа најчесто се врши со вцицувачки решетки поврзани со канали за вентилатор. Доведувањето на воздух од комората до просторијата, исто така, се врши со канали. Меѓутоа, разведувањето (дистрибуцијата) на воздухот во просторијата може да се врши со каналско и безканалско разведување. Водовите за развод на воздух можат да бидат канали или цевки кои служат за доведување или за одвлекување на воздух од просторијата. Во склоп на овие водови се вградуваат и елементи за затворање, отвори за чистење, елементи за регулација и пригушување на бучава и сл. Во функција на одезбедување топлоизолациони и заштитни својства, материјалите од кои се изработуваат овие водови треба да ги исполнуваат следните својства: што

52 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

климатизациони системи

помал отпор на струење, долготрајност, незапаливост, да не се хигроскопни, да не пропуштаат воздух и сл. Според критериумите на избор, се покажало дека најпогоден материјал е поцинкуваниот лим. Формата на попречниот пресек на водовите може да биде кружна (цевки), квадратна и правоаголна (канали) и заоблена, при што кај високопритисните системи најмногу се применуваат водовите со кружен попречен пресек. Во поглед на инвестиционите и експлоатационите трошоци, правоаголните канали се најнеповолни. Но, од друга страна, тие се поповолни од аспект на намалената бучава, како и подоброто прилагодување во процесот на монтажа. Освен поцинкуваниот се употребува и алуминиумски лим, канали од цигла и бетон, канали од керамички цевки, синтетички материјали, флексибилни цевки и црева. Каналите се изработуваат од секции со чие поврзување се формира каналска мрежа. Со оглед на тоа што каналите во делот меѓу климатизираниот простор и клима‐ комората поминуваат низ неклиматизирани простории, во зимскиот период ќе се јавуваат топлински загуби, а во летниот ‐ топлински добивки. За намалување на ефектите од овие појави се поставува топлинска изолација од пресувана волна, самогасив стиропор, пурлен и др.

6.3

ПРЕСМЕТКА НА ОПТОВАРУВАЊЕТО ЗА ЛАДЕЊЕ

Одредувањето на ладилното оптоварување претставува збир од следните оптоварувања: 1.

Надворешни оптоварувања за ладење

трансмисионо оптоварување

= k p A p Δt [W] ѕид Qdz = k dz Adz Δt [W] таван Qt = k t At Δt [W] низ прозорците Q p

оптоварување поради зрачење низ стаклени површини

Q = A (SC)(CLR) [W] каде што: SC ‐ коефициент на затемнување за стаклената површина SCL [W/m2] ‐ фактор на оптоварувањето за ладење од сончево зрачење (solar cooling load factor) 2.

Внатрешни оптоварувања за ладење

внатрешни осетни оптоварувања

(оптоварување од присуството на луѓе во просторијата)

Q0 = nq0 (CLF) [W]

даниела младеновска

| 53

климатизациони системи

каде штo: n [‐] ‐ број на луѓе во просторијата q0 [W] ‐ осетни добивки на топлина од еден човек CLF [‐] ‐ фактор на оптоварување за ладење, според часовите на зафатеност (CLF = 1,0 за зафатеност од 24h). (оптоварување за ладење од осветлувањето)

Qel = WFul Fsa (CLF ) каде што: W [W] ‐ инсталирана моќност на светилките Ful [‐] ‐ фактор за користење на светилките Fsa [‐] ‐ специјален фактор на отстапувањето CLF [‐] ‐ фактор на оптоварување за ладење, според часовите на зафатеност, односно времето на користење на светилките (CLF=1,0 за 24h користење на светилките) (оптоварување за ладење од опремата)

Qop = P ⋅ E F (CLF ) [W] каде што: P [W] ‐ инсталирана моќност на опремата EF [‐] ‐ фактор на ефикасност на опремата CLF [‐] ‐ фактор на оптоварување за ладење, според времето на работа на опремата (CLF=1,0 за 24h непрекината работа на опремата)

латентно оптоварување

QL = nqL [W] каде што: n [‐] ‐ број на луѓе во просторијата qL [W] ‐ латентни добивки на топлина од еден човек По пресметката на вкупното оптоварување за ладење се добива вкупната количина топлина која климатизациониот систем треба да ја одведе вон просторијата или објектот. Според тоа, овој податок ни служи како основа во димензионирањето на опремата на климатизациониот систем.

54 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

климатизациони системи

6.4

ВИДОВИ КЛИМАТИЗАЦИОНИ СИСТЕМИ

Според начинот на подготовка на воздухот, климатизационите системи се делат на локални и централни. Централните климатизациони системи, според работниот притисок, се делат на нископритисни и високопритисни. Нископритисните можат да бидат организирани како еднозонски и повеќезонски. Високопритисните се делат на воздушни и воздушно‐водени. Воздушните можат да се изведат како едноканални и двоканални. Карактеристично е дека едноканалните системи можат да бидат со константно количество воздух или со променлива количина воздух. Во воздушно‐водените системи спаѓаат системите со индукциони апарати и со вентилаторски конвектори.

6.4.1

Енергетски ефикасен систем за климатизација (систем со променлив проток на воздух)

Добро проектиран систем со променлив проток на воздух ја одржува бараната состојба на воздухот во климатизираниот простор, притоа постигнувајќи високо ниво на енергетска ефикасност. Клучен фактор е флексибилноста на системот во поглед на промената на оптоварувањето на објектот. Системите со променлив проток на воздух се незаменливи во ситуации кога е потребно отстранување на чад или други извори на загадување од одредени локации во објектот. Овој систем лесно се приспособува кон додавањето нови зони во објектот или модификација на постоечките, со што успешно го следи проширувањето на објектот. Оттука и неговата успешна примена во широк опсег на различни типови објекти и во различни климатски подрачја. Техниките на регулација овозможуваат создавање на добро оптимиран систем со одлични карактеристики на воздухот во климатизираниот простор. Но, во прв ред, предноста на овој тип системи е во прилагодливоста и флексибилноста, вредности што ниту еден друг систем не може да ги понуди. Исто така, една од позначајните предности на системите со променлив проток на воздух е можноста за симултано ладење и греење. Што се однесува до недостатоците на овие системи, тоа е слабата вентилација доколку пропишаниот број на измени на воздухот не се одржува независно од оптоварувањето. Како резултат на несоодветниот избор или неправилната инсталација на системот за регулација се јавува проблем со точноста и комплексноста на системот за регулација. Карактеристична е исто така и појавата на провев меѓу зоните, што ги нарушува условите на комфор, како и појавата на натпритисок или потпритисок во климатизираниот простор што ги надминува дозволените граници. Честа е и

даниела младеновска

| 55

климатизациони системи

појавата на прегревање или зголемено ладење на климатизираниот простор како резултат на погрешно избраната локација на термостатите, па тие не се во состојба да предизвикаат брза и квалитетна реакција на системот согласно промената на оптоварувањето. Од друга страна, заложбите за заштеда на енергија по секоја цена можат да доведат до недоволно влажнење/одвлажнување на вентилациониот воздух или пак други проблеми од нередовното или неправилното одржување. Системите со променлив проток на воздух чии терминални единици имаат вентилатор се соочуваат и со дополнителни проблеми, т.е. дополнителни трошоци за одржување на вентилаторите и моторите. Но, во речиси сите случаи, наведените проблеми кои произлегуваат од грешките во проектирањето, монтажата или експлоатацијата на системите можат да бидат решени или да биде намалено нивното штетно влијание. Техниките на заштеда на енергија кај системите со променлив проток на воздух се делат на три категории:

6.5

ефикасност на примарната и секундарната опрема;

промени во процесот на климатизација;

регулација.

РЕГУЛАЦИЈА

Сè до почетокот на деведесетите години, пневматската регулација беше најшироко распространета кај системите со променлив проток на воздух. Во осумдесеттите години помалите системи почнуваат да преминуваат кон електронска регулација, но и понатаму големите системи се базираа на пневматската регулација. Но, денес пневматскаа и аналогната електронска регулација се нефлексибилни и нудат скромни перформанси во споредба со DDC‐регулацијата (Direct Digital Control). Овој вид регулација се базира на програмабилна дигитална логика, која овозможува беспрекорна флексибилност, дијагностика и ефикасност во работата. Денес, климатизационите комори и терминалните единици можат да бидат интегрирани во моќна DDC‐мрежа, што на корисникот му обезбедува неограничени програмски и дијагностички можности. Новите стандарди во индустријата, објектно ориентираното програмирање и многу други фактори ги намалија инвестиционите, експлоатационите и трошоците за одржување на овие системи. Конфигурацијата и расположливите опции на регулаторот единствено се ограничени од имагинацијата на инженерот‐проектант. Техниките на регулација кои со застарените технологии беа скапи за реализација, сега се достапни со многу пониски цени.

56 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

климатизациони системи

Слика 15. Пример за мерење и регулација на процес на греење и регулација Мали и незначителни интервенции во системот за регулација може да придонесат за значителна заштеда на енергија. Покарактеристични се следниве зафати:

исклучување на системот за климатизација за време на периодот на незафатеност;

подесување на температурата на воздухот на излезот од климатизационата комора и температурата на водата за ладење во насока на заштеда на енергија;

подесување на вредноста на статичкиот притисок во насока на намалување на потрошувачката на енергија на вентилаторот, при што мора да се има предвид опасноста од недостаток на воздух кај критичната терминална единица.

даниела младеновска

| 57

7 ЕНЕРГИЈА ЗА ГРЕЕЊЕ И КЛИМАТИЗАЦИЈА (СОСТОЈБИ И ПРОГНОЗИ)

7.1

ПОТРОШУВАЧКА НА ЕНЕРГИЈА ЗА ГРЕЕЊЕ И КЛИМАТИЗАЦИЈА

Системите за греење и климатизација трошат значителен дел од вкупната потрошувачка на енергија во многу земји, поради што во светот се посветува големо внимание на пронаоѓањето начини за редукција на потрошувачката на енергија во оваа област.

Слика 16. Процентуално учество на потрошувачката на енергија по категории кај деловните објекти даниела младеновска

| 59

енергија за греење и климатизација

Процентуалниот износ на потрошувачката на енергија за греење и климатизација во однос на вкупната потрошувачка се менува од земја во земја во зависност од структурата на индустријата, климатските услови и топлинската заштита на објектите. Од земјите во кои доминира потрошувачката на енергија за греење во рамките на потрошувачката за греење и климатизација, овде е прикажана зависноста на потрошувачката на енергија за греење во зависност од надворешните температури во Норвешка и Германија.

Слика 17. Однос меѓу потошувачката на енергија и надворешните температури во Германија

Слика 18. Однос меѓу потошувачката на енергија и надворешните температури во Норвешка

60 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

енергија за греење и климатизација

Притоа, интересно е да се спомене дека главен извор на топлинска енергија во Норвешка е електричната енергија, а во Германија тоа е природниот гас или нафтата. Според податоците на Европската економска комисија на Обединетите нации (UN/ECE) во просек околу 50% од вкупната потрошувачка на енергија се троши во зградите. Ако се има предвид дека преку 90% од оваа енергија се троши за греење, климатизација и подготовка на санитарна топла вода, со рационализација на потрошувачката во оваа област може да се очекува голем ефект. Поради ова во развојните програми на UN/ECE во оваа област е посветено големо внимание.

7.2

МЕРКИ ЗА РЕДУКЦИЈА НА ПОТРОШУВАЧКАТА ЗА ГРЕЕЊЕ И КЛИМАТИЗАЦИЈА

Врз основа на фактот дека потрошувачката на енергија за потребите на греење, вентилација и климатизација и подготовка на санитарна топла вода, претставува значаен дел од вкупната потрошувачка на енергија, треба да се посвети големо внимание на пронаоѓањето и примената на мерки за редукција на потрошувачката во оваа категорија. Ова е доста флексибилна категорија за примена на вакви зафати, па оттука и заклучокот дека за намалување на потрошувачката на енергија може многу да се стори без големи материјални вложувања. Генерално земено, наједноставен метод за брза редукција на потрошувачката на енергија е намалувањето на температурата во просториите во текот на зимата, а нејзино зголемување во климатизираните простории во текот на летниот период. Овој начин на намалување на потрошувачката на енергија за потребите на греење и климатизација секогаш треба да се применува во акутна фаза на енергетската криза, но не е решение за подолги периоди. За остварување на постојаното штедење на енергија за оваа намена, потребно е да се изнајдат решенија и зафати како резултат на опсежни студии и анализи. Во врска со ова, сите развиени земји имаат изработено програми за штедење на енергија во сите компоненти на енергетиката, при што значајно место зазема намалувањето на потрошувачката на енергија за потребите на греењето и климатизацијата. Независно од тоа за која земја се работи, одредени основни поставки се заеднички во сите национални програми, а тоа се:

заштедата на енергија не смее да се одрази врз здравјето на луѓето и врз екологијата;

со штедењето не смее да се загрозува стандардот на потрошувачот;

даниела младеновска

| 61

енергија за греење и климатизација

штедењето не смее да го успорува постоечкиот, односно планираниот развиток на стопанството;

резултатите од заштедата на енергијата треба да бидат во интерес на општеството, односно потрошувачите.

Програмите за заштеда на енергијата во развиените земји се состојат од два дела: законско‐образовен и технички. За првиот дел од програмата треба да се реализираат следните активности.

Дефинирање на владина програма за финансиска поддршка на акцијата за заштеда на енергија. Со оваа програма треба да се обезбедат мерки за сите енергетски потрошувачи, а не само за големите.

Утврдување на механизам за енергетско вреднување на новопроектираните и објектите кои се реконструираат. За секој голем објект ќе треба да се изработи анализа за годишна потрошувачка на енергија, според податоците за референтна метеоролошка година. Притоа, за објектите за кои ќе се утврди дека ќе имаат помала потрошувачка на енергија од предвидената со стандардите, треба да се предвидат одредени бенефиции (поволна каматна стапка, делумно ослободување од даноци и придонеси и сл.).

Треба да се посвети големо внимание на информирањето и на пропагандата во областа на енергетиката. Оваа активност треба да се реализира на лесно прифатлив начин, на пример преку медиумите. Целта на овој зафат треба да биде постојано енергетско‐еколошко образување на нацијата.

Оформување на законска регулатива за изведување на објектите, надзор над работите, примопредавање на објектот на корисникот, управување со енергијата во текот на користењето на објектот и задолжително одржување на објектот и инсталациите во него, како и гаранција за обезбедување соодветни услови на комфор за подолг временски период.

Законско регулирање на условите за контрола на топлинската енергија во големите системи (режим на работа во текот на ноќта).

Финансирање на истражувачко‐развојни програми во областа на заштедата и рационалното користење на енергијата. Од овие проекти треба да се добијат подлоги за донесување нови стандарди и мерки за подобрување на енергетската ефикасност.

Во другиот дел на програмата потребно е да се остварат следните работи.

Испитување на карактеристиките на елементите на градежните конструкции изработени со нови технологии кои ја зголемуваат енергетската ефикасност, но во исто време и комфорот на живеење. Сегашните архитектонски и други проектантски решенија треба да се реализираат во објекти коишто десетици години во иднина ќе трошат енергија за греење и климатизација. Во врска со ова, треба да се изведуваат објекти кои ќе обезбедуваат квалитетно и комфорно живеење, намалување на трошоците за експлоатација на објектите и намалување на зависноста од

62 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

енергија за греење и климатизација

конвенционалните извори на енергија. За изучување на сите овие влијанија, се развива една нова научна дисциплина ‐ биоклиматизам. Во услови на биоклиматизам, барањата за штедење на енергија и нејзино економично користење се ставаат над барањата за естетско‐модни решенија на објектите.

Подобрување на топлинската заштита на објектите. Со подобрување на топлинската изолација се намалуваат топлинските загуби во зимскиот период и топлинските добивки во летниот. Одредувањето оптимална дебелина на изолација претставува сложена задача, бидејќи зависи од голем број променливи параметри и се решава со помош на техно‐економска анализа.

Енергетски гледано, треба да се тежнее и кон максимално можно намалување на вентилационите загуби на топлина (последица на инфилтрацијата на воздух), како и на затнувањето на процепите на прозорците и вратите. Од друга страна, со преголемо затнување на процепите може да дојде и до намалување на минималната промена на надворешен воздух во просториите без вештачка вентилација. Поради ова, поголемиот број светски стандарди од областа на топлинската заштита на објектите ги пропишуваат како максималните, така и минималните вентилациони загуби на топлина, одредени од услов на минимален број промени на надворешен воздух. Повеќето стандарди за просториите наменети за престојување на луѓе без вештачка вентилација предвидуваат од 0,5 до една промена на надворешниот воздух.

Поголема примена на системите за далечинско греење, а по можност и на ладење. Во последните 40 години, далечинското греење има достигнато висока позиција во системите за греење. Системите за далечинско греење имаат две големи предности во однос на другите извори на енергија: поволна цена на енергијата (особено кога станува збор за комбинирано производство на топлинска и електрична енергија) и големи еколошки придобивки.

Примена на новите и обновливи извори на енергија, особено пасивното користење на сончевата енергија за греење и активните сончеви системи за подготовка на санитарната топла вода и за загревање на базени.

Сите претходно опишани активности можат да се сведат под еден заеднички именител‐ управување со енергијата на објектите (energy management). Оваа област опфаќа низа дејства, анализи и пресметки во насока на рационално користење на енергијата, но без нарушување на животниот стандард и на производството. Со првите чекори, управувањето со енергијата почнува во дефинирањето на идниот објект, усвојувањето на концептот во процесот на проектирање, изборот на материјали, изведувањето на работата, проверката на нивниот квалитет, изборот на енергетскиот систем и контролата на неговата работа, како и одржувањето на системот.

даниела младеновска

| 63

8 ТОПЛИНСКИ СВОЈСТВА НА ГРАДЕЖНИТЕ И ИЗОЛАЦИОНИТЕ МАТЕРИЈАЛИ

Е

нергетската ефикасност, или заштедата на енергија за затоплување и ладење (климатизација) е непосредно поврзана со архитектурата на објектот и развојот на технологиите за производство на материјали, прозорци, стаклопакети, алуминиумски профили со специјални изолации за стаклени фасади, како и со обработката на термички фасади со добри изолациони карактеристики и вградувањето материјали за термика на покривите и подрумските простории.

8.1

ГРАДЕЖНИ МАТЕРИЈАЛИ ЗА ТОПЛИНСКА ИЗОЛАЦИЈА

Производ за топлинска изолација е материјал кој има функција да го намали топлинскиот проток низ конструкцијата со која е во контакт или во која е вграден. Способноста на некој материјал, во помала или поголема мера да се спротиставува на минувањето на топлината, односно тој да има топлинско‐изолациони својства, зависи од неговата микроструктура. Без исклучок, сите изолациони материјали содржат воздушни шуплини. Процентот на воздушните шуплини во однос на волуменот на материјалот, големината на шуплините и нивниот меѓусебен однос, го одредуваат степенот на изолационата моќ на самиот материјал. Со намалување на димензиите на шуплините расте и изолационата моќ, така што кај најдобрите изолациони материјали воздушните шуплини се со микроскопска големина. Топлинско– изолационата моќ на некој материјал се изразува со неговиот коефициент на топлинска спроводливост, како вредност λ, а мерката е W/(mK). Материјалите кои имаат вредност за λ еднаква или помала од 0,065 W/(mK) се погодни за примена во згради како топлинско‐изолациони материјали. Табела 5. Преглед на карактеристични изолациони материјали материјал плочи од полиуретан плочи од стиропор минерална и стаклена волна плочи од плута

≈[W/mK] 0,03 0,04 0,04 0,05

даниела младеновска

| 65

топлински својства на градежните и изолационите материјали

плочи од дрвени влакна перлит‐малтер блокови од гас‐бетон ѕидарија од керамички блок со шуплини ѕидарија од полна тула

0,07 0,010 0,150‐0,180 0,500‐0,960 0,810‐1,200

При изборот, освен според коефициентот ламбда, споредбата може да се прави и според физичките својства, како што се структурата, формата, густината, механичката отпорност, стисливоста, еластичноста, способноста за впивање вода, отпорноста на дифузија на влага, температурниот опсег на примена, отпорноста на оган, чувствителноста во контакт со агресивни материи и средини, стареењето и сл. Понатаму, споредбата може да се прави и според хемискиот состав, цената, манипулативноста при вградувањето, еколошкиот фактор итн.

8.2

ПРЕГЛЕД НА СВОЈСТВАТА НА НЕКОИ ИЗОЛАЦИОНИ МАТЕРИЈАЛИ

8.2.1

Стаклена и минерална волна

Изолационите материјали во форма на влакна со конзистенција на волна, без оглед на нивниот хемиски состав, имаат заедничко име ‐ стаклена волна. И стаклената и минералната волна имаат многу заеднички својства:

идентичен коефициент на топлинска спроводливост, односно иста изолациона моќ;

можност за произведство во различни форми;

отпорност на високи температури и пожар;

едноставност при вградувањето.

Со оглед на тоа дека и двата материјала можат да впијат значително количество вода, важно е, по сушењето, изолационите својства на материјалот да останат непроменети. Од овој аспект поволен материјал е стаклената волна.

8.2.2

Експандиран полистирен (стиропор)

Стиропорот е еден од најпопуларните изолациони материјали. Многу е чувствителен на присуството на разни органски растворувачи но, од друга страна, отпорен е во алкални средини. Стиропорот е чувствителен на високи температури. Долготрајната изложеност на температури до +80°C не може да предизвика негово оштетување. Но, во контакт со повисоки температури неговата употреба не е дозволена. Исто така, чувствителен е и на влијанието на ултравиолетовите зраци, така што при неговото вградување треба да се внимава од сите страни да е механички заштитен од директното влијание на сончевите зраци. Друго многу важно природно својство на

66 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

топлински својства на градежните и изолационите материјали

стиропорот е неговата димензионална стабилност, односно својството по експандирањето да ги намалува своите димензии. Има голема изолациона моќ, така што се вградува во релативно помали дебелини, а има и голема отпорност на притисок. Тој е најлесниот изолационен материјал, впива малку вода и има конкурентна цена во споредба со другите изолациони материјали.

8.2.3

Дрвена волна во комбинација со стиропор (комби­плоча)

Со цел да се подобрат изолационите или механичките својства на применуваниот материјал, често се прави комбинација меѓу стандардните изолациони материјали. Таков производ е „сендвич” на стиропор меѓу два слоја дрвена волна, познат како „комби‐плоча”. Најчесто се применува во визби, како таванска изолација кон становите во приземје.

8.2.4

Перлит­малтер и други топлинско­изолациони малтери

Перлит‐малтерот и другите топлинско‐изолациони малтери во својата структура содржат лесни додатоци како што се експандиран перлит, неврзани стиропор‐ гранули и слично, со цел на малтерот да му се подобрат изолационите својства. Не може да се применува како основен изолационен материјал, туку како дополнителна изолација кај недоволно изолираните ѕидови или за топлинска изолација кај внатрешните скалишни ѕидови кон становите.

8.2.5

Блокови од гас ­ бетон (Ytong”)

Блоковите од гас‐бетон, покрај тоа што имаат 4‐5 пати послаби изолациони својства од, на пример, стиропорот или минералната волна, можат успешно да се применуваат кај надворешните фасадни ѕидови. Меѓутоа, во тој случај треба да се реши проблемот со топлинската изолација на топлинските мостови на фасадните површини од армиран бетон, кој овој изолационен материјал не ги покрива (меѓукатни конструкции, натпрозорски греди, вертикални столбови и сл.).

8.3

ТОПЛИНСКИ МОСТОВИ

Влијанието на топлинските мостови во градежните конструкции (во негативна конотација) е огромно, како заради зголемениот интензитет на топлинските загуби и потрошената енергија за греење, така и заради можната појава на кондензација на влага на внатрешните површини. Наједноставна дефиниција за топлинските мостови е дека тоа се делови на градежни конструкции со намалена топлинска изолација. Затоа, во насока на изведување на енергетски ефикасен објект, потребно е уште во фазата на идејно проектирање да се

даниела младеновска

| 67

топлински својства на градежните и изолационите материјали

направи правилен избор на градежните детали, односно избор на градежните материјали и нивната правилна комбинација. Површината на надворешни фасадни ѕидови на објектите обично е со најголема процентуална застапеност во однос на останатаите надворешни конструкции. Од тие причини, правилниот избор на ѕидната конструкција во поглед на нејзините изолациони својства е од голема важност за намалување на топлинските загуби и избегнувањето на ризикот од појава на кондензација. Од изборот и димензионирањето на топлинско‐изолациониот материјал, неговата местоположба во ѕидот, како и од врските на ѕидот со другите конструктивни елементи на објектот зависи степенот на негативното влијание на топлинските мостови. Во поглед на местоположбата на главниот топлинско‐изолационен материјал, (материјал со најголем топлински отпор) можни се 4 случаи:

од надворешна страна;

во средина;

од внатрешна страна;

низ цела дебелина на конструкцијата.

Слика 19. Типични локации на топлинските мостови

68 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

топлински својства на градежните и изолационите материјали

8.4

ЕНЕРГЕТСКИ ЕФИКАСНИ ГРАДЕЖНИ МАТЕРИЈАЛИ (СОЛАРНА АРХИТЕКТУРА)

Во архитектонската концепција мора исклучително да се внимава и на следните фактори кои понатаму значително влијаат на енергетската ефикасност на објектот, т.е. на неговата потрошувачка на енергија за греење и климатизација. Тоа се неговата изложеност (дејство на ветрови, близина и влијание, на соседните објекти), ориентацијата на фасадите, акумулативната способност на објектот и најмногу бројот, поставеноста и ориентацијата на застаклените површини и материјалот од кој тие ќе бидат изработени. Добивките на топлина низ застаклените површини поради зрачењето во летниот период претставуваат главен дел од вкупното топлинско оптоварување, бидејќи современите згради се градат со големи застаклени површини. За намалување на овие добивки се прават повеќе зафати: намалување на степенот на застакленост, примена на топлинско‐апсорбирачки стакла, примена на топлинско‐рефлектирачки стакла, примена на средства за заштита од зрачење, примена на двојни и тројни вентилирани прозорци. Во последните години се посветува доста внимание во намалувањето на добивките на топлина низ прозорците. Степенот на застакленост (однос на површината на застаклување и вкупната површина на фасадата) во 60‐те години на XX век изнесувал 75‐80%, додека во последните години има тенденција на опаѓање на износ од 15 до 25%. Како средства за заштита од сончевото зрачење низ стаклените површини се применуваат ролетни, жалузини и завеси. Во САД, за оценка на степенот на заштита на заштитните средства се користи поимот коефициент на пропуштање. Утврдено е дека надворешните заштити (ролетни или жалузини) се многу поефикасни од внатрешните. Освен тоа, коефициентот на пропуштање е помал на заштитните средства со светли бои. Топлинско‐апсорбирачките стакла содржат одреден процент на метал кој ги апсорбира зраците со бранова должина поголема од 0,7 мм (инфрацрвено зрачење) и тие, во зависност од видот и дебелината на стаклото, имаат коефициент на пропуштање од 0,3 до 0,75. Топлинско‐рефлектирачките стакла се прекриени со метални или полимерни фолии. Коефициентот на пропуштање на овие стакла е 0,2‐0,6. Од надворешната страна се како огледала и ги одбиваат сончевите зраци. Во зимскиот период овие стакла ги намалуваат топлинските загуби, со што се зголемува температурата од внатрешната страна на прозорците. Со новите трендови во архитектурата и барањата на инвеститорите, се појавува потребата од проширување на постојните згради со задржување на фасадната столарија или нејзино реновирање и создавање дополнителна фасада, т.н. атриум. На овој начин се постигнува значителна топлотна и звучна изолација, а со тоа и

даниела младеновска

| 69

топлински својства на градежните и изолационите материјали

контрола на сончевата енергија и другите надворешни влијанија во просториите на објектот. Во современите трендови на проектирање фасади, се појавуваат и т.н. хибридни фасади, карактеристични по тоа што со стаклото се применува друг материјал на фасадите како на пример PVC, текстил и др.

8.5

МАКЕДОНСКИ СТАНДАРДИ ВО ГРАДЕЖНИШТВОТО

Со решение на министерот за стопанство од 1996 година, во рамките на Заводот за стандардизација и метрологија (денес Институт за стандардизација на Република Македонија), формирана е Комисија за изработка на македонски стандарди од областа на топлинската заштита на објекти и заштедата на енергија. Овие нови македонски стандарди (објавени во Службен весник на Република Македонија) се идентични со меѓународните стандарди (ISO) и стандардите на Европската Унија (EN). Тие претставуваат основа за одредување критериуми за ефикасно користење на енергијата и топлинска заштита и имаат префикс MKS EN ISO. Актуелната листа на стандарди е следна: MKS EN 832/Kor: 2006 (en)(uin) Топлински карактеристики на згради ‐ Пресметка на потребната енергија за греење ‐ Стамбени згради MKS EN ISO 6946/A1: 2006 (en)(uin) Градежни конструкции и компоненти ‐ Топлински отпор и коефициент на пренесување на топлината ‐ Пресметковен метод MKS EN ISO 7345:1999 Топлинска изолација ‐ Физички големини и дефиниции MKS ISO 9229:1999 Топлинска изолација ‐ Материјали, производи и системи. Речник MKS EN ISO 9251:1999 Топлинска изолација ‐ Состојби при пренесувањето на топлина и својства на материјалите. Речник MKS EN ISO 9346:1999 Топлинска изолација ‐ Пренесување на маса ‐ Физички големини и дефиниции MKS EN ISO 9346/Amd.1:1999 Топлинска изолација ‐ Пренесување на маса ‐ Физички големини и дефиниции ‐ Амандман 1

70 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

топлински својства на градежните и изолационите материјали

MKS EN ISO 10077‐1:2006 (en)(uin) Топлински карактеристики на прозорци, врати и капаци ‐ Пресметка на коефициент на пренесување на топлина ‐ Дел 1: Поедноставен метод MKS EN ISO 10077‐2:2006 (en)(uin) Топлински карактеристики на прозорци, врати и капаци ‐ Пресметка на коефициент на пренесување на топлина ‐ Дел 2: Нумерички метод за рамки MKS EN ISO 10211‐1/Кор.2006 (en)(uin) Топлински мостови во градежна конструкција ‐ Пресметка на топлински протоци и површински температури ‐ Дел 1: Основни методи MKS EN ISO 10211‐2:2006 (en)(uin) Топлински мостови во градежна конструкција ‐ Пресметка на топлински протоци и површински температури ‐ Дел 2: Пресметка на линеарни топлински мостови MKS EN ISO 10456:2006 (en)(uin) Градежни материјали и производи ‐ Постапки за утврдување на декларирани и проектни топлински вредности MKS EN ISO 12524:2006 (en)(uin) Градежни материјали и производи ‐ Хигротермални карактеристики ‐ Табела на проектни вредности MKS EN 13162:2006/Kor:2006 (en)(uin) Производи за топлинска изолација на згради ‐ фабрички производи од минерална волна (MW) ‐ Спецификација ‐ Коригендум MKS EN 13163:2006/Kor:2006 (en)(uin) Производи за топлинска изолација на згради ‐ фабрички производи од експандиран полистирен (EPS) ‐ Спецификација ‐ Коригендум MKS EN 13164:2006/Kor:2006 (en)(uin) Производи за топлинска изолација на згради ‐ фабрички производи од екструдирана полистиренска пена (XPS) ‐ Спецификација ‐ Коригендум MKS EN 13165:2006/Kor:2006 (en)(uin) Производи за топлинска изолација на згради ‐ фабрички производи од тврда полиуретанска пена (PUR) ‐ Спецификација ‐ Коригендум MKS EN 13165:2001/A2:2004 (en)(uin) Производи за топлинска изолација на згради ‐ фабрички производи од тврда полиуретанска пена (PUR) ‐ Спецификација ‐ Амандман А2

даниела младеновска

| 71

топлински својства на градежните и изолационите материјали

MKS EN 13166:2006/Kor:2006 (en)(uin) Производи за топлинска изолација на згради ‐ фабрички производи од фенолна пена (PF) ‐ Спецификација ‐Коригендум MKS EN 13167:2006/Kor:2006 (en)(uin) Производи за топлинска изолација на згради ‐ фабрички производи од целуларно стакло (CG) ‐ Спецификација ‐Коригендум MKS EN 13168:2006/Kor:2006 (en)(uin) Производи за топлинска изолација на згради ‐ фабрички производи од дрвена волна (WW) ‐ Спецификација ‐Коригендум MKS EN 13169:2006/Kor:2006 (en)(uin) Производи за топлинска изолација на згради ‐ фабрички производи од експандиран перлит (EPB) ‐ Спецификација ‐Коригендум MKS EN 13170:2006/Kor:2006 (en)(uin) Производи за топлинска изолација на згради ‐ фабрички производи од експандирана плута (ICB) ‐ Спецификација ‐Коригендум MKS EN 13171:2006/Kor:2006 (en)(uin) Производи за топлинска изолација на згради ‐ фабрички производи од дрвени влакна (WF) ‐ Спецификација ‐Коригендум MKS EN 13187:2006 (en)(uin) Топлински карактеристики на згради ‐ Квалитативна детекција на топлински неправилности на обвивките на зградите ‐ Инфрацрвен метод MKS EN ISO 13370:2006 (en)(uin) Топлински карактеристики на згради ‐ Пренесување на топлина низ тло ‐ Методи за пресметка MKS EN ISO 13788:2006 (en)(uin) Хигротермални карактеристики на градежни компоненети и елементи ‐ Внатрешна површинска температура за избегнување на критична површинска кондензација и кондензација во слоевите ‐ Методи за пресметка MKS EN ISO 13789:2006 (en)(uin) Топлински карактеристики на згради ‐ Коефициент на топлински загуби ‐ Пресметковен метод MKS EN ISO 13790:2006 (en)(uin) Топлински карактеристики на згради ‐ Пресметка на потребна енергија за греење

72 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

топлински својства на градежните и изолационите материјали

MKS EN 14063‐1:2006 (en)(uin) Материјали и производи за топлинска изолација ‐ Производи од експандирана глина со лесен агрегат формирани на самото место (LWA) ‐ Дел 1: Спецификација на производи во растресита состојба пред вградување MKS EN 14063‐1:2006 (en)(uin) Материјали и производи за топлинска изолација ‐ Производи од експандирана глина со лесен агрегат формирани на самото место (LWA) ‐ Дел 1: Спецификација на производи во растресита состојба пред вградување MKS EN 14316‐1:2006 (en)(uin) Производи за топлинска изолација на згради ‐ Топлинска изолација од производи од експандиран перлит (EP), формирана на самото место ‐ Дел 1: Спецификација на производи во врзана и растресита состојба пред вградување MKS EN 14317‐1:2006 (en)(uin) Производи за топлинска изолација на згради ‐ Топлинска изолација од производи од раслоен вермикулит (EB), формирана на самото место ‐ Дел 1: Спецификација на производи во врзана и растресита состојба пред вградување MKS EN ISO 14683/Kor:2006 (en)(uin) Топлински мостови во градежна конструкција ‐ Коефициент на линеарно пренесување на топлината ‐ Упростени методи и вообичаени вредности MKS EN ISO 15927‐1:2006 (en)(uin) Хигротермални карактеристики на згради ‐ Климатски податоци ‐ Дел1: Месечни средни вредности за одделни метеоролошки елементи

даниела младеновска

| 73

9 ПРОЦЕНКА НА ПОТРОШУВАЧКАТА НА ЕНЕРГИЈА ЗА ГРЕЕЊЕ И КЛИМАТИЗАЦИЈА

9.1

АРХИТЕКТОНСКО ПРОЕКТИРАЊЕ ВО СПРЕГА СО ЕНЕРГЕТСКА АНАЛИЗА НА СИСТЕМИТЕ И ОБЈЕКТИТЕ

Проектирањето на објектите во модерната архитектура не може да се замисли без комплексна анализа на нивниот облик, ориентација, анализа на системите за греење и климатизација, оптоварувањата и сл. Поради тоа, процесот на проектирање може да се класифицира како интердисциплинарен. Ако се разгледува еден објект од термодинамички аспект, тој претставува сложен систем од топлински отповарувања, поврзани со размена на топлина преку конвекција, кондукција и зрачење. На термичката слика на објектот влијаат сончевото зрачење, надворешната и внатрешната температура и внатрешните извори на топлина, кои се променливи во секој момент од времето. Како променливи параметри, влијаат уште и содржината на влага во објектот, активноста на присутните и зафатеноста на објектот и сл. Добивањето егзактно аналитичко решение на ваков комплексен проблем е невозможно. Затоа се изработуваат стандардни методи за енергетска анализа на објектите, првенствено за стандардни проектни услови. Притоа е потребна соработка на повеќе експертски тимови, а првенствено меѓу архитектите и инженерите‐термичари. Дека енергетската анализа не може да се работи одвоено од процесот на проектирање илустрираат наредните слики. На слика 20 е прикажан процесот на анализа и избор на оптимален систем. Овој процес се одвива во една насока, од дадените податоци до крајното решение. Проектирањето, паралелно со енергетската анализа, претставува итеративен процес. Иако и во овој случај се тргнува од одредени стартни податоци, тие не се неменливи. Напротив, тие се предмет на модификација во текот на итеративниот процес. На пример, сопственикот на објектот или архитектот, откако ќе ги согледа импликациите на потрошувачката на енергија поради големите застаклени површини, можеби ќе одлучи да ги редуцира истите. Исто така, машинскиот инженер може да се обиде со различни компоненти или варијанти на системот, односно даниела младеновска

| 75

проценка на потрошувачката на енергија за греење и климатизација

различни режими на контрола пред да го пронајде оптималното решение за конкретните услови.

Слика 20. Процес на анализа на климатизациониот систем Според тоа, процесот на проектирање претставува континуиран процес со повратна врска. На тој начин се овозможува избор од мноштво понудени решенија, анализа, враќање во процесот, корекција на изборот и, конечно, добивање на оптимално решение. Пред да започне со проектирањето на системот за греење и климатизација, машинскиот инженер треба да ја има пред себе т.н. програма на објектот. Оваа програма вклучува податоци за:

намената на објектот (станбен, деловен, индустриски, спортски) ‐ освен општата класификација за намената, во програмата треба да биде детализирана и функцијата на секоја од просториите;

географската локација и пристапот, површина на објектот, височината, бројот на катови, внатрешниот транспорт, материјалите на покривот и ѕидовите, како и типот и бројот на прозорците;

буџетот на инвеститорот (инвестициони и експлоатациони трошоци);

бројот и распоредот на луѓето постојано сместени во објектот и посетителите;

периодите на зафатеност и незафатеност на објектот;

концепциските архитектонски цртежи.

Во исто време, додека архитектот ја разработува програмата на објектот, машинскиот инженер треба да ја подготвува програмата на опкружувањето. Во оваа програма се опфатени следните податоци:

максимална, просечна и проектна температура (температура на сув и влажен термометар);

директно и дифузно сончево зрачење за секој месец во годината;

76 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

проценка на потрошувачката на енергија за греење и климатизација

максимална и просечна брзина на ветерот и насока на ветерот за секој месец од годината;

карактеристики на површинскиот и потповршинскиот слој на почвата на градилиштето.

Слика 21. Процес на проектирање на систем за климатизација Услови на опкружувањето кои треба да се дефинираат за секоја зона на објектот:

температури на сув и влажен термометар за време на дневни зафатени часови, ноќни зафатени часови и незафатени часови;

барања од аспект на вентилацијата;

барања во врска со квалитетот на внатрешниот воздух;

специјални барања во смисла на простор ослободен од вибрации, ограничувања на влажноста и редундантност на опремата од аспект на безбедност и сигурност;

прифатливи степени на ограничување за претходно изложеното.

Двете програми треба да бидат внесени во т.н. журнал за конкретниот проект и сите промени во секоја од програмите треба во истиот момент да бидат ажурирани. Значи, уште во почетната фаза на архитектонското проектирање, неизбежна е соработката меѓу архитектот и машинскиот инженер.

даниела младеновска

| 77

проценка на потрошувачката на енергија за греење и климатизација

9.2

ПРОЦЕНКА НА ГОДИШНАТА ПОТРОШУВАЧКА НА ЕНЕРГИЈА ЗА ГРЕЕЊЕ И КЛИМАТИЗАЦИЈА

Потрошувачката на енергија во објектот зависи од комплексната поврзаност меѓу проектот, локалната средина и експлоатацијата. Објектот со одредени внатрешни услови ќе има добивки и загуби на топлина или влага поради внатрешните оптоварувања и поврзаноста на објектот со околината. Ова резултира во топлинско или ладилно оптоварување на објектот. Целта на системот за греење и климатизација е да изврши компензација на оптоварувањето на објектот за да може да се одржуваат внатрешните услови. Овој процес се остварува со поддршка на системите и опремата за греење и климатизација. За проценка на потрошувачката на енергија за системите за греење и климатизација во објектот се потребни следните податоци: 1. Податоци за објектот Оваа група податоци вклучува информации за локацијата на објектот, распоредот на нивоата и детали за структурата на објектот. Овие информации треба да бидат доволно детални за објаснување на објектот, неговата намена и пресметката на карактеристиките на елементите на објектот. Ова ги вклучува следните податоци:

ориентација на површините;

употреба и окупираност (зафатеност) на просториите;

физички димензии;

конструктивни материјали;

услови на околината;

прозорци;

врати.

2. Климатски податоци Различните процедури за проценка на енергетските потреби бараат различни видови метеоролошки податоци, со големи разлики во нивото на деталност на бараните податоци. Нивото на деталноста се менува од единечен параметар на годишните метеоролошки услови до употреба на часовни вредности за температура, влажност, брзина на ветерот, сончево зрачење и др.

3. Податоци за внатрешното оптоварување Внатрешните оптоварувања можат да имаат многу значајно влијание врз топлинското оптоварување на објектот, особено за комерцијалните објекти. Природата и количеството на внатрешни оптоварувања (осветлување, луѓе, опрема и сл.) и временската променливост на овие оптоварувања треба правилно да се осознаат со податоци за погонските услови.

78 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

проценка на потрошувачката на енергија за греење и климатизација

4. Податоци за системот и опремата Видот на системите и опремата за греење и климатизација кои го опслужуваат објектот, нивните капацитети и методите за регулација имаат големо влијание врз енергетските барања на објектот. Тоа е важно за стекнување на целосно разбирање на овие поединости со цел да се постигнат реални резултати. Во овие податоци би требало да бидат вклучени информациите за општиот вид на системот, методот и компонентите за регулација и податоци за карактеристиките на компонентите, како и податоци за условите на експлоатација. Денес во светот се развиени голем број модели за проценка на потрошувачката на енергија. При проценката на потребната енергија за објектот се употребуваат голем број информации во зависност од процедурата за проценка. Иако постапките за проценка на енергијата доста се разликуваат, чекорите кои ја заокружуваат процедурата за енергетската потреба на објектот се заеднички за сите методи на проценка и тоа: пресметка на оптоварувањата на просторот, одредување на оптоварувањето на секундарната опрема и проценка на енергетските барања на примарната опрема. На слика 22 е дадена едноставна шема со чекорите и видот на потребните информации за секој чекор. Шемата е конципирана така што со одредени влезни големини се врши пресметка на излезни големини, кои што претставуваат влезни големини во следниот чекор.

Слика 22. Едноставна шема на чекорите во процесот на проценка на потребната енергија за објектот

даниела младеновска

| 79

проценка на потрошувачката на енергија за греење и климатизација

Чекор 1: Пресметка на оптоварувањата Со пресметка на оптоварувањата на просторот се одредува количеството енергија која треба да се доведе во просторот или да се одведе од него заради остварување на потребните услови на комфор. Со овој чекор треба да се изврши пресметка на следните топлински оптоварувања:

оптоварување од сончевите топлински добивки;

спроведување топлина низ структурата на објектот;

оптоварување од внатрешни топлински добивки (осветление, опрема, луѓе);

инфилтрација на воздух и вентилација.

Оптоварувањата се пресметуваат за одредени погонски и метеоролошки услови и се разликуваат од пресметките на проектните оптоварувања. Бидејќи системот работи многу кратко време во проектните услови, за проценката на потребната енергија за објектот многу поважна е работата на системот надвор од проектните услови. Чекор 2: Симулација на секундарниот систем Секундарниот систем претставува медиум, т.е. преносен механизам (клима‐комори, индукциони апарати, вентилаторски конвертори и др.), со кој оптоварувањето на просторот се претвора во оптоварување на системот за остварување на потребните нивоа на температура и релативната влажност во просторијата. Овој чекор ја заокружува пресметката на енергијата или топлинските барања на секундарните системи како одговор на оптоварувањата пресметани со чекорот 1. На пресметаните оптоварувања на просторот треба да се додадат топлинските загуби или добивки низ цевната или каналската мрежа. Како додаток на топлинското оптоварување, за секундарните системи треба да се направи и проценка на потребната електрична енергија за дистрибуција на флуидите, т.е. за работа на пумпите и вентилаторите. И во овој случај проектните услови се релативно неважни за пресметка на годишната потрошувачка на енергија. Чекор 3: Симулација на примарниот систем Примарниот систем се состои од опрема за трансформација на горивото или електричната енергија (котли, ладилни постројки) во капацитети за греење и ладење. Примарната опрема обезбедува флуиди за греење и ладење за топлиноизменувачите поставени во воздушните струи на секундарниот систем. Примарниот систем треба да ги задоволи оптоварувањата наметнати од секундарниот систем. Во овој процес фосилните горива и електричната енергија претставуваат влез за примарната опрема. И со овој чекор, исто како и со претходните, треба да се изврши симулација за капацитетите и карактеристиките на примарниот систем при работа со делумно оптоварување.

80 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

10 ОПТИМАЛНО КОНЦИПИРАЊЕ НА КОМБИНИРАНИ СИСТЕМИ ЗА ГРЕЕЊЕ

З

начаен фактор при определувањето на оптимален енергетски систем претставува потребната топлинска енергија за греење изразена преку топлификациониот дијаграм. Заради специфичните климатски услови во Република Македонија (краткотрајни временски периоди со многу ниски температуре), топлификациониот дијаграм е таков што делот од дијаграмот за температури блиски до проектната е изразито остар. Тоа значи дека проектниот капацитет на опремата од системот се користи релативно кратко време, а енергетското учество на тој дел е релативно мало. Имајќи ги предвид различните инвестициони и експлоатациони трошоци кај секој од енергетските системи (геотермална вода, топлинска пумпа, котларница) и користејќи некој од методите на оптимирање, може да се дефинира оптимален концепт на комбиниран енергетски систем.

10.1 ЕНЕРГЕТСКИ СИСТЕМ СО ТОПЛИНОИЗМЕНУВАЧКА СТАНИЦА НА ГЕОТЕРМАЛНА ВОДА, ТОПЛИНСКА ПУМПА И ВРВНА КОТЛАРНИЦА Ваквиот систем е составен од топлиноизменувачка станица за примарно користење на топлината од геотермалната вода, топлинска пумпа за секундарно користење на топлината од геотермалната вода, како и котларница за покривање на врвните топлински оптоварувања. Овој систем овозможува максимално искористување на топлината од геотермалната вода. Директното користење на топлината од геотермалната вода се врши доколку температурата на геотермалната вода е повисока од tgr,кое се движи од 40 до 45°C. Користењето на геотермалната вода како базичен генератор на топлина се објаснува со фактот што специфичната цена на геотермалната енергија е пониска, а од друга страна, самата инвестиција врзува големи финансиски средства. Топлинските пумпи овозможуваат користење на геотермалната вода како топлински извор и со вложување работа ја подигаат на повисоко температурно ниво. Во случај кога температурата на геотермалната вода tgr < 40°C, топлинската пумпа се користи како

даниела младеновска

| 81

оптимално конципирање на комбинирани системи за греење

базичен генератор на топлина. Во спротивно (tgr > 40°C), кога базичен генератор на топлина е геотермалната вода, дополнителните топлински потреби ги покриваме со секундарно користење на топлинската пумпа. Од техноекономски аспект, може да се заклучи дека топлинската пумпа е, исто така, скапа инвестиција, а експлоатационите трошоци се релативно ниски, што во прв ред зависи од коефициентот на термотрансформација Ψ . Енергијата што се добива од котларницата го покрива само врвното оптоварување (краткотраен период со ниски температури).

Слика 23. Топлификационен дијаграм за комбиниран систем каде што: К ‐ котларница TP ‐ топлинска пумпа TI ‐ топлиноизменувачка станица Степенот на користење на нискотемпературната топлина, т.е. добиената топлинска енергија од нискотемпературниот систем, е многу мал доколку не се зголеми топлиноизменувачката површина на објектот, односно не се снижи температурниот режим развод/поврат. Ова е посебно изразено при пониски температури на нискотемпературната геотермална вода. Со зголемување на топлиноизменувачката површина на грејните тела, односно со снижување на температурниот режим развод/поврат, се зголемува уделот на нискотемпературната топлинска енергија во вкупната топлинска енергија за греење и делумно се исполнува условот за базна работа на нискотемпературниот систем.

82 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

оптимално конципирање на комбинирани системи за греење

Слика 24. Приоритетна применливост на нискотемпературни грејни системи и системи со топлинска пумпа Приоритетната применливост на нискотемпературните грејни системи во однос на грејните системи со топлинска пумпа е дефинирана со односот на специфичните цени на нискотемпературната топлина и електричната енергија ctw/ce и коефициентот на искористеност на капацитетот на грејниот систем ( (τ ) ), како и со специфичните трошоци на капитал (x1 и x3) и коефициентот на термотрансформација на топлинската пумпа Ψ . На сликата се дадени криви на еднакви трошоци со кои се ограничени подрачјата на приоритетна применливост на нискотемпературните грејни системи и грејните системи со топлинска пумпа. Податоците се однесуваат на следните параметри: крива 1: x3 = 66 [$/kW год.], Ψ = 5

x1 = 31 [$/kW год.], (ttw = 65/45°C)

крива 2: x1 = 55 [$/kW год.], (ttw = 55/35°C) крива 3: x1 = 75 [$/kW год.], (ttw = 45/30°C) Од приложеното може да се види дека нискотемпературните системи имаат приоритетна применливост при ниска специфична цена на нискотемпературната топлина. Со снижување на температурата на термалната вода се стеснува подрачјето на приоритетна применливост. На наредната слика е дадена зависноста на делот од енергијата за греење што се покрива со дел од топлинската моќност, во релативни вредности, добиена според топлификациониот дијаграм. Поради специфичноста на климатските услови за умерено‐континентална клима, а според дијаграмот на сликата, се добива дека со релативно мали топлински моќности (Q/Qp = 0,5) се покрива релативно голем дел од топлинската енергија за греење (E/Evk

даниела младеновска

| 83

оптимално конципирање на комбинирани системи за греење

= 0,9). Тој факт ја наметнува концепцијата на оптимирањето на комбинираните енергетски системи, така што базните потреби да бидат покриени со евтина енергија, а врвните со евтина инвестиција.

Слика 25. Зависност на покриената топлинска енергија од топлинската моќност на греен систем за оранжерии

84 | е н е р г е т

ски ефикасни системи

11 МЕРЕЊЕ И МОНИТОРИНГ НА ПОТРОШУВАЧКАТА НА ЕНЕРГИЈА (ENERGY MANAGEMENT)

Д

околку компанијата води грижа за рационално користење на енергијата во своите објекти, тогаш неопходен е организиран и испланиран пристап кон проблемите за мерење на енергијата и формирањето модели за проценка на потрошувачката. Според тоа, воопштено анализирано, треба да се спроведе следнава процедура:

Слика 26. Анализа и оптимирање на потрошувачката на енергија

Собирање на неопходните информации ‐ познавање на потрошувачката на енергијата во објектот по функции и по сектори, утврдена со пресметка и парцијални мерења и дефинирање референтни модели за опишување на специфичната активност и типот на објектот;

даниела младеновска

| 85

мерење и мониторинг на потрошувачката на енергија

Според расположливите податоци, да се изведе комплетно мерење на различните видови енергија и на оптимално избраните локации;

Споредба на мерените вредности по функција со референтните вредности, со цел идентификација на помалку ефективните функции;

Техноекономска анализа на прелиминарните проекти за технички модификации кои ќе придонесат за најголема заштеда на енергија, а потоа избор на еден или повеќе проекти согласно нивната ефикасност и враќање на инвестицијата;

Организациони модификации ‐ информирање на корисниците, промовирање на нов начин на однесување кон енергијата и сл.

Континуирано следење на резултатите, проверка и постојано истражување нови можности за заштеда.

11.1 ВИДОВИ НА МЕРЕЊА ВО ЗГРАДА (ДЕЛОВЕН ИЛИ РЕЗИДЕНЦИЈАЛЕН ОБЈЕКТ) Во насока на подобрување на енергетските перформанси на објектот, т.е. тежнеењето кон енергетски ефикасна зграда, потребно е континуирано и на што е можно повеќе локации да се вршат следните мерења:

температура;

влажност;

притисок (потпритисок или натпритисок);

термовизиски снимања (по потреба;

мерења на потрошувачката на топлина (калориметри);

мерења на реалните коефициенти на пренос на топлина (заради подобрување на изолационите особини на применетите материјали).

Табела 6. Споредба на реални и измерени вредности за коефициенитите на пренос на топлина зграда изградена во 2003 г. со површина 200m2 ѕид прозорец покрив под

86 | е н е р г е т

теоретска вредност на U (W/m2K) 0,37 1,4 0,25 0,37

ски ефикасни системи

измерена вредност на U (W/m2K) 0,45‐1,2 1,8‐3,0 0,4‐1,0 0,5‐1,2

мерење и мониторинг на потрошувачката на енергија

11.2 ПОТЕНЦИЈАЛ ЗА ЕНЕРГЕТСКА ЕФИКАСНОСТ КАЈ ЗГРАДИТЕ Развиени се различни методи и технологии за намалување на потрошувачката на енергија на зградите. Клучна е изолацијата, т.е. постапката на изолирање и применетите материјали. Изолацијата може да биде надворешна или внатрешна, при што е докажано дека надворешната е двојно поефикасна. Од друга страна, важен елемент е и видот на применетиот материјал за изолација и тоа не само од аспект на изолационите својства, туку и неговата способност за акумулирање на топлина, т.е. неговата термална инерција. Материјалот кој има поголем степен на инерција овозможува побавен пренос на надворешните влијанија во објектот и обратно, што е секако поповолно од термодинамички аспект. Спречувањето на инфилтрацијата на надворешен воздух поради разликата на притисоците, како и топлинските загуби низ прозорците и вратите е, исто така, подрачје на кое може значително да се делува. Примената на ефикасни прозорци последните години е сè поизразена, а особено е голем напредокот во промовирањето производи со сè повисок термички отпор, т.е. пониска термичка спроводливост. Најдобрите имаат термичка спроводливост пониска од 1 W/m 2K. Примената на овие мерки е презентирана на следниот пример за три типа куќи. Табела 7. Споредба на потрошувачката на енергија за три типови куќи

површина волумен температура во зима прозорци изолација на ѕид изолација на покрив енергија за греење/ладење заштеда

куќа 1 100 m2 250 m3 190 ден 150 ноќ 16 m2 (3,2 m2 на југ) 7 cm внатре 14 cm 14300 kWh

куќа 2 100 m2 250 m3 190 ден 150 ноќ 16 m2 (11,2 m2 на југ) 7 cm внатре 14 cm 9420 kWh

куќа 3 100 m2 250 m3 190 ден 150 ноќ 28 m2 (22 m2 на југ) 10 cm надвор 20 cm 5070 kWh

­34%

­65%

Од другите мерки вон архитектонската концепција на објектот, т.е. од класичните енергетски мерки треба да се издвојат: регулацијата на процесот на греење и климатизација (со посебно внимание на задржување на квалитетот на внатрешниот воздух), максималното искористување на надворешниот воздух за климатизација (особено во преодните периоди ладење/греење) и другите промени во самиот процес, примената на енергетски ефикасни светилки и сл. Toa што ваквите техники даваат резултати покажува и следниот пример за проект за енергетски ефикасни згради спроведен во САД. Во следните табели презентирани се целите на проектот и финансискиот бенефит, т.е. заштедите остварени за една година.

даниела младеновска

| 87

мерење и мониторинг на потрошувачката на енергија

Табела 8. Цели во проектот за енергетска ефикасност кај згради во British Columbia СЕКТОР 1. домаќинства (куќи) нови 2. домаќинства (згради) нови 3. деловни и индустриски објекти нови 4. домаќинства (куќи) постоечки 5. домаќинства (згради) постоечки 6. деловни и индустриски објекти постоечки

ЦЕЛИ редуцирање на просечната годишна потрошувачка на енергија за 32% до 2010 година редуцирање на просечната годишна потрошувачка на енергија за 37% до 2010 година редуцирање на просечната годишна потрошувачка на енергија за 20% до 2010 година редуцирање на потрошувачката кај 12% од објектите за 17% до 2010 година редуцирање на потрошувачката кај 16% од објектите за 9% до 2010 година редуцирање на потрошувачката кај 20% од објектите за 14% до 2010 година

Табела 9. Бенефит од мерките за енергетска ефикасност (British Columbia)

тип на објект 1 2 3 4 5 6 за сите објекти

88 | е н е р г е т

пресметани годишни заштеди (во милиони долари) во 2010 во 2020 електрична електрична гас вкупно гас вкупно енергија енергија 18 22 40 98 99 197 2 7 9 12 31 43 6 9 15 29 42 71 21 9 30 54 33 87 5 1 6 12 1 13 19 8 27 52 11 63 71 56 127 257 217 474

ски ефикасни системи

м‐р Даниела Младеновска ЕНЕРГЕТСКИ ЕФИКАСНИ СИСТЕМИ

COSMO Иновативен Центар бул. Јане Сандански бр. 113, Скопје факс +389 2 244 8240 тел. +389 2 244 8077 www.cosmoinnovate.com.mk contact@cosmoinnovate.com.mk