Grijanje prostora

04.02.2008

Sustav grijanja označava sve elemente (izvor topline, ogrjevna tijela, razvod cijevi, regulacija, opskrba energentom itd.) koji u kući, stanu ili zgradi služe za grijanje prostorija, odnosno za ostvarivanje osjećaja toplinske ugodnosti kod osoba koje u njima borave. Takvi sustavi često zagrijavaju i potrošnu toplu vodu pa se onda nazivaju kombinirani (npr. kombi bojler). Sustavi grijanja se mogu podijeliti prema energentu, načinu zagrijavanja i vrsti grijaćeg tijela, a ovdje ćemo navesti najčešće primjere sustava grijanja u našim kućanstvima.

Centralno grijanje/toplana odnosi se na grijanje stanova većih stambenih zgrada koje imaju vlastitu kotlovnicu ili su priključeni na toplovodnu (vrelovodnu) mrežu gradske toplane. Grijaća tijela su najčešće radijatori, a najčešće se i potrošna topla voda zagrijava na isti način. Prednost ovakvog grijanja je mogućnost manje potrošnje energije po jedinici površine prostora jer je odnos površine ukupnog vanjskog zida i ukupne zapremine svih stanova manji nego kod individualnih obiteljskih kuća. Jednostavnije rečeno, što je manji omjer površine vanjskog zida tj. vanjske ovojnice zgrade i volumena unutrašnjeg prostora, manji su toplinski gubici. Za toplinske gubitke odgovorne su karakteristike toplinske ovojnice zgrade - toplinska provodljivost vanjskih zidova i prozora. Velika mana ovakvog grijanja, prije svega u starijim zgradama, je nemogućnost individualne regulacije, kontrole i obračuna troškova zbog tehničkog problema razvoda topline u stanove, i još uvijek nedovoljne osviještenosti svih korisnika o mogućnostima uštede, tako da individualne mjere uštede nisu poticajne, odnosno nisu vidljive na računima za energiju.

Problemi kod uvođenja uređaja za mjerenje individualne potrošnje su:

- vlasnička struktura stambene zgrade koja često usporava i onemogućuje instaliranje uređaja za mjerenje individualne potrošnje,
- sporost uvođenja uređaja za mjerenje od strane distributera toplinske energije,
- nedostatak sustavnih državnih poticaja za uvođenje mjera energetske učinkovitosti.

Primjeri u pilot projektima pokazuju da se individualnom regulacijom grijanja u stanu, a tako i naplatom, može uštedjeti do 30% energije. Najveći hrvatski opskrbljivač toplinskom energijom HEP toplinarstvo proveo je pilot projekt ugradnje individualnih mjerača toplinske energije. Individualna kontrola grijanja znači da imamo pregled nad potrošenom energijom u vlastitom kućanstvu, i prema tome možemo sami utjecati na potrošnju i troškove. Uređaj za mjerenje isporučene toplinske energije zove se kalorimetar, i redovno se ugrađuje u novogradnje koje su priključene na toplanu.

Moderni sustavi tzv. daljinskog grijanja jednog okruga ili gradske četvrti sve više koriste obnovljive izvore energije poput energije sunca, biomase.

Kotlovsko grijanje na kruta, tekuća ili plinovita goriva, naziva se još i centralno, a glavni izvor topline je kotao u kojem sagorijeva drvo - biomasa, loživo ulje, plin ili ugljen, dok grijaća tijela mogu biti radijatori, podno ili zidno grijanje, i ventilokonvektori. Moguće su i kombinacije s dogrijavanjem pomoću solarnog sustava. Najvažniji dio sustava je kotao, koji utječe na energetsku učinkovitost cijelog sustava. Podatak o njegovoj energetskoj učinkovitosti je stupanj djelovanja kotla, što je omjer nazivnog toplinskog učina pri postojanom pogonu, Qn (kada su temperature vode i kotla jednake, a temperature polaznog i povratnog voda konstantne) i toplinskog učina izgaranja, Qizg. Vrijednosti za kvalitetne kotlove se kreću oko 90%.

Kotlovi na kruta goriva kao izvor energije koriste kruto gorivo: ugljen ili biomasu (cjepanice, piljevinu, brikete, pelete i sl). Pri tome može biti riječ o kotlovima koji služe kao izvori topline za sustave centralnog grijanja (a često i za pripremu potrošne tople vode) ili pak o pećima, štednjacima, kaminima i sl. koji su istodobno i ogrjevna tijela, a mogu poslužiti i za kuhanje. Kotlovi se uglavnom postavljaju u zasebne prostorije (kotlovnice), iako se za manje učine mogu postavljati i u stambene prostore.

Kotlovi na biomasu mogu biti s ručnim punjenjem (npr. za cjepanice), ili s automatiziranim punjenjem, kad iz ugrađenog spremnika gorivo samo upada u prostor ložišta, odnosno u komoru za izgaranje. Time se ostvaruje udobnost primjene jer ne treba stalno ubacivati gorivo, već npr. jednom dnevno, a i veća kvaliteta izgaranja jer se promjene temperature dimnih plinova i ogrjevnog medija svode na najmanju moguću mjeru pa se smanjuje mogućnost pojave korozije. Stupanj djelovanja suvremenih izvedbi kotlova s ručnim punjenjem uobičajeno iznosi 75 - 90%, a kotlova s automatskim punjenjem 85 - 92%.

Etažno (plinsko) grijanje spada u kotlovske sustave grijanja tipične za obiteljske kuće i stanove. Voda se zagrijava plinskim bojlerom, i pomoću pumpe kruži kroz grijaća tijela (radijator, cijevi podnog grijanja, konvektori). Istovremeno se može zagrijavati i potrošna topla voda. Kod ovakvog grijanja prednost je individualna kontrola potrošnje i naplata prema potrošenom energentu. Moguće su razne izvedbe, pa primjerice podno grijanje niskotemperaturnog režima rada od 30 - 40°C umjesto 70 - 90°C kao kod radijatorskog, znači da je potrebna manje energije za zagrijavanje vode, što se može postići visokoefikasnim niskotemperaturnim plinskim kotlovima. Efikasnije iskorištenje izgaranja plina kao energenta imaju kondenzacijski kotlovi koji dodatno iskorištavaju toplinu kondenzacije vodene pare (latentnu toplinu) iz dimnih plinova u posebnom izmjenjivaču topline kojim se predgrijava ogrjevni medij (voda) iz povratnog voda sustava grijanja. Time se postižu mnogo bolja iskoristivost goriva (plina) i povećanje stupnja iskoristivosti, jer iskorištavaju i latentnu toplinu isparavanja. Zanimljivo je spomenuti da trgovci često naznačuju da je iskoristivost kondenzacijskog kotla veća od 100% jer računaju s donjom umjesto gornjom ogrjevnom moći goriva. To nikako ne znači da se pomoću kondenzacijskog kotla dobiva više toplinske energije nego što je sadržano u gorivu, već da se razlika između donje i gornje ogrjevne moći ne uzima u račun, što može poslužiti kao zgodan reklamni trik.

Naime, gornja ogrjevna moć goriva predstavlja oslobođenu toplinu pri potpunom izgaranju jedinične količine goriva, kada vodena para u dimnim plinovima nakon ohlađivanja kondenzira i prelazi u kapljevito stanje. Donja ogrjevna moć goriva predstavlja oslobođenu toplinu pri potpunom izgaranju jedinične količine goriva, kada para u dimnim plinovima nakon ohlađivanja ostaje u plinovitom agregatnom stanju. Iskoristivost bilo kojeg kotla se racuna s donjom ogrijevnom moći i zato je i kod kondenzacijskog preuzet isti način izračuna, pa to doista matematički ispada više od 100%.

S obzirom na to da ponajviše služe i za pripremu potrošne tople vode, kondenzacijski kotlovi najčešće su izvedeni kao kombinirani. Uštede naspram starijih standardnih kotlova su od 10 do 25%, ovisno o starosti. Glavni preduvjet je da kuća ili stan ima plinske instalacije. Zamjena konvencionalnog plinskog bojlera kondenzacijskim isplatit će se za 5 do 7 godina kroz uštede na energentu. Danas se standardni (atmosferski) plinski kotlovi polako izbacuju iz upotrebe u većini EU zemalja, i ne smiju se više ugrađivati.

Regulacija kod etažnog grijanja sastoji se od sobnog termostata s upravljačkom elektronikom. Termostati su temperaturno osjetljivi uređaji koji upravljaju sustavom grijanja tako što pojačavaju ili smanjuju grijanje kada temperatura vode (medija u sustavu grijanja) ili zraka u prostoru padne ili poraste u odnosu na unaprijed određenu temperaturu u boravišnom prostoru koju sami određujemo. Programabilni termostati imaju mogućnost vremenskog podešavanja automatskog paljenja i gašenja sustava grijanja, što znači da će se grijanje automatski smanjiti kada ga ne trebamo. Tako na jednostavan način možemo uštedjeti energiju u sezoni grijanja ako se termostat postavi na višu temperaturu (oko 21°C) preko dana kada smo kod kuće, odnosno na par stupnjeva nižu temperaturu (oko 18°C) kada smo izvan doma ili kad spavamo. Ako snizimo postojeću temperaturu na termostatu za samo 1°C, potrošnja energije smanjit će se i do 6%, što u sezoni grijanja nisu mali novčani izdaci. Isto vrijedi i ako imamo termostat za klima uređaj za postizanje niže temperature u kući. Mjesto gdje se postavlja termostat treba biti tamo gdje očekujemo prosječnu temperaturu u kući stanu, što može utjecati na njegove performanse i efikasnost. Termostate treba staviti na mjesto gdje neće biti izloženi direktnim sunčevim zrakama, pored vrata i prozora.

Programabilni termostat

Grijanje na peć podrazumijeva lokalni ili pojedinačni sustav grijanja za jednu ili najviše dvije prostorije gdje se toplina proizvodi u peći uglavnom spaljivanjem drva, plina ili loživog ulja. Takve peći zagrijavaju okolni zrak i griju zračenjem zagrijanih dijelova peći. Kod obiteljskih kuća moguće su zanimljive izvedbe vrlo efikasnih peći na drva.

Presjek standardne plinske peći s ventilatorom prikazan je na donjoj slici.

Grijanje pomoću električne energije s energetskog, ekološkog i ekonomskog aspekta predstavlja najlošiji način zagrijavanja prostora i tople vode. Razlog tome je činjenica da se za proizvodnju električne energije najčešće koriste fosilna goriva, odnosno energija koja se oslobađa njihovim izgaranjem. To znači da prilikom dobivanja toplinske iz električne energije dolazi do izuzetno velikih gubitaka. Naime, tek se oko 30% energije sadržane u gorivu pretvara u električnu energiju! Nadalje, prilikom dopremanja električne energije iz elektrane u naše domove također dolazi do gubitaka, a u konačnici opet iz električne energije proizvodimo toplinu! Međutim, zbog relativno niskih cijena električna se energija ipak koristi za grijanje, naročito u priobalju i Dalmaciji. Najčešći primjeri grijalica na struju su tzv. "kaloriferi", gdje se toplina predaje konvekcijom tj. zagrijavanjem zraka, a postoje i različiti tipovi električnih radijatora (na slici), koji zagrijavaju zrak i zrače toplinu u prostor.

Zidne ploče (na slici), električno podno i stropno grijanje naziva se površinsko ili pločasto grijanje.

Plinske infracrvene grijalice su izvori topline sustava grijanja koji su uglavnom namijenjeni za zagrijavanje jednog dijela prostorije ili otvorenih prostora (npr. terasa), pri čemu se toplina izmjenjuje zračenjem. Takav se način prijenosa topline odvija putem elektromagnetskih valova u spektralnom području infracrvenog zračenja. S obzirom na to što za zagrijavanje nekog točno određenog dijela prostorije ili prostora ne treba zagrijavati i okolni zrak, takvo je rješenje vrlo prikladno za grijanje dijelova velikih zatvorenih prostora (industrijske hale, sportske dvorane, tržnice, itd), pojedinačnih radnih mjesta ili robe u skladištima, poluzatvorenih i natkrivenih prostora (tribine, terase) itd. Pri visokim temperaturama, uz toplinske se pojavljuju i svjetlosne zrake.

Obnovljivi izvori energije kod nas se još uvijek nedovoljno koriste iako su potencijali energije sunca i biomase dovoljni da mogu nadomjestiti veći dio potreba za grijanjem prostora i potrošne tople vode prosječnog kućanstva, posebice u priobalju. Više o energiji sunca i njezinim praktičnim primjenama možete pronaći u poglavlju Solarna energija.