K limatizacija

74 3/2004

KlasiËno rjeπenje

Priprema potroπne tople vode u kuÊanstvima izvodi se narazliËite naËine: plinskim bojlerima, sustavima daljinskog grijanja,solarnim kolektorima itd. Iako najneekonomiËniji, ali investicijskinajjeftiniji, ipak se za tu svrhu najËeπÊe koriste elektriËni bojleri.Sva ta rjeπenja poznata su veÊ viπe od 100 godina, ali je do sadavrlo malo uËinjeno da se tu neπto bitno promijeni, odnosnopoboljπa.

S druge strane, u zadnjih 8 do 10 godina za hlaenje i grijanjeprostora nezadræivo prodiru tzv. split klima-ureaji. Kao πto jepoznato, to su toplinski ureaji koji prema naËelu lijevokretnogciklusa toplinske crpke ljeti hlade prostor (odvode toplinu uokolicu), a zimi ga griju (dovode toplinu iz okolice). Prednost tihsustava je baπ taj dvostruki uËinak - ljeti samo oni mogu izvoditihlaenje prostora, dok zimi griju isti prostor uz 2 do 4 puta manjupotroπnju elektriËne energije u odnosu na klasiËno elektriËnogrijanje. Za te ureaje joπ treba reÊi da su oni u termotehnicipoznati veÊ odavno, ali da je njihova πira primjena omoguÊenatek nakon tehnoloπkog usavrπavanja svih komponenti, uvoenjamasovne proizvodnje (niska cijena) i porasta kupovne moÊikorisnika.

Za prosjeËno kuÊanstvo u Hrvatskoj, ali i drugdje, moæe sereÊi da ima televizor, perilicu rublja, hladnjak itd, a od ureaja okojima je rijeË:• elektriËni bojler za grijanje vode volumena (kapaciteta) 80 l i

elektriËne snage 2 kW• split klima-ureaj za hlaenje/grijanje prostora kapaciteta

hlaenja 3,5 kW, kapaciteta grijanja 4,0 kW i elektriËne snage1,3 kW.

Ako ta dva ureaja rade istodobno, ukupna elektriËna snagaiznosi 3,3 kW.

Na il. 1 prikazan je primjer takvog sluËaja, pri Ëemu je vaænouoËiti da su elektriËni bojler i split klima-ureaj meusobnoposve neovisni.

Novo rjeπenje

»injenica da split klima-ureaj ljeti odvodi toplinu iz prostorijei izbacuje je u okolicu, a da je zimi grije 2 do 4 puta jeftinije u

odnosu na klasiËno elektriËno grijanje nameÊe ideju da se naneki naËin taj ureaj i elektriËni bojler poveæu te da se zapripremu PTV-a koriste iste moguÊnosti. Ideja nije sasvim nova,a pogotovo ne za velika postrojenja gdje se to veÊ primjenjuje(hoteli, bolnice, poslovni prostori, procesna industrija, sportskiobjekti itd). Meutim, za male sustave i ureaje, kakve koristiprosjeËno kuÊanstvo, na træiπtu joπ nema nikakve ponude tevrste i pored Ëinjenice da split klima-ureaje i elektriËne, plinske,solarne i druge bojlere nude na desetine proizvoaËa.

Novo rjeπenje je razvijeno tako da integrira split klima-ureaji elektriËni bojler u jedinstven sustav koji:a) ljeti, u reæimu hlaenja:• hladi prostor uz posve iste uËinke i potroπnju elektriËne ener-

gije• istodobno posve besplatno (kao nusprodukt) zagrijava PTVb) zimi, u reæimu grijanja:• grije prostor 2 do 4 puta jeftinije od klasiËnog elektriËnog

grijanja• usporedno s time, a s istim uËincima, zagrijava PTVc) u meusezoni, kada nije potrebno ni hlaenje ni grijanje

prostora:• PTV se zagrijava uz iste uËinke kao zimi (tj. 2 do 4 puta jeftinije

od klasiËnog elektriËnog grijanja).

prof.dr.sc. Orest FABRIS, dipl.ing.

INTEGRIRANI SUSTAV ZA GRIJANJE I HLA–ENJEPROSTORA TE PRIPREMU POTRO©NE TOPLE VODE

Integrirani sustav koji istodobno moæe sluæiti zagrijanje, odnosno hlaenje prostorija te zapripremu potroπne tople vode zanimljivo jerjeπenje koje povezuje dva danas gotovonezamjenjiva dijela opreme kuÊanstva:

klima-ureaj i zagrijaË vode (bojler). Ipak, ucijeloj je toj priËi najzanimljivije to πto se radi o

posve domaÊem rjeπenju!

vanjska jedinica split klima-ureaja postavljena na

vanjski zid zgrade

elektriËni zagrijaË vode (bojler)smjeπten u kupaonici

unutarnja jedinica split klima-ureaja smjeπtena u dnevnoj sobi

Ilustracija 1Prikaz primjera rjeπenja za grijanje i hlaenje prostora tepripremu PTV-a pomoÊu elektriËnog bojlera i split klima-ureaja

753/2004

K limatizacija

Pri tome posebno treba uoËiti i istaknuti da elektriËni bojlernema elektriËni grijaË (2 kW), tj. on uopÊe viπe nije elektriËni,nego se u njemu nalazi samo cijevna zavojnica kroz koju cirkuliraradni medij iz split klima-ureaja. Prema tome, ukupna insta-lirana elektriËna snaga kod novog rjeπenja iznosi samo 1,3 kW.

Toplinska shema

Shema toplinske instalacije i povezanosti split klima-ureajai bojlera u integrirani sustav (koji je nazvan ‘klima-bojler ureaj’)prikazana je na il. 2.

unutarnja jedinica

vanjska jedinicaφ8×1

φ6×1

φ10×1

φ8×1

anodatobolac (0,5 l)

bojler

φ10×

1, 1

5 m

izlaztoplevode

ulaz hladne vode

Ilustracija 2Shema toplinske instalacije i veze splitklima-ureaja i bojlera u integrirani sustav

Ilustracija 3Tri prototipna ureaja na kojima su provedena ispitivanja

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

PraktiËno se radi o serijskoj vezi ta dva ureaja - kompri-mirana para radnog medija iz kompresora uvijek ide premabojleru, a zatim iz njega u vanjski (u reæimu hlaenja) iliunutarnji izmjenjivaË (u reæimu grijanja). U sluËaju kada nijepotrebno ni hlaenje ni grijanje prostora, a potrebno je grijativodu u bojleru, preskaËe se unutarnja jedinica i rade samovanjska jedinica i bojler.

Kod rjeπavanja prikazane toplinske sheme potrebno je bilosavladati niz problema kao πto su, na primjer:• poveÊani pad tlaka od kompresora do vanjske jedinice: u

klasiËnim split klima-ureajima to je kratka veza od najviπe0,5 m, a kod klima-bojlerskih ureaja ta veza je duga i do50 m

KON»AR KU∆ANSKI APARATI d.o.o.Æitnjak bb, 10001 Zagreb, Hrvatskatel. +385 1 2404 555, 2404 608, fax: +385 1 2404 102e-mail: kucanski@koncar-ka.hr

KON»AR - SERVIS I PRODAJA d.o.o.Prilaz V. BrajkoviÊa 13, 10000 Zagreb, Hrvatskatel. +385 1 6528 008, 6528 522, fax: +385 1 6520 319e-mail: z.kosier.sip@koncar.tel.hr

FRIGOS d.o.o.PoljiËka c. 27, 21315 Dugi Rat, tel. 021 305 880, 098 265 651

K limatizacija

76 3/2004

• problemi rada u razliËitim uvjetima okolice: npr. ako se usredljeta ne æeli hlaenje, a æeli se imati toplu vodu, moæe doÊi dopreoptereÊenja kompresora zbog visoke temperature ispara-vanja

• nesimetriËnost ciklusa: u reæimu hlaenja su bojler i vanjskajedinica na visokotlaËnoj, a unutarnja jedinica na niskotlaËnojstrani, dok su u reæimu grijanja bojler i unutarnja jedinica naVT, a vanjska jedinica na NT strani.Izmeu ostalih detalja, spomenuti problemi su rijeπeni

ugradnjom termoekspanzijskog ventila umjesto kapilarne cijevii pronalaæenjem posebnog rjeπenja za akumulaciju radnogmedija (dvojni reciever - prijavljan patent). Naravno, ta rjeπenjapoveÊavaju cijenu klima-bojlerskih ureaja, ali im istodobno dajuveÊu uËinkovitost (joπ manju potroπnju elektriËne energije), πtoje vrlo jasno veÊ iz same zamjene kapilarne cijevi TEV-om.

Prototip i mjerenja

Za razvoj integriranog sustava za grijanje, odnosno hlaenjeprostora i pripremu PTV-a napravljeno je pet prototipnih ureajas dvadesetak varijanti te je na njima obavljeno na tisuÊe satiispitivanja.

Na il. 3 su prikazana tri prototipna ureaja (svaki s nekimspecifiËnim detaljem) koji su u jednoj fazi usporedno ispitivanida bi pokazali svoje prednosti i nedostatke.

TipiËni rezultati mjerenja prikazani su u tablicama 1, 2 i 3.Kao πto se, izmeu ostalog, moæe vidjeti: konaËna tempe-

ratura zagrijavanja PTV-a je razliËita (ovisi o uvjetima rada cijelogintegriranog ureaja) i opÊenito se kreÊe od 55 do 85 °C.

EkonomiËnost investicije

Da bi se uporedili investicijski troπkovi klasiËnog i novog(integriranog) rjeπenja, potrebno je sagledati sve troπkove kojise pri tome pojavljuju. Kao primjer uzeta je veliËina bojlera 80 li uËin klima-ureaja 3,5/4,0 kW za hlaenje, odnosno grijanjeprostora.

Za klasiËno rjeπenje bi bilo:• cijena elektriËnog bojlera• cijena split klima-ureaja• montaæa• ukupno: 6000 kn (s PDV-om).Za novo (integrirano) rjeπenje bi bilo:• cijena klima-bojlerskog ureaja (komplet)• montaæa

• ukupno: 6500 kn (s PDV-om).Cijene su navedene kao moguÊi primjer jer, kao πto je po-

znato, one u mnogome ovise o proizvoaËu, modelu, naËinukupnje (kredit, gotovina), sloæenosti montaæe itd. Kao πto bi sena prvi pogled moglo zakljuËiti, novo rjeπenje je osjetno skupljeod klasiËnog. Naime, kod takvih analiza vrlo Ëesto se previdicijena koπtanja elektriËnog prikljuËka. Da bi se taj troπak boljeobjasnio, valja navesti konkretan primjer.

Za 20 jedinica u apartmanskom kompleksu kupljeno je iinstalirano:• 20 split klima-ureaja - instalirana elektriËna snaga: 20 × 1,3

= 26 kW• 20 elektriËnih bojlera - instalirana elektriËna snaga: 20 × 2,0

= 40 kW• ukupna instalirana elektriËna snaga: 66 kW.

Kada se za te ureaje zatraæilo prikljuËivanje na elektriËnumreæu, sluæbe HEP-a su procijenile da je njihova istodobnost uradu 70% te da je maksimalna oËekivana snaga 66 kW × 70%= 46,2 kW. Na tu je vrijednost namjeπten limitator snage i ispo-stavljen raËun korisniku za elektro-prikljuËak od 46,2 × 1647 kn= 76 091,40 kn (s PDV-om). Da su u tom sluËaju bili koriπteniintegrirani klima-bojlerski ureaji kod kojih bojleri nemajuinstalirane elektriËne grijaËe, ukupni bi troπak bio: 26 kW × 70%× 1647 kn = 29 975,40 kn (s PDV-om). Uπteda bi, dakle, bila76 091,40 - 29 975,40 = 46 116,00 kn, za πto bi bilo moguÊekupiti i montirati 7 integriranih klima-bojlerskih ureaja!

Potpuno ista situacija je i kod pojedinaËnih kuÊanstava. Kadase napravi nova kuÊa ili stan, za prikljuËivanje elektriËne energijeplaÊa se isti iznos od 1647 kn/kW. Ako je, npr. plaÊenaprikljuËna snaga od 6 kW, a kuÊanstvo stvarno troπi maksimalno4 kW, naravno da tada kod instaliranja klima-ureaja nemadodatnog plaÊanja za tu svrhu. Meutim, ako se u istom sluËajukoristi svih 6 kW prikljuËne snage, tada se prikljuËivanje klima-ureaja ne moæe provesti bez dodatnog plaÊanja HEP-u. Usvakom sluËaju, ranije ili kasnije, uz kupovinu i montaæu klima-ureaja i bojlera (kao i svakog drugog elektro-potroπaËa)neminovan je i troπak za elektro-prikljuËak od 1647 kn/kW.

Kada se i troπak elektro-prikljuËka uzme u obzir, mijenja seslika o poËetnoj investiciji jer klasiËno rjeπenje ima instaliranusnagu od 2,0 + 1,3 = 3,3 kW, a novo, integrirano od samo1,3 kW. Ovisno o stvarnom koeficijentu istodobnosti (npr. 50%)bit Êe:• klasiËno rjeπenje: 3,3 kW × 50% × 1647 kn = 2718 kn pa je

ukupna investicija 5000 + 2718 = 7718 kn• novo rjeπenje: 1,3 kW × 50% × 1647 kn = 1071 kn pa je

ukupna investicija 6500 + 1071 = 7571 kn.Kao πto se vidi, poËetne investicije klasiËnog i novog rjeπenja,

uzimajuÊi sve troπkove u obzir, ne razlikuju se bitno te u krajnjojliniji ne bi trebale biti odluËujuÊi faktor u izboru jednog ili drugogureaja.

EkonomiËnost u eksploataciji

Kako su kod hlaenja i grijanja prostora ostali isti naËin rada iangaæirana snaga, bit Êe isti i eksploatacijski troπkovi kod klasiËnogi novog (integriranog) rjeπenja. Meutim, πto se tiËe pripreme PTV-a, eksploatacijski se troπkovi znaËajno razlikuju. Naravno, njihovaÊe ukupna razlika izravno ovisiti o koliËini (potroπnji) tople vode.Za ilustraciju tih veliËina daje se joπ jedan primjer.

Neka se u kuÊanstvu troπi prosjeËno 160 l/d vode temperature45 °C, Ëemu je ekvivalentno 80 l/d temperature 75 °C (prema eu-ropskim standardima potroπnja vode od 45 °C iznosi 40 - 120 l/dpo osobi). Potrebna energija za zagrijavanje te vode tijekomgodine je: 160 l/d × 4,18 kJ/(kg K) × (45 - 15) °C × 365 dgodiπnje / 3600 s/h = 2034 kW h godiπnje.

Tablica 2

reæim grijanja (10. 2. 2004)

vrijeme, h

15.20

15.40

15.50

16.00

...

20.00

temperatura vode, °C

38,4

45,3

48,2

50,7

...

85,4

temperatura zraka, °C

37,1

41,6

43,8

45,2

....

53,1

Tablica 1

reæim hlaenja (29. 1. 2004)

vrijeme, h

20.00

20.10

20.20

20.30

...

09.50

temperatura vode, °C

29,8

36,0

41,2

45,6

...

75,3

temperatura zraka, °C

3,4

3,4

2,6

3,5

...

5,3

Rezultati mjerenja pri reæimu hlaenja

Rezultati mjerenja pri reæimu grijanja

773/2004

K limatizacija

Tablica 3Rezultati mjerenja pri reæimu samo pripreme PTV-a

reæim samo pripreme PTV-a (14. 2. 2004)

vrijeme, h

11.40

11.50

12.00

12.10

12.15

temperatura vode, °C

36,2

44,2

51,7

58,6

-

temperatura zraka, °C

-

-

-

-

iskljuËeno

U sluËaju klasiËnog rjeπenja, kada se grijanje izvodi izravnoelektriËnom energijom Ëija je cijena 0,71 kn / kW h (s PDV-om),godiπnji troπkovi su: 2034 kW h godiπnje × 0,71 kn / kW h =1444 kn godiπnje. Ako je vijek trajanja ureaja 12 godina, samose za pripremu PTV-a ukupno potroπi: 1444 kn godiπnje × 12godina = 17.328 kn.

U sluËaju novog (integriranog) rjeπenja troπkovi za pripremuPTV-a ovise o tome koliko se te vode dobije posve besplatno(u reæimu hlaenja prostora), a koliko za 3 puta jeftinije (prosjekizmeu 2 i 4) u odnosu na klasiËno elektriËno grijanje (vaæi zasve ostale reæime rada). Ako je taj odnos 1/3 i 2/3, bit Êe: 1/3besplatno + 2/3 × 2034 kW h godiπnje × 0,71 kn / kW h / 3 =321 kn godiπnje, odnosno za vijek trajanja ureaja od 12 godinaukupno se potroπi: 321 kn godiπnje × 12 godina = 3.852 kn.

Jednostavnim oduzimanjem ta dva troπka za pripremu PTV-a i djeljenjem s nabavnom cijenom klima-bojlerskog ureajadobiva se: (17.328 - 3.852) kn / 6.500 kn = 2,1.

To jest, za dani primjer su uπtede u troπkovima pripremePTV-a tolike da se na kraju njihovog vijeka trajanja mogu kupitidva (tj. 2,1) potpuno nova ureaja.

Naravno, ne treba zaboraviti da su ti rezulatati dobiveni pododreenim uvjetima eksploatacije i cijena, πto znaËi da Êe zaneke druge uvjete isti rezultati biti neπto bolji ili loπiji.

Na isti naËin se moæe pokazati da je za dani primjer taj naËinpripreme PTV-a jeftiniji od svih ostalih naËina, odnosno goriva(za 60% od grijanja prirodnim plinom, za 120% od grijanjeloæivim uljem itd).

ZakljuËak

Opisani integrirani sustav za grijanje, odnosno hlaenjeprostora i pripremu PTV-a investicijski koπta kao i tipiËno klasiËnorjeπenje, a u svojoj eksploataciji ostvaruje znaËajne uπtede. Kakoje pokazano na primjeru, uπtede u vijeku trajanja ureaja su tolikeda se na kraju tog razdoblja mogu kupiti dva nova ureaja.

Ostale prednosti ureaja su:• priprema PTV-a je 1,5 do 3,5 puta bræa nego kod klasiËnog

elektriËnog bojlera (kapacitet grijanja klima-ureaja je 4,0 kW,a snaga elektro-grijaËa u bojleru je 2,0 kW)

• kako je kod klima-bojlerskog ureaja kapilarna cijev za-mjenjena TEV-om, njegov je rad puno fleksibilniji i prilagodljivuvjetima okolice te se i u tom pogledu mogu oËekivati uπtedeenergije i do 30%.Opisane uπtede u energiji, odnosno novcu izraËunate su sa

stajaliπta kuÊanstva. Meutim, sa stajaliπta dræave i druπtva tesu uπtede joπ veÊe jer kada se multipliciraju s tisuÊamakuÊanstava, tada su to znaËajne uπtede i u koliËini energije(manji uvoz energenata) i u instaliranoj snazi (manje investicijeu elektranama) te u smanjenom oneËiπÊenju okoliπa (posebnoCO2) i drugim uËincima.

Opisani integrirani klima-bojlerski ureaj razvijen je naFakultetu elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje u Splitu(Katedra za termotehniku), a razvoj su sufinancirali Splitsko-dalmatinska æupanija i KonËar - KuÊanski aparati iz Zagreba.

Odreeni broj ovih ureaja veÊ se nalazi u komercijalnojeksploataciji.

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○