Energetska analiza moderno projektiranih strojarskih sustava grijanja, hlađenja i prozračivanja pokazuje razdiobu glavnih pogonskih troškova: grijanje 10-20 %, hlađenje 20-30 % i prozračivanje 50-70 %. Ovakva razdioba troškova pogona je rezultat primjene dobre toplinske zaštite zgrade i primjene učinkovitih strojarskih sustava (dizalice topline, povrati toplinske energiju unutra zgrade, klima-komore s visokom učinkovitošću povrata toplinske energije, korisnički orijentirana regulacija sustava). Na investicijske i pogonske troškove može se utjecati analiziranjem važnih čimbenika uspješnog sustava prozračivanja: efikasnost prozračivanja, onečišćenje zraka u boravišnom prostoru, veličina klima-komore, sustav zonskih ventilatora, propusnost zračnih kanala, regulacija.
1. UVOD
Prikazat će se čimbenici uspješnog sustava prozračivanja:
- Efikasnost prozračivanja nam govori o učinku prolaska dovodnog zraka kroz prostor s različitim uspjehom odnosno osjećajem ugodnosti korisnika prostora. Ovaj kriterij najviše određuje investicijsku vrijednost i pogonske troškove.
- Veličina klima-komore određuje troškove električne energije za pogon ventilatora. Istraživanjem investicijske vrijednosti klima-komore za različite veličine i pogonskog troška ventilatora, donosi se odluka o izboru veličine klima-komore.
- Sustav zonskih ventilatora za svaki prostor zamjenjuje sustave s regulatorima količine zraka, koji rade na principu prigušenja razlike tlaka kanalne mreže kojeg proizvodi ventilator u klima-komori. Zonski ventilatori povlače dobavni zrak od klima-komore i potiskuju odsisni zrak prema klima-komori s minimalno potrebnom razlikom tlaka do klima komore. Klima-komora radi s pretlakom / potlakom od 0 Pa prema kanalnoj mreži.
- Propusnost zračnih kanala uzrokuje neželjene gubitke zračnog toka. Pokazuje se potreba definiranja i dokazivanja željene nepropusnosti kanala.
- Automatska regulacija prozračivanja po svim željenim kriterijima kvalitete zraka i trenutnih mogućnosti sustava prozračivanja obzirom na potrebe zgrade, vanjskih meteoroloških uvjeta i razumne energetske odluke.
1.1 Efikasnost prozračivanja [1]
Stupanj efikasnosti prozračivanja (Ɛv) izračunava se kao odnos razlika koncentracija onečišćenja zraka za svaku vrstu onečišćenja posebno. U brojniku razlomka je razlika koncentracija odsisnog (Ce) i dovodnog zraka (Cs), a u nazivniku razlika koncentracije u zoni korisnika (Ci) i dovodnog zraka (Cs).
(1)
Efikasnost je veća ako se korisnik nalazi u dovodnom zraku, a manja je ako dovodni zrak ne dolazi do korisnika. Na efikasnost utječe raspored dovodnih i odsisnih otvora u prostoru i temperaturna razlika dovodnog zraka i zraka u prostoru, kao i postojanje izvora i ponora topline u prostoru.
Slika 1. prikazuje nekoliko principa strujanja zraka kroz prostor i koeficijent efikasnosti prozračivanja. Razlike u efikasnosti prozračivanja od 0,4 do 3,5 ukazuju na veliki utjecaj načina prolaska zraka kroz prostor i oko korisnika. To se direktno odražava na investicijske i pogonske troškove sustava prozračivanja. Nužni su ustupci u arhitekturi za postizanje veće efikasnosti prozračivanja. Teško je zamisliti energetski efikasnu zgradu, ako ova tema nije obrađena u fazi interdisciplinarnog projektiranja.
Slika 1. Efikasno prozračivanje zgrada [2]
Druga, jednako važna, tema je opterećenje zraka onečišćenjima od enterijera (podne, stropne i zidne obloge, namještaj, boje, uređaji, ostalo). Tablica 1. pokazuje procijenjena prosječna opterećenja u jedinicama olf/m2 prostora [3], potrebnu količinu dovodnog zraka za prozračivanje prostora, investicijski trošak sustava prozračivanja te godišnji trošak prozračivanja prostora po m2 prostora izražen u kWh električne energije. Ovi podaci postaju vrlo ozbiljni ako koristimo faktor primarne energije za električnu energiju (1,8 – 3,14) [4].
1.2 Veličina klima-komore
Trošak klima-komore, investicijski i pogonski, ovisi o izboru veličine klima-komore. U izbornoj analizi zadržava se fizikalni proces obrade zraka u klima-komori i zračni kapacitet klima-komore. Jedino što se mijenja je poprečni presjek klima-komore i time pad tlaka unutar komore te smanjenje potrebne snage ventilatora.
Konačni odabir veličine treba provesti neposredno pred kupovinu klima-komora s podacima od investitora o cijeni električne energije i planiranom vremenu korištenja tijekom godine.
Paralelno s financijskim odabirom treba kontrolirati mogućnosti ugradnje i eventualno zavisnih dodatnih troškova (veći prostor za smještaj, napajanje električnom energijom …). U tablici 2. je dan prikaz izbora klima-komore zračnog kapaciteta 9000 m3/h.
Primjer:
Godišnje radnih sati – 2500 h/a
Cijena el. energije neto – 0,84 kn/kWh
1.3 Sustav zonskih ventilatora
Osnovna ideja ovog tehničkog rješenja je smanjiti pogonski trošak transporta zraka kroz kanalnu mrežu dovodnog i odsisnog zraka. Centralni ventilator u klima-komori ostvaruje protok zraka kroz klima-komoru i kanale vanjskog i otpadnog zraka. Zonski ventilatori transportiraju zrak od klima-komore do zone i nazad. Zonski elektronski regulator upravlja kontinuirano dovodnim i odsisnim ventilatorom prema regulacijskom zahtjevu (t, ϕ, CO2). Regulator centralnog ventilatora održava tlak od 0 Pa na spojnicama dovodnog i odsisnog zraka. Pad tlaka u klima-komori će biti približan padu tlaka u kanalnoj mreži. Decentralizirani transportni sustav smanjuje potrošnju električne energije za kanalnu mrežu 45 % (za prikazani primjer izračuna). Ukupno gledano na sustav komore i zonskih ventilatora ušteda pogonskog troška iznosi 22 %.
Slika 2. – Shema sustava centralnog i zonskih ventilatora.
Slika 3. Dijagram protoka, pada tlaka i snage.
1.4 Propusnost zračnih kanala
Preporuča se mjerenje propusnosti izrađenih i montiranih kanala prema DIN 12599, zračne kanale projektirati najmanje moguće duljine, klima komoru smjestiti centralno u objektu.
1.5 Automatska regulacija sustava prozračivanja – primjer CO2 regulacije
Regulacija količine zraka prema CO2 vrijednosti. Vrijednosti CO2 zadati prema HRN CR 1752/2004 za dogovorenu klasu prostora A. (460 ppm iznad stanja okoliša 350 ppm = 810 ppm).
Prozračivanjem upravlja osjetnik CO2 i centralni nadzorno upravljački sustav (CNUS). Sustav uravnotežuje kvalitetu zraka u svim prostorima koji pripadaju sustavu jedne klima-komore, te može ostvariti koncentraciju CO2 zadanu od korisnika. Ovaj zadatak bitno utječe na pogonske troškove strojarskog sustava (40-60 %), te ga treba pažljivo odrediti.
Koncentraciju CO2 u vanjskom zraku treba redovito pratiti i prema potrebi automatski mijenjati postavnu vrijednost od 810 ppm. U slučaju da je neki prostor kontinuirano u povišenoj koncentraciji CO2, treba alarmirati korisnika te izvršiti provjeru rada sustava i po potrebi osigurati veću količinu zraka promjenom na regulatoru količine protoka zraka i dogradnjom potrebnih zračnih dovodnih i odsisnih elemenata.
Temperatura dovodnog zraka treba biti 3-5°C niža od zadane temperature u prostorima zbog bolje efikasnosti prozračivanja (u zimskom i ljetnom pogonu). U ekstremnim uvjetima temperature i vlažnosti vanjskog zraka (zimi niže od -2°C, ljeti više od +30°C, proljetna – ljetna – jesenska kiša) treba dozvoliti povećanje koncentracije CO2 do tehničkih mogućnosti klima-komore ili do gornje granice od 1350 ppm vol. Dozvoljeno je povremeno odstupanje od normiranih mikroklimatskih uvjeta s ciljem optimiranja investiranja i troškova pogona. Prozračivanje prostora je povremeno i izvan tjednog programa, svakih 6-10 sati po 15-20 minuta, obavezno 30 minuta prije početka dnevnog programa korištenja.
Noćno hlađenje prostora klima-komorama u povoljnim entalpijskim uvjetima, uz korištenje adijabatskog hlađenja treba potvrditi nakon konačnog izbora klima-komora i dizalica topline. Postoji mogućnost da je efikasnije uključiti dizalicu topline nego klima-komoru (zbog potrošnje struje na ventilatorima klima-komore i efikasnom hlađenju dizalicom topline u noćnom pogonu).
Prozorski kontakt detektira učestalost i trajanje otvaranja prozora i zatvara sustav prozračivanja. Zonski regulator povećava kvalitetu zraka u prostoru i prati reakciju korisnika zone te donosi odluku o potrebnom razgovoru s korisnikom i podešavanju ili dogradnji sustava.
Daljinski nadzor uključuje mogućnost pristupa sustavu preko interneta i dojavu alarma na mobilni telefon. Obavezno je alarmirati korisnika u slučaju požara, nestanka električne energije – opasnosti od zamrzavanja sustava, kvara dijelova sustava, povećane koncentracije CO2 i prozorski kontakt u radnim prostorima izvan radnog vremena (moguća provala ili požar, ostavljen otvoren prozor).
2. ZAKLJUČAK
Potrebno je predočiti investitoru važnost ovakve multikriterijske analize sustava prozračivanja, a u suradnji s projektantskim timom optimirati ukupno rješenje zgrade predviđajući poželjni ugođaj u prostoru te investicijske i pogonske troškove.
Silvano Sušilović, dipl.ing.stroj.
Flogiston d.o.o.
LITERATURA
- Recknagel – Sprenger – Schramek: Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik, Oldenburg Industrieferlag, Oldenburg Njemačka, 76 Auflage, 2013/2014.
- Ph. Dr. – Ing. Bjarne W. Olesen: Energieeffiziente lüftung von gebäuden, 31. Internationaler Uponor Kongress 2009, St. Christoph/Tirol , Austria, 22. – 27. 03.2009, str. 74 – 89.
- Fanger P.O. : Introduction of the olf and the decipol units to quantify air pollution perceived by humans indoors and outdoors, Energy and Buildings 12(1) 1-6 (1988)
- Wikipedia PRIMÄRENERGIEBEDARF, Preuzeto 16.01.2017. sa: https://de.wikipedia.org/wiki/Prim%C3%A4renergiebedarf
