Svet strojništva - September 2016 by Zveza ZSIS

ZNANOST NA DLANI PRIMERJALNA ANALIZA ŽIVLJENJSKEGA CIKLA PREČNO LEPLJENEGA LESA V PROIZVODNI FAZI COMPARATIVE PRODUCTION PHASE LIFE CYCLE ASSESSMENT OF CROSS-LAMINATED TIMBER W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

Henrik Gjerkeša,b,*, Slavica Ilca

University of Nova Gorica, Vipavska 13, 5000 Nova Gorica, Slovenia b Building and Civil Engineering Institute ZRMK, Dimičeva 12, 1000 Ljubljana, Slovenia a

*Corresponding author: Gregor Harih doc. dr. Henrik Gjerkeš University of Nova Gorica Vipavska 13 5000 Nova Gorica, Slovenia

Mechanical Engineering World – 4 Journal homepage: www.zveza-zsis.si/ Article info Article history: Received 6 September 2016 Received in revised form 14 September 2016 Accepted 27 September 2016 Available online 30 September 2016

S L O V E N I J E

Tel: +386 31 776 949 E-mail: henrik.gjerkes@ung.si

Z V E Z A

S T R O J N I H

I N Ž E N I R J E V

Kratki znanstveni prispevek / Short scientific paper

Izvleček

Abstract

Z analizo življenjskega cikla (LCA) križno lepljenega lesa (CLT) smo primerjali obdelane lesne izdelke s tradicionalnimi gradbenimi materiali in ocenili potencialne vplive na okolje lesa kot trajnostne alternative betonu in opeki pri gradnji. Izračunane LCA kategorije v proizvodni fazi (od zibke do vrat), odvisne od izhodnih tokov, kažejo, da stena iz izoliranega CLT okoljsko prekaša izolirano opečno ali betonsko steno v skoraj vseh kategorijah vpliva, razen pri zahtevah po energiji. Če pa upoštevamo še dolgotrajno shranjen ogljikov dioksid v lesu, ki se lahko ob koncu življenjskega cikla stavbe uporabi kot obnovljiv vir energije, ima CLT kompozitna stena od treh analiziranih sten najmanjši vpliv na okolje tudi z vidika rabe energije. Primerjalna LCA analiza CLT kaže, da ima les velik potencial pri blažitvi podnebnih sprememb in drugih vplivov na okolje, ki nastanejo v gradbeništvu. Kaskadna raba gozdne biomase je pomembna tako z vidika dodane vrednosti in vplivov na okolje, kot tudi za bolj odločen premik gospodarstva v smeri nizkoogljične družbe.

Life cycle assessment (LCA) for cross-laminated timber (CLT) has been performed to compare engineered wood products to traditional building materials and to estimate the potential environmental impact of wood as a sustainable alternative for concrete and brick in construction.

Ključne besede: analiza življenjskega cikla, križno lepljen les, opeka, beton, trajnostna gradnja

Calculated LCA output-depended categories in production phase (cradle to gate) show that insulated CLT wall environmentally outperforms insulated brick and concrete wall in almost all impact categories, except in the energy demand. However, considering energy of the sequestered carbon dioxide stored in the wood, which can be used in the end of life phase of the building as renewable energy resource, the CLT composite wall has the lowest life cycle environmental impact of three analysed walls even from the energy utilization point of view. Comparative production phase LCA of the CLT shows that wood has a high potential of mitigating climate change and other environmental impact in construction. Cascading use of forest biomass is important both in terms of the value added and the environmental impacts, as well as for more decisive shift of the economy towards a low-carbon society. Key words: Life Cycle Assessment, cross-laminated timber, brick, concrete, sustainable construction.

SCIENTIFIC PAPER 1. Introduction

Extension of wooden products lifetime prolongs period carbon is stored in wood.

•

Using bio-refineries and green chemistry for transforming wood residues and bark into products of high added value improves efficiency of renewable materials.

•

Novel technologies enables utilization of lignocellulosic biomass, including woody crops and wood waste, for production of the second-generation liquid biofuels, which can replace fossil ones.

Compared to the most widely used construction materials - brick and concrete, wood and wooden products (as is cross-laminated timber) show considerable sustainable potential, particularly emphasized at mitigating climate change in connection with long term sustainable forest management and the ability of carbon storage. Life cycle assessment for cross-laminated timber (CLT) was performed to compare

Goal definition,

•

Scope definition,

•

LCA data collection and modeling (i.e. Life Cycle Inventory - LCI),

•

Assessing the potential environmental impacts (Life Cycle Impact Assessment -LCIA),

•

Interpretation of the results.

For calculation and presentation in this analysis the GaBi LCA Database [5] was used. Cut-off rules are defined to provide practical guidelines to be able to omit specific less relevant process chain details, while creating a specific product system. The ISO 14044:2006 standard suggests three criteria to decide which inputs are to be included: mass, energy and environmental significance. The cut-off criteria for the inclusion of inputs and outputs were based on mass and energy. Foreground energy and mass flows used in the impact assessment methods were captured, however, some background flows associated with the background datasets may have been omitted. The infrastructure data are not considered very relevant for a background database and are not included. As a general rule all known transportation processes have been included in LCIA.

2.1 Life Cycle Impact Assessment – LCIA The environmental impacts were quantified based on two common measures: the input- and output5

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

•

S L O V E N I J E

Replacement of non-renewable with wood-based materials allows for a resource-efficient design of products and processes with a low environmental impact.

Two standards created by the International Organization for Standardization (ISO) ISO14040:2006 and ISO14044:2006 define the criteria for the LCA. The ISO14040 standard provides an introduction to LCA and contains applicable definitions and background information. The ISO14044 describes the process of conducting an LCA. LCA, as defined by the ISO standards, is the compiling and evaluation of the inputs and outputs and the potential environmental impacts of a product system during a product’s lifetime. Steps in the LCA assessment process include:

I N Ž E N I R J E V

•

The EN 15804:2012 methodology divides the life cycle of a building into five main stages (1) production (including raw material acquisition), (2) installation, (3) using stage, (4) demolition/end of life, and (5) benefits and loads derived from the life cycle process [4].

S T R O J N I H

Wood and residuals from forestry and forest-based industries form an important sustainable raw material basis. In addition, the use of post-consumer wood provides a cradle-to-cradle production process increasing resource and environmental efficiency even more.

2. Methodology

Z V E Z A

Life cycle assessment (LCA) enables evaluation of environmental impacts of products and processes throughout their entire life cycle, and can be applied in many fields, including in decision-making in sustainable building design and construction. Nevertheless, the method is rarely utilized in sustainable construction mainly because the energy consumption during the period of use has been considered being the prevailing indicator of the environmental impacts of buildings [1,2]. Furthermore, databases relating to the build materials (especially new), products, components and their installation are not available easy or not at all. A UNECE review of public policies to promote sustainable building materials in Europe concluded that awareness of the environmental impacts of the construction sector and of the mitigation role of wood is widespread. “Rather than identifying specific materials for special treatment, a more constructive approach would be to encourage policies based on life-cycle assessment (LCA), which is gradually becoming used more widely in the EU” [3].

engineered wood products to traditional building materials and to determine the potential environmental impact of CLT as a substitute for concrete or brick in construction.

ZNANOST NA DLANI

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

dependent quantities. The input dependent quantity — Primary energy demand (PED) — is often difficult to determine due to various types of energy sources. The following primary energies are designated as aggregated values: •

The total “Non-renewable primary energy consumption” given in MJ characterizes the gain from the following energy sources: natural gas, crude oil, lignite, coal and uranium.

•

The total “Renewable primary energy consumption”, given in MJ, is generally accounted for separately and comprises hydropower; wind power, solar energy and biomass.

S L O V E N I J E

As the output-depended quantities we selected categories as suggested in CML 2001 method [6]: global warming potential (GWP 100), ozone depletion potential (ODP), acidification potential (AP), eutrophication potential (EP) and photochemical ozone creation potential (POCP)

I N Ž E N I R J E V

Global warming potential (GWP) is the indicator of the greenhouse effect. Greenhouse gases (anthropogenically caused or increased) include CO2, CH4 and CFCs emissions. The greenhouse effect should be considered as long-term global effect. The GWP is calculated in carbon dioxide equivalents (CO2-Eq), meaning that the GWP is given in relation to CO2. Since the residence time of gases in the atmosphere is incorporated into calculation, a time range of a period must also be specified. GWP 100 is therefore a global warming potential over a period of 100 years.

Z V E Z A

S T R O J N I H

Acidification potential (AP) is the indicator of the acidification of soils and waters, which occurs predominantly through the transformation of air pollutants into acids. This leads to a decrease in the pH value of rainwater. Acidification has both direct and indirect damaging effects and its most well-known impact is probably the forest dieback. Acidification should be considered a global problem, even if its regional effects vary. The major contributors are sulphur dioxide and nitrogen oxide and their acids (H2SO4 and HNO3); the AP is therefore given in sulphur dioxide equivalents (SO2-Eq). Eutrophication potential (EP) measures the enrichment of nutrients in an aquatic or terrestrial environment. Air pollutants, wastewater and fertilization in agriculture all contribute to eutrophication. The effects of eutrophication differ regionally. The EP is calculated in phosphate equivalents (PO4-Eq). 6

Ozone depletion potential (ODP) shows the potential impact on thinning of the ozone layer in stratosphere. Ozone is a gas, created in stratosphere by disassociation of oxygen atoms exposed to short-wave UV light. Ozone absorbs short wave UV radiation and releases it in longer wavelengths. As a result, only a small part of UV-radiation reaches the earth. Anthropogenic emissions deplete ozone; this is known as the ozone hole. The substances that deplete ozone are: the chlorofluorocarbons (CFCs) and the nitrogen oxides (NOx). Increased UV radiation is the most important effect of ozone depletion. A unit for ozone depletion is CFC reference (CFC11). Ozone depletion has a global long-term effect and is partially irreversible. Photochemical ozone creation potential (POCP) is a measure of volatile compounds with a potential to form ozone at the ground level in a photochemical reaction. Photochemical production of ozone in the troposphere, also known as the summer smog, is toxic to humans and suspected to damage vegetation and material. Concentration of ozone rises at high temperatures, low humidity, and static air conditions and at high concentrations of hydrocarbons. POCP is expressed in ethylene-equivalents (C2H4-Eq). It is important to note that ozone concentration is strongly influenced by the weather and differs regionally.

3. Production stage LCA of cross-laminated timber (CLT) CLT is made of layers of spruce arranged crosswise and glued together under high pressure into large construction wooden elements, used for load-bearing and bracing, and also for non-structural elements. LCA of CLT was performed to demonstrate the relative environmental impacts of using engineered wood product in relation to traditional building materials.

3.1 Scope and goals The goal of this analysis is to determine the potential environmental impact of the cross-laminated timber as a substitute for concrete or brick wall. We calculated the indicators for CLT, whereas the indicators for a reinforced concrete wall and for a traditional brick wall were retrieved from the Environmental Product Declarations (EPD) [5]. The design of the alternative walls is based on the following general assumptions: •

Economical design for a one- or two-storey residential house;

SCIENTIFIC PAPER •

The calculation includes the insulation material – without internal and external plastering;

•

Thickness of the wall layers is chosen so that all three walls have the thermal conductivity as equal as possible;

•

Functional unit is 1 m2 of a wall.

Net calorific value of the CLT is 17,6 MJ/kg [11].

•

Thermal conductivity of the CLT is 0,13 W/m2K [11].

•

The composition of electricity and diesel fuel was calculated for Germany; transport with truck was calculated with global parameters because of the unavailability of region-specific data [5]. For dry wood, transport distance of 100 km was taken into account.

3.3 Life Cycle Impact Assessment Results In production phase of 1 m2 CLT of thickness 94 mm, 107 MJ of renewable primary energy is required. The total demand for primary energy is composed of primary energy and the renewable primary energy sources used as raw materials. Non-renewable energy sources demand for production of 1 m2 CLT of thickness 94 mm is present in Table 2. Table 2: Non-renewable energy demand for production of 44,3 kg (=1 m2) of CLT

CLT 94 mm

Non-renewable energy resources (total) Crude oil (resource) Hard coal (resource) Lignite (resource) Natural gas (resource) Peat (resource) Uranium (resource)

44,3

Extruded polystyrene foam XPS 120 mm [7]

4,2

Thermo brick Heluz 300 mm + XPS 100 mm (U = 0.274 W/K) Hollow brick Heluz 300 mm [8]

198,0

Extruded polystyrene foam XPS 100 mm

3,5

Reinforced concrete element 150 mm + EPS 150 mm (U = 0.262 W/K) Reinforced concrete prefabricated element made of C35/45 concrete 150 mm [9] Expanded Polystyrene (EPS) 150 mm [7]

325,0 4,5

3.2.1 System boundary and data for cross-laminated timber LCA calculation

The product stage begins with the production of all necessary raw materials, all upstream processes and the CO2 uptake of the raw materials during the tree growth. CO2 storage was accounted for as an input for the lumber used. Other processes are the production

Mass [kg] 23,0 7,7 3,6 9,7 2,1 0,0025 0,00027

From Table 2 follows, that 752 MJ of non-renewable primary energy is used in production phase of CLT. High proportion of non-renewable energy in raw materials results from lumber production and electricity use for timber harvesting and drying. Relative share of renewable and non-renewable energy in the primary energy demand is shown in Figure 1.

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

Wall material Mass [kg] CLT 94 mm + XPS 120mm (Thermal conductivity U = 0.246 W/K)

S L O V E N I J E

Table 1: Material requirement for the three compared walls with similar thermal conductivity per 1 m2.

•

I N Ž E N I R J E V

Environmental product declarations with the potential environmental impacts values of insulated brick and concrete wall were retrieved from European producers Dow, Heluz and Scanbet [7-9]. The quantities of materials required for 1 m2 of wall with similar thermal conductivity are compared in Table 1.

Density of the CLT made of spruce wood with moisture content of 12 % is 437 kg/m3 [10].

S T R O J N I H

The LCA has been performed only for the production stage (cradle to gate) of CLT. It was assumed, that with the thermal conductivity equalization between the analysed walls the differences of energy consumption during the period of use are not significant. Greater differences could arise in disposal stage at the end of life.

•

Z V E Z A

3.2 Life cycle inventory

of CLT in the factory, including the provision of energy, all necessary associated transportation of raw and auxiliary materials and the packaging required for the finished product to exit the factory gate.

ZNANOST NA DLANI

Z V E Z A

S T R O J N I H

I N Ž E N I R J E V

S L O V E N I J E

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

100 years GWP gives negative value of -75,66 kg CO2Eq. per 1 m2 of insulated wall in contrast to brick and concrete wall. Insulated brick wall (44,87 kg CO2-Eq. per 1 m2) and insulated concrete wall (87,96 kg CO2-Eq. per 1 m2) have positive values of GWP in production phase, as there is no carbon dioxide stored in material. When the quantities of the sequestered carbon dioxide stored in CLT were added, the difference increase even more. The carbon content of dried wood is approximately 50 %. Using an assumed 12.5% retained moisture level and 50 % of the dry weight as carbon, the carbon in 1000 kg of wood weighs 436 kg. The molecular mass of carbon, oxygen and carbon dioxide is 12, 16 and 44, respectively. For sustainably sourced timber this leads to a carbon store of 436 kg x (44/12) = 1600 kg CO2 [12]. From this follows, that there is 162 kg of the sequestered CO2 in the 1 m2 of CLT wall with 44,3 kg of weight, which can be used in the end of life phase of the building as 779 MJ of renewable energy resources. If the energy of the sequestered carbon dioxide stored is considered, the CLT composite wall has the lowest life cycle environmental impact of analysed walls even from the energy aspect.

3. Conclusions Life cycle assessment for cross-laminated timber (CLT) has been performed to compare engineered wood products to traditional building materials and to determine the potential environmental impact of wood as a sustainable alternative for concrete or brick in construction. The LCA has been performed only for the production stage (cradle to gate) of CLT. Thermal conductivity of all three analysed composite walls was equalized in the range of ±5 % with the corresponding thickness of XPS insulation, so that the differences of energy consumption during the period of use are not significant. However, greater differences could arise in disposal stage at the end of life Calculated LCA output-depended categories in production phase (cradle to gate) show that insulated CLT wall environmentally outperforms insulated brick and concrete wall in almost all impact categories, except in the energy demand. However, if the energy of the sequestered carbon dioxide stored in the wood, which can be used in the end of life phase of the building as renewable energy resource is considered, the CLT composite wall has the lowest life cycle environmental impact of three analysed walls even from the energy utilization point of view. Comparative production phase LCA of the CLT shows that wood has a high potential of mitigating climate change and other environmental effects of human activities, 10

also in construction. The use of post-consumer wood provides a cradle to cradle production process and increases resource and environmental efficiency. Even more, cascading use of forest biomass is important both in terms of the value added and the environmental impacts, as well as for more decisive shift of the economy towards a low-carbon society.

Literatura [1] Šijanec-Zavrl M., Stegnar G., Gjerkeš H. (2015). Demonstration of the nearly zero energy building concept. Journal of geoscience and environment protection, ISSN 23274336, 2015, vol. 3, no. 6, 45-54 [2] Tavzes Č., Kutinar A., Krč J., Piškur M., Krajnc N., Humar M. (2014). Določitev ogljičnega odtisa primarnih lesnih proizvodov (V4-1139). Vsebinsko poročilo projekta v okviru ciljnega raziskovalnega programa (CRP) “Zagotovimo.si hrano za jutri” 2011-2020. Oznaka poročila ARRS-CRP-ZP-2014-01/3 [3] UNECE/FAO. (2015). Forest Products Annual Market Review 2014-2015, ECE/TI/SP/39, United Nation publication [4] Baitz M., Makishi Colodel C., Kupfer T., Florin J., Schuller O., Hassel F., Kokborg M., Köhler A., Thylmann D., Stoffregen A., Schöll S., Görke J., Rudolf M. (2013). Gabi Database and Modelling Principles version 1.0, PE International sustainability performance. [5] Thinkstep. 2014. GaBi Software and databases, version 6.0. License file date 27th January 2014 [6] Guinée, J.B.; Gorrée, M.; Heijungs, R.; Huppes, G.; Kleijn, R.; Koning, A. de; Oers, L. van; Wegener Sleeswijk, A.; Suh, S.; Udo de Haes, H.A.; Bruijn, H. de; Duin, R. van; Huijbregts, M.A.J. (2002). Handbook on life cycle assessment. Operational guide to the ISO standards. I: LCA in perspective. IIa: Guide. IIb: Operational annex. III: Scientific background. Kluwer Academic Publishers. [7] DOW Deutschland GmbH & Co. (2013). Environmental Product Declaration XPS extruded polystyrene foam insulation, Institut Bauen und Umwelt (IBU). [8] HELUZ. (2011). Environmental Product Declaration of bricks. EPD Cendec. [9] SCANBET. (2013). Environmental Product Declaration Concrete and reinforced concrete prefabricates, Building Research Institute Warsaw. [10] Brandner R. (2013). Production and technology of cross Laminated Timber (CLT): A state of the art Report. Conference: Focus Solid Timber Solutions - European Conference on Cross Laminated Timber (CLT), Graz, Austria, Volume 1. [11] KLH Massivholz GmbH. (2012). Environmental Product Declaration According to ISO 14025. [12] Lipušček I., Tišler V. (2003). Les – skladišče ogljika. Zbornik gozdarstva in lesarstva, 71.

ZNANOST NA DLANI

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

DRIVE SMART – DRIVE GREEN: A COMPREHENSIVE ANALYSIS OF ELECTRIC VEHICLES USAGE ZAPELJI SE MODRO V ZELENO: CELOSTNA ANALIZA UPORABE ELEKTRIČNIH VOZIL Vladimir Bahč, Špela Jazbec, Alenka Vreček, Iztok Golobič, Anže Sitar*

University of Ljubljana, Faculty of Mechanical Engineering, Aškerčeva 6, 1000 Ljubljana, Slovenia Mechanical Engineering World – 12 Journal homepage: www.zveza-zsis.si/

S L O V E N I J E

*Corresponding author: Anže Sitar University of Ljubljana Faculty of Mechanical Engineering Aškerčeva 6 1000 Ljubljana Slovenia

Article info Article history: Received 2 September 2016 Received in revised form 8 September 2016 Accepted 22 September 2016 Available online 30 September 2016

Tel.: +386 1 4771 309 E-mail: anze.sitar@fs.uni-lj.si

Z V E Z A

S T R O J N I H

I N Ž E N I R J E V

Kratki znanstveni prispevek / Short scientific paper

Izvleček

Abstract

V okviru projekta »Zapelji se modro v zeleno« in primerjalne analize vozil z motorjem z notranjim izgorevanjem in vozil na električni pogon smo pokazali vpliv enih in drugih na okolje. V okviru preizkusa hibridnih in električnih vozil na terenu smo ugotavljali predvsem rabo energenta in s tem povezane stroške, v nadaljnji analizi pa smo s pomočjo podatkov o slovenskih elektrarnah računali emisije oziroma njihov prihranek testiranih avtomobilov v primerjavi z dizelskimi različicami. Ugotovili smo, da je na področju Slovenije ključnega pomena povečanje deleža električne energije, pridobljene iz obnovljivih virov energije, saj to pomeni manj posrednih izpustov CO2, NOx in trdnih delcev pri uporabi električnih avtomobilov. Posamezniki lahko kljub temu dodamo svoj košček v mozaiku trajnostnega razvoja, in sicer z zmanjšanjem uporabe lastnega vozila, s povečano uporabo javnega prometa ali z zamenjavo obstoječega vozila z električno različico. S tem bomo izboljšali ne le svoje zdravje temveč tudi zdravje vseh v naši okolici ter prispevali h kakovostnejšem ozračju.

Within the framework of the project “Drive smart – drive green” and the following analysis of vehicles with an internal combustion engine and electric vehicles, we have shown the influence of one and the other on the environment. The comparative analysis of hybrid and electric vehicles determined the energy use and the related costs, and further analysis included comparison of vehicle emissions depending on the Slovenian electric energy production. We have determined that it is essential to increase the Slovenian proportion of electric energy produced from renewable energy sources, as it corresponds to less indirect emissions of CO2, NOx and particulate matter during the use of electric cars. As individuals we can still contribute to the sustainable development by reducing the use of our own vehicles, by increasing the use of public transport or by replacing existing vehicles with electric versions. This will improve not only our own health but also the health of the people in our surroundings and contribute to a better air quality.

Ključne besede: električna vozila, hibridna vozila, energijska analiza, stroškovna analiza, vplivi na okolje, vplivi na zdravje

Keywords: electric vehicles, hybrid vehicles, energy analysis, cost analysis, environment impact, health risks

ZNANOST NA DLANI 4. Zaključek

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

Pri testni vožnji smo razlikovali mestno, primestno in avtocestno vožnjo. Strošek vožnje z električnim avtomobilom je bil na trasi dolgi 77,1 km v povprečju za 72 % nižji od stroška vožnje s hibridnim avtomobilom, pri čemer so bili prihranki največji pri mestni vožnji in najmanjši pri primestni vožnji. Pri električnem avtomobilu ni občutnih razlik v stroških glede na vrsto vožnje, medtem ko je poraba pri hibridnih vozilih pri primestno vožnji v povprečju 28 % nižja od porabe pri avtocestni vožnji. Strošek vožnje pa ni edini razlog za zamenjavo vozila. V nadaljevanju smo pokazali, da električna vozila proizvajajo manjše količine toplogrednih plinov in so manj zdravju škodljiva.

I N Ž E N I R J E V

S L O V E N I J E

V kolikor bi vozila z dizelskim motorjem nadomestili z električno različico, bi prihranili do 35 % emisij ogljikovega dioksida ter več kot 90 % dušikovih oksidov in trdnih delcev. Struktura proizvodnje električne energije namreč v Sloveniji še vedno ni optimalna za uvedbo električnih vozil, saj z rabo el. energije dejansko porabljamo precejšen delež fosilnih goriv in s tem neposredno proizvajamo ogljikov dioksid.

S T R O J N I H

Z zamenjavo voznega parka v hipotetičnem podjetju s 50 službenimi vozili, ki prevozijo 300 km na vsak delovni dan, bi na letni ravni zmanjšali količino emisij CO2 za 34,8%, če bi zamenjali dizelska vozila Renault Kangoo z električnimi vozili enakih zmogljivosti. Najbolj pomembno je zmanjšanje količine emitiranih trdnih delcev za 95,8 %, saj prekomerno vdihovanje prašnih delcev povzroča respiratorne bolezni.

Literatura [1] Paris Agreement, United Nations Treaty Collection, 8. 7. 2016. [2] R. Chen, B. Hu, Y. Liu, J. Xu, G. Yang, D. Xu in C. Chen, Beyond PM2.5: The role of ultrafine particles on adverse health effects of air pollution, Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 1860 (2016) 2844-2855. [3] S. Shafiee in E. Topal, When will fossil fuel reserves be diminished?, Energy Policy 37 (2009) 181-189. [4] J. Buekers, M. Van Holderbeke, J. Bierkens in L. Int Panis, Health and environmental benefits related to electric vehicle introduction in EU countries, Transportation Research Part D: Transport and Environment 33 (2014) 26-38. [5] Ministrstvo za kmetijstvo in okolje, Agencija RS za okolje, Podnebna spremenljivost Slovenije - glavne značilnosti gibanja zraka v obdobju 1961-2011, 2013. [6] M. Ogrin, K. Vintar Mally, A. Planinšek, G. Močnik, L. Drinovec, A. Gregorič in I. Iskra, Onesnaženost zraka v Ljubljani: Koncentracija dušikovih oksidov, ozona, benzena in črnega ogljika v letih 2013 in 2014, 2014. [7] Ministrstvo za okolje in prostor, Agencija RS za okolje: Kakovost zraka v Sloveniji v letu 2014, 2015. [8] M. Košnik, Interna medicina, 4. Izdaja, 2011. [9] Letno poročilo 2014 Termoelektrarna Brestanica d.o.o., http://www.teb.si/sl/medijsko-sredisce/letnaporocila, dostop 15. 6. 2016.

Z V E Z A

[10] Letno poročilo 2014 Termoelektrarna Šoštanj d.o.o., http://www.te-sostanj.si/si/gradiva-inpublikacije/letna-porocila, dostop 15. 6. 2016 [11] Letno poročilo 2014 Energetika Ljubljana d.o.o., http://www.energetika-lj.si/o-druzbi/poslovanje, dostop 15. 6. 2016 [12] Ministrstvo za infrastrukturo, Poslovanje družb elektrogospodarstva in premogovništva v letu 2014, 2015. [13] S. Humbert, A. De Schryver, X. Bengoa, M. Margni in O. Jolliet, IMPACT 2002+: User guide, 2012.

SCIENTIFIC PAPER VPLIV IZHODIŠČNEGA STANJA OKOLICE NA EKSERGIJO VLAŽNEGA ZRAKA EFFECT OF REFERENCE ENVIRONMENT CONDITIONS ON EXERGY OF MOIST AIR Z V E Z A

Domen Žalec*, Luka Lorbek, Katja Klinar, Iztok Golobič

Fakulteta za strojništvo, Univerza v Ljubljani, Aškerčeva 6, SI-1000 Ljubljana

S T R O J N I H

Mechanical Engineering World – 19 Journal homepage: www.zveza-zsis.si/

*Corresponding author: Doman Žalec Fakulteta za strojništvo, Univerza v Ljubljani, Aškerčeva 6, SI-1000 Ljubljana Tel: / E-mail: domen.zalec@gmail.com

I N Ž E N I R J E V

Article info Article history: Received 1 September 2016 Received in revised form 5 September 2016 Accepted 21 September 2016 Available online 30 September 2016

Kratki znanstveni prispevek / Short scientific paper

Eksergijska analiza klimatizacijskih procesov lahko pomembno prispeva k učinkovitejši rabi energije. Za določitev eksergijskega stanja potrebujemo izhodiščno stanje okolice. V realnem okolju, se stanje okolice spreminja. Izdelali smo eksergijske Mollierove diagrame za vlažen zrak in prikazali vpliv izhodiščnega stanja na eksergijsko stanje vlažnega zraka.

Exergy analysis of HVAC processes can substantially increase the efficiency of energy use. To determine the exergy of a system we first require a reference point such as the state of the environment. Because a real environment is constantly changing the state of the reference point also constantly changes. Thus we present different Mollier charts for humid air with constant exergy lines and discuss the effect of the reference point on the exergy state of moist air.

Ključne besede: eksergija, stanje okolice, psihrometrija, Mollierov diagram, klimatizacija

Key words: exergy, reference environment conditions, psychrometry, Mollier diagram, air conditioning

1. Uvod Eksergijske analize so lahko kakovostno orodje pri učinkoviti rabi energije. Pojem eksergija je v svetovno zakladnico znanja vpeljal slovenski profesor Zoran Rant [1]. Pri določevanju eksergije je potrebno definirati izhodiščno stanje, ko je eksergijsko stanje nič. Dejansko stanje atmosferskega vlažnega zraka ni konstantno, saj se ves čas spreminja in s tem se spreminja tudi trenutno eksergijsko stanje vlažnega zraka v opazovanem procesnem sistemu. Realen popis vlažnega zraka je izjemno zahteven, zato tudi še ni uveljavljenih standardiziranih enačb stanja. Vlažen zrak lahko poenostavljeno obravnavamo kot idealno zmes suhega zraka in vodne pare. Seveda smo s tem izgubili nekaj na kakovosti popisa, a v običajnih analizah procesov z vlažnim zrakom zadostuje omenjena predpostavka. Ker v literaturi [2,3,4,5] primanjkuje ustreznih diagramskih prikazov eksergije vlažnega zraka, smo se osredotočili na obravnavo vpliva izhodiščnega stanja okolice.

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

Abstract

S L O V E N I J E

Izvleček

3. Prostori Tehniškega muzeja Slovenije se nahajajo na različnih lokacijah. Pravzaprav ti prostori že sami po sebi dajejo zgodovinsko noto – je to vaša prednost?

S T R O J N I H

Tako v Bistri kot Polhovem Gradcu potekajo celo leto različne demonstracije, prikazi, strokovna vodenja in delavnice za različne starostne skupine. Obiskovalci so vedno znova navdušeni nad predstavitvijo poizkusov Nikole Tesle, vsako leto pa številnim programom dodamo še nove, povezane z aktualnimi razstavami. Med bolj obiskanimi programi so Dnevi znanosti in tehnike, ki potekajo čez celo leto. Skupine in posamezniki pa se zelo pogosto odločajo za delavnice »žolna na nitki«, tkanje, kalejdoskop in oblikovanje krušnega testa.

Z V E Z A

Vsekakor je to posebnost našega muzeja. V Bistri, kjer so naši osrednji muzejski prostori, obiskovalce vedno znova očara poleg muzejskih zgodb tudi izjemna okolica z urjenim parkom. Ravno tako tudi graščina v Polhovem Gradcu, kjer se nahaja Muzej pošte in telekomunikacij, prevzame obiskovalca tako z obvladljivo in prijazno vsebino kot urejeno okolico. Kljub določenim slabostim, ki jih takšna razpršenost potegne za seboj, se trudimo iz dane situacije potegniti najboljše.

5. Na vaši spletni strani sem zasledila, da prirejate različne aktivnosti, lahko naštejete katere?

I N Ž E N I R J E V

Slika 2: Demonstracija poskusov Nikole Tesle

Slika 1: Tehniški muzej Slovenije v Bistri

4. Beseda tehnika obsega kar precej široko področje, koliko področij pokrivate v vašem muzeju? Bi kakšno področje želeli še posebej predstaviti v prihodnje? Res je tehnika zelo širok pojem. Že od same ustanovitve muzeja so se področja oblikovala glede na zbirke, ki jih je muzej pridobil v tem času. Trenutno poteka postopek reorganizacije dela kustodiatov. Tako bomo iz sedanjih osemnajstih oddelkov oblikovali šest večjih kustodiatov, ki bodo struktuirani glede na panoge in bodo bolj celovito pokrivali področja, ki jih doslej nismo posebej obravnavali in proučevali. Trenutno so v Tehniškem muzeju Slovenije v Bistri na ogled zbirke s področij elektrotehnike, kmetijstva, prometa, gozdarstva, lesarstva, lovstva, ribištva, tekstila in tiskarstva. Potrebno pa se bo sistematično ukvarjati s področjem letalskega konstruktorstva na slovenskem, gradbeništvom, kemijo …

6. Povezujete se z različnimi institucijami in podjetji. Vidite prednost oz. razvoj vaše dejavnosti v povezovanju in interdisciplinarnosti? V muzeju se čuti potreba po interdisciplinarnem delu, tako med samimi kustosi, ki prihajajo iz različnih področij, kot tudi v sodelovanju s strokovnjaki izven naše institucije. Tudi dosedanja praksa je pokazala, da so kakovostni rezultati predvsem na področjih, kjer se sodeluje z različnimi strokovnjaki. Kot dober primer takšnega sodelovanja lahko izpostavim izid knjige »Biomedicinska tehnika v Sloveniji: s tehniko do zdravja«, ki je nastala v lanskem letu plod sodelovanja med Tehniškim muzejem Slovenije, Fakulteto za elektrotehniko Univerze v Ljubljani in Društvom za medicinsko in biološko tehniko Slovenije. Že l. 2013 pa je bila v Tehniškem muzeju Slovenije postavljena razstava S tehniko do zdravja, ki smo jo postavili l. 2013 v sodelovanju z več kot desetimi različnimi institucijami. 25

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

Foto: Jure Korber

S L O V E N I J E

Foto: Neža Renko

Povezovanje pa ne poteka samo pri pripravi razstav in publikacij, temveč tudi na ravni pedagoških programov ter sodelovanjih v mednarodnih projektih. O uspešnosti povezovanja priča tudi letošnje častno Valvasorjevo priznanje ustvarjalcem muzejske poti za slepe in slabovidne »Dotakni se!«, ki je postavljena v Muzeju pošte in telekomunikacij. Pri projektu smo sodelovali z Naravoslovnotehniško fakulteto Univerze v Ljubljani ter zunanjimi strokovnjaki.

Mednarodno sodelovanje je zelo pomembno za naš muzej. Tako s stališča predstavljanja tehniške kulture in dosežkov iz tujine, kot promocijo Slovenije v tujini. Obenem skušamo z evropskimi projekti pridobiti dodatna sredstva za razvoj naše dejavnosti in poglobiti sodelovanje s sorodnimi institucijami iz tujine. Dober primer je projekt »Work with sounds«, v sklopu katerega je potekalo snemanje avtentičnih zvokov naprav in dela in na koncu smo v muzeju postavili postaje, namenjene poslušanju nekaterim od posnetih zvokov. Posneti zvoki pa so brezplačno na voljo vsem uporabnikom na spletni strani www.workwithsounds.eu.

Foto: Neža Renko Slika 4: Zbirka protokolarnih vozil v Bistri

9. Se kdaj zgodi, da vas nekdo pokliče in vam želi podariti kakšno stvar? Seveda se to dogaja. Mnogokrat gre za zanimive predmete, ki jih z veseljem sprejmemo. Včasih pa kustosi in komisija za zbiralno politiko ocenijo, da predmet nima večje vrednost in ne predstavlja nekega tehnološkega dosežka oziroma ni bistveno vplival na življenje Slovencev, zato ga zato ne sprejmemo ali pa jim predlagamo, da ga ponudijo drugemu, tematsko primernejšemu muzeju .

S T R O J N I H Z V E Z A

kustosi evidentirajo dediščino na terenu in predmete, ki jih prepoznajo kot pomemben segment naše dediščine in sovpadajo z zbiralno politiko našega muzeja, skušamo pridobiti v naše zbirke. Zaradi prostorske stiske v naših depojev je seveda potrebno skrbno razmisliti o pomenu vsakega eksponata, saj si ne moremo privoščiti zbiranja »na zalogo«.

7. Sodelujte tudi s tujino?

I N Ž E N I R J E V

S L O V E N I J E

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

INTERVJU - GA. NATALIJA POLENEC

Foto: Neža Renko Foto: Špela Osojnik Slika 3: Dnevi meroslovja

8. Ena izmed vaših stalnih zbirk so tudi cestna vozila. Mislim, da je del te zbirke tudi Student Roadster, avtomobil, ki so ga izdelali študenti Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani. Kako pridobivate razstavne eksponate in kaj je merilo za uvrstitev v zbirko? Razstavne eksponate žal zaradi pomanjkanja sredstev večinoma pridobivamo le kot donacije. Kljub temu naši

Slika 5: Dnevi strojništva

Z V E Z A S T R O J N I H I N Ž E N I R J E V S L O V E N I J E

Slika 6: Zbirka koles v Bistri

10. Vaša ustanova skrbi tudi za industrijsko dediščino in njene ostanke. Kaj pravzaprav sodi v to kategorijo? Tukaj bi opozorila na pravilno uporabo terminologije in poslanstvo našega muzeja. Ko govorimo o industrijski dediščini, se-le ta uporablja predvsem kot nepremična dediščina industrijskih objektov. Tehniški muzej Slovenije pa s svojim poslanstvom skrbi za premično dediščino, t.j. stroje in naprave, ki so se med drugim tudi uporabljali v takšnih industrijskih objektih. Res pa je tega v zadnjih letih zelo veliko zaradi propada različnih panog industrije. 11. Kateri so najpomembnejši/najdragocenejši industrijski izdelki/eksponati, ki jih hranite v vašem muzeju in iz katerega podjetja?

Mogoče bi na tem mestu izpostavili proizvode naše avtomobilske industrije (TAM), saj so bili plod našega znanja, pa seveda dediščina tovarn ROG in TOMOS. 12. Veliko pozornosti namenjate tudi izobraževanju. Se vam zdi, da so mladi zainteresirani za tehniko? Vsako leto v Tehniškem muzeju Slovenije pripravljamo Dneve znanosti in tehnike z različnimi tematikami v sodelovanju s fakultetami in drugimi izobraževalnimi institucijami. V tem letu organiziramo dneve: elektrotehnike, fizike, strojništva, meroslovja, računalništva, grafike in eko dneve ter planetarij na obisku. Glavni namen prireditev je popularizacija in vzbujanje zanimanja pri mladih za naravoslovno tehnične študije ter predstavitev konkretnih znanj, ki jih lahko pridobijo tekom študija. 27

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

Foto: Blaž Zupančič

INTERVJU - GA. NATALIJA POLENEC

14. Koliko obiskovalcev letno beležite in katera populacija je najštevilčnejša?

Foto: Neža Renko Slika 7: Pilot in modelar Albin Novak ter direktorica Tehniškega muzeja Slovenije Natalija Polenec

Glede na zanimanje, ki ga doživljajo ti dnevi, lahko rečemo, da je zanimanje mladih veliko, vendar pa bi bilo treba za večji interes mladih tovrstna znanja ponujati v celotnem procesu šolanja in tako približati tehniko že najmlajšim. 13. Turiste navdušiti za obisk muzejev je v današnji poplavi vseh aktivnosti kar težko, saj je potrebna prava mera inovativnosti. Na kakšen način privabljate domače in tuje turiste? Ob dejstvu, da smo zelo uspešni pri privabljanju mladih v muzej, menim, da na prepoznavnosti za turiste še nismo storili dovolj. Mogoče se zaradi težje dostopnosti muzeja

V zadnjih petih letih beležimo od 40 do 45 tisoč obiskovalcev. Med njimi so najštevilčnejši mladi (skoraj polovica). Vse večjo prepoznavnost dosega tudi Muzej pošte in telekomunikacij v Polhovem Gradcu. 15. Načrti za v prihodnje? V prihodnjih letih bo veliko našega dela posvečenega urejanju depojske problematike, kar bodo obiskovalci lahko videli tudi v novo odprtih oglednih depojih v Pivki. Letos bom odprli še dve razstavi, pregledno razstavo o Elanu in njegovih predhodnikih in manjšo razstavo o laserjih in hologramih. Naši kustosi se ukvarjajo s proučevanjem letalskega konstruktorstva na slovenskem in upam, da bomo v prihodnjih letih uspeli postaviti novo stalno razstavo. Začeli smo z oblikovanjem koncepta stalne razstave o slovenskih znanstvenikih in inovatorjih. Seveda pa bomo dogajanje v muzeju obogatili z vrsto manjših razstav in dogodkov.

Slika 8: Najstarejši ohranjeni avtomobil pri nas, Piccolo, na razstavi Naš dragi avto

Z V E Z A

S T R O J N I H

I N Ž E N I R J E V

S L O V E N I J E

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

v preteklosti nismo dovolj ukvarjali s tem vprašanjem. Menim, da je program v Tehniškem muzeju Slovenije za turiste zanimiv, da smo prepoznali področja, ki jih sedaj dodatno prilagajamo, vsekakor pa moramo prepričati tudi ponudnike v turizmu, da smo zanimivi in znamo v muzeju navdušili njihove goste.

Foto: Marija Pranjić

V SREDIŠČU: IRNAS ODPRTE TEHNOLOGIJE ZA ODPRTO PRIHODNOST

Po izsledkih dosedanjih analiz so se kot ključen vir napak pri sistemu pokazali termalni raztezki - segrevanje mehanske strukture samih enot in tudi zgradb, na katerih so te nameščene, namreč povzroča premik laserskega žarka in posledično izgubo povezave. Kljub temu da je mogoče termalne raztezke v sami strukturi enote močno zmanjšati, tako s konstrukcijskimi rešitvami kot z izborom primernih materialov, se je razvoj usmeril v samoporavnalni algoritem in motoriziran premik laserskega žarka, saj je termalno obnašanje zgradb, na katerih se bodo enote uporabljale neznano in večjega velikostnega reda kot napaka znotraj same enote. Dognanja testiranj so omogočila izboljšave sistema in razvoj druge generacije KORUZE, ki bo namenjena množični proizvodnji in uporabi. Prvi prototipi so že v nastajanju, stabilna verzija za končne uporabnike pa prihaja na tržišče predvidoma v letu 2017. 29

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

V eksperimentalne namene je sistem nameščen na različnih lokacijah po celem svetu, od Katarja do Kalifornije, med drugim se že nekaj let testira tudi v Ljubljani, v sodelovanju z Inštitutom Jožefa Štefana. V Mariboru pa se trenutno gradi tudi testno omrežje, s pomočjo katerega ekipa Inštituta IRNAS preverja delovanje KORUZE v različnih postavitvenih scenarijih in naravnih okoliščinah. Istočasno še vedno aktivno iščejo nove lokacije, na katerih bi lahko postavili testne točke, in vabijo vse, ki bi bili pripravljeni sodelovati, da stopijo v kontakt z njimi.

S L O V E N I J E

KORUZA 1.0 je razvita kot open hardware in uporablja večje število 3D natisnjenih delov, kar omogoča raziskovalcem in razvojnikom s področja telekomunikacij na različnih koncih sveta preprosto modificiranje sistema glede na njihove potrebe. 3D tisk je bil v prvih verzijah uporabljen kot metoda za spajanje že obstoječih laboratorijskih komponent, nato pa za izdelavo celotnega sistema, kar se je sicer izkazalo za napačno odločitev. Večji 3D natisnjeni sistemi namreč zahtevajo zelo dobro poznavanje modeliranja, dodajanje novih funkcij v optimizirane strukture pa postane časovno zamudno. Zato je zadnja, prostodostopno objavljena verzija skonstruirana modularno. Kot osnovno strukturo uporablja okrogla jeklena vodila, na katera se namestijo posamezni sklopi, kar omogoča neodvisen razvoj in

izdelavo posameznih modulov ter preprosto menjavo le-teh v času testiranja in razvoja. Dodatno pa tak pristop h konstrukciji povečuje robustnost in zmanjšuje težave zaradi nenatančne izdelave delov.

I N Ž E N I R J E V

Ideja o razvoju sistema KORUZA za prenos podatkov s svetlobo se je porodila Luki Mustafi že leta 2012, še v času dodiplomskega študija v tujini, sedaj pa z razvojem nadaljuje v sklopu doktorskega študija na University College London in skupaj z interdisciplinarno ekipo znotraj Inštituta IRNAS, ki ga je v Mariboru ustanovil leta 2014. Za razvoj je dobil tudi podporo južnoafriške fundacije Shuttleworth Foundation. KORUZA tako danes omogoča usmerjeno brezžično optično povezljivost, s pomočjo nevidne, očesu varne infrardeče svetlobe, s hitrostjo 1 Gbps oz. 10 Gbps, in je namenjena vzpostavljanju povezav med zgradbami na razdalji do 200 m v urbanem okolju, kjer je radijski spekter preveč zasičen in optična vlakna še niso položena do vsake hiše.

Slika 1: Koruza; prenos podatkov s svetlobo

S T R O J N I H

Od ideje do postavitve omrežja z ultrahitro povezavo

Z V E Z A

V Inštitutu IRNAS, v eni bolj aktivnih organizacij na področju razvoja odprte strojne opreme v Sloveniji, so razvili 3D natisnjen sistem za optično komuniciranje, s pomočjo katerega se lahko sedaj povežete z internetom kar prek laserskega žarka, in najpreprostejši CNC obdelovalni stroj, ki ga lahko izdela skoraj vsak z nekaj ročnimi spretnostmi in z osnovnim orodjem. Stroj pa je dovolj natančen, da bo olajšal delo marsikateremu obrtniku in malemu podjetniku.

V SREDIŠČU: IRNAS V procesu razvoja prve verzije KORUZE se je pojavila potreba po produkcijskih strojih, ki bi zadovoljevali vse potrebe prototipiranja. V IRNAS-u so ugotovili, da na trgu obstaja vrzel med industrijskimi in polprofesionalnimi hobi stroji. Slednji so sicer poceni in dosegljivi, vendar premajhni, prvi pa so zelo zmogljivi, vendar vsebujejo številne funkcije, ki bi bile zanje nepotrebne, poleg tega so ti stroji izredno dragi. Tako so razvili GoodEnoughCNC, preproste in robustne rešitve, ki med drugim vključujejo 3D tiskalnik Troublemaker, dimenzij 30 x 30 x 30 cm in GoodEnoughCNC hybrid, z obdelovalno površino 900 x 900 mm, ki se enostavno preobrazi iz plazemskega rezalnika v rezkar ali laserski rezalnik. Oba sistema temeljita na uporabi preprosto dobavljivih standardnih elementov in enostavno obdelanih sestavnih kosov. Hybrid CNC stroj je konstrukcijsko zanimiv, ker uporablja izključno standardne kvadratne cevi, dobavljive po vsem svetu in ne zahteva njihove natančne obdelave za kakovostno izdelavo stroja. Z uporabo prostodostopnih načrtov ga je tako moč zgraditi kjerkoli na svetu, le z uporabo ročnega orodja. Še dodatna poenostavitev GoodEnoughCNC hybrida je inovativni krmilni sistem ToslinkCNC, ki omogoča namestitev koračnih motorjev in njihovih gonilnikov neposredno na stroj, medsebojno pa jih povezuje s plastičnimi optičnimi kabli. Tako se izognemo električnim motnjam, ki nastanejo s slabo ozemljitvijo in uporabo močnejših električnih naprav v bližini, kot je na primer plazemski rezalnik. ToslinkCNC sistem je združljiv s slovenskim krmilnim vmesnikom PlanetCNC, skupaj s katerim omogoča preprosto in zanesljivo uporabo.

Slika 3: GoodEnoughCNC hibrid

GoodEnoughCNC stroji, ki so bili primarno razviti za lastne potrebe, so sedaj na voljo vsem, ki potrebujejo učinkovite in cenovno dostopne rešitve. Izredno so zanimivi kot razširitev proizvodnih zmogljivosti za obrtnike in male podjetnike, saj lahko s strojem, na katerega je mogoče namestiti že obstoječa rezkalna ali plazemska orodja za ročno uporabo, ustvarjajo večjo dodano vrednost.

Slika 2: GoodEnoughCNC; sestavni deli - kit

Z V E Z A

S T R O J N I H

I N Ž E N I R J E V

S L O V E N I J E

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

Preproste CNC rešitve za obrtnike in male podjetnike

Slika 4: GoodEnoughCNC hibrid; glava

Delavnice sestavljanja strojev kot učni proces in pot k neodvisnosti Vsi GoodEnoughCNC stroji so sestavljeni iz standardnih elementov in 3D tiskanih delov, s prostodostopno tehnično dokumentacijo in navodili za sestavljanje. Stroje lahko tako vsak izdela, vzdržuje ali nadgradi kar sam, kar v inštitutu zagovarjajo kot najboljšo metodo. 30

V SREDIŠČU: IRNAS Zainteresirani pa se lahko udeležijo organiziranih delavnic, kjer se ob sestavljanju svojega stroja še dodatno poučijo o njegovem delovanju, servisiranju in uporabi. Vse to pomeni, da so lahko pri obvladovanju svojega tehnološko-proizvodnega procesa povsem neodvisni od zunanjih partnerjev.

pregovor »Ko slišiš pozabiš, ko vidiš, si zapomniš, ko doživiš, razumeš,« in ker želijo, da šole ne bi bile samo uporabnice tehnologij, ampak bi te tudi razumele, organizirajo delavnice sestavljanja 3D tiskalnika Troublemaker, namenjene posebej šolarjem in učiteljem.

Z V E Z A

GoodEnoughCNC spakiran v kovček in poslan v svet

S T R O J N I H

Ekipa meni, da bodo GoodEnoughCNC rešitve dosegle svoj pravi namen, ko bodo začele služiti tudi depreviligiranim skupnostim, tako da jim bodo v pomoč pri ustvarjanju trajnostnih podjetij in izboljšanju kakovosti življenja, zato bodo v prihajajočih mesecih aktivno delali na povezovanju z lokalnimi skupnostmi v državah v razvoju. V prejšnjem mesecu so prvi kit komplet GoodEnoughCNC hybrida že spakirali v kovček in ga poslali v Nepal. Na pot so poslali vse sestavne dele za izdelavo delujočega stroja razen standardnih kvadratnih kovinskih cevi, ki jih je moč dobaviti lokalno. V ekipi se že veselijo rezultatov in upajo, da bo stroj dobro služil nepalski skupnosti pri obnovitvenih delih po lanskem potresu.

I N Ž E N I R J E V

Odprta tehnologija za odprto prihodnost

3D tiskalnik v vsako šolo 3D tiskalnik ima neizmeren edukacijski potencial, zato v inštitutu IRNAS verjamejo, da bo prav kmalu postal nepogrešljiv pripomoček v vsaki šoli. S pomočjo 3D tiskalnika se lahko izdelajo novi učni pripomočki, učenci pa lahko živijo svojo ustvarjalnost in po dostopni ceni realizirajo lastne ideje. Ker v IRNAS-u verjamejo v

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

Slika 5: GoodEnoughCNC spakiran v kovček

Ekipa Inštituta IRNAS verjame, da ima odpiranje tehnologij pozitivne učinke tako za proizvajalce kot za končne uporabnike, saj krepi sodelovanje in inoviranje, istočasno pa omogoča dostop do tehnoloških rešitev tudi depreviligiranim skupnostim, ki sicer nimajo možnosti uporabe dragih komercialnih produktov. Verjamejo, da je ‘open-source’ pristop tisti pravi, če ne želimo živeti v prihodnosti, kjer bo vse podrejeno korporacijskim in profitnim interesom. Koncept odprtega razvoja zato širijo tudi na ostala področja - z nedavno odprtim laboratorijem Symbiolab, ki ga opremljajo z “open source” laboratorijsko opremo, na področje biologije; prav tako pa aktivno sodeluje pri vzpostavljanju odprte skupnostne delavnice za digitalno fabrikacijo Kreatorlab. Svoja vrata puščajo odprta za nova sodelovanja z industrijo, telekomunikacijskimi podjetij in raziskovalnorazvojnimi ter izobraževalnimi organizacijami in za nove sodelavce, strokovnjake na področju strojništva, elektrotehnike in trženja, ki z njimi delijo vizijo, »Gradimo odprte sisteme za odprto prihodnost!«.

S L O V E N I J E

Slika 6: 3D tiskalnik

Z V E Z A S T R O J N I H I N Ž E N I R J E V S L O V E N I J E

SipaBoards Air ima sistem samonapihovanja popolnoma integriran v desko. Napihne se s preprostim gibom, ko se pokrov ventila približa magnetnemu stikalu. Sup se v 5 minutah napolni do idealnega tlaka. Kompresor poganja litij-ionska baterija, ki jo lahko za polnjenje preprosto izvlečemo iz sup-a. SipaBoards AIR tako s funkcijo samonapihovanja odpravlja edino slabost napihljivih supov, ki se sicer v zadnjih letih zaradi številnih prednosti povezanih s shranjevanjem in transportom uveljavljajo pred trdimi, saj tako odpade zamudno in naporno ročno napihovanje.

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

Morda se sprašujete o pomenu imena SipaBoards? Ime je seveda povezano s sipo, kajti deska je oblikovana v obliki sipine kosti, kar ji zagotavlja dobro plovnost in stabilnost; medtem ko odrivanje vode s pomočjo električnega pogona ponazarja gibanje sipe - ko mora hitro odreagirati skozi sebe iztisne vodo, kar ji da pospešek.

V SREDIŠČU: STE ŽE VOZILI ELEKTRIČNO VO

Z V E Z A

S T R O J N I H

I N Ž E N I R J E V

S L O V E N I J E

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

STE ŽE VOZILI ELEKTRIČNO VOZILO? Električna vozila se že pojavljajo na slovenskih cestah, vendar je njihov delež v primerjavi z bencinskimi in dizelskimi vozili še vedno zelo nizek. Število polnilnih postaj po celotni Sloveniji iz dneva v dan narašča, postavljene so v bližini trgovskih centrov, na letališčih, pred občinami in upravnimi enotami predvsem z namenom polnjenja avtomobila v času, ko urejamo določene stvari oz. gremo po opravkih. Organizacija življenja težki k ekonomičnosti, ki nam lajša življenje. Kako ekonomična pa so električna vozila?

V središču Novega mesta si je električna vozila ogledal župan Novega mesta, gospod Gregor Macedoni, ki je vsakemu vozniku posebej s stiskom roke zaželel srečno vožnjo.

Študenti Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani so v sredo, 6. aprila, 2016 v organizaciji Laboratorija za toplotno tehniko pod vodstvo prof. dr. Iztoka Golobiča in ob pomoči podjetja TPV in Šolskega centra Novo mesto testirali električna vozila. Raziskava testiranja je potekala pod sloganom ZAPELJI SE MODRO V ZELENO, ki je združevala 650-obletnico Novega mesta ter v letošnjem letu izbrana Ljubljana kot zelena prestolnica Evrope. Ob pomoči podjetja TPV iz Novega mesta in njenega predsednika uprave Vladimirja Gregorja Bahča so študenti testirali naslednja električna vozila: • • • • • • • •

BMWi3 Renault ZOE Renault Kangoo Z.E. Golf GTE Toyota RAV4 Hybrid Toyota Yaris Hybrid Toyota Auris Hybrid Toyota Prius Hybrid

Trasa poti je potekala iz Novega mesta v Ljubljano. 9 voznikov je testiralo avtomobile, vsi so preizkusili vožnjo vseh avtomobilov. Poleg voznika so bili v avtomobilih še študenti sopotniki, ki so sproti beležili podatke o vožnji. Testiranje pa je potekalo tudi s pomočjo mobilne aplikacije, ki je bila postavljena prav v ta namen in so si jo študenti naložili na svoj telefon. S sprotnim beleženjem so študenti pridobili realne podatke o posameznem vozilu. 34

Župan Novega mesta podpira trajnostno naravnane projekte ter varovanje okolja, za kar si prizadevajo tudi v sami Mestni občini. V ta namen bodo uredili infrastrukturo, ki je osnovni pogoj električne mobilnosti. V mestnem jedru že deluje ena polnilna postaja za vozila na električni pogon, prav tako je v pripravi nabor investicij v polnilne postaje za naslednji dve leti. Načrtujejo, da bodo v dveh do treh letih občinski

OZILO? vozni park popolnoma opremili z električnimi vozili. Prav tako pa pričenjajo s posebno kampanjo, s katero želijo v prihodnjih letih povečati ozaveščenost in aktivnost celotne občine na področju trajnostnega ravnanja z okoljem.

Z V E Z A S T R O J N I H I N Ž E N I R J E V S L O V E N I J E

V okviru praktičnega pouka so si električna vozila v središču Novega mesta ogledali tudi dijaki Šolskega centra Novo mesto. Ravnatelj Srednje strojne šole Sebastijan Brežnjak je povedal, da dijaki po novem kurikulumu bolje spoznajo električna vozila. Pripravljajo tudi revizijo avtoservisnih programov, od poklicnega, srednjega strokovnega do višješolskega programa, v katerih bo več poudarka tudi na novih tehnologijah.

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

Pot električnih vozil je nato vodila iz Novega mesta v Ljubljano z vmesnimi postanki, kjer so študenti sproti beležili podatke meritev. Pridobljeni podatki so kasneje služili za pregled, primerjavo in kritično analizo o ekonomičnosti električnih vozil. Trasa testiranja električnih vozil se je zaključila na parkirišču Fakultete za strojništvo UL okrog 14.00, kjer je navzoče pozdravil dekan prof. dr. Branko Širok, vozila pa so si lahko ogledali študenti Fakultete za strojništvo in zaposleni. 35

W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

INFORMATOR: Zmaga Alena Kobilice z vodnikom

S L O V E N I J E

ZMAGA ALENA KOBILICE Z VODNIKOM DOC. DR. MITJO MORIJEM V ŠPANSKEM AGUILASU

Z V E Z A

S T R O J N I H

I N Ž E N I R J E V

Mitja Mori, Aguilas, 15. maj Foto: Nino Verdnik

Paratriatlon je šport, ki se je družini triatlona pridružil 7 let nazaj in obsega 750 m plavanja, 20 km kolesarjenja in 5 km teka. Na prvi pogled razdalje, ki so premagljive za vsakega dobrega športnika, a kaj se zgodi, če je ta športnik slep in želi kar se da hitro od štarta do cilja. To je izziv, s katerim se spopadava z Alenom Kobilico, ki je izgubil vid leta 2008 in se nato najprej posvetil plavanju in v zadnjih 4 letih triatlonu. Tekmuje v kategoriji PT5, ki je kategorija slepih in slabovidnih. Največje ovire na katere naletiva, ko prideva na novo tekmovališče so zapleteno postavljena plavalna proga, ki poteka v odprti vodi, dolge in tehnično zahtevne menjave, zelo tehnična kolesarska proga in predvsem neravne površine na tekaškem delu. In vse to je potrebno pred tekmovanjem pregledati, preučiti, se pogovoriti o načinu komunikacije med tekmovanjem (ki mora biti minimalna, opp.), progo preplavati, prekolesariti, jo večkrat preteči, skratka narediti vizualizacijo na način, da je Alenu kristalno jasno, kje se nahajava med tekmovanjem, kaj sledi, kdaj 40

pride na vrsto težaven del, kje lahko pije in koliko mora še zdržati, da uspešno in hitro zaključiva tekmovanje. Kot Alenov vodnik predstavljam »njegove oči« in poleg pravilne in hitre izvedbe moram najprej poskrbeti za njegovo varnost. Torej pred sabo imam osebo z določeno stopnjo invalidnosti, ki pa želi doseči vrhunski rezultat in to je ves čas na tehtnici, saj je potrebno za rezultat od Alena zahtevati na trenutke tudi nemogoče. V španskem Aguilasu na svetovnem pokalu 15. maja je Alena od drugega mesta ločilo le 12 sekund in to skupnem času tekmovanja 1h in 8 minut. Priprave na tekmovanje so bile dobre, že takoj po prihodu na tekmovališče pa smo zopet videli da bo velik izziv. Valovito morje s kratkimi in ostrimi valovi je bil izziv, ki ga še nismo imeli in je za Alena pomenilo, da bo v vodi kar pošten »rodeo«. Kolesarska proga je zgledala hitra in tehnično nezahtevna, a da bomo naredili potrebno razliko pred tekaškim delom, bo potrebno »umreti« na kolesarskem delu. Tekaška proga je bila pa rodeo posebne

doc. dr.

Mitjo Morijem v španskem Aguilasu

vrste, saj sva morala v 5 km kar 16 krat čez ležečega policaja in to ne majhnega, ampak takšnega z vzponom in spustom. Tekaški del je praviloma najslabši del slepih, saj dosegati visoko hitrost in pri tem obdržati koordinacijo in tehniko pomeni včasih izključujoča se dejavnika. Vse to je pomenilo 3 dni dela in usklajevanja, a na štartu smo bili pripravljeni.

Z V E Z A

Na tekmovalni dan so bile razmere dobre, morje mirno, ozračje napeto in temperatura visoka. Štartala sva dobro in hitro ujela pravi ritem. Iz vode sva prišla kot vodilna. Na menjavi, kjer je potrebno sleči plavalne neoprene, natakniti čelado, kolesarske čevlje, Alen še zatemnjena očala (zahteva tekmovalnih pravil, opp.) sva bila tokrat zelo hitra in po dobri minuti v menjalnem prostoru sva bila že na kolesarski progi. V žargonu »na polno«

S T R O J N I H I N Ž E N I R J E V

naredil španski tekmovalec Catala Laparra in španca sta se nama rahlo približala v prvem krogu. Nato sva ohranjala 2,5 minutno prednost do druge menjave, kar je bila prednost na meji glede na tekaško formo Catale Laparre in Alena. Na teku sva dejansko bežala in prednost se je hitro manjšala. Po enem krogu (2,5 km) je znašala zgolj 1 minuto, a Alen je uspel od 2,5 km do 3,5 km nekoliko dvigniti ritem in zadržati prednost, ki je v zadnjem kilometru nisva mogla več zgubiti. Zmaga, veliko veselje in olajšanje in samo 12 sekund do razočaranja . Potrditev, da smo čez zimo delali dobro in da je zmaga velikokrat plod detajlov … tudi tehničnih . Naslednja postaja je Evropsko prvenstvo v Lizboni!

S L O V E N I J E W W W . Z V E Z A - Z S I S . S I

se je glasil slogan, kako se lotiti kolesarskega dela. Kot vodnik moram biti brezkompromisen v zavojih, pred obrati zavirati čim kasneje, obenem pa poskrbeti, da ne padeva. Velikokrat sva na meji in do sedaj sva na kolesarskem delu »odletela« samo enkrat, pa še to zaradi tehnične težave (počena sprednja guma, opp.). Ker je bilo kolesarjenje speljano v treh krogih nama je trener Grega Nahtigal sproti sporočal zaostanek tekmovalcev. Začuda sta Poljaka (3. mesto na SP 2015 v Chicagu, opp.) dosti hitro izpadla iz igre in zaostala, velik napredek pa je v zimskem času