akumulacija u termoenergetici

1 • 2005 kgh 55

snag dejstva i imaju znacaine teskoce u uravnotezavanju svoje prodkucije i potrosnje. To znaci da i svaki proces nje- ne proizvodnje za potrosace cija je potrosnia promenljiva LI veco] iii manjoj meri, ima i povecanu potrosnju primarnog goriva (uglja, nafte, gasa i dr.). Razlozi su vezani za samu konstrukciju uredaja koji se u nacelu proizvode za odredeni opseg delovanja, pri cemu se optimiziraju u uskim granica- ma. Ova cinjenica je od posebnog znaca]a za termotehni- eke instalacije ( central no grejanje, ventilacija i sl.), kod kojih se potrosnia menja prakticno od nule do maksimalne vrednosti, pri cernu najveci deo vremena instalacija radi sa znatno manjim kapacitetom od instalisanog. Ove instalacije su bas zbog moqucnostl fine regulaije sa pogonom na toplu vodu. llustracije radi, dimenzionisanje termotehnlckih instalacija za podrucje Beograda vrsl se sa parametrima spoljne temperature od -15 do -18°C, pa se shodno tome i vrsi izbor snage kotlova, dok su fakticke spoljne temperature pri kojim radi instalacija znatno vise.

Tako srednja dnevna spoljna temperatura za mesec januar iznosi ad -1 do +2°C, a godisnji minimum (dvadeset puta u toku dvadeset godina) -7°C. Srednja godisnja spoljna temperatura za zimski period je + 7, 1 °C. Uslovi u kojima rade instalacije ove vrste najbolje su sagledivi LI tabeli 1.

lz podataka u tabeli proizilazi, na primer, da ukupni broj dana u godini sa srednjim dnevnim temperaturama ispod -5°C nije veci od cca 10°/o. Ova cinjenica koja ima izuze- tno nepovoljne posledice po pogonske troskove instalaicja, ispravlja se u energetici na vise nacina, od kojih su najpo-

Proizvodnja i potrosnja energije u termotehnickim instalacijama Svi procesi proizvodnje termoenergije, pa i sagorevanjem, pri promeni kapaciteta uredaja menjaju svoj stepen kori-

Akumulacija, po raznim osnovama, svuda je prisutan proces kako u prirodi, tako i u ljudskim delatnostima. U termoenergetici se naicesce primenjuje kao akumulacija energije putem skladistenja mase grejnih medija koriscenih u ovim procesima. Medutim, teoretski gledano, koriscen]e akurnulatora ima smisla uvek kada postoji potreba za vremenskim pomakom potrosn]e u odnosu na proizvodnju svega, pa i energije, i kada postoji neravnomernost izmedu potrosn]e i proizvodnje, iii proizvodnje i potrosn]e.

Akumulatori se posebno u termoenergetici koriste i kad postoji interes distributera energenata za ravnomernom di- stribucijom, bilo zbog · povlsenih troskova od gubitaka u praznom hodu u proizvodnji, bilo zbog smanjenja investici- onih troskova u izgradnji rnreza za isporuku. Sistemski pro- izvodaci energije ( elektroenergije ), iii primarnih energenata bez moqucnosti skladistenja (gas), ave cinjenice dobro po- znaju, pa radi poravnanja potrosnje i produkcije preduzima- ju cisto ekonomske mere posebnom naplatom anqazovane snage, primenom vise tarifa naplate potrosn]e energije, naplatom participacija po anqazovanoj snazi za prosiren]e mreza i slicno,

Uvod

, DRAGUTIN DIMITRIJEVIC, dipl. inz. rnas., ,,TERMO-SIMAX" inienjering, Alekslnacklh rudara 16, 11000 Beograd

U RADU SU IZLOZENI RAZLOZI MOGUCE PRIMENE AKUMULATORA U TERMOTEHNICI I TERMOENERGETICI POSEBNO RADI USTEDE FOSILNIH GORIVA U PROCESIMA SAGOREVANJA U KOTLOVIMA. U TEKSTU SU ANALIZIRANI UZROCI I PROBLEM I PRIM ENE KLASICNIH SUDOVA ZA AKUMULACIJU I PREDLAZU NOVA RESENJA MEMBRANSKIH AKUMULATORA. AUTOR SE JOS OD 1985. GOD. BAVI KONSTRUKCIJAMA I PRIMENOM OVAKVIH AKUMULATORA. OTADA JE IZRA8EN I ISPORUCEN VECI BROJ OVAKVIH URE8AJA ZA RAZLICITE OBLASTI PRIMENE.

AKUMULACIONIM POSTROJENJIMA I NJIHOVOJ PRIMENI KOD NAS NI DANAS SE NE POKLANJA DUZNA PAZNJA, JER USTEDA SVAKE VRSTE TRAZI DRUGACIJE SVOJINSKE ODNOSE OD ONIH KOJI SU KOO NAS VAZILI.

UREDAJI I NJIHOVA PRIMENA U TERMOENERGETICI

.. . ! . !· I ' . ,. ~·.

,·. ,·,. ·,· " t:~ ' .

;. · .. · ,"

(

' ,.

"

'. :.•

·"

.. ,.

•.· ,:. ~ ...

;.

' <.:

' ,, , . ...

Qak = Vak · cp · (twk - tw")

Opsta formula za izbor velicine akumulatora lzbor velicine akumlatora je, pre svega, usko vezan za nje- govu namenu, odnosno svrhu akumulacije. Svrha akumulatora rnoze biti, kako u pogledu vremena akumulacije (casovna, visecasovna, dnevna, nedeljna itd.), tako i u pogledu vrste akumulacije (usteda primarnih goriva, prosirenje kapaciteta postoiecih toplotnih izvora, koriscenie otpadne toplotne energije, ,,peglanje" spiceva potrosnie gasa i Ii elektroenergije i d r. ).

No, bez obzira na to, kapacitet akumulatora (punjenje) teoretski je odredeno sadrzaiern vode u sudu, temperaturom vode pri punjenju twk i temperaturom povratne vode od potrosaca u toku ciklusa praznien]a:

jom za koju se cesto posebno obracunava participacija za izgradnju rnreza u fazi planiranja gradnje. rnoze biti svrsi- shodno da se vrsna opterecenja potrosnje pri niskim temperaturama prebace u energetskom smislu na akumulator. Na taj nacin se smanjuje vrsna potrosnja energije (maksimalna anqazovana snaga), sto je posebno vazno kako za investitora tako i za isporucloca energije (posebno za elek- troenergij u i gas).

Autor je imao priliku da izvede ovakvo proslren]e u naselju kraj Beograda - Padinskoj Skeli. U tom sluca]u je za grejanje novog objekta bilo potrebno 180 kW, dok je isti inve- stitor vec posedovao u susedstvu objekat sa instalisanom elektrokotlarnicom iste snage. Participacije za prlkliuce- nje novog objekta obuhvatale su prosiren]e i rnreze i trafo- stanice. Ugradnjom akumulatora od 25 m3, polozenoq kao poluukopana konstrukcija u zemlju, u postojeci sistem ko- tlarnice, ona je prosirena i na nju je prikliucen i novoizgra- deni objekat.

Primena akumulatora za smanjenje potrosn]e fosilnih goriva u kotlarnicama termotehnlcklh instalacija. U smislu vec recenoq, svaki kotlovski agregat fabricki je izveden za odredeni opseg proizvodnje energije, pri cernu samo u jednom delu tog opsega ima optimalne pogonske karakteristike. Pri tome, svaka veca jedinica smanjuje prag svoje efikasne primene, odnosno dovodi do sve vece neracional- nosti u primeni pri potrosnii koja je ispod ovog praga.

Ustede goriva koje se mogu oceklvati na qodisnjern nivou za gas iznose do 15°/o, za teen a goriva do 20°/o i za ugalj i do 35°/o. Pored navedenih moqucnosti primene, akumulatori mogu sluziti i za:

- akumulaciju otpadne toplotne energije u industrijskim i drugim procesima u kojima ona nastaje bilo direktno (vodom), bilo posredstvom prenosnika (termalno ulje, para i slicno ); objedinjavanje vise razlicitih i dislociranih energetskih izvora (ugalj i elektricna energija, ugalj i tecna goriva iii gas i sl. ); pri sagorevanju energenata sa promenljivom taplotnom rnoci goriva kao sto su biomasa, drvni otpad i slicno.

Pri projektovanju i primeni akumulatora mora se imati u vidu da, manje iii vise, svi slucajevi njegove primene traze detaljne analize potrosn]e i da je uglavnom svaki za sebe specifican.

lsto tako mora se obratiti paznja pri izboru uredaja za prihvat dilatacije vode i odrzavan]a pritiska.. da se dilatacija vode vrsi u akumulacionaj masi koja maze biti znatno veca nego ukupna masa vode u instalaciji. lz gornjih razloga preporucujerno za odrzavanje pritiska i prihvat dilatacije vode uredaje EKm-v/kp, iii diktir sistem.

56 kgh 1 • 2005

Akumulatori su posebno korisni pri potrosn] elektroenergije po nizo] tarifi u elektrokotlovima. Poznato je da su cene i di- stribucija elektroenergije vezani za vreme i nacin isporuke. U tom smislu postoje dve iii vise tarifa. I premda je koriscenje elektroenergije za grejanje u sustini neracionalno, ono pored nedostataka ima i svojih prednosti. Primenom akumulatora u instalacijama grejanja na elektroenergiju odnos potrosn]e koji u viso] i nizo] tarifi bez akumulatora iznosi 80°/o prema 20°/o, maze se preokrenuti u 20°/o prema 80°/o. Primena akumulatora za ,,peglanje" maksigrafa pri ko .. riscenju elektroenergije (elektrokotlovi) za grejanje u industriji. Jedan od nacina isporuke elektroenergije, naro- cite u industriji, jeste njen obracun i naplata po anqazovanju (potrosnii) u odredenom periodu vremena u toku obracun- skog perioda. Ovako anqazovanu snagu belezi maksigraf. Maksimalna snaga se angazuje po potrebi tehnologije i je- d nom anqazovana maze se stalno koristiti po drugoj osnovi. Tako se dobija najjevtinija energija za potrebe grejanja objekata.

Primena u prosiranju kapaciteta postojecih kotlarni .. ca kroz produzeni rad kotlovskih postrojenja u vreme prekida potrosn]e, Postoje slucajevi kratkovremenih pre- opterecenja energetskih postrojenja kad sistem ne maze da obezbedi povecane zahteve za potrosnjom energije. U pojedinim slucajevima pogodnije je vrsiti prosirenje site- ma energetike ugradnjom akumulatora nego prosirenjem kotlovskog sistema. Na taj nacin mogu se kod kotlovskih postrojenja vrsiti i prelazi sa kvalitetnijih energenata (gas, nafta) na one slabijeg kvaliteta ( ugalj, biomasa i sl. ).

Primena akumulatora za smanjenje participacije (in .. vesticionih troskova) distribucijama (elektroenergija i gas) kroz smanjenje jednovremene anqazovane snage. U slucajevirna kada je vec iz nekog razloga predodredeno da pogon terrnotehnickih instalacija bude sa elektroenergi-

Primena akumulatora

Najmanje primenjivan nacin, a sigurno najefikasniji i naj- jevtiniji, jeste upatreba akumulatara. Naime, pri korisce- nju akumulatora kotlovi rade u najpovoljnijem rezimu rada, bez obzira na nivo potrosn]e, pri cernu se visak proizvede- ne energije skladlstl u akumulatoru, da bi u prekidu rada (mirovanju kotla) bio isporucen potrosacima. Kaci se govori o akumulatorima, pretpostavljaju se uredaji koji na neki nacin mogu skladistiti toplotnu energiju. Najpoznatiji na- cm za skladisten]e toplotne energije je akumulacija energije putem mase koja je u termoenergetskom procesu radni fluid, podignuta na visi temperaturni nivo od onoga na ko- me se koristi u potrosn]i, U tom kontekstu verovatno najpoznatiji uredaji su elektroakumulacione peel, premda postoje i akumulatori pare u primeni u parnim postrojenjima, kao i akumulatori tople i vrele vode u toplovodnim i vrelovodnim instalacijama. 0 ovim poslednjima je rec u ovom tekstu.

·t:;::::~::-~:t:~;l·i!!ii:i:··:r=:=?:!:t:,:::'t!::::/:==!:;;:!:':i:l,i:;:;;:i':::·;.;,: :::Jrr:,;_~::i/:: ;; ···:,;,:-~:::,:· . · ···:::§:>:;,:,:.. t·Olf II ;~1!Q! ~j5. Procenat .·n···a·,..:,z,..:,:.,••v,...:,,n:;i/e/JsJn?a?e< -: A i4· ·3< >o···':.28. 6 ... .. .. O 429 · O 571 0,714 0,857 1

. . << -: -: \.. -: ,_) i g :-y;J ::< ·.· ( j .;.: .:.___ I I .

;i'.§[IJ!!!llin11ii~~111:~:~1~[d:jJ!J!J!lllimliiiilii1 ~,1111111111 :rrn111111~1~[lll!: 1 11 41 11§ , Q -: J !!!! ! !! !! 1~: 1 i 11 ~r~~ da n~ !~ .. ~f 111~:l~f (· IIII36\•\ • sd 42 30 15 2 1

. .. . .. ······,·.·.·.·.·.·.·.·.······

·-···s rqJ••·'gri1ilil!lii!iil!lill!l!ll!1IJ lillJl!l!l!~!lli!lil•!1! Zimski meseci okt:/> ~dy./ . dee./ dec./feb.

· .... · .... ,.?Pr'. \. mart feb .. ,Pdbl11~nol'=llll!1IIIIIJJJ1 J iQJ !l!i!i! t,?.I - 42 i -so · · 1s:::· . 2. _- i: 111;:11::1:<

Pr~!i.i~gr~Ji.jQj§.e.ZQ.Q.i > · 0;1>~7 . 0;333 01233 0, 167 0,083 b,011 0,006

Tabela 1. Godisnja raspodela srednjih dnevnih temperatura

znatiji: primena veceq broja kotlova, dvostepenih i moduli- ranih gorionika, bajpas pumpi u krugu kotlova i sl.

1 • 2005 kgh 57

Sastav i konstrukcija toplovodnih akumulatora Neosporno je da se svaki sud sa vodom, vezan paralelno sa potrosacem u krugu kotla sa strane odvodne i idovodne vode, maze na odreden nacin tretirati kao akumulator tople vode. Kod njega, s obzirom na smisao produkcije tople vode i nacin rada potrosaca, sa jedne strane bi trebalo da se nade voda iz sistema koja je prosla kroz grejna tela i koju treba kotao da zagreje, a sa druge strane voda iz sistema koju je kotao zagrejao. U procesu punjenja, kada je kapacitet kotla veci od potrosn]e deo vode iz kotla odlazi u akumulator, a deo ka potrosaclma, U procesu praznjenja. kada je potrosnja veca od produkcije kotla, deo vode se uzima iz akumulatora, a deo dolazi sa kotla i oba dela odlaze ka potrosacima, Pri punjenju akumulatora razvodna voda iz kotla mesa se sa vodom u akumulatoru, a pri praznjenju povra- tna voda iz sistema sa vodom u akumulatoru. Posto su ove dve vode razlicitoq temperaturnog stanja, pri mesanju nastaje srednje stanje u akmulatoru cija se vrednost krece ka krajnjem stanju, pri punjenju, temperaturi vode iz kotla, a pri praznjenju temperaturi povratne vode iz instalacije. Ovakvi akumulatori, kod kojih se voda iz kotla i voda iz radijatora nalaze u neposrednom kontaktu, u ovom tekstu se naziva- ju akumulatori sa mesanjern.

Sa ovakvim uproscenim resenjern akumulacije, rnoqu se ja- viti znacajni problemi LI radu instalacije koji mogu biti iza- zvani opisanim rnesanjern vode.

Prvo, LI ovako povezanom sistemu i pri punjen]u i pri praznjenju akumulatora, temperaturno stanje vode je manje iii vise stanje rnesavine i stalno promenljivo. Treba imati u vi- dLI da akumulator pri radu instalacije, u sustini, poznaje samo dva stanja: iii se puni, kada voda iz kotla ulazi LI njega, iii se prazni, kada topla voda odlazi iz njega. Neutralno stanje akumulatora se skoro nikad ne javlja i nastaje samo pri mirovanju instalacije, iii onda kad je potrosn]a bas jednaka produkciji. Znaci da uvek kad postoji razlika LI proizvodnji energije prema potrosn] kod toplovodnih instalacija, to se iskazuje kroz povisenie temperature vode LI krugu kotla, pri cernu se kapacitet requlise ill dovodom goriva i vazduha, iii lskliucenjern. Znaci da bi i teoretski maksimalna temperatura vode LI akumulatoru mesaniem mogla biti jednaka povratnoj temperaturi vode ka kotlu, a ne maksimalnoj izla- zno], a minimalna, razvodnoj temperaturi vode u instalaciji, a ne povratnoj. U toplovodnim instalacijama ovo znacaino smanjuje kapacitet akurnulatora sa rnesanjem, ali i dovodi do vrlo nestabilne i stalno promenljive temperature vode i u prostoru akurnulatora i iz akumulatora. To znaci i nestabi- lan rad kotla ( LI klj ucenie i isklj ucen]e ), al i pri praznjenju ne- stabilan rad ragulacionih ventila. U energetskom smislu, u stabilnom radu, akumulator bi trebalo da prihvati sav visak toplotne energije iz kolta koji LI potrosnji sistem instalacije ne prihvata i da ga po potrebi vrati LI kontinualnom procesu, bez oscilacija sistema.

tori mogu biti sa regulisanim (pod A) iii neregulisanim (pod B) punjenjem. Pri neregulisanom punjenju akumulator se puni promenljivom temperaturom vode iz kotla, a pri regu- lisanom (trokraki ventil u kolu kotla) konstantnom temperaturom vode iz kotla. Treba imati u vidu da akumulatori LI semi sa neregulisanim punjenjem imaju rnanju akumulaci- onu sposobnost od akumulatora sa regulisanim punjeniern. To je bitno, jer akumulatori tople (vrele) vode imaju zbog niskog temperaturnog opsega relativno malu specificnu aku- rnulacionu sposobnost. Zbog toga kod velikih akumulatora treba iskljucivo raditi veze sa regulisanim punjenjem, dok se kod manjih jedinca rnoze raditi i ovako i onako. Naravno da pri razradi konkretnih resenja instalacija sa akumulatorima treba uvek imati LI vidu specificnostl koje proisticu iz njegove konkretne primene.

Slika 1. A) Serna veza akumulatora - neregulisano punjenje; B) se- ma veza akumulatora - regulisano punjenje

Na slici 1 se vidi da se u posebnom cirkulacionom krugu, vezani posebnim pumpama, nalaze potrosaci, Njihova potrosnja je uvek regulisana jednim (trokraki ventil u kotlu potrosaca) iii sa vise regulacionih kola. Rad se u princlpu odvija na taj nacin sto kotlovi distribuiraju toplu vodu i je- dnovremeno i potrosacirna i akumulatoru, pri cernu se visak toplote, koji je veci od trenutne potrosn]e koja je requlisa- na, skladisti u prostor akumulatora sve dok se on ne napu- ni, kada se prekida rad kotla (dejstvom radnog termostata - gas, nafta iii prekidom dovoda vazduha - ugalj). Dalja di- stribucija ka potrosacirna vrsi se napajanjem iskljucivo sa akumulatora, sve dok se on ne isprazni, kada ciklus zapo- cinje ponovo. Pri tome se i sam akumulator LI fazi punjenja moze smatrati potrosacem, a LI fazi praznjenla toplotnim izvorom za potrosaca. U principu, ovako vezani akumula-

................... - .

I I . I .·· ~ -. ~ \.

r-----···- --······; { ..... \ I

B)

A)

P1

· ... -·'

,.,.<r""'*' •'

P'J . "··

Seme povezivanja akumulatora Na ovom mestu se postavlja pitanje LI vezi sa korisceniem akumulatora, kako ga povezati sa sistemom toplovodne instalacije? Odgovor se rnoze naci u boljem razmatranju ka- raktera cirkulacije, snabdevanja i potrosn]e ovih sistema. Sisteme, po pravilu, LI kvalitativnom smislu cine dva odvojena kruga fluida (ranije cesto spojena u jedan, rad sistema sa jednom pumpom) i to kruq zagrejane vode koja je prosla uredaj za grejanje i krug pothladene vode koja je prosla uredaje za predaju toplote. U instalaciji za grejanje to su krug zagrejane vode koja je prosla kroz kotao i kruq pothladene vode koja je prosla kroz radijatore.

Akumulator se u ovakvim sistemima uvek vezuje posebnim cirkulacionim krugom i pumpom LI kruqu toplotnog izvora (kotla) paralelno sa instalacijom (slika 1 ).

[ lnaCe, svi akumulatori rade sa odredenim gubicima. S obzi- f. rom na kvalitet izolacije, oni ne bi smeli iznositi vise od cca • 3-4°/o godisnje potrosn]e i vezani su i za nacin polaganja.

U principu gubici predstavljaju dopunske troskove LI instalaciji, ali su zanemarljivi u odnosu na ustede koje primena akumulatora rnoze doneti.

P~e _sve~a. kada se govori o ~~stei:nima c~~t~alnog grejanja I rnisll se I na druge termotehnicke lnstalacile I to na one ko- f je kao grejni medijum koriste toplu i vrelu vodu. 2

Sisteme centralnog grejanja, u naiopstiiem smislu, cine nje- l: ' govi delovi za f J

- proizvodnju energije, i - transport energije do potrosaca i od potrosaca, r - njeno koriscenje predajom prostorijama koje treba greja- f

ti. r f ~

Sire gledano, sistem grejanja u fizlckorn smislu cini proizvo- [: dnja toplotne energije i njeno dovodenje u prostore da bi se !' izravnala neravnoteza izmedu zeljene temperature u njima t i okoline, nadoknadom gubitaka toplote koji tom prilikom I: nastaju. Svrha i pravi cilj sistema je da za svaku prostoriju fr

koja se greje proizvede i dovede, na optimalan nacin, sa- t' mo onoliko toplotne energije da unutrasn]a temperatura ne It bude ni visa ni niza od zadate. Ta koliclna toplote predsta- [ vlja potreban (planirani) toplotni gubitak (PTG). Svaki ste- t pen nize temperature u prostoriji od ave daje losiji kvalitet J grejanja i komfora, ali i svaki stepen vise temperature pred- f,

stavlja jedan od nepotrebnih (neplaniranih) toplotnih gubita- L ka (NTG). Svaki NTG u krajnjoj liniji predstavlja materijalni t gubitak. Odstupanje stvarne temperature od zadate pred- i stavtja meru dobrote Sistema. Tolerantno odstupanje u opti f malno regulisanim sistemima ne bi trebalo da bude vise od f ±1 °C, premda se u novije vreme tezi ka vrednosti ±0,5°C. 1

f.

Ova cinienica, da u sistemima centralnog grejanja posto- I je NTG, cini osnovu na kojoj se tezi ustedl energij~ razli~i- f: tim nacinlma smanjenja NTG. U osnovi, NTG se iskazue f:

:i.: ~:: ~r. , ~i· ., 11:.:

' ·'

Analiza toplovodnih sistema centralnog grejanja

Slika 2. Membranski akumulator; a) lezeci; b) stojeci; A- prikljucak ~. za vodu iz kotla; B - prikljucak za vodu iz instalacije; C - odzraka (. akumulatora; D - praznjenje akumulatora; E - revizija akumulatora l

r Medutim, u sistemima toplovodnih instalacija koriscene f akumulatora maze biti vezano sa ustedorn fosilnih gori- i va, pa ce se analizirati posebno. Analiza ce se sprovesti u f odnosu na njihov rad sa akumulatorom i bez njega. i:

f

' J ., ~ :;. .l • ! ,, f " '---------------------------------------------------------------t .:~. r. ,.

B E B) D

:;.

'

CJ

I I -, ---·-

' ! I 1 ! f l

- r- A)

c A D B

E

I I ... \&+fl\ ·-

. . .-/

l

• --...., A I <,

'

c -----------------------, i°' ~:.

;

t· ?

58 kgh 1 • 2005

Sarni sudovi membranskih uredaja prave se od konstrukcionih celika postavljeni vertikalno (od 350 do 5000 litara) i ho- rizontalno (od 3,0 m3 do 100 rrr'), a za nazivni pritisak NP4 bar. Membrane sudova su postojane na vodu cija je temperatura do 110°C. Na konstrukcijama su revizioni otvori kroz koje se maze intervenisati i po potrebi membrana zameniti. Uredaji su izolovani i spolja zasticeni zavisno od mesta polaganja. Pri tome samo polaganje uredaja maze biti i u ze- mlji, odnosno u terenu van objekta, i nadzemno u spoljnjem prostoru iii objektu. lzgled uredaja se vidi na slici 2.

Samo opisano rnesan]e koje nastaje u prostoru akumulatora je razlicito u fazi punjenja i praznjenja akumulatora. U procesu punjenja rnesan]e je posledica ubacivanja poto- pljene struje sa visokom indukcijom, au procesu praznjen]a nastaje pod dejstvom usisne struje niske indukcije.

Kao stepen dobrote konstrukcije akumulatora sa rnesaniern maze se smatrati ravnomernost temperatura vode po hori- zontalnom preseku u masi akumulatora.

Sad je jasno, da bi se i obicni rezervoari mogli efikasno upotrebiti kao akumulatori ukoliko bi se ova dva navede- na nedostatka otklonila. To bi znacilo da se dovod vode u akumulator i odvod iz akumulatora disperzno podeli u veliki broj strujnica i unutar akumulatora organizuje u laminar- nom strujanju, tako da zauzme kompletan poprecni presek rezervoara. To se prakticno ne maze postici, narocito ne sa potisne strane akumulatora.

Sve ovo u velikoj meri je onemoqucilo zadovoliavajucu primenu rezervoara, kao akumulatora toplotne energije u toplovodnim instalacijama, i citav koncept akumulacije toplotne energije na ovaj nacin dovelo je u pitanje.

Da bi se eliminisali ovi nedostaci, u konstrukcije akumulatora uvedene su membrane, cirri je onernoquceno opisano rnesan]e vode u prostoru rezervoara i tako je dobijen membranski akumulator- koji sluzi za akumulaciju toplotne energije u toplovodnim i vrelovodnim instalacijama.

Ovi akumulatori energije rade na principu rezervoara, kao celicnih posuda, mada mogu biti i od drugih materijala, ali u kojima su ugradene fleksibilne membrane (mehovi), gde je prostor suda podeljen na dva kompatibilna dela, sa jedne i sa druge strane membrane. Membrane onernoqucuiu pri radu znacajno rnesan]e vode u prostoru akumulatora, ali i prenose pritisak sa jedne svoje strane na drugu.

U ovako podeljenim sudovima u jednom delu, sa jedne strane membrane, nalazi se (skladlsti) pothladena voda (ona koja je prosla ciklus hladenja u potrosacima - radijatorima), a u drugom delu zagrejana voda (voda koja je prosla ciklus zagrevanja u kotlu ), pri cernu su jedna od druge odvojene membranom.

Drugo je to da se masa vode u akumulatoru koja je nosilac akumulacije prakticno ne maze kvalitetno i potpuno izmeni- ti pri visekratnom protoku kroz akumulator, pri jednovreme- nom dolasku i odlasku vode iz njega, kao i to data izmena u funkciji vremena nije uvek jednaka, odnosno da se po- vremeno stvaraju u manjoj iii veco] meri kratke veze proto- ka kroz akumulator, odnosno dzepovi relativno mirne vode. To ima za posledicu da se u akumulatoru sa mesanjem i po ovom osnovu javlja razlicita temperature po masi akumulacije. U tehnici ventilacije, kao i u drugim vazdusnirn sistemima grejanja i hladenja koji rade sa istovremenim ubacivanjem i odsisavanjem vazduha, postoji pojam broja izmene vazduha u prostoriji, kao mera kojom se dobija odredeno relativno jednako stanje parametara u prostoriji (temperatura, vlaznost i slicno), ali je poznato i to da se ra- vnomerno stanje u citavo] prostoriji nikad ne maze postici.

1 • 2005 kgh 59

Mada postoje razlike u strukturi izraza (1) izmedu brojioca i imenioca, jer je imenilac merljiv a brojilac hlpotetican, ocito je da su odstupanja stepena korisnog dejstva kotlova prema instalaciji tolika da postoji veliki uticaj nacina rada kotla u toku sezone na potrosnju primarnih goriva. Posebno treba napomenuti da rad kotlova u uslovima niskog kapaciteta vrlo nepovoljno deluje na okolinu (zagadenje vazduha dimnim gasovima).

Da bi se bolje razumeo mehanizam NTG u proizvodnom delu sistema, mora se pojednostaviti i objasniti mehanizam rada kotlovske jedinice. Naime, u kotlu se odvijaju dva odvojena procesa, jedan je sagorevanje goriva u lozistu kotla, a drugi izmena toplote izmedu lozlsta i dimnih gasova i vode u kotlu. Naravno, procesi jesu uslovljeni jedan drugim, ali su u sustini nezavisni.

Ukoliko je na kotlu dobro podesen odnos vazduha i goriva i loziste reseno tako da se dobija optimal no sagorevanje, stepen korisnog dejstva ce zavisiti samo od izmene toplote izmedu dimnih gasova i vode. Sama izmena toplote u kotlu u naiveco] meri zavisi od geometrije povrsina za izme- nu, karakteristika strujanja oba medija, nacina kontakta i velikog broja drugih konstrukcionih karakteristika. Pri promeni kapaciteta kotla, ukoliko se zell odrzatl jednak stepen korisnog dejstva, morali bi se odrzatl isti uslovi kako sagorevanja pri smanjenoj kolicini goriva, tako i razmene toplote sa obe strane. Prakticno, u dosadasnjirn konstrukcijama ova nije bio rnoquce, tako da je pri smanjenom kapacitetu nastupalo i smanjenje stepena korisnog dejstva kotla,

Analiza rada kotlova

gde su: b., - broj sati punog pogona (h), On - suma planiranih toplotnih\ gubitaka - PTG (kW), Ba - godisnja potrosn]a gorival (kg/god.), Hu - donja toplona mac goriva (kWh/kg), 'li - vrednosti godisnjeg stepena korisnog dejstva instala-

•• CIJe. Tako, na primer, za kotlove na tecna odnosno gasovita goriva flk = cca 0,9; 'li = cca 0,7; za kotlove na ugalj flk = cca 0,8; 'li = cca 0,55.

Gornja odstupanja su pre svega i u najvecoi meri upravo vezana za iznete cinjenice, odnosno za to da u ovim instalacijama uredaji za produkciju u naivecem delu godine rade sa parametrima van optimalnog opsega za koji su proizvedeni.

(1)

oni koji se dobijaju u drugim uslovima eksploatacije. lz tih razloga, kao i zbog obezbedenja neophodne sigurnosti pogona, za vece kapacitete potrosn]e namenjene centralnom grejanju, usvajaju se dve iii vise kotlovskih jedinica za pa- gan instalacije.

Kao mera valjanosti iskoriscenia kotla prema potrosnii goriva u prospektima proizvodaca navodi se stepen korisnog dejstva kotla. Ta vrednost predstavlja vrednost pri radu u normiranim uslovima. Medutim, stepen korisnog dejstva postoji u svim uslovima rada i nije jednak navedenoj vrednosti, oblcno je manji. On teoretski predstavlja odnos izmedu predate kollclne toplote vodi kotla i dovedene energije lozistu kotla. Ta razlika izmedu normiranog i stvarnog stepen korisnog dejstva kotla maze se najbolje uocitl ukoliko se ovaj uporedi sa qodisniirn stepenom korisnosti instalacije. Kao qodlsn]! stepen korisnog dejstva instalacije podrazumeva se odnos planiranih toplotnih gubitaka za go- d inu dana prema kollcinl toplote koju daje potrosena kolicina goriva donje toplotne rnoci Hu u toku godine. Znaci;

' .

' '..• -~ l': ( t:

~ Naime, uslovi koriscenia uredaja definisu se njegovim ka- t· rakteristikama pri upotrebi, kao sto su stepen korisnog dej- ~. [ stva, podloznost kvarovima, vek trajanja, stepen zagadenja I \: okoline i drugi koji su po necernu znacajni pri korisceniu I. uredaja. Najbolji uslovi koriscenja su optimalni uslovi, i za ~· uredaje bilo koje vrste i namene upravo su oni za koje je t ~ .. · uredaj projektovan. U tom smislu, svaki kotao se projektuje f kao jedinica za odredene uslove u kojima treba raditi, kao t sto su kapacitet, vrsta goriva, temperatura vode na ulazu i ~ izlazu iz kotla, nacin lozenja, temperatura i hemijski sastav ;, dimnih gasova i drugo. Naravno da se kotlovi kod proizvo-

daca ispituju pod slicnlm uslovima U stvari, uslovi isporuke i ispitivanja kotlova kao gotovih proizvoda su standardizo- vani i jednaki. Ovako dobijene vrednosti se navode u pro-

••· spektnim materijalima proizvodaca i uglavnom nisu isti kao

- prvi, kao koliclna energije u procesu sagorevanja u lozistu koja je mogla da bude proizvedena, ali nije proizvedena, zbog loseg sagorevanja koje nastale zbog velike kolicine vazduha, iii visokog sadrzaja CO (mala kolicina vazduha), iii prisustva sagorljivih ostataka u lozistu kotla,

- drugi, kao kolicina energije koja je proizvedena u lozistu kotla ali predstavlja visak u odnosu na potrosn]u jer ne rnoze da se preuzme vodom iz sistema.

Oba dela se manifestuju promenom temperature i sasta- vom dimnih gasova.

lnace, sami sstemi centrlnog grejanja, gledani kao potrosaci, predstavljaju ekstremno promenljivu potrosnju koja se menja od nule do maksimuma. Ovako postavljen zahtev u celom opsegu promene kapaciteta, nijedan uredaj (kotao) ne moze ispuniti pod najboljim uslovima koriscenja.

kao vlsak goriva koji se utrosi, da bi se proizveo pod losirn uslovima, iii nepotrebno proizveo i utroslo deo energije za grejanje objekta. NTG nastaje na jednom od navedenih de- lova sistema. Pri tome, ovi gubici su najveci i najznacajniji, ukoliko su delovi instalacije za transport dobro izolovani, u delu raspodele toplotne energije potrosacima i u delu nje- ne proizvodnje. Smatra se, na primer, a to je lako i dokaza- ti, da sa svakim stepenom vise temperature u prostorij i od planirane, nastaje gubitak goriva, koji godisnje iznosi cca 5°/o. lsto tako, sadrza] CO od 1 °/o u dimnim gasovima znaci otprilike 5-7°/o gubitka goriva ( dopustena vrednost iznosi manje od 0, 1 °/o ). Za sprecavan]e NTG u sistemima centralnog grejanja, celom sistemu kao i kod pojedlnacnlh potrosaca, primenjuju se regulaciona kola i oprema. Gubici instalacije sprecava- ju se zavisno od sistema grejanja, na vise naclna, pri cemu je jedan od njih osnovni. Osnovni nacin prilagodavanja kolicine dovedene toplotne energije toplotnim gubicima po- stize se vodenjem temperature vode prema spoljnoj temperaturi. Metoda podrazumeva da odredenim spoljnim uslovima okoline odgovara odredena temperatura vode, koja pri cirkulaciji kroz grejna tela oslobada upravo onu kolicinu toplote koja ostvaruje potrebnu temperaturu prostorije. Regulacioni sistem kojim se to vrsi naziva se osnovnim sistemom regulacije potrosnje. Naravno, ova temperatura vode sa manjim odstupanjima jednaka je za sva grejna tela, odnosno sve prostorije koje su na ovaj nacin regulisane. Dopunski sistemi regulacije omoqucuju da manja odstupanja koja nastaju u temperaturama prostorija pri primeni osnovne regulacije budu kompenzovana. lsto se cini, iii dopunskim zoniranjem objekata pri sprovodenju osnovne regulacije na nivou orijentisanih zona, iii kompenzovanjem dodatnih uticaja (vetra, insolacije i sl. ), iii pak na nivou grejnih tela (primena termostatskih ventila).

Kad se govori o NTG u proizvodnom delu sistema, odnosno o kotlu, osim onih koji nastaju predajom toplote sa kotla na okolinu, podrazumevaju se dva dela:

Kotlovi na cvrsta goriva I pogonski i investiciono najjeftiniji nacin dobijanja toplotne energije, tople i vrele vode za ave namene, iii bi bar tako trebalo da bude, jeste sagorevanje cvrstih goriva u kotlovi-: ma. Pri tome, zavisno od kapaciteta, na ovaj nacin se jos: · uvek, bez obzira na sve vecu primenu i tecnih i gasovitih ·• ' goriva, u velikoj meri greju razlicitl objekti.

Cvsta goriva mogu biti sve sagoriljive cvrste materije, me- . du koje se ubrajaju vrlo kvalitetni ugljevi, kao sto su kame- .. ni ugalj, antracit, mrki ugalj, ali i losijeg kvaliteta, kao sto su • lignit, treset, zatim drvo, ali i slama i sasa. lsto tako za cvr- .. sta goriva je znacajno i kako je pripremljeno za sagoreva- · nje. Ugljevi su klasificirani u smislu maksimalne granulacije. : Naravno da lozista za ovakav asortiman nisu ista, tako da ; ·,

u sustini postoji podela na razlicite vrste kotlova prema na-; cinu sagorevanja cvrstih goriva, kao sto su kotlovi na ugalj, ·• drvo iii na biomasu. Cesto u-stovi trzista odreduju vrstu go- ·. riva u toku jedne sezone iii dela sezone. Obicno se pro-· spektima karakteristike kotlova vezuju za odredeno gorivo. Tako se lozista i karakteristike kotlova na ugalj daju za sa- , gorevanje kamenog uglja. Lozista za manje jedinice kotlova ; na cvrsta goriva su pre svega projektovana u bunker siste- i mu, tako da primaju vecu kolicinu goriva nego sto se nala- • zi u punom sagorevanju. Doziranje goriva kod njih se vrsi •· rucno, dok je kod vecih poluautomatsko iii automatsko. Re- · gulacija kapaciteta kotla vrsi se dovodom vazduha za sa- • gorevanje u loziste. NTG u procesu lozenia van projektnog · kapaciteta vrlo su veliki i zavise pre svega od nacina loze- . nja. Ovde se mora napomenuti da je osnovna karakteris- ·. tka sagorevanja uglja u sistemima grejanja bez primene · akumulacije, nemoqucnost primene ni osnovne regulacije potrosn]e niti dopunske regulacije potrosnie, pesto je veza kapaciteta razgorelog lozista kotla i instalacije u aku- · mulacionom smislu u velikoj disproporciji i kruta. To znad da se ono sto se proizvede u lozistu kotla mora iii potrositi iii izbaciti u okolinu preko dimnjaka. Ukupna potrosn]a cita- ve instalacije maze se jedino regulisati kapacitetom dovo- : da vazduha u lozlste kotla.

S obzirom na to da nije rnoquce da kotlovi iz konstrukci : nih i komercijalnih razloga rade i budu sa takvim sadrzais · vode, a da se ne mogu ni podesavati svojim kapaciteto ·: prema potrosnli bez dopunskih proizvodnih gubitaka, na·; bolje bi bilo da u svom krugu imaju dodatni neophodni s ,1

drzaj vode u vidu posebne akumulacije koja bi mogla d. prihvati (nazivni) kapacitet kotla za odredeno racionalm vreme upotrebe.

' Rad sistema grejanja bi tada bio takav da bi kotao odred&,, no vreme radio pod punim kapacitetom i optimalnim usl0:: vima i ka potrosaclrna i ka akumulaciji, pa kad akumulacis bude zavrsena, usao bi u fazu mirovanja sve dok akurru- lacija ne bude potrosena u potrosacima, kada bi se proces ponavljao. To bi znacilo da rad koltovske jedinice u svim uslovima predstavlja rad u najboljim uslovima koriscenia i Ovde treba imati u vidu i to da obicno snaga kotla nije samr jednaka maksimalnim transmisionim gubicima toplote, vec; je uvecana i za varijabilne gubitke sistema, tako da procenat potreba (pri startu, usled infiltracije, usled suncevoq zrace- nja i dr.) instalacije na pragu grejanja ne odgovara procena iskoriscen]a kapaciteta kotla, vec je ovaj drugi nizi.

Pored svega recenoq i sadrza] vode u kotlu je i iz konsm- kcionih razloga oqranicen, a i sama konstrukcija i velicina .. lozista u najveco] meri zavisi od kapaciteta kotla i vrste go· riva koje sagoreva.

Pri tome se mora imati u vidu da su u zavisnosti od vrste goriva razliclte i moqucnosti regulacije kapaciteta kotlova pa u tom smislu treba analizirati i razlicite pogone kotlov skih jedinica i njihov uticaj na velieinu i izbor akumulatora. ';

60 kgh 1 • 2005

Ovde treba napomenuti da je minimalni radni kapacitet grejanja u stvari vezan za nazivni kapacitet potrosnle, a ovaj za nazivnu razliku temperatura sistema. Na primer, u sistemu projektovanih (nazivnih) vrednosti sobne temperature 20°c i spoljne temperature -15°C, 10°/o nazivnog kapaciteta rada je pri spoljnoj temperaturi ad 16,5°C. Uobi- cajeno je i internim propisima regulisano, na primer, da sistemi daljinskog grejanja startuju pri spoljnoj temperaturi od 12°C, sto za gornje uslove znaci 23°/o nazivne potrosnie. Ovakav procenat pri startu sistema je veliki, a upravo je vezan za krajnje neracionalan rad sistema u nizern opsegu. Medutim, ljudi fizioloski dozivljavaju 1 °C nize temperature prostorije kao hladnu sobu i u ovom periodu se greju uglavnom elektricnorn energijom, sto je neracionalno.

(2) g = 0,86 · 1000/(85 - 25) = 14,3 kg/kW

sto je izazivalo povecanu potrosnju goriva i dopunski pogonski trosak,

Pri tome, naravno, zavisno od vrste goriva, ono sto stupi u proces sagorevanja manje iii vise ne maze se zaustaviti ni valjano kontrolisati, vec svakako sagori pod boljim iii gorim uslovima, bolje iii gore iskorlsceno. Usporenje sagorevanja iii promena kapaciteta kotla bez promene kolicine goriva u lozistu, vrsi se smanjenjem dovoda vazduha za sagorevanje, ali samo u manjoj meri. Pri tome dinamiku ovog procesa (smanjenje dovoda vazduha) obavezno prate druge nepovoljne manifestacije kao sto je povecanje sadrzaja gasova CO i nesagorelih sastojaka i slicno,

U stvari, citav proces podesavan]a kotla u sistemima centralnog grejanja krece od zahteva regulacionih krugova koji requlisu potrosnju (osnovna i dopunske regulacije potrosnje) za smanjenjem kapaciteta, sto dovodi do promene temperature vode na razvodnoj mrezi i ima za posledicu smanjenje potrebne kollcine vode iz kotla, odnosno povise- nje temperature vode iz kotla. Kako smanjenje vode u cirkulaciji kroz kotao nije preporuclilvo, obicno se smanjenje cirkulacije prema potrosacima podrzava povecaniern cirkulacije u krugu kotla, sto se cini pumpom u kratkoj vezi ra- zvodnog i povratnog prikliucka.

To znaci da je uobicajen nacin regulacije sagorevanja odnosno kapaciteta lozista u tome da se pri smanjenju potrebe za kolicinom toplote koja nastaje u kotlu smanjuje iii prekida dovod goriva, kao i kolicina vazduha potrebna za sagorevanje. Naravno da rnoqucnost podesavanja, pa i velicina gubitaka pri podesavan]u, u najveco] meri zavisi od nacina dovoda goriva, odnosno u krajnjoj liniji od vrste goriva. Ali gornje izlaganje znaci i to, da svaki visak trenutno proizve- dene kolicine toplote u kotlu koji nastaje zbog dela goriva koji je vec stupio u sagorevanje mora biti iii akumulisan u nekom delu sistema, iii izgubljen na neki nacln. Posto sama rnreza, kao i grejna tela, pri primeni osnovne regulacije nemaju rnoqucnosti akumulacije viska kolicine toplote, samu promenu trebalo bi da primi voda kotla i deo rnreze do regulacionog ventila.

Mera skoka temperature u krugu kotla u stvari zavisi upravo od akumulacione sposobnosti ovog kruga, odnosno od sadrzaja vode kotla i kotlovskog kruga. Pri tome ova akumulaciona sposobnost je vezana, osim za sadrza] vode, jos i za dopustenu temperaturu vode u razvodu kotla item- peraturu povratne vode u sistemu potrosnje. Ukoliko je sadrza] vode u kotlu i krugu kotla veci, inercija kotla je veca i uticaj lozlsta i mase razgorelog goriva kao i uticaj promene parametara razvodne rnreze na kvalitet sagorevanja je manji. Ako bi se racunalo sa minimalnim radnim kapacitetom sistema grejanja (prag grejanja) od 10°/o i potrebom za akumulacijom od 90°/o nominalnog kapaciteta kotla, a u ra- dnom rasponu temperatura vode od 85/25°C, potrebna koliclna akumulacije vode po kW energije bila bi:

1 • 2005 kgh 61

T2 p (Qk/3600) = Oak;

sledi:

i u ovom tekstu bice nazvan akumulaciona konstanta, iii krace Ak vrednost. Akumulaciona konstanta je karakteristika konstrukcije i nepromenljiva je za odredenu vrstu kotla. U radu, naravno, potrosn]a postoji i vremenski ciklus se uspostavlja iz potciklusa uzgrevanja kotla (T 1) do temperature t1 i mirovanja (T 2) do temperature t2 za vreme T. Ciklus uzgrevanja se odvija tako sto se produkcija kotla trosi jednim delom na potrosniu Qp, a drugim delom na povecan]e akumulacije kruga kotla. Za ciklus uzgrevanja vazi T 1 (O, - Qp) = 3600 Oak· Ako se uzme da je potrosnia jednaka QP = p Qk, gde vrednost p predstavlja karakteristiku potrosnie, bice: T1 (1 - p) = 3600 Oak/Qk = T0, iii T1 = T0/(1 - p) . U ciklusu mirovanja kotla za vreme T 2, akumulacija kotla se trosi iskljuclvo za potrosnju, prema tome bice:

qw = W dt cP = 28 W/kW snage kotla

Akumulaciona sposobnost po snazi kotlova izlozena je u tabeli 3. Vreme za koje bi kotao u radu pri startovanju bez potrosnje, bio isklj ucen, bilo bi:

Kotlovi na gasovita i tecna goriva U sastavu ovih uredaja i mehanizmu njihovog rada nalaze se gorionici. Dovod goriva u loziste kotlova vrsi se ra- sprsivaniern pod pritiskom i sveden je na sekundni dotok, odnosno sekundni priliv energije goriva u loziste kotla. To znaci da je akumulacija lozista svedena na stepen akumulacije materijala i temperaturu Iozista. Prekid sagorevanja je momentalan i izazvan prostim prekidom dovoda goriva. Naravno da je dovod goriva u radu gorionika pracen odgo- varajucirn dovodom vazduha, tako da se smesa vazduha i goriva dovodi u zonu paljenja gde se pali i u daljem toku sagoreva. Proizvodacl gorionika podesavaiu snagu uredaja uvodenjem dvostepenih, modularno i kontinualno regulisa- nih gorionika, ko] svoj kapacitet podesavaju prema kapacitetu potrosn]e. Medutim, kod malih jedinica kotlova, naiveci broj njih je opremljen, i oprema se, jednostepenim gorioni- cima ciji je rad, pa i kapacitet, regulisan ukliucenjern i isklju- cenjern gorionika. Pri tome iz bezbednosnih razloga svaki ciklus ponovnog ukljucenja gorionika ima potrebu za pripre- mom lozista kotla u smislu ventiliranja, kada se u trajanju od oko 30 s vrsl ispiranje lozlsta vazduhom, pa tek potom gorionik ulazi u fazu dovoda i paljenja goriva. Pri tome je u svakom ciklusu paljenja potrebno izvesno vreme za stabili- zaciju sagorevanja i ulazak u stacionarno stanje. Sve izne- to predstavlja gubitak u radu kotla. Sadrzs] vode savremenih konstrukcija kotlova na tecna i gasovita goriva krece se od W = 2 do 3 L/kW snage kotla.

Sam proces ukljucenja i iskljucenja gorionika regulisan je radnim termostatom kotla. Temperaturna razlika termostata maze se racunati na oko 8°C. Na primer, iskljucenje kotla na t1 = 90°C i ponovo ukljucen]e na t2 = 82°C. Shodno iznetom, srednja akumulaciona sposobnost kotla bila bi:

promenljive toplotne moci, kao sto su biomasa, treset iii sli- cna goriva kod kojih akumulator rnoze vrlo dobro da kom- penzuje pad kvaliteta sagorljive mase koja maze jako da

• vanra.

Om - stvarna snaga (kW), Qk - nazivna snaga (kW).

Ovde jos treba napomenuti da je od posebnog znaca]a primena akumulatora u slucaju sagorevanja cvrstih goriva

:Jl/lill!J!IIJ!]llilii~lijii!ii~!,iiiil•i~iiiilili •::•::f~;f1::i'i;i; .. ;g~!lili!iiiil,;'.•:•!•••l•l•lil iiiii••:, ... •••••·••i···i!i!•i!!Q;6.••·•••••••••••••••••!•!!!• •••••••• ••••••••••,•-- .... -•·::•••••••••l:•Z3 . ······•·•·•···•·••••••••••••Qil•Z•••••••••••!!•••••••••••

. ;': Tabela 2. Stepen korisnosti instalacije kotlova. Ugalj/kotao Qk >

•·_ 50-120 kW

' , Godisnja potrosnia bez akumulatora bila bi Qg = 155 000 kW, a godisnja potrosnla goriva sa akumulatorom bila bi Qg

, = 125 000 kW, sa ustedorn od Qgu = 30 000 kW, iii 30°/o.

:; Pored iznetoq, ugradnjom akumulatora u krugu kotlova na : cvrsto gorivo, instalacija se dovodi u situaciju moquceq po- , merenog rada sistema za odredeno vreme pri pokretanju

posle prekida rada. Naime, uobicaieno je u sistemu centralnog grejanja da se praktikuju nocni prekidi rada iii redukcije. U sistemima sa kotlovima na cvrsto gorivo bez akumulatora, jutarnje pokretanje posle prekida rada, iii rada u nocnorn rezimu, vezani su za istovremeno pokretanje kotlova sa po- kretanjem instalacije. To nije slues] sa pogonom ovih instalacija sa ugradenim akumulatorom. U vecern delu godine sistem sa akumulatorom se u vecernltrn casovlma pred prekid forsira u lozen]u, tako da u redukovanom rezirnu rada iii

,, u pokretanju sa akumulatora prihvata momentalni uzgon instalacije i tek potonjim lozenjem kotlovi nastavljaju da prate rad instalacije. Pokretanje i prekid rada instalacije u ovakvim uslovima mogu se vrsiti uklopnim satom.

t·. [{ llustracija iznetog rnoze se naci u analizi rada kotlova sa I ( [! konstantnom temperaturom, lozenih cvrstirn gorivom (Ree- l: knagel, Sprenger, Schramek, Ceperkovic, 2002, g., deo t 2.6.4 - Godisn]a potrebna energija za grejanje i pripremu ~! tople vode) u podacima za stepen lskoriscenja instalacije.

. Na osnovu ovih podataka izlozena je analiza u tabeli 2, a za <::

~ kotlove snage od 50 do 120 kW. Pri tome se podaci odnose ·· na specijalne kotlove sa ventilatorom, znaci delimicno kon- ~. trolisano sagorevanje, sto u naso] praksi obicno nije sluca].

Slicni primeri mogu se izvesti i za druge snage kotlova.

·· Tablica pokazuje da ako bi instalisana snaga potrosn]e bi- ·; la 100 kW, ugradeni kotao na ugalj bi sa akumulatorom u

podrucju spoljnih temperatura izmedu 15 i 20°c potrosio manje od 8,89°/o energije qodisn]e, Ako bi instalacija te godine radila 1000 sati punog pogona, odnosno trosila Qg = 100 000 kW. ostvarila bi ustedu u tom periodu od Qu = 0,89 · 100 000 = 8900 kW.

Upravo primena akumulatora u ovakvim instalacijama, po- l red drugih prednosti, omoqucuje i regulaciju potrosn]e u si- :·;· stemu. U ovakvim vezama, naime, akumulatori odredenog

kapaciteta odnosno kolicine vode, postavljaju se izmedu kotla i instalacije potrosaca, tako da kotao radi prema kapacitetu akumulatora i potrebnom kapacitetu potrosn]e. Princi- pijelna serna vezivanja kotla sa akumulatorom vidi sa na sl. 2. Pri tome, sama potrosnia rnoze se regulisati i osnovnim i dopunskim regulacionim krugovima. Ako se uzme da je kapacitet akumulatora jednak snazi kotla u uslovima raspona temperature vode 85/25°C, dobija se da ukotiko je kapacitet potrosnie manji, utoliko je akumulaciona sposobnost veca. Pri maksimalnoj potrosnii (temperatura vode 90/70°C), akumulacioni kapacitet akumulatora rnoze iznositi svega oko 10°/o maksimalnog kapaciteta akumulatora pri minimal- noj potrosnji. Znacl da je variranje snage kotla u radu izmedu 90o/o i 100°/o. To znaci da ce kotao na ugalj, opremljen regulatorom promaje, sa postavljenom nekom optimalnom vrednoscu temperature vode i akumulatorom, raditi pri potrosnji regulisanoj osnovnom regulacijom, iii u punom po- gonu pri razgoreloj vatri, iii potpuno priqusenorn rezirnu na

, odrzavanju zara u lozlstu. Ovakav rad u toku godine rnoze i··· t: smanjiti potrosniu uglja za oko 30-40°/o.

•' s-

Do sada sve receno odnosi se na primenu akumulatora u :' toplovodnim i vrelovodnim instalacijama. r

Osvrt na primenu akumulatora na klima-postrojenjima

lrnajuci sad u vidu vreme T0 kao 1047 s, odnosno 17,5 min, f, maze se, imajuci u vidu tabelu 5, preracunati vreme punog ·:: ciklusa kotla T, kao i broj ukljucenja na cas n. T = 4,5 · 1047 = 4 711 s; znaci n = 3600/4 711 = 0, 76 ukljucen]a na cas, ;I iii jedno na sat i dvadeset minuta, a u toku godine N, za '. dnevni pogon od sesnaest casova na dan: N = 180 · 16 · :; O, 76 = 2189 ukliucen]a godisnje. Na primer, za gubitak star- :'. ta od 100 ml/po ukljucenju gubitak za godinu bi bio dG:: ,: . 218 L, sto prema gornjem proracunu donosi ustedu otprilike ' 2000 L/god. Naravno da je ovako izrazen gubitak u funkciji ··'. vellclne gorionika i kotla.

s, i prosecnu vrednost p u toku godine p = 4,5, moze se proracunati prosece vreme ciklusa T P rada kotla u toku sezone, kao i broj ukljucenja n u toku godine: TP. = 4,5 · 100 = 450 s, broj ciklusa na cas n = 3600/4· ,.

50 = 8 ukljucen]a na cas,· ·\ broj ciklusa N: N = 180 · 16 -~-: · 8 = 23 040 ukljucenja na -c: godinu.

62 kgh 1 • 2005

Prema ovoj analizi i tabeli 4 vidi se da vreme ciklusa rada gorionika u kotlu nije vezano za kapacitet kotla vec za odnos akumulacione sposobnosti kotla prema kapacitetu (vremenskom konstantom T 0) i trenutnim odnosom potrosnje sistema prema kapacitetu kotla (vrednosti p ). Sam izraz 1 /(p - p2) odreduje zavisnost ciklusa trajanja rada gorionika od spoljne temperature, odnosno odreduje broj ukljucenja gorionika. Vidi se iz analize da je bro] ukliucenja najveci, odnosno vreme pogona najkrace, u podrucju spoljnih temperatura od +8°C do -7°C, p = 0,3 - 0,7.

Prema tome, aka se uzme da je snaga kotla, racunajuci je- d nu jed inicu u instalacij i i irnajuci u vid u konstantu TO = 100

odakle sledi:

T = T1 + T2 = T0 {[(1/(1 - p)] + 1/p},

Prema tome, ciktus od ukljucenja kotla do njegovog ponovnog ukljucenja (T) bice:

436 047 =· (i'.:":·':'1:<,, __ ,_,,,,;::o;;:"'1'=':':'ili-z

r Jm:::::;r; r < .··.·.

291 1500

291 . :.':::'.-:500. · i'::?

•• :'·:·:::.,·: :: : ', .·.·.·.·.<<·.·.

Medutim, broj ukljucen]a po istoj osnovi mo·.··:· ze se sracunati za sistem sa dodatnom aku· ·: mulacijom koja bi iznosila dodatnih 10 L/kW :: i bila instalisana kao poseban akumulator u : krugu kotla. Ukljucenje gorionika u sistem sa ;- akumulatorom vrsi se sa otvorenog poloza ·:. ja ventila za rnesan]e potrosn]e, a iskljuce· :i · nje sa termostata kotla. Temperaturna razlika :; • rnoze se tad najmanje racunati oko 25°C. ;· Na primer, iskliucen]e kotla na 90°C i pone- ~ VO ukljucenie na 65°C. Shodno iznetom, sre- :

dnja akumulaciona sposobnost kotla bila bi: q; = W dt cP = '; 291 W/kW snage kotla. Akumulaciona sposobnost po sna- .· zi kotlova iznesena je u tabeli 5.

Tabela 5. Akumulaciona sposobnost kotlova sa akumulatorom po snazi

41860,5 .:._·· 100 5· .:-':::°ii ,, . ·:. I . ,,

",,

0,03 0,03

. •:,•: .....

'

Pri svakom ponovnom "'.· ukljucenju gorionika, po za / vrsenom vremenu rnirova ';-. nja, nastaje gubitak starta. (-

Gubitak je promenljiv i najmanji je kod no- :L vih i neposredno podesenih konstrukcija go-, ::~: rionika. Gubitak se tesko maze racunskim }~

;.i~

putem utvrditi, afi svakako postoji. On je u !\ stvari vezan za vefiki broj uticajnih faktora kao sto su velicina dizne i potrosnja gorioni· ka, karakteristika ventilatora i dimnjaka, vr&. _ me predispiranja lozlsta, ispravnost, sadri~- -~: CO pri startu i drugi. Gubitak se maze najbo-.: f lje izmeriti preko odate toplote i potrosnie go- }' riva. Sracunat i objasnjsn na gornji nacin, on· :;) rnoze samo indicirati svoju vrednost. lsto ta· '.!r ko mora se napomenuti da kod nepodesenh] .r gorionika on maze biti jos mnogo veci. · l}_

Sad ako se uzme u obzir sve izneto, postae ·=·

jasno odakle nastaje razlika u stepenu isko: !ii riscenia kotla i instalacije. Tako za gubitak. f::;

starta od 100 ml/ukljucenje gubitak za godi·: ;. nu bi bio dG = 2304 L. :;-

Qk je kapacitet kotla, a Oak akumulaciona sposobnost kotla.

Tabela 3. Akumulaciona sposobnost kotlova po deklarisanoj snazi

kgh

Literatura [1] *** Heizungshandbuch, "Krupp", Berlin, 1975. [2] Recknagel, Sprenger, Schramek, Ceperkovic: Greja-

nje i klimatizacija, INTERKLIMA, Vrnjacka Banja, 2002.

Zakljucak Znaca] akumulacionih sistema u terrnotehnickirn instalacijama sa vodom kao radnim medijumom ociqledno je potce- njen, a primena neopravdano oqranicena. To je u najveco] meri, po misljenju autora, bila posledica neresenih odnosa cirkulacije unutar sistema ovih instalacija. Membranski akumulatori sustinski resava]u dileme opste primene akumulatora u ovom delu termoenergetike.

Pored upotrebe izlozene u ovom tekstu, oni mogu naci i zanacajnu primenu u klima-tehnici, kao i u rashladnim postrojenjima.

Naravno da u ovim instalacijama uslovi i razlozi primene akumulatora mogu biti slicni, ali i sustinski drukci]i,

Tako, na primer, rad ovih sistema zavisi visestruko od spoljnih uslova i u procesu potrosn]e (procesi hladenja po prostorijama ), i u procesu odvodenja toplote sa rashladnih masina (kondenzatori) koji se superponiraju.

Takode, kod klima-sistema postoji i preklapanje procesa hladenja i procesa grejanja na istom objektu i instalaciji, sto se nikako ne maze efikasno koristiti bez akumulacije. Pre- ma svemu, ova oblast primene akumulatora zahteva poseban prostor i razmatranje.

akumulacija u termoenergetici

Documents