Naslovna strana
 ◊ Redakcija
 ◊ Glasnik broj 1
 ◊ Glasnik broj 2
 ◊ Glasnik broj 3
 ◊ Glasnik broj 4
 ◊ Glasnik broj 5
 ◊ Glasnik broj 6
 ◊ Glasnik broj 7
 ◊ Glasnik broj 8
 ◊ Glasnik broj 9
 ◊ Glasnik broj 10
 ◊ Glasnik broj 11
 ◊ Glasnik broj 12
 ◊ Glasnik broj 13
 ◊ Glasnik broj 14
 ◊ Glasnik broj 15
 ◊ Glasnik broj 16
 ◊ Glasnik broj 17
 ◊ Glasnik broj 18
 ◊ Glasnik broj 19
 ◊ Glasnik broj 20
 ◊ Glasnik broj 21
 ◊ Glasnik broj 22
 ◊ Glasnik broj 23
 ◊ Glasnik broj 24-25
 ◊ Glasnik broj 26-27
 ◊ Glasnik broj 28
 ◊ Glasnik broj 29
 ◊ Glasnik broj 30
 ◊ Glasnik broj 31
 ◊ Glasnik broj 32
 ◊ Glasnik broj 33
 ◊ Glasnik broj 34
 ◊ Glasnik broj 36
 ◊ Glasnik broj 37
 ◊ Glasnik broj 38
 ◊ Glasnik broj 39
 ◊ Glasnik broj 40
 ◊ Glasnik broj 41

 
:: Naslovna strana > Glasnik broj 15 >-Inovacije - Solarna kuća u Boljevcima
 
INOVACIJE
Odštampaj
 
 

Solarna kuća u Boljevcima
- Milenko Milinković, dipl. ing. el. -
 
Saznanje i svest o ograničenim izvorima energije odavno je svetu nametnula potrebu za racional-nim korišćenjem energije. U tom smislu definisana je i potreba za traženjem rešenja za racionalnu potrošnju energije pri grejanju prostora u kojima ljudi žive i borave, što predstavlja najveću stavku u potrošenoj energiji. Sunce emituje na Zemlju ogromnu energiju: godišnje 1,5x1018 kWh, odnosno, sunce za manje od jednog dana emituje na zemlju više energije nego što je energetski potencijal svih svetskih poznatih zaliha fosilnih goriva (nafta, gas, ugalj). Paralelno sa traženjem tehničkih rešenja za racionalnom potrošnjom energije tražena su i rešenja da se na isplativ način koristi nepresušni izvor energije - sunčeva energija.

Projektni zadatak
Pre više od 30 godina počeo sam da tražim optimalna rešenja za zahvat sunčeve energije za grejanje kuća. To što sunčeve energije ima najviše leti, pogoduje lakom rešavanju zagrevanja sanitarne tople ali kod rešavanja problema zagrevanja kuća korištenjem sunčeve energije suočilo me je sa činjenicom da sunčeve energije ima najmanje kad je najviše treba zimi. U želji da svoja razmišljanja pretočim u realan projekat, vremenom sam sebi definisao projektni zadatak koji je sadržavao četiri elementa/segmenta: A - obezbediti maksimalni zahvat sunčeve energije, B - barem deo te energije uskladišti i koristi kada sunca nema, C - ostvariti minimalne gubitke toplotne energije i D - sve to realizovati u zelenoj tehnologiji.

Osnovni principi za realizaciju projektnog zadatka
Analizirajući različita rešenja u startu su odbačena ona koja su bila komplikovana i skupa. Težilo se ka prirodnim, jednostavnim i jeftinim rešenjima.

Maksimalni zahvat sunčeve energije - ostvaren je kombinacijom nekoliko sistema. Aktivnim sistemom - velikom površinom kolektora i pasivnim - velikom staklenom površinom na južnoj strani objekta.

Akumuliranje sunčeve energije - kada je ima više nego što je u tom trenutnku potrebno, za periode kada je nema dovoljno ostvareno je kombinovanim rešenjem: energija nastala pasivnim zahvatom sunčeve energije (zagrevanjem vazduha) akumulira se u kamenom toplotnom akumulatoru, a energija zahvaćena aktivnim zahvatom - zagrevanjem vode u sunčevom kolektoru delom se skladišti u kameni toplotni akumulator (600 tona kamena i betona), a delom korist za zagrevanje vode bazena unutar kuće (60 kubika vode).
Minimizacija gubitka toplote - zavisi od površine objekta prema spoljašnjem prostoru, što nameće zaključak da bi ta površina trebala da bude što manja - optimum u tom smislu je sferni oblik. Sa druge strane, gubici zavise od razlike između unutrašnje i spoljašnje temperature. Ako je spoljašnja temperatura 20oS a unutrašnja +20oS, razlika je 40oS i tu moramo uložiti određenu energiju da bi smo zagrejali prostor. Međutim ako se isti objekat ukopa u zemlju, gde je temperatura u proseku +5oS, razlika u temperaturama koja sada iznosi 15oS je više nego prepolovljen pa samim tim potrebna energija za zagrevanje odnosno gubici.

Ekološka gradnja. Da bi se obezbedio i minimalni utrošak energije u fazi izgradnje, izabrano je rešenje solarne kuće u formi polulopte realizovane u tehnologiji ferocementnih ljuski. To rešenje obezbeđuje minimalni utrošak materijala za čiju proizvodnju je potreban utrošak energije. Za izgradnju 2.100 m3 zatvorenog prostora utrošeno je najviše prirodnog kamena različite granulacije, oko 2.500 m2 rabic mreže, 10 t armature i oko 80 t cementa. Odnosno 5,7 kg čelika i 38 kg cementa po m3 zatvorenog prostora. Preračunato po m2 zatvorenog prostora to iznosi 24 kg čelika i 160 kg cementa.

Konstrukcija solarne kuće
Kuća je izgrađena u formi polulopte prečnika 18,5 metara, ukopane u zemlju što obezbeđuje minimum toplotnih gubitaka. Vidljiv je samo južni deo polulopte koji je u staklu (površine 100 m2) što obezbeđuje pasivni zahvat sunčeve energije. Na kupolu se nastavlja polucilindrična garaža površine 162 m2 (9 x 18 m) na koju se naslanja velika površina solarnih kolektora (110 m2) koji obezbeđuju aktivni zahvat sunčeve energije. Kolektori su vlastite izrade. Dve čelične cevi su horizontalno postavljene duž cele dužine kolektora, jedna pri dnu, a druga pri vrhu. Međusobno su povezane velikim brojem bakarnih cevčica, koje su uvezane uz rabic mrežu, a potom utopljene u sloj maltera (2 cm). Tako dobijena ferocementna površina ofarbana je mat zelenom bojom zbog bolje apsorpcije sunčevog zračenja. Na kraju cela površina je ustakljena sa spoljašnje strane, a polistirenskim pločama izolovana sa unutrašnje strane. Konstrukciju kuće sačinjavaju dve ferocementne ljuske na razmaku od 40 centimetara, spregnute ferocementnim lučnim rebrima, koji zajedno čine komore kroz koje cirkuliše vazduh. Debljina ljusaka i rebara je 2-4 cm. U tehnologiji ferocementa izrađeni su i garaža, bazen, spiralna stepeništa, vidikovac.

Organizaciona podela
Po vertikali kuća je organizovana u četiri nivoa, dva stambena i dva tehnološka. Solarna kuca u Boljevcima Najniži nivo je ukopan ispod nivoa okolnog terena i predstavlja donji tehnološki nivo u kome je smešten kameni akumulator toplote, a sve je to prostor povišenog vazdušnog pritiska koji stvaraju ventilatori. U sredini tog nivoa je centralna vazdušna komora koja ima otvor u prostor dnevnog boravka - prostor normalnog vazdušnog pritiska. Sledeći centralni nivo je izveden kao jedinstven prostor (220 m2), a organizovan kao dnevni boravak, kuhinja, trpezarija, bazen, sanitarije. Centralno spiralno ferocementno stepenište povezuje sledeći nivogaleriju na kojoj su smeštene dve spavaće sobe sa kupatilima. Deo kalote polulopte predstavlja četvrti nivo (tehnološki), organizovan kao dve odvojene sabirne komore koje se nastavljaju na komore između ferocementne ljuske i rebara. Na ulazu u sabirne komore montirani su ventilatori čiji rad je procesorski upravljan.

Režimi funkcionisanja solarne kuće
Prilikom projektovanja solarne kuće cilj je bio da se ostvare što stabilniji mikroklimatski uslovi u kući bez obzira na temperaturu izvan kuće. Dvostruka ljuska od koje je objekat izgrađen omogućuje cirkulaciju vazduha kroz kameni akumulator toplote i njegovo vraćanje kroz centralnu vazdušnu komoru u unutrašnjost objekta, što omogućuje zimi - grejanje, a leti - hlađenje vazduha u objektu.

Režim zima - dan. Kada postoji sunčevo zračenje, svetlosna energija kroz staklenu površinu ulazi u objekat, zagreva vazduh koji se kao lakši diže prema vrhu objekta, gde ga ventilator(i) kroz gornje sabirne komore potiskuju između ferocementnih ljusaka objekta u donji tehnološki nivo gde prolazi kroz kameni toplotni akumulator i tako ga zagreva. Sav taj vazduh se sabira u centralnoj vazdušnoj komori kroz čiji izlaz dolazi ponovo u prostor dnevnog boravka. Na taj način centralnom unutrašnjom cirkulacijom vazduha toplota nastala sunčevim zračenjem se skladišti u kameni toplotni akumulator. Istovremeno automatika uključuje vodenu pumpu koja potiskuje vodu iz bazena u nižu horizontalnu cev kolektora, puni solarni kolektor, voda se zagreva, pa se iz gornje horizontalne cevi odvodi u izmenjivač voda-vazduh koji je montiran u otvor između centralne vazdušne komore i prostora dnevnog boravka, nalazi se dakle na putu centralne unutrašnje cirkulacije vazduha, pa tako predaje deo toplote vazduhu.
Daljim prolaskom vode kroz cevni izmenjivač ugrađen u podu kamenog akumulatora toplote, deo toplote predaje akumulatoru, pa se nakon toga voda vraća u bazen zagrevajući i njega. Na taj način se ostvaruje ujednačenje temperature vode i vazduha, a to onemogućuje stvaranje prevelike relativne vlage u objektu. Kada prestane sunčevo zračenje diferencijalni termostat isključuje vodenu pumpu, nakon čega se sva voda iz kolektora vraća u bazen, što zimi onemogućuje zamrzavanje kolektora (tako su konstruisani padovi cevi). U periodu kada sunca nema dovoljno, na raspolaganju je kamin u centralnom delu dnevnog boravka čijim loženjem se zagreva vazduh koji cirkuliše oko ložišta i uključuje se u centralni tok cirkulacije vazduha. Ne treba strahovati od pregrevanja prostora jer se sav višak toplote akumulira u kamenom akumulatoru toplote. Solarna kuca u Boljevcima Pored toga ugrađuje se i toplotna pumpa koja će toplotu vode iz bunara (+10oS) prenositi u drugi izmenjivač koji je smešten ispred prvog, takođe na putu centralne cirkulacije vazduha pa se ostvaruje isti efekat - zagreva se vazduh unutar objekta, a višak toplote akumulira u kamenom spremniku/ajumulatoru. Sanitarna topla voda za potrebe kuće zagreva se većinskim delom korištenjem energije sunca (oko 85% potrebne energije). Blizu 10% sunčevog kolektora je organizovano kao zasebna celina. Cevi kolektora konstantno napunjene tečnošću koja ne mrzne do -50oS. Kada ima sunčevog zračenja automatika uključuje cirkulacionu pumpu koja gura zagrejanu tečnost u izmenjivač kapaciteta 500 litara, gde zagreva sanitarnu vodu. Samo u slučaju da sunečva energija ne može da zgreje vodu na zadanu temperaturu ona se dogreva električnim grejačem (do 15% energije potrebne za zagrevanje sanitarne vode).

Režim zima - noć. Noću toplota akumulirana u kamenom akumulatoru toplote koji se nalazi ispod dnevnog boravka po principu podnog grejanja održava toplotu u dnevnom boravku, a centralnom cirkulacijom vazduha koju sada stvara drugi ventilator, greju se spavaće sobe i nadoknađuju se gubici toplote iz objekta preuzimanjem toplote iz akumulatora toplote.

Solarna kuca u BoljevcimaRežim leto - dan. Velika staklena površina kuće leti može dovesti da previše sunčeve energije uđe u kuću i iz tog razloga se ta energija značajno reducira tako što se početkom proleća postavi polutransparentni zastor na za to predviđena mesta sa spoljašnje strane stakla. Toplota koja uđe u kuću odvodi se centralnim cirkulisanjem vazduha u akumulator toplote pa se temepratura vazduha u kući održava na zadanom nivou. Ukoliko je potrebno automatika propušta bunarsku voda kroz prvi centralni izmenjivač i tako hladi vazduh u kući. U toku leta sanitarna topla voda se zagreva isključivo sunčevom energijom.

Režim leto - noć. Kada temperatura spoljašnjeg vazduha tokom noći padne ispod 20oC, aktivira se treći ventilator koji ubacuje spoljašnji vazduh kroz akumulator toplote, vazduh izlazi iz objekta kroz otvorene prozore i dimnjak i hladi akumulator toplote. Procesorski se upravlja radom svih izvršnih jedinica: ventilatori, vodena pumpa, toplotna pumpa, otvaranje i zatvaranje prozora i elektromagnetnih vodenih slavina.

Solarna kuca u BoljevcimaEnergetski bilans Veliki toplotni kapacitet kuće (da bi se u unutrašnjosti promenila temperatura za 10oS potrebno je dovesti / odvesti preko 2100 kWh toplotne energije) omogućuje vrlo stabilne klimatske uslove u kući. Prema proračunima koji obuhvataju gubitke i zahvaćenu energiju pasivnim i aktivnim sistemima ugrađenim u ovaj objekat, pored energije sunca za grejanje kuće biće potrebno iz drugih izvora dodati oko 7000 kWh toplotne energije ili blizu 20 kWh/m2 na godišnjem nivou, što svrstava ovu solarnu kuću u sam vrh energetski efikasnih kuća u svetu.

Procitajte iz oblasti "Inovacije" i:
  • Samogrejna ekološka kuća
  • <<< Nazad na sadržaj
     
    20. novembar 2019.