Študija izvedljivosti solarnega sistema Doma upokojencev Sežana Univerza v Ljubljani Fakulteta za strojništvo Aškerčeva 6, Ljubljana T: 01/4771234 F: 01/2518567 E: ciril.arkar@fs.uni-lj.si November 2007
Vsebina 1. Povzetek 2 2. Uvod 3 3. Opis stavbe 3 4. Študija izvedljivosti solarnega sistema 5 4.1 Zasnova solarnega sistema 5 4.2 Poraba tople sanitarne vode 7 4.3 Preračun solarnega sistema 8 5. Ekonomska ocena 12 6. Zaključek 12 Priloge 13 1. Povzetek Dom upokojencev Sežana je bil zgrajen leta 1975. Leta 1985 in 1989 je bil Dom obnovljen in dograjen, tako da ima sedaj 192 mest. V sklopu Doma upokojencev so od leta 2002 tudi prostori za dnevno obliko varstva starejših občanov. Dom upokojencev Sežana si prizadeva v naslednjih letih v neposredni bližini zgraditi oskrbovana stanovanja za starejše ter razširiti storitve za starejše v sodelovanju z Bolnišnico Sežana. Poleg tega si prizadevajo tudi za dvig kakovosti življenja in bivanja njihovih stanovalcev in uporabnikov storitev. V okviru teh prizadevanj je tako predvidena tudi sanacija ovoja stavbe z vgradnjo toplotne izolacije ter namestitev termostatskih ventilov na ogrevala. Načrtovana je tudi vgradnja solarnega sistema za pripravo tople sanitarne vode. Sprejemniki sončne energije bodo nameščeni na strehi dveh stavb v sklopu Doma upokojencev. Strehi imata enak naklon 30 vendar pa nekoliko različno orientacijo 15 in 45 proti vzhodu. V študiji izvedljivosti smo analizirali različne prostornine hranilnikov toplote solarnega sistema DU Sežana. Povzetek rezultatov študije je predstavljen v spodnji preglednici. Izvedba 1 Izvedba 2 Ravni, selektivni Ravni, selektivni Vrsta in površina SSE 82 m 2 82 m 2 Število in volumen hranilnikov toplote 1 x 2 m 3 + 1 x 4 m 3 1 x 1 m 3 + 1 x 5 m 3 Solarni dobitki sistema 42.586 kwh 39.280 kwh Prihranek fosilnih goriv 5.000 m 3 plina 4.600 m 3 plina Zmanjšanje emisij CO 2 9,5 t 8,7 t Vračilna doba solarnega sistema 19 (16) let 21 (17) let stran 2 od 14
2. Uvod Študija izvedljivosti solarnega sistema Doma upokojencev Sežana je bila narejena v okviru IEE projekta SOLARGE kot rezultat promocijskih in izobraževalnih aktivnosti za investitorje. V Domu upokojencev Sežana načrtujejo postavitev solarnega ogrevalnega sistema za pripravo tople sanitarne vode v letu 2008. V okviru predvidenih obnovitvenih in vzdrževalnih del imajo za solarni sistem tudi že rezervirana oziroma odobrena sredstva. Višina teh odobrenih sredstev v pretežni meri tudi omejuje oziroma definira predvideno velikost solarnega sistema. Solarni sistem bo tako imel predvidoma 32 sprejemnikov sončne energije s skupno površino 82 m2. Študija izvedljivosti je bila narejena na podlagi izpolnjenega kontrolnega vprašalnika za velike solarne ogrevalne sisteme. Izpolnjen kontrolni vprašalnik se nahaja v prilogi 1. 3. Opis stavbe Dom upokojencev Sežana je bil zgrajen leta 1975. Leta 1985 in 1989 je bil Dom obnovljen in dograjen, s čimer se je kapaciteta doma povečala iz 120 na 192 mest oziroma postelj. V sklopu Doma upokojencev so od leta 2002 tudi prostori za dnevno obliko varstva starejših občanov. Dom upokojencev Sežana se nahaja ob robu stanovanjskega naselja, v bližini so tudi vsi za delovanje doma pomembni infrastrukturni objekti. V okviru doma sta tudi kuhinja in pralnica, kot pomembna porabnika tople sanitarne vode. stran 3 od 14
Dom upokojencev Sežana si prizadeva v naslednjih letih v neposredni bližini zgraditi oskrbovana stanovanja za starejše ter razširiti storitve za starejše v sodelovanju z Bolnišnico Sežana. Poleg tega si prizadevajo tudi za dvig kakovosti življenja in bivanja njihovih stanovalcev in uporabnikov storitev. V okviru teh prizadevanj je tako predvidena tudi sanacija ovoja stavbe z vgradnjo toplotne izolacije ter namestitev termostatskih ventilov na ogrevala. Predviden izgled razširjenega kompleksa stavb Doma upokojencev je prikazan na spodnjih slikah. Med pomembnejša prenovitvena dela lahko uvrstimo tudi zamenjavo kotlov ogrevalnega sistema. V letu 2006 sta bila tako vgrajena nova plinska kondenzacijska kotla moči 410 kw in 690 kw, ki bosta po prenovi zunanjega ovoja stavb omogočala nizkotemperaturno ogrevanje Doma upokojencev. stran 4 od 14
4. Študija izvedljivosti solarnega sistema 4.1. Zasnova solarnega sistema V okviru obnove in posodobitve Doma upokojencev Sežana načrtujejo tudi postavitev solarnega ogrevalnega sistema za pripravo tople sanitarne vode. Solarni sistem bo predvidoma zgrajen leta 2008. V okviru predvidenih obnovitvenih in vzdrževalnih del imajo za solarni sistem že odobrena sredstva. Odobrena sredstva omogočajo postavitev solarnega sistema z 32 sprejemniki sončne energije s skupno površino 82 m 2. Sprejemniki sončne energije bodo nameščeni na strehi dveh stavb v sklopu Doma upokojencev Sežana, ki se nahajata na južnem delu kompleksa stavb. Strehi imata enak naklon 30 vendar pa različno orientacijo in sicer 15 in 45 proti vzhodu, kot je razvidno s slike. Na obeh strehah bosta nameščeni enaki polji sprejemnikov sončne energije, vsako površine 41 m 2. Predvidena je vgradnja sprejemnikov sončne energije Sonnenkraft SK500, ki so prikazani na sliki na naslednji strani. Ovir v okolici Doma upokojencev Sežana, ki bi lahko senčile sprejemnike sončne energije, ni. stran 5 od 14
Shema solarnega sistema: V študiji izvedljivosti smo analizirali različne prostornine hranilnikov toplote solarnega sistema DU Sežana in sicer: Primarni hranilnik toplote (8) prostornine 2 m 3, z dogrevanjem na želeno temperaturo in drugi solarni hranilnik toplote (9) prostornine 4 m 3 Primarni hranilnik toplote (8) prostornine 1 m 3, z dogrevanjem na želeno temperaturo in drugi solarni hranilnik toplote (9) prostornine 5 m 3 Ostali parametri uporabljeni pri preračunu solarnega sistema: Pričakovana (ocenjena) poraba tople sanitarne vode je 7 m 3 na dan. Minimalna temperatura tople sanitarne vode 55 C, dogrevanje s kotlom ogrevalnega sistema do 60 C. Najvišja dovoljena temperatura v solarnih HT 90 C stran 6 od 14
V študiji izvedljivosti smo tako analizirali naslednji izvedbi solarnega ogrevalnega sistema: Izvedba 1 Izvedba 2 Število SSE 32 32 Površina SSE 82,2 m 2 82,2 m 2 Orientacija in naklon -15 / 30 in -45 / 30-15 / 30 in -45 / 30 Proizvajalec in model SONNENKRAFT SK 500 SONNENKRAFT SK 500 Tip SSE Ravni, selektivni Ravni, selektivni Število in volumen hranilnikov toplote 1 x 2 m 3, 1 x 4 m 1 x 1 m 3, 1 x 5 m Delovanje Priprava tople sanitarne vode Priprava tople sanitarne vode Posebnosti: Sprejemniki sončne energije so nameščeni na dveh strehah z različno orientacijo in enakim naklonskim kotom. 4.2. Poraba tople sanitarne vode Dnevna poraba tople sanitarne vode ni znana, je pa ocenjena na 7 m 3 na dan. Ocenjena poraba je povsem primerljiva z ocenjeno porabo za domove upokojencev ter tudi primerljiva z izmerjenimi vrednostmi v nekaterih domovih upokojencev. Dnevni profil porabe smo določili glede na znan profil porabe v primerljivem domu upokojencev, ki uporablja toplo vodo tudi za pranje in v kuhinji. Spodnja slika prikazuje primer meritev rabe tople vode v DU Preddvor. stran 7 od 14
4.3 Študija izvedljivosti Za analizo delovanja solarnega sistema Doma upokojencev Sežana smo uporabili računalniško orodje TRNSYS. Ta nam omogoča preračun delovanja kompleksnejših solarnih sistemov, kamor sodijo tudi solarni sistemi z različno usmerjenimi polji sprejemnikov sončne energije. Uporabljena konfiguracija sistema je prikazana na sliki. Izvedba 1: Izvedba solarnega sistema s hranilnikoma toplote 2 in 4 m 3 SSE: 32 SSE, 82,24 m 2 bruto površine SSE, 70,4 m 2 absorberske površine, orientacija -15 in - 45, naklon 30 HT: 1 x 2 m 3, 1 x 4 m 3 STV: 7 m 3 /dan, T=55-60 C Rezultati preračuna delovanja solarnega sistema po posameznih mesecih so prikazani na naslednji strani. Letno dovedena energija solarnega sistema za pripravo tople sanitarne vode znaša 42.586 kwh, oziroma 604 kwh/m 2 SSE, kar znaša 44% potrebne energije za pripravo tople sanitarne vode. Z uporabo solarnega sistema se bodo emisije CO 2 zmanjšale letno za 10 t. stran 8 od 14
Rezultati preračuna delovanja solarnega sistema za Izvedbo 1: 1 Sončno obsevanje na horizontalno ravnino [kwh/m 2 mesec] 2 energija iz SSE v hranilnik 1 3 energija SSE v hranilnik 2 4 energija iz HT 2 v 1 5 energija v HT1(iz SSE in HT 2) 6 energija z električnim grelcem 7 Raba energije za ogrevanje sanitarne vode 8 Toplotne izgube hranilnika 1 9 Toplotne izgube hranilnika 2 Pokritost po rabi energije za ogrevanje sanitarne vode Mesec Januar 43 1787 194 190 1977 6349-8237 -41 9 24 Februar 59 1871 193 228 2099 5377-7438 -40 3 28 Marec 118 3269 336 286 3554 4776-8233 -55-13 43 April 133 2936 463 428 3364 4699-7969 -53-20 42 Maj 177 3795 337 319 4114 4218-8233 -60-23 50 Junij 185 3749 197 177 3926 4125-7967 -58-19 49 Julij 216 4952 124 84 5036 3292-8233 -68-29 61 Avgust 190 4923 316 279 5202 3158-8233 -69-37 63 September 126 3800 325 326 4126 3930-7969 -58-23 51 Oktober 107 4458 249 234 4692 3622-8235 -61-13 57 November 49 2188 333 358 2546 5479-7970 -45-4 32 December 35 1709 232 241 1950 6335-8235 -25 3 24 Skupaj 1.437 39.437 3.299 3.149 42.586 55.361-96.953-633 -166 44 Vrednosti v tabeli so prikazane v kwh/mesec in v primeru letnih vrednosti (Skupaj) v kwh/leto Prenešena energija [kwh/mesec] 8800 8000 7200 6400 5600 4800 4000 3200 2400 1600 800 0 Januar Februar Marec April Maj Junij Energijska bilanca sistema Julij Avgust September Oktober November December SSE hranilnik 1 SSE hranilnik 2 hranilnik 2 hranilnik 1 električna energija hranilnik 2 sanitarna voda hranilnik 2 toplotne izgube hranilnik 1 toplotne izgube hranilnik 2
Izvedba 2: Izvedba solarnega sistema s hranilnikoma toplote 1 in 5 m 3 SSE: 32 SSE, 82,24 m 2 bruto površine SSE, 70,4 m 2 absorberske površine, orientacija -15 in - 45, naklon 30 HT: 1 x 1 m 3, 1 x 5 m 3 STV: 7 m 3 /dan, T=55-60 C Rezultati preračuna delovanja solarnega sistema po posameznih mesecih so prikazani na naslednji strani. Letno dovedena energija solarnega sistema za pripravo tople sanitarne vode znaša 39.280 kwh, oziroma 558 kwh/m 2 SSE, kar znaša 40% potrebne energije za pripravo tople sanitarne vode. Z uporabo solarnega sistema se bodo emisije CO 2 zmanjšale letno za 10 t. Povzetek rezultatov obeh preračunov: Izvedba 1 Izvedba 2 SONNENKRAFT SONNENKRAFT Proizvajalec in model SK 500 SK 500 Površina SSE 82,2 m 2 82,2 m 2 Orientacija in naklon -15 / 30 in -45 / 30-15 / 30 in -45 / 30 Število in volumen hranilnikov toplote 1 x 2 m 3, 1 x 4 m 1 x 1 m 3, 1 x 5 m Solarni dobitki sistema 42.586 kwh 39.280 kwh Solarni dobitki na enoto površine SSE 604 kwh/m 2 SSE 558 kwh/m 2 SSE Prihranek fosilnih goriv 5.000 m 3 plina 4.600 m 3 plina Obe izvedbi solarnega ogrevalnega sistema Doma upokojencev Sežana se med seboj razlikujeta le po velikosti obeh predvidenih hranilnikov toplote. Kljub relativno majhni razliki med sistemoma pa je količina zbrane energije različna. Večji delež pokritja potreb po topli sanitarni vodi zagotovimo s prvo izvedbo solarnega sistema. Delež pokritja potreb po topli vodi Izvedbe 1 je 44%, izvedbe 2 pa 40%.
Rezultati preračuna delovanja solarnega sistema za Izvedbo 2: 1 Sončno obsevanje na horizontalno ravnino [kwh/m 2 mesec] 2 energija iz SSE v hranilnik 1 3 energija SSE v hranilnik 2 4 energija iz HT 2 v 1 5 energija v HT1(iz SSE in HT 2) 6 energija z električnim grelcem 7 Raba energije za ogrevanje sanitarne vode 8 Toplotne izgube hranilnika 1 9 Toplotne izgube hranilnika 2 Mesec Januar 43 1372 552 547 1919 6385-8241 -32-4 23 Februar 59 1658 438 456 2114 5375-7445 -31-7 28 Marec 118 2815 398 344 3159 5142-8246 -39-14 38 April 133 2578 283 291 2870 5153-7974 -36-7 36 Maj 177 3427 407 350 3776 4531-8240 -42-23 46 Junij 185 3213 176 174 3387 4642-7969 -40-19 42 Julij 216 4320 198 144 4464 3826-8227 -46-29 54 Avgust 190 4465 317 276 4741 3561-8238 -47-35 57 September 126 3688 418 372 4060 3987-7978 -42-28 51 Oktober 107 4029 426 443 4472 3819-8248 -45-25 54 November 49 1975 406 421 2397 5623-7982 -34-8 30 December 35 1456 443 465 1921 6362-8252 -19-1 23 Skupaj 1.437 34.997 4.461 4.283 39.280 58.406-97.039-453 -201 40 Vrednosti v tabeli so prikazane v kwh/mesec in v primeru letnih vrednosti (Skupaj) v kwh/leto Pokritost po rabi energije za ogrevanje sanitarne vode Prenešena energija [kwh/mesec] 8800 8000 7200 6400 5600 4800 4000 3200 2400 1600 800 0 Januar Februar Marec April Maj Junij Energijska bilanca sistema Julij Avgust September Oktober November December SSE hranilnik 1 SSE hranilnik 2 hranilnik 2 hranilnik 1 električna energija hranilnik 2 sanitarna voda hranilnik 2 toplotne izgube hranilnik 1 toplotne izgube hranilnik 2
5. Ekonomska ocena Investitorjem solarnih sistemov so v Sloveniji na voljo tudi nepovratna sredstva. Trenutno so nepovratna sredstva na voljo zgolj za fizične osebe. V prihodnjih letih bodo nepovratna sredstva predvidoma na voljo tudi za velike solarne sisteme in pilotne projekte. Za velike sisteme bodo predvidoma na voljo nepovratna sredstva v višini 150 /m 2 ali največ 30% investicijskih stroškov. Ekonomska analiza solarnega sistema DU Sežana je narejena z in brez upoštevanja nepovratnih sredstev. Pri izračunu vračilne dobe investicije v solarni sistem Doma upokojencev Sežana smo upoštevali naslednje dejavnike: Obratovalne in vzdrževalne stroške solarnega sistema v višini 1,0 % letno Obrestno mero najema kredita pri Ekološkem skladu v višini 3,9 % Letno rast cen fosilnih goriv (zemeljskega plina) v višini 5 % Ob danih predpostavkah je vračilna doba investicije v predlagana solarna sistema prikazana v spodnji preglednici. Vračilna doba je določena tudi za primer pridobitve nepovratnih sredstev v višini 150 EUR/m 2 SSE, katera naj bi bila na voljo že v letu 2008. Izvedba 1 Izvedba 2 Površina SSE 82,2 m 2 82,2 m 2 Solarni dobitki sistema 42.586 kwh 39.280 kwh Prihranek fosilnih goriv 5.400 m 3 plina 4.900 m 3 plina Cena goriva v letu 2007 0,56 EUR/m 3 0,56 EUR/m 3 Prihranek solarnega sistema v letu 2007 3.020 EUR 2.740 EUR Investicijski stroški solarnega sistema 58.000 EUR 58.000 EUR Višina subvencije 150 EUR/m 2 SSE 150 EUR/m 2 SSE Vračilna doba brez subvencije 19 let 21 let Vračilna doba z upoštevanjem subvencije 16 let 17 let 6. Zaključek Študija izvedljivosti solarnega ogrevalnega sistema Doma upokojencev Sežana je pokazala, da je primernejša Izvedba 1, zaradi večje količine letno zbrane energije ob sicer primerljivi ceni obeh solarnih sistemov. Vračilna doba investicije v solarni ogrevalni sistem je za naše razmere relativno dolga, vendar je to predvsem posledica kvalitetnih kotlov ogrevalnega sistema z visokim izkoristkom delovanja. Za povečanje solarnih dobitkov solarnega sistema bi bilo smotrno proučiti možnost povečanja skupne površine sprejemnikov sončne energije nameščenih na strehi z ugodnejšo orientacijo.
Priloga 1 KONTROLNI VPRAŠALNIK veliki solarni ogrevalni sistemi Projekt solarnega ogrevalnega sistema 1. Lokacija stavbe Naziv stavbe: DU Sežana... Naslov: Ivana Turšiča 6, 6210 Sežana... večstanovanjska stavba št. stanovanj... poslovna stavba X bolnica, DSO (s kuhinjo; s pralnico) šola (z / brez večnamenske športne dvorane) hotel (z / brez bazena) drugo: število varovancev 200, število zaposlenih 59 leto izgradnje/prenove: 1975 2. Lastnik ali predstavnik Ime ali naziv: direktor Miha Pogačar Naslov DU Sežana, Ivana Turšiča 6, 6210 Sežana Tel/fax: 05 731 17 00, 05 731 17 01... E-pošta: domupokojencev.sezana@siol.net 3. Vprašalnik izpolnil: Ime:PSP d.o.o., Aljoša Pajk... Naslov: Jeranova 12, 1000 Ljubljana Tel./e-pošta: 01 283 8558, 041 679 220, Podatki o možni namestitvi solarnega sistema Možna mesta namestitve sprejemnikov sončne energije: x integriran v streho orientacija strehe V JV J JZ Z x na nosilno konstrukcijo na strehi naklon strehe: 30... na ravno streho ali teraso na teren ob stavbi drugo: predvidena je postavitev kolektorjev na dveh zgradbah... razpoložljiva površina za sprejemnike sončne energije: 100 m 2 ali obstajajo ovire, ki senčijo površino: DA NE razdalja do kotlovnice:50 m razpoložljiva površina kotlovnice za hranilnik toplote 50 m 2 višina kotlovnice: 3 m Dodatna pojasnila: stran 13 od 14
Podatki o pripravi in porabi tople sanitarne vode Sanitarno vodo segrevamo: lokalno... x centralno hranilniki tople vode: 1 x 2 m 3, 1 x 4 m 3 s solarnim sistemom x s kotlom ogrevalnega sistema z električno energijo drugo... Poraba tople sanitarne vode: x ocenjena izmerjena >> v obdobju:................ Poraba:.7 m... (m 3 /dan)...(m 3 /mesec)... (m 3 /leto) J F M A M J J A S O N D mesečni podatki o rabi tople vode ali goriva v: m 3 litrih kwh % Podatki o ogrevalnem sistemu Stavbo ogrevamo: x centralno lokalno s kurilnim oljem Leto postavitve ogrevalnega sistema:2006 obnova predvidena leta: Število in nazivna moč kotlov: 1 x 410 kw, 1 x 690 kw x kondenzacijski Energent: elektrika, kurilno olje, x zemeljski plin, propan, biomasa Temperatura dovoda / in povratka: 70/50... C Ogrevana površina stavbe: 5.755... m 2 Raba energije za ogrevanje: ocenjena x izmerjena Leto (vsaj eno) Poraba v [kwh/leto] elektrike, [l/leto] ELKO,[m 3 /leto] plina 2004 2005 ELKO 140.104 l 2006 zem. plin Dodatna v letu 2006 je bila izvedena sanacija kotlovnice, zamenjal se je ELKO na zemeljski plin. V letu 2008 je predvidena vgradnja solarnega sistema.......pril oge: za lažje razumevanje prosim dodajte: fotografije, sheme, skice stavbe in okolice, strehe in kotlovnice ter naslov spletne strani Izpolnjen vprašalnik pošljite po faksu 01/ 2518567 ali na naslov: Fakulteta za strojništvo Aškerčeva 6 dr. Ciril Arkar 1000 Ljubljana stran 14 od 14