Vypracovali: Brillová Emma, Kubanková Dominika, Ivančová Petra, Harvanová Soňa, Jeníková Lea marec 2015

Environmentálny úsporný program pre Gymnázium Jána Adama Raymana

Vedecká súťaž Hrdinovia budúcnosti oblasť: ENERGIA

Efektívne využívanie energie a trvalo udržateľný rozvoj

Ciele projektu

,,Mysli globálne, konaj lokálne.“

1) Znížiť náklady na vykurovanie školy

2) Znížiť spotrebu elektriny šetrením energie

3) Zaviesť trvalo udržateľné riešenia v oblasti osvetlenia

4) Zaviesť obnoviteľné zdroje energie

GJAR

Svetový energetický

plán

Hlavné dôvody: vyčerpateľnosť väčšiny prírodných zdrojov (fosílnych palív)

nedostatočné využívanie netradičných zdrojov energie (slnka, vetra,

geotermálnych prameňov, vody)

nepriaznivé vplyvy na životné prostredie a človeka (dym, kyslé

dažde, globálne otepľovanie, úbytok lesa...)

Menšia spotreba elektriny alebo tepla = úspora energie

Úspora energie = ušetrenie financií

Prečo šetriť energiu?

Zníženie nákladov na vykurovanie školy

Plán

Využiť hodnoty namerané v pokuse s domčekom s rôznymi tepelnými izolantmi a výsledky aplikovať

pri návrhu na úsporné opatrenia pre gymnázium a znížiť náklady na

vykurovanie.

Pokus s domčekom

Model domčekaÚloha

Meranie tepelnej izolácie rôznych

materiálov, ktoré sa používajú pri

výstavbe, resp. exteriérovej

úprave budov.

lepidlo, nožnice, pílka, temperové farby,

štetce, lepiaca páska, polystyrén, trstený

materiál, horúci drôt na rezanie polystyrénu,

plech, kartón, drievko, figúrka, rezák, ceruzka, žiarovky, monočlánok

Pomôcky

Hliníková fasáda

Pri výstavbe nových výrobných hál sa používajú sendvičové panely, ktoré sú z hliníkových plechov. Avšak

pri použití hliníkového plechu je potrebné použiť

dodatočnú izoláciu (izolačné peny, nobasil a pod.)

Trstinové rákosie

Materiál, ktorý sa využíva hlavne v Afrike, no má

vynikajúcu odolnosť voči poveternostným

vplyvom, ktorú by sme mohli využiť aj v našich končinách

(napr. v podobe striech).

DrevoŠetrenie energie pomocou dreva

umožňuje spájanie bez použitia lepidiel alebo

kovu. Vzduchové vankúšiky medzi

jednotlivými vrstvami dreva prerušujú

kondukciu tepla a vedú k veľmi dobrej izolačnej

schopnosti masívnej steny.

Príprava domčeka

Zavedenie svetelnej energie

Merania s termokamerou

TermokameraTermokamery sa nazývajú aj infračervené

kamery alebo termovízne kamery. Sú to zariadenia, ktoré tvoria obraz pomocou infračerveného žiarenia.

Termokamera meria povrchovú teplotu, tá naša je typ FLIR E5.

Teplota: 25,5°CMateriál: trstinové rákosie

Teplota: 26,6°C Materiál: polystyrén

Teplota: 36,4°CMateriál: hliník

Teplota: 27,6°C Materiál: drevo

Tabuľka s nameranými hodnotami

Materiál Teplota

Hliník 36,4°C

Drevo 27,6°C

Polystyrén 26,6°C

Trstinové rákosie 25,5°C

domček v našom pokuse má 3x10-3 m2, plocha jednej steny je 0,022 m2 a z vnútra je vykurovaný 3 malými žiarovkami, ktoré ho

v priebehu 10 minút vyhrejú na teplotu 26°C na každej zo 4 stien je umiestnený iný tepelný izolant (drevo,

polystyrén, hliník a rákosie) termokamerou sme namerali hodnoty unikajúceho tepla cez tieto

izolanty z nameraných hodnôt v pokuse sme zistili, že najlepším tepelným

izolantom je polystyrén pri rákosí sa namerala teplota 25,5°C čo bolo menej ako pri

polystyréne nakoľko rákosie je duté a je teda vyplnené vzduchom, ktorý je bezpochyby vynikajúcim izolantom, avšak rákosie sa v našich podmienkach ako tepelný izolant nepoužíva a teda náš pokus potvrdil, že najlepším izolantom je polystyrén

polystyrén prepustil z pôvodnej vykurovacej teploty 26°C do okolitého prostredia len 0,6°C

Poznámka 1: Merania ovplyvnilo prostredie a teplota v meracej miestnosti.

Sumarizácia pokusu

polystyrén ako tepelný izolant aplikujeme na steny našej školy, ktorá je postavená z tehál

škola má mernú plochu 4 960 m2 a jej ročná spotreba tepla je 2 230,60 GJ

po aplikovaní izolantu na školu sa prepustí len 0,5°C tepla čo ročne tvorí 2 059 GJ

škola tak ušetrí na vykurovaní 171,6 GJ čo sa následne ukáže aj na platbe za teplo

riešením u nás je teda zavedenie hrubších stien zateplením polystyrénom, čo bude znamenať menšiu priepustnosť tepla, avšak táto priepustnosť nebude zodpovedať prepusteniu z pokusu, pretože steny domčeka a steny školy nie sú rovnako hrubé – bude ešte nižšia

Poznámka 2: Hodnoty v rámci školy poskytlo Gymnázium Jána Adama Raymana, Prešov.

Od domčeka späť do školy

ďalšou možnosťou zníženia tepelnej energie je zníženie teplotného rozdielu v ročných obdobiach

ak by sa v zime znížila teplota vykurovania z 20°C na najvyššiu zimnú dennú teplotu (viď. obrázok) čo je 17°C, zníži sa spotreba tepla o 334 GJ čiže o 15%

ak by sa zasa v zime zvýšila teplota vykurovania z 20°C na najvyššiu letnú dennú teplotu (viď. obrázok) čo je 25°C, zníži sa spotreba na chladenie o 558 GJ čiže o 25%

Poznámka 3: Obrázok a hodnoty v ňom sú namerané SHMÚ za rok 2014

Znížiť spotrebu plynu je možné aj výmenou okien

„U-hodnota“ - miera tepelnej vodivosti - meria sa vo W/(m2.K)

Porovnanie starých a nových okien na základe „U - hodnoty“

Staré okná s jedným sklom 5,0

Nové okná s izolačným dvojsklom, 20 mm medzera 1,7

Vyššia U-hodnota znamená vyššie tepelné straty.

V roku 2006 sa na našom gymnáziu menili staré okná z jedným sklom na nové okná s izolačným dvojsklom.

Pre náš projekt sme porovnali spotrebu plynu v roku 2003 (pred výmenou okien ) a v roku 2014 (nové okná ).

Rok Spotreba plynu (m3)

Cena (€)

2003 48 272 29 354

2014 43 091 26 250

Rozdiel spotreby plynu: 5 181 m3

Rozdiel ceny plynu: 3 104 €

Tým, že má naša škola nové okná s izolačným dvojsklom, šetríme ročne 3 104 €.

1 m3 = 0,609 €

Zníženie spotreby elektriny šetrením energie

PlánUskutočniť okrem

beznákladových opatrení (energetické nálepky)

výmenu žiaroviek a žiariviek za LED žiarovky,

vymeniť staršiu elektroniku za

modernejšie typy a dôsledne dbať na

využívanie stand-by režimu.

Úspora elektrickej energie je možná :

• dôslednou aplikáciou moderných zdrojov svetla

• náhradou tzv. klasických predradníkov elektronickými

• použitím svietidiel s výkonnejšou optikou

• využitím osvetľovacích sústav, ktoré svetlo účinne usmernia hlavne na

plochy, ktoré majú byť osvetlené

Zmena osvetľovacej sústavy - 20 až 40 % úspora spotreby EE na osvetlenie interiérov škôl.

Zároveň klesne celkový inštalovaný príkon školy, čím sa vytvára možnosť inštalácie

ďalších spotrebičov.

Ako to dosiahnuť a prečo?

Žiaci, učitelia a ostatní zamestnanci školy používajú zariadenia ako sú napr. počítače, tlačiarne, kopírovacie stroje, dataprojektory...

Ich úsporné využívanie môže tiež prispieť k šetreniu energie: Vypínaním týchto zariadení, keď sa nepoužívajú Skrátením času používania kopíriek a podobných zariadení Využívaním stand-by režimu

Jedáleň alebo kuchyňa Používaním kuchynských robotov, panvíc a pecí len na nevyhnutný čas Pece predhrievať nie viac ako 15 minút pred použitím Zaviesť do používania indukčný varič

Školské priestory a iné zariadenia

Aké sú možnosti úspor EE na osvetlenie ?1) Beznákladové riešenia Maximálne využívanie denného svetla. Pravidelné čistenie okien a svietidiel od prachu môže

ušetriť až 15 % energie na svetlo. Pri odchode z miestnosti má posledný povinnosť vždy

vypínať svetlo. Na vypínače a elektrospotrebiče nalepiť energetické

štítky, ktoré nás budú neustále upozorňovať na potrebu šetriť energiu.

2) Finančne nákladné riešenia Výmena všetkých žiaroviek a žiariviek v celom objekte za

úsporné LED žiarovky.

OsvetlenieSpotreba energie na osvetlenie tried môže dosiahnuť až 50 %

celkových nákladov na elektrickú energiu školy.

Tieto energetické štítky z projektu ŽIŤ ENERGIOU sme vylepili v budove školy.

Optimálne osvetlenie potrebné pre určitú prácu v škole je upravované parametrami osvetlenia ako: � Úroveň osvetlenia – intenzita osvetlenia Rovnomernosť osvetlenia a krytie svietidla Farba svetla a farebné podanie Ohraničenie oslnenia

Stupeň farebného podania:Triedy 1 – 5 sú triedy svetelných zdrojov podľa indexu farebného podania. Trieda 1 – predstavuje z hľadiska farebného podania najkvalitnejší

svetelný zdroj. Trieda 5 – predstavuje najmenej kvalitný svetelný zdroj z pohľadu

farebného podania.

Príkon (W) Úspora energie

Životnosť (roky)

Spotreba za

životnosť (kWh)

Spotreba za

životnosť v EUR

Svetelnosť (lm)

Cena za kus (€)

Halogénová žiarovka 43 30 % 1 až 2 1 200 168 € 900–950 2 €

Kompaktná žiarivka 16-17 80 % 8 až 12 352 49,3 € 900–950 5 €

LED žiarovka 8 90 % viac ako 20 135 18,9 € 900–950 11 €

LED žiarovky sú najúspornejšie zdroje svetla . Medzi najväčšie výhody LED žiaroviek patrí neporovnateľne vyššia životnosť a veľmi nízka spotreba.Úspora EE v našej škole: 24 837, 12 kWh (rok)

Prečo práve LED žiarovka?

40 žiaroviek = 1 LED žiarovka

Hodnoty v tabuľke sú udávané a prepočítané pri cca 3 hodiny svietenia denne.

Bez akýchkoľvek úsporných opatrení

Po zavedení opatrení na šetrenie EE

Spotreba EE na osvetlenie: 35 481, 60 kWhNáklady na osvetlenie: 5 180 €Osvetlenie v budove: Úsporné žiarovky: 28 ks Žiarivky, tzv. neónky: 215 ks

LED žiarovky – koľko nám ušetria ?

Spotreba EE na osvetlenie: 10 644,48 kWh Náklady na osvetlenie: 1 554,09 €Osvetlenie v budove: LED žiarovky: 243 ks

1 kWh = 0,146 €

Samozrejme, konečná spotreba EE bude ešte nižšia po výmene starších spotrebičov za nové energeticky úspornejšie modely a veríme, že k zníženiu spotreby prispeje aj každý jednotlivec uvedomením si potreby energiu šetriť, čo sa snažíme momentálne dosiahnuť vďaka energetickým nálepkám.

Zavedenie trvalo udržateľných riešení v oblasti osvetlenia

Plán

Zaviesť svietidlo s pohybovým

infračerveným senzorom (PIR) do

vestibulu školy a na chodby, vďaka čomu sa

skráti čas svietenia a tým sa usporí

elektrická energia.

Svietidlo s PIR senzorom je osadené výkonnými LED diódami (6ks)rovnomerne rozmiestnenými vo svietidle.

Svietidlo je napájané sústavou 230 V. Teplota svetla je buď 3 200 K (teplábiela) alebo 5 900 – 8 000 K (studené svetlo). Účinnosť je vyššia, ušetrí sa cca70 % nákladov na elektrickú energiu v porovnaní s podobnými svietidlami sPIR senzorom a tradičnou vláknovou žiarovkou.

Svietidlo je vhodné na presvetlenie často používaných priestorov (vstupné schody, vestibuly, chodby....).

Svietidlo s pohybovým infračerveným senzorom

Vyššia účinnosť (ušetrenie až 70 % nákladov ) je možné dosiahnuť LED čipmi.

Použitie je pre miesta, kde sa vyžaduje vyššia intenzita osvetlenia.

Príkon: 150W (1kus)

Detekčný uhoľ : 180 st/9 m

Riadenie doby: 10 s-10 min

Úspora elektrickej energie: 24 535, 74 kWh (rok)

Ušetrenie financií: 3 582 €

Zavedenie obnoviteľných zdrojov energie

PlánZdôvodniť stavbu

fotovoltaickej elektrárne (FVE) na streche školy

na produkciu elektrickej energie (EE) zo slnečného žiarenia

využívanej školou, čím sa znížia náklady na elektrinu

a prispejeme k trvalo udržateľnému rozvoju.

Základné časti:1. Fotovoltaické panely - výroba elektrickej energie - základom je kremíkový článok - životnosť 25-30 rokov2. Uchytenie - na akýkoľvek druh krytiny - odolné voči korózii3. Menič - premieňa jednosmerný prúd vyrobený FV panelmi na striedavý

4. Elektromer - odmeria vyrobenú energiu - ideálny 4Q: meria aj odovzdanú energiu (FV elektrárňou vyrobenú, ale nespotrebovanú)5. Monitorovací systém - poskytuje prehľad o výkone - archivácia dát o minulosti6. Batéria - slúži na uskladnenie energie

Fotovoltaická elektráreň

Proces premeny prebieha vo fotovoltaickom článku.

Technológia fotovoltaických článkov je založená na využívaní fotoelektrického javu – uvoľňovaní elektrónov vo vnútri látky alebo z jej povrchu účinkom elektromagnetického vlnenia (teóriu opísal Albert Einstein).

Absorpciou dopadajúceho žiarenia sa vytvoria v polovodiči záporné a kladné nosiče náboja.

Dopadom fotónov na polovodičový p-n prechod, v ktorom existuje elektrické pole vysokej intenzity, dochádza k uvoľňovaniu a hromadeniu voľných elektrónov.

Vzniknutý elektrický prúd, ktorý je priamo úmerný ploche solárnych článkov a intenzite dopadajúceho slnečného žiarenia, je odvádzaný z článku elektródami.

Ako to vlastne funguje?

Inštalovaný výkon FVE - nominálny výkon uvedený na FV paneloch, špičkový výkon - udáva sa vo wattoch Wp, praktickejšie kWp - najčastejšie sa využívajú FVE s inštalovaným výkonom 2 kWp Výroba FVE - schopnosť za určitý čas vyrobiť určité množstvo elektrickej energie - udáva sa vo watthodinách Wh, praktickejšie kWh

1 kWp vyrobí 1200 kWh v našich zemepisných šírkach, obdobie 1 roka

FVE vyrába elektrickú energiu rozdielne počas mesiacov v roku v závislosti od

množstva dopadajúceho slnečného žiarenia, ktoré sa v priebehu roka mení. Samozrejme v noci FVE elektrickú energiu nevyrába. 1 kWp výkonu predstavuje 4 m2 kremíkových panelov (ideálne sú monokryštalické).

Výkon FV elektrárne

Úroveň slnečného žiarenia dopadajúceho na plochu 1 m2 pri sklone 30% v našich podmienkach v závislosti na ročnej dobe.

Elektrickú energiu, ktorú je možné získať v priebehu jedného dňa z

článku, je možné určiť na základe nasledujúceho vzťahu:

kWh/deň = kWp . kWh/m2 /deň . η

kWp - špičkový výkon článku kWh/deň/ m2 - úroveň slnečného žiarenia η - účinnosť celého systému, zvyčajne 80% pre systémy pripojené na elektrickú sieť

Tabuľka množstva energie získanej z rôznych typov článkov.Priemerné hodnoty slnečného žiarenia na území Slovenska

Hodnota slnečného žiarenia závisí od jeho druhu:1 – priame: dopadá za jasnej oblohy priamo na plochu2 – difúzne: vzniká rozptylom priameho žiarenia na oblakoch a nečistotách v atmosfére3 – odrazené: od zemského povrchu a iných objektov

Poveternostné podmienky Žiarenie (W/m2) Podiel difúzneho

žiarenia (%)

Jasno 800 – 1000 10

Oblačno 600 – 900 50

Hmlistý jesenný deň 100 – 300 100

Zamračený zimný deň 50 100

Celoročný priemer 600 50 – 60

Tabuľka hodnôt slnečného žiarenia v závislosti od poveternostných podmienok a podiel difúzneho žiarenia.

Stredné hodnoty priameho a difúzneho žiarenia na Slovensku.

01000200030004000500060007000

Výroba Spotreba

Mesiac

kWh/

mes

iac

Spotreba školy: 52 178,83 kWh (rok)Vyrobená elektrická energia: 37 750,005 kWh (rok)

Spotrebovaná vyrobená elektrická energia: 27 498,81124 kWh = 72,84%Odovzdaná vyrobená EE do siete distribučnej spoločnosti: 10 251,19376 kWh = 27,16%

Poznámka 4: Hodnoty vyrobenej aj spotrebovanej energie sú z obdobia od 1.1. – 31.12. 2014.Poznámka 5: Ako hodnoty vyrobenej EE sme použili údaje z FVE na streche ZŠ Bajkalská v Prešove , ktoré sme prispôsobili reálnym podmienkam inštalácie na streche našej školy s ohľadom na orientáciu svetových strán a plochy strechy.

Porovnanie výroby a spotreby elektrickej energie

Fotovoltaická elektráreň – áno či nie?

Celková úspora po inštalácii FVE

Ročná dotácia 0,050 €/kWh 1 920,00 €

Ročná úspora 0,146 €/kWh 4 014,83 €

Predaj 0,050 €/kWh 512,56 €

SPOLU 6 447,39 €

Zníženie spotreby elektrickej energie zo siete: 52,7%

Po inštalácii FVE:Spotreba školy: 52 178,83 kWhVyrobená EE: 37 750,005 kWhSpotreba EE zo siete: 24 680,58659 kWhSpotreba vyrobenej EE: 27 498,81124 kWhOdovzdaná EE: 10 251,19376 kWhCelkové náklady: 1 170,72 €

Pred inštaláciou FVE:Spotreba školy: 52 178,83 kWhVyrobená EE: 0 kWhSpotreba EE zo siete: 52 178,83 kWhSpotreba vyrobenej EE: 0 kWhOdovzdaná EE: 0 kWhCelkové náklady: 7 565,93 €

Ročná dotácia - na všetku vyrobenú EE Ročná úspora - spotreba vyrobenej elektriny . 0,146 € Predaj - odovzdaná EE

Zníženie nákladov na elektrickú energiu: 84,53%

Počet panelov: 128 ksPlocha pokrytá panelmi: 327 m2 Inštalovaný výkon FVE: 32 kWpVýroba EE (max): 38 400 kWhCena FVE: 40 533,333 €Úspora: 6 525,174 €Návratnosť: 6,21 roka

Realizácia výstavby FV elektrárne a rozpočet

Fotovoltaická elektráreň na streche ZŠ Bajkalská v Prešove.

Pri výstavbe FVE je vhodné zakúpiť aj fotovoltaický záložný zdroj. Je ideálny na vytvorenie elektrického okruhu, ktorý bude fungovať aj pri výpadku prúdu. Vďaka nemu môžeme využívať energiu nepretržite aj vtedy, keď ju momentálne naša FVE nevyrába (pr. v noci).1 500 Wp kapacita 3 960 Wh cena: 3 333 €

Poznámka 6: Pre vytvorenie rozpočtu návrhu a následnú možnú realizáciu sme si zvolili firmu SOLARNY DOM s.r.o.

Záver projektu

,,Zmenou, ktorú pre svet chceme, musíme byť my.“

GJAR

Svetový energetický

plán Cieľ našej práce – zefektívniť využívanie energie, špeciálne so zameraním na

elektrickú energiu a energiu potrebnú na vykurovanie a tak prispieť k trvalo udržateľnému rozvoju sme naplnili.

Riešenia opísané v našom projekte sme pokiaľ nám to dovoľovali financie aj

zrealizovali. Projekt nám umožnil zamyslieť sa nad jedným z

najzávažnejších problémov dnešnej doby a vďaka nemu sme si nielen my,

ale aj ľudia v našom okolí uvedomili, že ak skutočne chceme niečo dosiahnuť,

niečo veľké, musíme v prvom rade začať sami od seba. Pretože ,,Zmenou,

ktorú pre svet chceme, musíme byť my.“

Použité zdroje David J. C. MacKay. Obnoviteľné

zdroje energie – s chladnou hlavou. Slovenská inovačná a energetická agentúra, 2012. ISBN 978-80-88823-54-4.

www.prosolar.sk www.setri.sk www.shmu.sk www.solarnydom.sk www.uspornaziarovka.sk www.zitenergiou.sk

Za odborné rady ďakujeme koordinátorovi oddelenia dopravy,energetiky a životného prostredia pre mesto Prešov Ing. Stanislavovi Tuptovi, našej učiteľke fyziky PaedDr. Ivete Štefančínovej Ph.D. a učiteľke chémie Mgr. Jane Kobulskej.