KURS ZA ENERGETSKI AUDIT 1.3

KURS ZA ENERGETSKI AUDIT 1.3 TEORIJSKE OSNOVE Pripremio: Dr Nenad Kažić 1

PROSTIRANJE MATERIJE KONVEKCIJA JE PROSTIRANJE MATERIJE NA NIVOU KRETANJA FLUIDNIH DJELIĆA (STRUJANJE FLUIDA) POKRETAČKA SILA: RAZLIKA PRITISAKA Δp U ZGRADARSTVU SE JAVLJA KAO: - INFILTRACIJA (prodor vazduha kroz procjepe) - VENTILACIJA (prirodna ili prinudna) 2

PROSTIRANJE MATERIJE DIFUZIJA JE PROSTIRANJE MATERIJE NA MOLEKULARNOM NIVOU Molekularni transport A B A B C 1 C 2 POKRETAČKA SILA: RAZLIKA ΔC C- Koncentracija Mikrosvijet Makrosvijet SMJER KRETANJA MATERIJE: OD VEĆE KA MANJOJ KONCENTRACIJI ODNOSNO OD VEĆEG KA MANJEM PRITISKU U ZGRADARSTVU SE JAVLJA KAO PROSTIRANJE VLAGE KROZ ZIDOVE. 3

PROSTIRANJE MATERIJE DIFUZIJA JE INTEZIVNIJA ŠTO JE TEMPERATURA VEĆA (BRŽI MOLEKULI) VRUĆA VODA HLADNA VODA 4

PROSTIRANJE MATERIJE INFILTRACIJA-VENTILACIJA PRIRODNA Δp=ρ e gh ρ i gh = (ρ e - ρ i ) gh Pokretačka sila je razlika pritisaka generisana razlikom u gustinamauzgonom (toplo-hladno) i vjetrom. UNUTRA Δp + + + + + + NADPRITISAK VJETAR MANJI PRITISAK UZGON VEĆI PRITISAK MANJI PRITISAK VEĆI PRITISAK VJETAR 5

PROSTIRANJE MATERIJE INFILTRACIJA-VENTILACIJA PRIRODNA Pokretačka sila je razlika pritisaka generisana razlikom u gustinama (toplo-hladno) i vjetrom. m& Inf ~ Δp Δp=f (Vjetar, Δρ (ΔT)) VEĆI PRITISAK m& Inf Δp VEĆI PRITISAK INFILTRACIJA Prodor vazduha kroz procjepe 6

PROSTIRANJE MATERIJE INFILTRACIJA-VENTILACIJA PRINUDNA - MAŠINSKA Pokretačka sila je generisana radom ventilatora Δp=f(Ventilator) Δp 7

PROSTIRANJE MATERIJE INFILTRACIJA-VENTILACIJA Nadpritisak PRIRODNA Prostorija (promjena pritiska po visini) Δp Prostorija h Polje pritiska Okolina (promjena pritiska po visini) Podpritisak ρ i 0 ρ e protok Pritisak protok USLOV = protok ρ i ρ e Polje pritiska u prostoriji se pomjera dok se ne uspostavi gornji uslov 8

PROSTIRANJE MATERIJE INFILTRACIJA-VENTILACIJA PRIRODNA Broj izmjena na čas n [h -1 ]: pokazuje koliko se puta izmijenio vazduh u prostoriji za 1 h Količina vazduha koja udje-izadje u prostoriju za 1 h: V h [m 3 /h]=n V, gdje je V [m 3 ] zapremina prostorije. 9

PROSTIRANJE MATERIJE INFILTRACIJA-VENTILACIJA PRINUDNA - MAŠINSKA Ventilator Isisavanje Ventilator Ubacivanje podpritisak nadpritisak Ventilator Ako se ista količina vazduha ubacuje i izbacuje, pritisak u prostoriji je pritisku okoline. Izbacivanje ~ Ubacivanje 10

PROSTIRANJE MATERIJE INFILTRACIJA-VENTILACIJA PRINUDNA - MAŠINSKA REKUPERACIJA 11

PROSTIRANJE MATERIJE INFILTRACIJA-VENTILACIJA Broj izmjena na čas n [h -1 ]: pokazuje koliko se puta izmijenio vazduh u prostoriji za 1 h Količina vazduha koja udje-izadje u prostoriju za 1 h: V h [m 3 /h]=n V, gdje je V [m 3 ] zapremina prostorije. 12

PROSTIRANJE MATERIJE INFILTRACIJA-VENTILACIJA Propusnost fuga (koeficijenat propusnosti k) se prema EN 12207 označava kao ukupna propusnost, koja odgovara struji vazduha (m3/h), koja pri p=1 Pa prolazi kroz fugu dugačku 1 m između okvira i krila. b Dužina fuga L=2a+3b a Za prozore i prozorska vrata i prozore na krovnim površinama, propisana je propusnost fuga klase 2 za objekte do 2 puna sprata i klasa 3 za objekte sa više od dva sprata. Koeficijent propusnosti fuga za prozore iznosi prema EN 4108 za klasu 2 k 2 =2.0 m 3 /(mh Pa 2/3 ) azaklasu 3 k 3 =1.0 m 3 /(mhpa 2/3 ). 13

PROSTIRANJE MATERIJE INFILTRACIJA-VENTILACIJA Ispitivanje propustljivosti na vazduh Δp = 50 Pa V & h [m 3 / h] Blow Door Test Prostorija V [m 3 ] Vrata zaptivena Prozor V& n 50 h 50 = n V& h = V 50 50 V & V h = Lk Δ p 2 3 Ventilator L [m], Δp [Pa], k [(m 3 /h)/(m 2 Pa 2/3 ] V& k h = Lk Δ p = V& h 2 3 2 /( LΔ p 3 ) Mjeri se zapreminski protok u trenutku kad je razlika pritisaka izmedju unutrašnjosti prostorije i okoline Δp=50 Pa. Zatim se odredjuje broj izmjena vazduha n 50. 14

PROSTIRANJE MATERIJE INFILTRACIJA-VENTILACIJA Ispitivanje propustljivosti na vazduh Blow Door Test n 50 = V& 50 h V Predlog propisa: n 50 <=1.5 Objekat sa mašinskom instalacijom, n 50 <=3 Objekat bez mašinske instalacije, Klasa propustljivosti stolarije se može odrediti prema izrazu: gdje je L dužina fuga. k = ( V & h / L ) / Δ p 2 3 15

PROSTIRANJE MATERIJE INFILTRACIJA-VENTILACIJA KOLIKO JE n AKO ZNAMO n 50? n = n 50 10 16

PROSTIRANJE MATERIJE DIFUZIJA PROSTIRANJE MATERIJE I PROSTIRANJE TOPLOTE SU ANALOGNI PROCESI Provodjenje toplote Difuzija pare kroz zid Mehanizam difuzije je kontrolisan na molekularnom nivou. VEĆI PRITISAK PARE m& d MANJI PRITISAK PARE Konvekcija (toplota) Konvektivna difuzija Mehanizam konvektivne difuzije je kontrolisan na nivou fluidnih djelića. m& d ZID FLUID p df p dz 17

PROSTIRANJE MATERIJE DIFUZIJA Električna analogija Difuzija q m GUSTINA MASENOG FLUKSA Električna struja I R m Δpd [Pa] R ΔU q m [ ] 2 (kg/h)/m ( ili g z ) = Δp R d m ΔU I = ----- R SMJER q m : OD VEĆEG PARCIJALNOG KA MANJEM PARCIJANOM PRITISKU PARE 18

PROSTIRANJE MATERIJE DIFUZIJA Električna analogija redno vezani otpori VEĆI PARCIJALNI PRITISAK PARE Prostiranje materije q m R m1 R m2 R m3 Δpd Razlika parcijalnih pritisaka vod. pare MANJII PARCIJALNI PRITISAK PARE Električna struja I R 1 R 2 R 3 ΔU Δpd q m = -------------- R m1 + R m2 + R m3 ΔU I = ------------- R 1 + R 2 + R 3 19

PROSTIRANJE MATERIJE ANALOGOJA: PROLAZ TOPLOTE - DIFUZIJA PROLAZ TOPLOTE GUSTINA TOPLOTNOG FLUXA W q m 2 = TOPLOTNI FLUX ΔT R q f = 1 α 1 T + f 1 T f 2 δ + λ 1 α 2 [ W ] Aq Q & = DIFUZIJA GUSTINA MASENOG FLUXA q m kg/h = 2 m MASENI FLUX Δ p R m d = 1 β 1 p + d1 pd 2 δ + D 1 β [ kg/h] ( Φm ) Aqm m& ili = 2 20

q kg/ PROSTIRANJE MATERIJE GUSTINA MASENOG FLUXA h Δ p = 1 DIFUZIJA p d d1 d2 m 2 m R 1 δ 1 m MASENI FLUX = m & = p [ kg/h] ( iliφ ) m Aqm + + β D β 2 VEĆI PARCIJALNI PRITISAK PARE p d1 1 β 1 D δ 1 β 2 p d2 MANJII PARCIJALNI PRITISAK PARE D [(kg/h)/mpa] (ili δ) Koeficijenat DIFUZIJSKE Provodljivosti D= D o / μ Referentni Koeficijenat Difuzijske provodljivosti D O ( vodene pare u vazduhu) D o =0.67 10-6 [(kg/h)/mpa] =0.67 [(gr/h)/m kpa] μ [-] Relativni otpor difuziji (pokazuje koliko puta neka sredina ima manju provodljivost od vazduha β [(kg/h)/(m 2 Pa] koeficijenat prelaza mase 21

PROSTIRANJE MATERIJE μ [-] DIFUZIJA Koliki je koeficijrnat difuzijske provodljivosti D= D o /μ? RELATIVNI OTPOR DIFUZIJI Materijal Staklo 6-9 Opeka 5-30 Beton 1600 Bitum. (Ter) papir 7 Cementni malter 5 Krečni malter p d1 1 β 1 D δ 1 β 2 p d2 22

PROSTIRANJE MATERIJE DIFUZIJA Koliko je 1/β=? Može se pokazati da je koeficijenat prelaza mase: 3α [ kg h m Pa] 2 β ( / ) /( R H O T 2 gdje je p d1 D δ α [W/m 2 K] Koeficijenat prelaza toplote R H2O =8314/M H2O =8314/18 Gasna konstant H 2 O. 1 β 1 1 β 2 p d2 Uporedimo red veličine 1/β i δ/d. Za α~10 W/m 2 K, T ~300 K, R H2O ~460 J/kgK, 1/β ~ 1500 δ~ 0.1 m, D ~D o =0.67 10-6 (kg/h)/mpa, δ/d ~ 1500 10 2 Oćigledno je 1/β << δ/d pa se može zanemariti. 23

PROSTIRANJE TOPLOTE I MATERIJE DIFUZIJA PROLAZ TOPLOTE W q m Q & = 2 [ W] Aq = 1 α 1 + T 1 T2 δ + λ 1 α 2 Δ T ΔT = = 1 R q U VEĆI PARCIJALNI PRITISAK PARE T 1 p d1 1 α,β 1 1 δ λ, D 1 α 2,β 2 T 2 p d2 MANJII PARCIJALNI PRITISAK PARE 24

PROSTIRANJE TOPLOTE I MATERIJE DIFUZIJA PROLAZ MATERIJE - Vod. pare m & = q m [ kg/h] ( iliφ ) m Aqm kg/ m 2 h = p 1 + β 1 0 d1 pd2 δ 1 + D β 2 = p d1 p δ D d2 T 1 p d1 1 α,β 1 1 0 δ δ 1 1 = = δ μ = r D D D D o μ o o δ λ, D 1 α 2,β 2 T 2 p d2 r [m] = δμ relativni otpor sloja difuziji q m kg/ m 2 h = p d1 p δ D d2 = D o p d1 pd2 δ μ = D o p d1 p r d2 25

PROSTIRANJE TOPLOTE I MATERIJE DIFUZIJA PROLAZ MATERIJE - Vod. pare g ϕ = m & = z [ kg/h] ( iliφ ) m Aqm, q m kg /h 2 m Parcijalni pritisak vod. pare ( Parcijalni pritisak zasić. vod. pare ( = 0. 67 10 6 p d1 =φ 1 p d1 p d [Pa] q m Δ p = 0. 67 δ μ p, p d d D δ 10 6 ) ili p d s ) p d2 =φ 2 p d2 Δ p r Δ p [ Pa] [ m] [ ], δ, μ r [m] = δμ relativni otpor sloja difuziji μ [-] relativni otpor difuziji δ [cm]- debljina sloja 26

PROSTIRANJE TOPLOTE I MATERIJE DIFUZIJA ŠTA JE PROBLEM? KONDENZACIJA VLAGE U (NA) ZIDU. DO KONDENZACIJE DOLAZI AKO JE TEMPERATURA U ZIDU MANJA OD TEMPERATURE KONDENZACIJE PARE (tačka rose) NA TOM MJESTU 27

PROSTIRANJE TOPLOTE I MATERIJE DIFUZIJA KAKO SE TO PROVJERAVA? 1. ODREDI SE TEMPERATURSKO POLJE (T ) U ZIDU T 1 1 α 1 λ δ 1 α 2 T T 2 2. ODREDI SE POLJE PRITISKA PARE (p d ) U ZIDU (postupak analogan postupku odredjivanja Temperaturskog polja u zidu) p d1 =φ 1 p d1` p d1 δ D p d p d2 =φ 2 p d2` p d2 28

PROSTIRANJE TOPLOTE I MATERIJE DIFUZIJA 3. ODREDE SE PARCIJALNI PRITISCI ZASIĆENJA U ZIDU NA OSNOVU KRIVE NAPONA (Tabela zasićene vod. pare) ZA IZRAČUNATE TEMPERATURE NA POČETKU (tačka 1) : p d =f(t) T p d ZASIĆEN p d KRIVA NAPONA VP K T T p d p d1 p d1 p d p d KONDENZACIJA p d p d2 p d2 4. UPOREDE SE DOBIJENI PARC. PRITISCI ZASIĆENJA (tačka 3) SA PARC. PRITISCIMA U ZIDU p d < p d KONDENZACIJA, p > p NEMA KONDENZACIJE. 29

ENERGETSKI BILANS ZGRADE Svi oblici energije završe kao toplota. ENERGIJA TOPLOTA ZGRADA SE JAVLJA KAO TRANSFORMATOR KOJI SVU ENERGIJU PRETVARA U TOPLOTU 30

ENERGETSKI BILANS ZGRADE Potrebna Energija (needed, n) Potrebe objekta (izračunate) za odredjen period u kwh Isporučena Energija (delivered, del) Dovedena Energija na granice objekta u cilju zadovoljenja potreba u odredjenom periodu u kwh: E del, i =E n, i /η sis, i Primarna Energija (primar, prim) Izvorni oblik energije prije bilo kakve transformacije: E P =Σ(E Del *f P ) η sis - f P - Ukupni koeficijenat efikasnosti sistema u objektu Koeficijenat transformacije energije 31

ENERGETSKI BILANS ZGRADE POTREBNA ENERGIJA TRANSFORMACIJA ISPORUČENA ENERGIJA E del [ kwh] E n INSTALACIJE [ kwh] E p [ kwh] PRIMARNA ENERGIJA 32

ENERGETSKI BILANS ZGRADE 0< η g <=1 Koeficijenat iskorišćenja toplotnih dobitaka definiše dio dobitaka koji korisno doprinose grijanju objekta. POTREBNA TOPLOTA ZA GRIJANJE (needed Heat, Hn) DOBICI (Gain,g) GUBICI (Losses, L) POTREBNA TOPLOTA ZA GRIJANJE= GUBICI DIO DOBITAKA Q Hn =Q L - η g Q g 33

ENERGETSKI BILANS ZGRADE GUBICI: a. Transmisioni (prolaz toplote kroz zidove, prozore) b. Ventilacioni-Infiltracioni (ulazak svježeg zraka u objekat). DOBICI: a. Spoljašnji (Solarni kroz providne površine) b. Unutrašnji (ljudi, uredjaji, osvetljenje) 34

ENERGETSKI BILANS ZGRADE PROZORI t i t e t i t e Transmisioni GUBICI DOBICI Q tr_w [W]=A w U(t i -t e ) Q Sol [W]=A w g tot I Sol 35

ENERGETSKI BILANS ZGRADE PROZORI 36

ENERGETSKI BILANS ZGRADE PROZORI 37

ENERGETSKI BILANS ZGRADE ZIDOVI Transmisioni gubici t e t i GUBICI Q tr [W]=AU(t i -t e ) R=1/U 38

ENERGETSKI BILANS ZGRADE ZIDOVI Transmisioni gubici TOPLOTNI MOSTOVI- THERMAL BRIDGE TOPLOTNI MOSTOVI PREDSTAVLJAJU MJESTA GDJE JE NARUŠENA 1D GEOMETRIJA, TJ. GEOMETRIJA PARALELNIH RAVNI. Toplotni mostovi predstavljaju PREČICE pri prostiranju toplote. Dakle dodatne gubitke (10-15%) i potencijalnu opasnost od KONDENZACIJE pare u zidu. 39

ENERGETSKI BILANS ZGRADE ZIDOVI Transmisioni gubici TOPLOTNI MOSTOVI- THERMAL BRIDGE 40

ENERGETSKI BILANS ZGRADE ZIDOVI Transmisioni gubici TOPLOTNI MOSTOVI-TAČKASTI Prodor metala, greda itd. kroz izolciju mijenja njene termičke osobije. Zato se uvodi korekcija. Površine se uzimaju kao težinski faktori 41

ENERGETSKI BILANS ZGRADE ZIDOVI Transmisioni gubici TOPLOTNI MOSTOVI - LINIJSKI EFEKTIVNI KOEFICIJENT PROLAZA TOPLOTE FASADE U e (tj k e ) se odredjuje na osnovu standardnih U (k) uz korekciju uticaja toplotnih mostova. [ ] 2 W / m K ( AU ( k ) + L )/ Ue ( ke ) = ψ A L [m] dužina toplotnoh mostova Ψ [W/mK] linijski koeficijent toplotnih gubitaka Toplotni mostovi sa spoljnom linijskom toplotnom provodnošću 42 Ψe > 0.2 W/mK

ENERGETSKI BILANS ZGRADE ZIDOVI Transmisioni gubici TOPLOTNI MOSTOVI- THERMAL BRIDGE T presjek BALKON Izolovani ugao Spolja izolovan zid U WL =0.65 W/m 2 K, A WL = 7.4 m2 Prozor U w =3 W/m2 K, A w =5.85 m2 Izolovani ugao Ψ c =0.15 W/mK, L U = 2.65 m Izolovani presjek T Ψ T =0.03 W/mK, L T =2.65 m Prozor-obim Ψ w =0.15 W/mK, L W = 7.8 m Presjek Zid-Pod, Tavanica Ψ F =0.03 W/mK, L F = 4 m Balkon Ψ F =0.25 W/mK, L B = 6 m 43

ENERGETSKI BILANS ZGRADE ZIDOVI Transmisioni gubici TOPLOTNI MOSTOVI- THERMAL BRIDGE Spola izolovan zid U WL =0.65 W/m 2 K, A WL = 7.4 m2 Prozor U w =3 W/m2 K, A w =5.85 m2 Izolovani ugao Ψ c =0.15 W/mK, L U = 2.65 m Izolovani presjek T Ψ T =0.03 W/mK, L T =2.65 m Prozor-obim Ψ w =0.15 W/mK, L W = 7.8 m Presjek Zid-Pod, Tavanica Ψ F =0.03 W/mK, L F = 4 m Balkon Ψ F =0.25 W/mK, L B = 6 m U e =U WL A WL /A + U W A W /A+(L c Ψ c + L T Ψ T + L W Ψ W + L F Ψ F + L B Ψ B )/A U e = 0.65*(7.4/13.25)+3*(5.85/13.25)+(2.65*0.15+2.65*0.03+7.8*0.15+4*0.03+6*0.25)/13.25 U e =1.57+0.25 EFEKTIVNI KOEFICIJENAT PROLAZA TOPLOTE FASADE U e =1.82 W/m 2 K 44

ENERGETSKI BILANS ZGRADE ZIDOVI Transmisioni gubici TOPLOTNI MOSTOVI - THERMAL BRIDGE EFEKTIVNI KOEFICIJENAT PROLAZA TOPLOTE FASADE ALTERNATIVA: UTICAJ TOPLOTNIH MOSTOVA SE UZIMA TAKO ŠTO SE UVEĆAVA KOEFICIJENAT PROLAZA TOPLOTE ZIDOVA Predlog U WLm (srednje U zidova) 0.8 0.4, <0.8 < 0.4 U TB (dodatak) 0 0.05 0.08 45

ENERGETSKI BILANS ZGRADE b. Ventilacioni (infiltracioni) gubici Nadpritisak m& Prostorija t i t e t i nadpritisak t e Podpritisak Q & m& Q & 2 2 w w + m&m& (i + + gz) = P + m(i & + + gz) I e 2 2 Q& = m& ( ii ie ) = m& cp( ti te ) = ρvc & p( ti te Q V [W]=nV ρ c p (t i t e )/3600 Q V [W]=nV(t i t e )/3 ) ρ 1.2 kg/m 3 c p =1000 J/kgK i=c p t [J/kg] m=nvρ/3600 [kg/s] 46

ENERGETSKI BILANS ZGRADE Unutrašnji DOBICI: Ljudi, Uredjaji, Rasvjeta Ljudi, Uredjaji, Rasvjeta u objektu predstavljaju Izvore toplote koja se najčešće izražava u W/m 2. Ovako specificirani dobici se odredjuju tako što se ukupna snaga efektivna (snaga u pogonu, ne instalisana), svede na m 2 kondicioniranog prostora. 47

II Zakon Termodinamike Ovaj zakon je jedan od najvažnijih nijih u prirodi. On definiše e smjer dogadjaja-procesa. Pitanje: Šta pokreće e svijet? SISTEM Odgovor: Pokretačka ka sila procesa neravnoteža OKOLINA Pitanje: U kom smjeru idu procesi? Odgovor: Sistem prepušten sam sebi (izolovan), teži da zauzme stanje termodinamičke ravnoteže. 48

II Zakon Termodinamike Entropija S[J], s [J/kg] SISTEM OKOLINA SISTEM OKOLINA Neravnoteža Ravnoteža MAXIMALNA ENTROPIJA Uredjen sistem Potencijal Neuredjen sistem Nema potencijal Entropija je mjera neuredjenosti (mjera ravnoteže, mjera ne potencijala) 49

II Zakon Termodinamike Neravnoteža POTENCIJAL Δp ΔC ΔT spontano Termička Mehani hanička Koncentraciona Δp=0 ΔC=0 ΔT=0 NEMA POTENCIJALA Ravnoteža 50

II Zakon Termodinamike Procesi spontano teku u smjeru kvarenja uredjenosti, odnosno povećanja neuredjenosti, odnosno smanjenja potencijala, odnosno povećanja entropije izolovanog sistema. 51

II Zakon Termodinamike ENTROPIJA Mjera NEUREDJENOSTI Mjera BLIZINE RAVNOTEŽE Mjera SMANJENJA POTENCIJALA Procesi spontano teku u smjeru povećanja ENTROPIJE izolovanog sistema. ENTROPIJA NEUREDJENOST spontano UREDJENOST POTENCIJAL spontano Vrijeme 52 Vrijeme

II Zakon Termodinamike Procesi spontano teku u smjeru povećanja ENTROPIJE izolovanog sistema. ENTROPIJA spontano ENTROPIJA Veličina stanja Vrijeme 53

II Zakon Termodinamike Pitanje: DA LI POSTOJE PROMJENE KOD KOJIH SE NE KVARI UREDJENOST SISTEMA, ODNOSNO NEMA PORASTA ENTROPIJE? Odgovor: POSTOJE KAO FIKCIJA tkzv. POVRATNE PROMJENE. 54

II Zakon Termodinamike Pitanje: Koje su promjene najbolje? Odgovor: Najbolje su povratne promjene. Pitanje: Zašto? Odgovor: Zato što se ne uništava potencijal neravnoteže, odnosno ostaje očuvan. 55

II ZAKON TERMODINAMIKE Povratne i nepovratne promjene POVRATNE PROMJENE-NE POSTOJE. Po definiciji to su one promjene kod kojih se ne smanjuje potencijal. C NEMA TRENJA RAZMJENA TOPLOTE SE ODVIJA PRI ZANEMARLJIVOJ RAZLICI TEMPERATURA I F L x NEPOVRATNE PROMJENE: TO SU STVARNE PROMJENE x T Q T 56

EFIKASNOST Zašto su povratne promjene najbolje? T 1 Q T 2 ΔT T 2 II ZAKON TERMODINAMIKE Spoljna nepovratnost T 1 Gdje god u procesu dezorganizovana energija transferom (toplota) predje sa veće na manju temperaturu, nepovratno se gubi jedan dio potencijala. Naime, sada je dezorganizovana energija sa potencijala T 1, toplotom prebačena na potencijal T 2,, koji je manji. To istovremeno znači da je proces nepovratan, jer toplota ne može da sama od sebe predje sa manje (T 2 ) na veću temperaturu (T 1 ). 57

II ZAKON TERMODINAMIKE EFIKASNOST Zašto su povratne promjene najbolje? W Unutrašnja nepovratnost-trenje Q TRENJE Trenje je takodje izvor nepovratnosti jer organizovanu energiju pretvara u dezorganizovanu, dakle lošiju formu energije. Proces je nepovratan jer dezorganizovanu energiju ne možemo u potpunosti vratiti u organizovanu formu, odnosno toplotu 58 u rad.

Da li transfer energije u obliku RADA dovodi do smanjenja potencijala? NE! Zašto? II ZAKON TERMODINAMIKE EFIKASNOST Ako se recimo potencijalna (ili bilo koja mehanička) energija smanji u nekom dijelu sistema, negdje u sistemu će se za isto toliko povećati. Ako se javlja TRENJE to ne važi, jer trenje izaziva nepovratnost. 59

II ZAKON TERMODINAMIKE EFIKASNOST Ako bilo gdje u procesu imamo nepovratnost, smanjuje se efikasnost ΔT ΔQ w TRENJE Q MAŠINA 60

Definicija efikasnosti EFIKASNOST GENERALNO: Efikasnost= Dobijeno Uloženo Dobijeno η = ------------- Uloženo W η = ----- Q in CV Izvor T i Q in TMotor W I Zakon Termodinamike Q in =Q out + W Q in -Q out η = ---------- Q in Q out W= Q in -Q out Q out η = 1 - ----- Q in Ponor T p 61

EFIKASNOST Zašto je potreban i vrući i hladni rezervoar toplote? Q ΔT Da bi dobili rad, toplota mora da protiče kao voda kroz mašinu koja daje rad. Toplota se prostire, sa druge strane, od toplog ka "hladnom. ΔT Q in W TOPLOTNI MOTOR Izvor T i Q in TMotor Q out W Q out Ponor T p 62

EFIKASNOST MAXIMALNA MOGUĆA EFIKASNOST- KARNO (CARNOT) MOTOR Dobijeno η = ------------- Uloženo W η = ----- Q in Q in -Q out η = ---------- Q in Izvor T i Q in =Q out + W η c =1 T T p i CV Q in KARNO Q out W W= Q in -Q out Ponor T p 63

RASVJETA (JUS 91.160) ŠTA JE PROSTORNI UGAO? φ Ugao u ravni u radianima ΔL φ R Ω Prostorni ugao u ste_radianima ΔS Ω R KRUG (2D) Luk L L Max =R 2π ΔL=R φ ΔL/L Max =φ/2π SFERA (3D) Površina S S Max =R 2 4π ΔS=R 2 Ω ΔS/S Max =Ω /4π 64

RASVJETA U IS sistemu mjera jedinica za jačinu osvetljenja (J ) je lux (lx) ili W/m 2. 1 lx= 1 lm /m 2 = 1.46 10-3 W/m 2 (λ=555 nm) Lumen (lm) je jedinica za mjerenje svjetlosnog fluksa. 1 lm= 1.46 10-3 W(λ=555 nm) 1 lm =1lx 1 m2 λ=555 nm 65

RASVJETA Lumen (lm) je jedinica za mjerenje svjetlosnog fluksa. 1 lm= 1.46 10-3 W(λ=555 nm) Snaga izvora osvetljenja se mjeri u svijećama (Candel, Cd ). Izvor ima snagu od 1 Cd ako u jedinični prostorni ugao (1 Steradiana, 1 Str) zrači 1 lm. (Sfera ima 4π =12.57 Str). Ako izvor zrači sferno (ugao 4π Sterad), tada postoji veza 1 Cd = 4π 1 lm =12.57 lm. 1 lm 1 m2 =1lx 1 Cd 12.57 lm 66

RASVJETA EFIKASNOST SVETILJKI η l [lm/w] (Efficiency) KOLIKO SVJETLA DAJE SVJETILJKA PO 1 INSTALISANOM [W]? To definiše KOEFICIJENAT EFIKASNOSTI, η l [lm/w] Efikasnost svjetiljki η l [lm/w] Sa užarim vlaknom Fluoroscentne kompaktne Fluoroscentne 60-90 Halogene 25 LED 12 60 25-50 67

RASVJETA FAKTOR ISKORIŠĆENJA CU (Coefficient of Utilization) KOLIKO SVJETLA DOPIRE DO RADNOG PROSTORA?To definiše FAKTOR ISKORIŠĆENJA, CU 0.5 PLAFON 1/2 Pola energije ide dolje a pola gore 1/2 POD 68

referentne PLAFON uslove) RASVJETA BALAST FAKTOR (BF) BF pokazuje koliko svjetiljka stvarno daje svjetlosti u odnosu na referentne uslove. Što je manji BF to svjetiljka daje manje svjetlosti ali i manje troši energije i obratno. Primjer: Ako je BF=0.8, tada svjetiljka daje 20% manje svjetlosti ali je i 20 % manja potrošnja u odnosu na 1/2 Primjer Instalirano je osvetljenje 10 W/m 2. Svetiljke su efikasnosti 55 lm/w. Balast faktor (BF) je 0.8. Kolika je jačina osvetljenja? 1/2 J=10*55*BF*CU=10*55*0.8*0.5 J=200 lm/m 2 J=225 lx POD 69

RASVJETA Jačina osvjetljenja Dnevno svjetlo TV studio Kancelarije Dnevna soba Mjesečina Svjetlost zvijezda 32000 100 000 lx 1000 lx 400 lx 50 lx 1 lx 5*10-5 lx STATISTIKA PODACI ZA USA SNAGA W/m 2 EFIKASNOST lm /W JAČINA OSVETLJENJA (CU=0.5), lx VRIJEME RADA h /dan POTROŠNJA kwh /god STAMBENI OBJEKTI 22 18 194 2 11 KOMERCIJALNI OBJEKTI 18 55 484 9.9 62 INDUSTRIJA 14 75 517 13.5 69 70

RASVJETA Jačina osvjetljenja 71

ŽIVOTNI VIJEK SVJETILjKE -ARL [h] (Average Rated Life) Po definiciji to je vrijeme rada svjetiljki dok funkcioniše najmanje ½ uzoraka koji se ispituju. Sa užarim vlaknom 1 000 do 2 000 RASVJETA Životni vijek ARL [h] Fluoroscentne kompaktne 5 000 10 000 Fluoroscentne 6000 20 000 Halogene 2 000 3 500 LED 100 000 72

RASVJETA TEMPERATURA BOJE -CCT [K] (Correlated Color Temperature) CCT pokazuje da li su boje TOPLE (CCT<3200 K) ili su HLADNE (CCT>4000 K) K Boja -Temperatura izvora λ 73

RASVJETA TEMPERATURA BOJE -CCT [K] Sa užarim vlaknom 2 500 3 000 Fluoroscentne kompaktne 2 700 6 500 Fluoroscentne 3 000 7 500 Halogene LED 2 800 3 000 2 000 10 000 COLOR RENDERING INDEX (CRI) CRI (0 do 100) izražava vjernost boja predmeta koji su osvijetljeni svjetiljkom, uporedjujući to sa referentnim osvjetljenjem. Najbolje je CRI=100. CRI=70 je tipično za stanovanje i kancelarije. 74

RASVJETA PRIGUŠNICE: MAGNETNE i ELEKTRONSKE Prigušnice (balast, kontrolno kolo) su neophodna armatura fluoroscentnih svjetiljki. One precizno regulišu jačinu struje i frekvenciju kako bi se održala svjetlost. MAGNETNE (trafo): teže, jeftinije, 50 Hz frekvencija, manje efikasne, češće se zamjenjuju. ELEKTRONSKE: lakše, skuplje, 100-120 Hz frekvencija, efikasnije, duže traju. 75

RASVJETA KONTROLA I REGULACIJA 1. Kada gasiti svjetlo? Pošto prelazni procesi (On/Off) skraćuju vijek svjetiljke, postoji ekonomski rezon u strategiji uključi/isključi. Istraživanja pokazuju da pri cijeni 1kWh=5 C$, klasične sijalice treba isključivati ako nećete boraviti u prostoriji 5 min, odnosno za fluoroscentne 15-20 min. Off 5 min Off 15 20 min 76

RASVJETA KONTROLA I REGULACIJA 2. DALI Protocol (Digital Adressable Lighting Interface) Pojedinačne ili grupe svjetiljki imaju ugradjene adresabilne kontrolere koji su stalno napajani strujom i povezani sa par kablova preko kojih su daljinski kontrolisani. Mogu biti upareni u grupe po 64 jedinice. Kontroleri su obično vezani sa senzorima. 77

RASVJETA KONTROLA I REGULACIJA 3. Senzorska kontrola osvjetljenja Postoje 3 tipa senzora: a. Senzor pokreta (infracrveni), detektuje prisustvo osoba u prostoriji i pali, odnosno gasi svjetlo. b.foto-osjetljivi, detektuju jačinu osvetljenja i pali ga ako je mračno c. Kombinovani SENZORSKA KONTROLA DONOSI UŠTEDE REDA 20 %. 78

RASVJETA 79

OSVJETLJENJE Instalisana specifična snaga osvetljenja se daje po jedinici površine q lt W/m 2. Ukupna instalisana snaga osvetljenja je P lt [W] = q lt [W/m 2 ] * A [m 2 ]. Potrebna energija za osvetljenje za period τ [h] je proizvod srednje simultane snage i vremena rada (ON) osvetljenja: E lt,n [Wh] = P lt_srednje τ ON 80