Slobodan Zrnić Živojin Ćulum Grejanje i Klimatizacija Sa Primenom Solarne Energije

ŠLOBODAN ŽRNIĆ

ŽIVOJIN ĆULUM

FJUEšovi«si,ta"i:

T U Z L -

BIBLlOTSKa ijiventarni br.-

Jt&ss........ —

i

i•

| I

S ig n a tu ra

GREJANJE I KLIMATIZACIJA SA PRIMENOM SOLARNE ENERGIJE OSMO IZDANJE

BEOGRAD

Slobodan Z rnić Živojin ĆnSurrs G R E JA N JE I K L IM A TIZ A C U A - sa prim enom solarne energije -

Izdavač » N a u č n a k n jšg a « Beograd, Uzun-M irkova 5

Recenzent

Mimskiv Lambič, dipl- inž.

Z a izđavača Dr Blažo Perović

Tiraž 500 prtm eraka

ISBN 86-23-43015-8

Štampa: ŠIP „B akar” Bor

SADR Ž A J

Predgovor petom izdanju ............................................................................................. XI Sistem međunarodnih (SI) jedinica u S F R J ......................................................................XII Upotrebljene oznake imernejedinice . ............................... ............................................. XV Uvod . . , .............................................................................................................................. 1 DEO 1 .. GREJANJE I KLIMATIZACIJA Odeljak

I

1. Opšti deo ......................................................................................................................... 11. Istorijat ....................................................................................................................... I2Početak korišćenja indirektne Sunčeve eneigije .............................................. .. 13Fiziološki u d o v i....................... .. . . ......................................................................... 131 T erm oreguladja............................................................ ........................ , . . . 132 Sastav vazđuha.................................................................................................... 133 0 regulisanju ventiladje vazduha (provetravanje) .......................................... 134 Uticaj viage na zdravlje ć o v e k a .......... ....................................................... .. , 13 5 Prašina i ostale nečistoće u vazđuhu................................................................ I4Strujanje vazduha (prom aja).................... 141 Uticaj vazđuha na proizvode i proizvođnju...................................................... 15 Odavanje toplote čovečjeg organizma............................................................. 151 Opšta razmatranja i reakcije organizma na kkmatsku promenu sređine . . . 152 Vlažnost vazduha i temperatuia kože ............................................................. 153 Količina ođavanja toplote čovečjeg organizm a.............................................. 154 Odavanje toplote čovečjeg organizma pomoću vlage izražene masom vođene p a r e ............................................................................. 16Područje ugodnosti.................................................................................................... 161 Raspon temperature i relatšvne vlažnosti.............................................. .. 162 Ostali uticaji na ugodnost odnosno aktivnost čoveka ...............................

O

5 5 6 6 7 7 8 8 II 11 12 15 15 15 16 18 21 21 22

d e 1j a k H

2. Osnovi prenosa toplote ......................................... 21 U v o d ........................................................................................................................... 22Prenošenje toplote ............................

25 25 25

IV 221 .Prelaz toplote .................................................................................................... 222 Prolaz toplote .................................................................................................... 223 Sprovođenje to p lo t e .......................................................................................... 23 Prelaz toplote ............................................................................................... .. 231 Koeficijenti prelaEa toplote .............................................. ............................. 24 Uticajne veličtne......................................................................................................... 25 Prolaz toplote ........................................................................................................... 251 Određivanje koeficijenta prolaza to p lo te .......... .............................................

Gđeljak

III

3. Termoteimički proračun gubitaka toplote ................................................................... 31 Opšti deo ................................................................................................................... 32Podaci za proračun potrebne količine toplote ............................ ........................ 33 0snovi p ro tač u n a.................................................................. 34Gubici usled prolaza toplote kroz obuhvatne površine ......................................... 341 Koeficijenti prolaza toplote k za praktičnu upotrebu............................ .. 35 Temperaturski p o d a c i............... 351 Unutrašnja projektna temperatura (UPT) prostorije...................................... 352 Spoljna projektna temperatura (S P T )............................................................... 353 Stepen-dan i njegova p rim e n a ........................................................ ................. 354 Temperature u prostorijama koje se ne zagrevaju ......................................... 36 Dodaci na proračunate gubitke toplote Q0 ........................................................... 361 Dodatak na prekid lo ž e n ja ................................. ............................................. 362 D odatakZ^ radi izjednačenja temperature usled lilađnih površina............. 363 D odatakna strane svetaZs .......... .................................................................... 364 Dodatak ušled propustljivosti pregradnili površina. Propustljivost prozora iv ra ta ...................................... 365 Dodatak na uglovni položaj prozora Z„ . . ..................................................... 37 Proračun ukupne količine toplote Q h ..................................................................... 371 Uprošćen način proračuna. Đodatak na uticaj vetra Z„ .............................. 372Približni proračun potrebne količine toplote ................................................. 373 Primer p ro ra ču n a............................................................................................... 38 Specijalni slu č ajev i.................................................................................... 381 Zgrade koje se retko zagrevaju.................................................................. 382 Masivne i vrlo lake konstrukcije objekata........................................................ 383 Gubici toplote velikih povrfinau đodiru sa z e m ljo m .................................... 3 8 4 H ale......................................................................................................................

Odeljak

26 26 26 31 31 32 32 33

37 37 38 39 39 40 47 47 50 52 53 54 55 56 56 56 59 59 60 60 61 65 65 66 67 67

IV

4. Sistemi giejanja. Generalna p o d e la ............................................................................... 41 Kratak istorijat............... 42 Uslovi sistema i uređaja za zagrevanje...................... 43 Uređaji za lokalno g rejan je...................................... 431 Peći za čvrsta goriva. Osnovni za h te v i...................................... ................... ■ 432 Vazdušno grejanje keramičkim p e ć im a ............................................................ 433 Metalne peći ..........................................................................

69 69 70 71 71 74 74

V 434 Odrečtivanje jačine p e ć i ...................................................................................... 75 435 Đ im n ja k .......................................................................... 76 436 Gasne p e ć i.................... 78 437 Uljne p e ć i ....................................................................................................... .. , 83 438 Određivanje jačine grejanja................................................................................ 84 439 Zagrevanje prostorija električnom energijom ................................................. 85 44 Oprema i uređaji sistema centiainih grejanja......................................... .................. 87 441 Kotlovi za čvrsta g o riv a ..................................................................................... 87 442 Kotlovi sa gasnim i tečnim g o riv o m .............................■................................... 94 443 Električni k o tlo v i..................................................................................................100 444 Pribori, aimatpre i sigurnosni uređaji ................................................................ 100 4 4 5 Jačinaigrejnapovršinakotla ............................................ . : ........................103 446 Ekonomičnost kao kriterijum za izbor goriva................................................. 104 45 Izmenjivači to p lo te .................................................................................................... .105 451 Proračun izmene količine toplote u izmenjivaču............................................ 106 46 K otlam ica............................................................................................ ................. .. . 107 461 Prostorije za smeštaj goriva................................................................ 108 462 D im n ja č a .............................. 108 463 D im n ja k .......... ............................................................................ 109 .47 Snabdevanje toplom v o đ o m .................................. ............................................. .. . 114 471 V eličin ab o jlera.......................................................................................... - . . . 115 472 Đnevna potrošnja tople vode u zgm dama......................................................... 116 48Radijatori (grejna tela) ...............................................................................................116 481 Cevni radijatori .................................................................................................... 117 482 Pločasti rad ijato ri............................................................................... 117 483 Člankasti rađgatori ................................................................... 118 484 Smeštaj radijatora..................................................................................................119 485 Maskiranje radijatora................................................................... 121 486 Opšte p rim e d b e ...................................... 122 487 Proračun radijatora................................................................................ .. 127 49 Konvektori ................................................................................................................... 131 O deljak 5.

V

Razvođenje to p lo te .......................................................................... 133 51 Opšti deo .................... .......................................................................... . . ..............133 52Podelamreže prema kretanju f l u i đ a ................................................. 137 53 Podela prema položaju razvođne m reže....................... 138 54 Uređaji za zatvaranje.................................... 139 55 Izolacija c e v i ................................................................................................................. 140 551 Proračun izolacionog s l o j a ............................... 141 552U prošćeniproračunza kR ........................................................ ,144 553 Određivanje debljine iz o la c ije ........................................................................'. 147 554 0dredivanje ekonomske debljine iz o la c ije ................................. .................. 147 56Cevne n tr e ž e .............................................................. 148 561 Opšti deo .................... 148 562 Dva načina postavljanja zađatka kođ proračuna mreža .................................. 149

V!

563 Simultani proračun sa više pretpostavki ........................................................ 150 564 Uprošćenje proračuna upotrebom pomoćnih listova .................................... 151

Odeijak

VI

6. Sistemi centralnih g reja n ja.............................................................................................. 153 61 Uporedne karakteristike sist.ema grejanja..................................................................153 611 Piednosti centralnog grejanja ............................................................................ 153 612 Nedostaci centralnog g re ja n ja................................. 154 613 Prednosti pamog grejanja............................................................... , ...............154 614 Neđostaci parnog grejanja.................................................................................... 154 62Grejanje toplom v o d o m ........................................................... 155 621 Gravitacionisistemvodenoggrejanja ................................................................155 622 Otvoreni i zatvoreni sistemi vodenog grejanja.............................................. .. 160 623 Sigurnosni u ređaji.................................................................................................160 624 Opšte napomene za izradu projekta i izvođenje centralnog grejanja toplom v o d o m .................................................................... 166 625 Proračun gravitadonog vodenog grejanja.......................................................... 166 626 Proračun hlađenja u cevima ............................................................................... 180 627 Proračun etažnog (spratnog) g re ja n ja ................................................... 187 628 Purnpno grejanje................................................................................................... 197 63Panelnogrejanje..................................................................... 206 631 Opšti d e o ............................................................................................................. 206 632 Akumulacija'i reguHsanje toplote kod panelnflr grejanja...............................208 633 Pređnosti i neđostaci panelnih grejanja .............................................................209 634G rejačizapanelnagrejanja......................... 210 635 Plafonsko grejanje................................................................................................ 213 636 Podno grejanje................................. 223 637 Ziđno g reja n je.................................................................................... 225 638 Određivanje temperatnre na spoljnim površinama panelnih grejača . . . . . . 226 639 Pođaci za p ro ra ču n ................................. 227 640 Mreže za panelna grejanja....................................................................................236 64Pamo grejanje ............................................................................................................. 239 641 Parno grejanje niskog pristiska............................................................................239 642 Pamo grejanje visokog pritiska ......................................................................... 244 643 Vakuumsko g reja n je.................................................................. 245 644 Proračun mreže pamog grejanja niskog pritiška .............................................245 65 Grejanje pregrejanom vodom ............ 251 651 Ekspanzioni s u d .......... ........................................................................................252 652 Sistem bez ekspanzionog s u đ a .................................... 254 653 Opšte napomene i upoređne karakteristike .....................................................254

Odeljak

VI I

7. Vazdnšna postrojenja ................................................................................................... 257 71 Opšti d e o .....................................................................................................................257 72 Provetravanje (ventiladja) .........................................................................................258 721 Prirodna ventilađja....................................................................... 258

VII 722 Mehanička (prinudna) ventflađja.......................... .. . . .................................. 259 73 Vazdušno grejanje.................... ..................................................................................262 731 Inđividualno zagrevanje p ro sto rija................................................................... 263 74 K lim atizacija............................................................................................. 741 Temperatura n klimatizovanim prostorijama ................................. 267 742 Zimske i letnje SPT za klim atizaciju.................................................................268 743 Uticaj-vlažnosti vazduha-.................. ..........................................................: : . 268 744 Bizina vazduha .................................................................... 745 Sistemi klim atizacije.......... ................................................................................. 269 746 Proces vk.ženja vazđuha u klima-komorama....................................................283 747 Osnovi proračuna klima-uredaja ..................................................................... 289 748 Izmena toplote kod kJimatizacije ......................................................... .. 299 749 Proračun jednog kiima-uređaja . ...................................................................... 311 75 Prindpi automatskog regulisanja kod klimatizacije ...............................................321 751 Primer regulisanja klimatizadje jedne p ro sto rije ............................................. 323 Odeljak

IX

9. Regulisanje postrojenja centialnog g re ja n ja ......................................... ..................... 353 Odeljak

X

10. Toplotni bflans................................................................................................................359 101 Potrošnja to p lo te ............................................................................................ 359 102 Korisna toplota ................. 359 103 Gubici to p lo te ........................................................................................................ 359 104 Stepen korisnog dgstva grejnog postrojenja.................. „................................. 360 DEO II - PRIMENA SUNČBVE ENERGIJE U GREJANJUIKUMATIZACIJI Odeljak

26

V III

8. Daljinsko grejanje, Toplifikacija................................................. ................................ . 325 81 Prednosti i nedostaci........................................................... ......................................325 82Postrojenja ddjinskog grejanja .................................................................................. .3 2 6 83Prenošenje toplotne energije.......... ......................................................... 831 Cevne mreže ................................. . . . ...................................................... 327 832 Izbor vrste i lokadje toplana .............................................................................. 344 833 Proračun cevnih mreža za đaljinske to p lo v o d e ....................... ...................... 345 834 Balansiranje opterećenja toplote i snage .........................................................350 84GIavni tehnički parametri to p h fik a d je .................. ................................................351 85 Paralelan rad toplana u snabdevanju to p lo to m ............. ......................................... 351 Ođeljak

265

XI

11. Sunčeva energija . . . ............... ................................................................................. 363 111 Važniji podad o Suncu i njegovoj e n e rg iji......................................................... 363 112 Raspođela Sunčeve energije na Z em iji...................................................... .. 364 113 Energija Sunčevog zračenja na gomjoj granici atmosfere ............................... 365 114 Snaga Sunčevog zračenja na površini Z e m lje ..................................................... 365

327

vin 115 Pravac Sunčevili zraka i atmosferska propustljivost......................................... 366 116 Zavisnost od godišnjili d o b a ................................................................................. 367 117 Vreme trajanja obdanice i uglovi položaja Sunca za geografsku širinu od 45° .................................................................................. 368 118 Dijagram položaja Sunca u odredene sate 1 prividnih Sunčevili putanja na nebu tokom gođine za odieđene sate na 45° geografske š irin e .................. 370 119 Zavisnost intenziteta insokcije jedne površine od njene orijentacije u p ro sto ru ............................................................................................370 Odeljak 12.

X II

Uredaji za korišćenje direktne Sunčeve energije ....................................................381 121 Ravni solarni kolektori ......................................................................................... 381 122 Apsorber...................................................................................................................383 123 Prednji pokrivač solarnog k o le k to ra .................................................................... 386 124 Izolaeija i zaptivanje solamih kolektora............................................................... 387 125 Vazdušni solarni kolektori ....................................................................................388 126 Primena sokrne energije......................................................................................... 390 127 Optimalni nagihni ugao solaniog kolektora ........................................................390 128 Koeficijent korisnog delovanja ili stepen iskorišćenja ravnog solamog kolektora ................................................................................. 392 129 Koeficijent korisnog delovanja solarnog kolektora u zavisnosti od intenziteta Sunčevog zračenja.................................... 394

Odeljak

X III

13 Vezivanje solamih kolektora u siste m ............................................ 399 131 Sistemi za korišćenje solame energije ................................................... 400 132 Aktivni solami srstem i........................................................................................... 400 133 Solamibojleri .......................................................................... 400 134 Postavljanje solarnih bojlcra koji funkeionišu prema termosifonskom principu narazne objekte ......................... 403 135 Solarni bojleri sa prinudnom cirkulacijom flu id a ................................................404 136 Soiarni bojleri sa dopunškim grejanjem ............................................................... 404 Odeijak

X IV

14 Akumulatori toplote .................................................... 407 141 Raspodela i regulacija toplote u solamom sistem u .............................................411 142 Dopunsko grejanje u sokrnom sis te m u ............................................................... 413 143 Toplotna pum pa......................................................................................................414 Ođeljak

XV

15. Grejanje prostorija soiamom energijom .......................................................................419 Odeljak

XVI

16. Trombcov ziđ. Pasivno korišćenje Sunćeve energije sa protokom v a z d u h a.......... 423 161 Varijante Trombeovog zida . ............................................... ................................ 427 162 Stepen iskorišćenja Trombeovog ziđa ....................................... ......................... 427

IX 163 Korlšćenje Sunčeve energije u visokoj zgradi ....................................................429 164 Priprema tople Mgijenske vode .................................................................... 429 165 Veza solarnih bojlera i bojlera po h o riz o n ta li....................................................431 166 Grejanje stambenog prostora u visokoj g ra d n ji................................................. 432

O

d e 1j a k X V II

17. Pasivni solami sistem ........................................................................................ .. 435 171 Prednost pasivnog nad aktivnim solamim sistemom za zagrevanje kuća .....................................................................................................435 172 Uslovi za primenu pasivnog solarnog sistema za grejanje kuća ........................437 173 Pasivno korišćenje Sunčeve energije bez protoka vazduha............................... 437 174 Problemi pregrevanja prostora i njihovo otklanjanje......................................... 438 175 Koeflcijent korisnog delovanja ili stepen iskori šćenja pri solamom zagrevanju p r o s to ia ............................................................................... 440 176 Praktični proračuni solamog sistema sa akumulatorom bez toplotne p u m p e .................................... 443 177 Praktični proračuni solamog sistema sa toplotnom pum pom .......................... 445 178 Automatika u solamim sistemima ................................................................. .. . 446

Odeljak

X V III

18. Koncentrisana Sunčeva energija i njena p rim e n a............................................ .. . , ,4 4 9 181 Solarne p eć i.................... 453 182 Solarni tomjevi ...................................................................................................... 455 183 Optička sočiva kao koncentratori ......................................................................456

Ođeljak

XI X

19. Solamibazeni ................................................................................................... 459 191 Vrste i zagrevanje b a z e n a ....................................................................................... 459 192 Solami sistemi za zagrevanje b a z e n a ...................................................................'460 193 Plastični apsorberi za zagrevanje apsorbera ...................................................... 460 194 Kolektorski sistemi za zagrevanje b az en a.............................................................462 195 Smanjivanje toplotnih gubitaka b a z e n a ............................................................... 463 196 Zagrevanje bazena pomoću dva odvojena solama sis te m a ............................... 464 197 Proračurri broja kolektora za cslame bazene ....................................................465

Odeljak

XX

20. Solame sušare i destilatori ......................................... ............................................. . 469 201 Solarni destilatori vođe ..................................................................................... . 470

Odeljak 21

XXI

Konverzija Sunčcve u električnu energiju. Spoljni fotoelektričrti efekat. Fotoćelija ........................................................................ 473 211 Poluprovodnici.............................................................................. 474 212 Unutrašnji fotoelektrični efekat. Fotonaponske ili solarne ćehje . . . . . . . . 477 213 p —n spoj. Poluprovodničke diođe ......................................................................478 214 Potendjalna barijera p - n spoja. Sopstveni napon diode ............................... 480

X 215 Silicijumske fotonaponske ćelije ........................................................ 216 Dofdngovanje kristala silicijuma..........................- .............................. 217 Fotonaponski e f e k a t.................................... ................... 218 Energija veze i Sunčevo z ra č e n je ............................ ............................ 219 Koericijent korisnog delovanja sfficijumske solame ćelije ...............

Ođeljak 22

23

X X II

Izrađa silicijumsldh solamih ć e lij a ...................... ..................................... 221 Tehnologija dobijanja čistog sflicflum a...................................... .. ■ 222 Izgradnja p - n spoia' dopmgovanjem .............................................. 223 Obrazovanje antirefleksnog rida ...................................................... 224 Obrada zadnje strane solarne ćelije................................................... 225 Omski kontakti sa površinama solame ćelije.................................... 226 Solame ćelije od amorfnog silicijum a.............................................. 227 Silidjumska solama ćeUja đomaće proizvodnje ............................... 228 Solame ćelije sa osnovama ođ raznih poluprovođnika .................. 229 Primena koncentratora svetlosti s dljem poboljšanja efikasnosti solamih ć e h ja ...................................................................

Odeljak

. .495

497 499 499 500 501 502 502

X X IV

24. Primena solamih ćelija................................................... ; ........................ 241 Ukopčavanje solamog generatora u centralnu mrežu . . ................

O

. .489 . .490 . .491 . .492 . .492 . .493 . .493 . .494 . .494

X X III

Soiami m o d u li........................................................................................... 231 ............................................................................................................... 232 Napajanje akumulatora strujom iz solamog panela ....................... 233 Dobijanje neizmenične straje za primenu ...................................... 234 Proračun vršne snage solame ćelije modula i p an ela....................... 235 Cena .................................................................................. ................. 236 Usaglašavanje potrebe, prijema i potrošnje solame en erg ije..........

Odeljak

481 483 485 486 487

505 509

đ e 1j a k X X V

25. Primena nukleame energije za grejarije i klimatizadju . ..................... 251 Nukleama fiizija.............................................. 252 Sadašnji izvori encrgije i šanse za njihovo korišćenje u budućnosti 253 Solarna en e rg ija...............................................................................

.................................................................................. LITERATURA .............................................................................................. d o d a t a k ......................................................................................................

.510 . 512 . 514 . 516 . 517 . 519

PREDGOVOR M aterijal koji je obuhvaćen u ovom udžbeniku, prvobitno je hio pripremijen za izdavanje skripata na osnovu predavanja koja sam držao iz ovog predirteta na Mašinskom fakultetu u Novom Sadu. M eđuthn, prilikom ispitivanja potreba za ovim izdanjem I načina njegove obrade, pokazalo se da su za sada iscrpljena ranija izdanja skripata i udžbenika iz ovog predm eta i na drugim fakultetim a a pri tome postoji takođe interesovanje za ovom materijom i u drugim institucijama — projektntm biroima i izvođačkim preduzećima. Zbog ovoga je rukopis, pripremljen za skripta, dopunjen potrebnim pođa* cima ltoji mogu korisno poslužiti i prilikom praktičnih radova jz ove discipiine. U ovom udžbeniku kod primene izvesnih izraza, oznaka i simbola, m ada je zadržan uglavnom internacionalni način obeležavanja, gdegod je bilo moguće vođeno je računa i o logici izražavanja na našem jeziku, naročito u pogledu indeksa uz pojedine oznake. Principi automatskog regulisanja kod klimatizacijc U ovom izdanju obrađeni stt od strane dr inž. Dušana Jakšića, zbog čega m u i ovont prilikom izražavam svoju iskrenu zahvalnost. Isto tako se zahvaljujem i đipl. irtž. Slobodanu Kneževiću na velikoj pomoći oko tehničke priprem e ovog izdanja. Novi Sad, maja 1966. god.

S. Zrmć

PREDGOVOR PETOM IZĐANJU Napredak tehnologije u oblasti grganja i klimatizacije, đefinitivno usvcgen Međunarodni sistem memih jedinica SI, primena solame energije, kao i nedostatak odgovarajuće literature, podstakli su nas da pripiemimo ovo izdanje. U cilju korišćenja savtemene tehnolog^e i zadržavanja obima knjige prethodnog izdanja, izostavljena su izlagaiga o već dobro poznatim astemima grejanja koji su sve manje u upotrebi, a uvedeni su saviemeni i ekonomičniji sistemi koji se danas koriste kod nas i u svetu, Striktno je sproveden Međunarodni sistem memihjeđinica. Primena solarne energije u sve većoj energetskoj krizi kojoj je ovde posvećena naročita pažnja, data je na taj načln što je izlaganje o njoj delimično utkano u tekst prethodnog izdanja knjige na odgovar. ićirr. mestima, a većim delom dato posebno u drugom deiu knjige. Tako se dobija jedinstvena celina koja omogućava pregled raznovrenih rešenja pojeđinih pioblema grejanja i klimatizacije. Nadamo se da će ovako zamišljena knjiga korisno poslužiti svima kcji su zainteresovani za obiast koja se u njoj tretira, čime bi ovo izđanje imalo svoje potpuno opravdanje.

Autori

S IS T E M M E B U N A R O D N IH (SI) JE D IN IC A U SF R j I. Osnovnc mt-rne jeđinice Veličina dužina ma&a vreme jačina eSektrične struje termodinamička temperatura svetlosna jačina količina materije

Osnovne meme jedinice metar kilogram sekunđa amper kelvin kanđela mol

Oznaka m kg s A K cd mol

2, Izvedene jedinice Mcđunarođnog (SI) sistema kojc su u vezi sa materijom u ovorn izdanju podužna masa povrginska masa zapreminska masa (gustins) brzina zapremijjski protok maseni protok siia pritisak (napon) dinamička viskoznost kinematička viskoznost energi/a 3 rad i količina toplote snaga, termički fluks termodinamička temperatura entropija masena koiičina topiote termička provodnost (koefidjent) temperatumi gradijent ugao u ravni prostomi ugao energetska jačina zračenja

kilogram po m etru kilogram po kvadratnom metru kiiogtam po kubnom m etru metar u sekundi kubni metar u sekundi kilogram n sekundi njutn paskal paskal-sekimda kvadratni metar u sekunđi džui vat keivin džul po kelvinu džul pc kilogram-keSvinu vat po metarkeivmu kelvin po metru radijan steradijan vat u steradijanu

kgm "

1

kgm '

3

kgm - 3 m s' 1 ms s" 1 kgs ' 1 N Pa Pa ■s m* s' 1 J W K JK ' 1 Jk g '^ K ' 1 U 'm 'T 1 K m' 1 rad sr W sr1

XIII Dcđmalm numerički činioci^ njihovi predmeci i osnake Činilac

Predmetak

Oznaka

1 0 18

eksa peta tera giga mega kilo hekto deka

E P T G M k h da

“ 10“ 10

109 1

QS

103

a

10 10

Činilac 1 0 -1 1 0 -2

.

I0 - 3 1 0 -e 1 0 -9 10 -1 2

-

1 0 - 15 10

- ss

Predmetak

Oznaka

deci centi mili mikro nano piko femto ato

d c m p n p f a

Mernć jedinicc izvan SI sutema čija je upotreba i dalje dozvoljcna Veiičina

Jedinica

Tem peratura zapremina vreme

stepen Celzijusa litar minuta čas ili sat dan bar vatčas voltamper

pritisak energija, rad, tnplota snaga

Oznaka

Odgovara u SI sistemu 1 K 1) 1 dm 3 60 s 3600 s 86400 s 1 0 0 000 Pa 3 600 J 1 W

rc i

min h d bar Wh VA

!) Izmerena temperatura (() u "C jednaka je i +• 273,15 K.

O D N O S N E K IH V ELIČIN A M E Đ U N A R O D N O G (SI) I D R U G IH S IS T E M A M E R A Masa Jeđmica 1 kilogram 1 tehnička jedinica mase

1

t \

oznaka kg

i

tjm

tjm 0,101972

kg

9,80665

1

tf Sila

1 1 1

jedinica njutn kiiopond dyn

oznaka N -- kg ■» s ' ! kp dyn

N

dyn

kp

1

0 ,1 0 2

106

9,80665 1 G“ 5

1

9,81 ■1Q6

Pa i 10= 9.8066,5

bar 10-5 9,807 ■10-*

kp cm' 2 1,01972-10-5 1,01972 10-4

98066,5

0,9807

1

1 ,0 2

■1 0 - “

1

Pritisak jedinica 1 paskal 1 bar 1 kilopond ■ n r J 1 m m VS i kilipond * cm_i 1 atmosfera

oznaka Pa = Ntn * 2 bar k pm " 5 mm VS kpcm ' 2 at

1

XIV Energija jedinica 1 džul 1 kilovatčas 1 kilokalor. 1 kilopondmetar

oznaka J-N -m kWh kcal

3,6 - 106 4.1868-103

1

kpm

9,80665

2,724

oznaka W = J s-‘

1

0 ,1 0 2

kpm s" 1

9,80665

1

kcal ii' KS

1,163 735,3

0,1186 75

kWh 2,778 1 0 -i

J 1

kcal 2,388 ■10 , 4 859,845 1

kpm 0,101197 3,671 • 106 426,935

2,342 ■10 “3

1

kcalh " 1 859,845.10-3

KS 1,360 ■10-3

1,163 10-3 10~6

Snaga jedinica 1 vat 1 kiloponđ m etar po času 1 kiiokalorjja po časn 1 konjska snaga

1

kp- m s" 1

W

8,4312

0,01333 1,581 - 10-3

I 632,3

1

Koeficijent provođenja toplote jeđinica oznska 1 vat po metru i kelvinu W m-‘ K- t 1 kilokalor. po metru-Casu i stepenu C kcaJm " 1

C’ 1

W (m* (0 -

kcal (m - h - ° c r ‘

i

0,8598

1,163

I

Wm " 1 K -

kcalm" h-‘ “C' 0,8598

Koeficijent prelaza i proiaza toplote oznaka jedinica 1 vat p o m 3 ikeivinu W m - 2 K" I 1 kilokalorija po m3^ času i stepenu C kealm h '

1

C->

1

i

1,163

Specifični toplotni protok jedinica 1 vat po m 2 1 džui po ma i času 1 kilokalotija po m 3 i času

oznaka f i 1 J m- 1 - h -1 lcal m‘a h* 1

W m_I 2 ,8

1

kcal m" 1 h " 1 0,8598 2,388 -10-1

4178

1

J m”z h“f 3600

1

■1 0

1,163

Koeficijent dinamičke viskoznosti oznaka jedinica 1 paskal sekunda Pa ’ s 1 kilopond sek. po m* kp s m"’

Pa- s

kp sm «2

1

0 ,1 0 2

9,80665

1

Koeficijent kinematske viskoznosti jedinica 1 m 2 po sekundi 1 stoks

oznaka m’ s' 1 S t-E E ?

16-*

m 'p o času

m 3 h” 1

2 ,8

1

m 2s" 1 i * 1 0 -*

St 10

«

m 2 h-‘ 3600

i

0,36

2 ,8

1

/ U PO T R EB L JE N E OZNAKE

Oznaka

Naziv

a A JSe c D E fi fo s

G G„ &WL h i Jh Jr 3* Jz k 2

K K' In h L NP P

Ph

l M E R N E JE Đ IN IC E

temperaturska provodljivost propustijivost fuga površina kata — broj potrošnja goriva propustijivost zračenja tnasena koiićina topiote prečnik WD E — vrednost” sopstveni otpor dimnjaka efikasnost filtfa faktor povećanja brzine faktor prečnika gram ubrzanje 2 emljine teže masa protok protok vode za hladenje koHčina vlage od osoba količina vlage od ntašina čas entalpija koeficijent Sunčevog ?xačen?a za horizontalne površine udubljenja prozora koefidjent Sunčevog zračenja za površine u ravni zida koeficijent Sunčevog zraćenja za vertikalne površine udubljenja prozora koeficijent Sunčevog zračenja koefictjent prolaza toplote koeficijent proiaza toplote kroz 1 m cevi procenat delimičnog koeficijenta prolaza toplote konstanta prolaza vazduha kroz kružne otvore konstanta prolaza vazduha kroz pravougaone otvore prirodni iNepsrovj iogaritam razmak grejnih cevi dužina nominalna jačina peči pritisak napor

j

Jedinice u SI m 1 h-' mJ m- 1 h" 1 Pa - 1 3 kgh’1 W hkg-J K -‘

g m s' 1 kg kgh' 1 kgh' 1 g h -! gh' 1 h W h k g -1 W m ' 2 K-‘ W n r 2 iC“‘ W m -J K-' W m -’ K ’ 1 W m - 2 K.-‘ W m - 1 K"!

m in w

Pa Pa

XVI pK

Z, j § jf X A

pritisak kotk snaga količina toplote količma toplote po easu količinatopiote koju odaju osobe — direktna koiićtna toplote koju daju mašine kotičina topiote potrebna za grejanje kolitina topiote koja se oduzšma hiađenjem količina toplote koju odaju osobe isparavanjem (indirektna) ukupna kolićina toplote koju odaju osobe topicta isparavanja niasa sagorelih gasova od 1 kg goriva pad pritiska po 1 m cevi usled otpora trenja protok sagoretili gasova karakteristika prostorije spedfično opterećenje grejne površine kotia specifščna jačina peći suvi vaaduli temperatura Ceivijusove skale temperatura Kelvina tempeiatura unutrašnjeg vazduha temperatura spoijašnjeg vazduha zapremina brzina vodeni stub vodeni ekvivalent ačina promaje dimiijaka sadržaj vlage domet vazdušnog mlaza pad pritiska usied pojedinačnih otpora otpor ložišta dodatak gubicima toplote na prekid loženja dodatak gubicima topiote na strane sveta koeficijent preiaza toplote koeficijent preJaza toplote usled konvekcije koefidjent prelaza toplote usled zračenja koeficijent zapreminskog širenja zapreminska masa (gustina) debljina dv — dt pojeđinačni (mesni) otpori koefšdjent korisnog dejstva pađ temperature (raziika t) delimični koeficijent prolaza topiote koefjdjent toplotne provodljivosti toplotna propustljivost

(i

dinamička viskoznost

P Q Qh Qd

Qm Q al(

QHt Qi

Q„ r R Rh Rp Sk Sv SV l T v V FS W WH x X Z Za Z„ Z, a a*„ air p p o e 7

‘4

T,

9t 4-

n

kinematska viskoznost vreme vreme relativna vlažnost , to uglovni odnos — 4n čindac u zavisnosti V i tpa prostomi ugao

a>a

odnos A(l A

Oia

odnos h-

h

\ Pa Wj kW

! Wh w w w w w j w w

tVhkg'1 kg kg" 1 P a m '1 k g k f1

Wm'3 W m '3 °C K

g/-' °c mJ m s"1 mm

whr‘ Pa g(kgSV ) m Pa Pa

'1

»m’T 1 Wm-3K*: W m" 1 K " 1 K*1 kg m* 3 m, mm kg m" 3 K * 1

K W ffl-T ' 1 W m’ 1 K - 1

WnraK*! Pa • S h $

%

UVOD Energetski embargo u novembru 1973, gctdine podsetio je čovežanstvo na svetsku energetsku krizu čiji koreai potiču iz rartjih epoha. Otpočela su istraživaiga svetskih rezervi fosilnih goriva i utvrdeno je da će pri sadaSnjem trendu rasta potrebne energije iezerve u g |a biti iscrpene za oko 100 godina, nafte, zemnog gasa i urana za oko 30 gođina, Energetska kriza je nastaia i postaje sve veća usied neracionalnog trofenja navedenih. iscrpjjivih izvoiaenergije,naročitosagorevanjenafte(uijazaloženje,mazuta)i tada kada to nije potrebno, na primer, za dobijanje tople vode niskih temperatura, tj. do 100cC. Sem iscrpljivanja nafte kcja jje neophodna za đrumski i vazđušni saobraćaj, za đobijanje sintetičkiii matergala, iekova, hrane i dr., njeim sagorevanje i sagorevanje osialih fosilnih goriva tloveks je do kritičnog zagađivanja životne sredine. Nastavak ovog zagađivanja može da ima teSce posledice za opstanak života na Zemlji. Iznad Zemlje je već stvorena I dalie se obrazuje dimna zavesa od čestica ug^en-dioksida, dima, sitne prašine (aerosoli) i, dr., nastalih vekovnim sagorevargem fosilnih goriva. Đimna zavesa smarguje zračenje Sunca koje dospeva na povdinu Zemije, Sto ima za posieđicu njeno hiafienje. Međutim, ugijen-dioksiđ u dimnoj zavesi propuSta kratkotaiasno Sunčevo zračenje prema Zemiji, ali ne propuSta dugotalasno zračertje koje Zemija zrači u kosmos. Na taj način između površine Zemije i dimne zavese stvara se efekat staklene bašte, zbog čega se temperatura Zemlje povećava, Oti odnosa ova dva efekta zavisl da li će na ZemIji nastati snižavanje ili povišenje srednje godišnje temperature. Stoga se ovaj odnos svestrano ispituje. Dosadašnja istraživanja pokazuju da je srednja godišnja temperatura ođ početka ovog veka do 1940. godine opala za 0,3°C, a od 1940. godine do danas poraslazaO,SeC u odnosu na srednju godišnju temperaturu Zemlje početkom ovog veka. Utvrđeno je da bi porast srednje godišnie temperature za 1°C doveo do topljenja arktičkog leda, Sto bi imalo za posledicu povišenje morskog nivoa za oko 180 m. Razumljivo je da bi ovo izazvalo katastrofalne popiave u svetu. Kao Sto se vidi sagorevanjem fosilnili goriva poremećen je prirodni oonos između zračenja Sunca prema Zemlji i Zemlje prema Suncu, odnosno kosmosu, Stoga se pri rešavanju problema energet&e krize mora obratiti pažnja i na pomenuti ođnos radi zaStite životne sredine. Izlaz iz energetske krize vidi se u štedigi konvencionalne kiaslčne energije dobijene sagorevaqem fosiinih goriva 1 iznaiaženju novih nekonvencionainih izvora energne.

Steđnjs Ktdašnjih fconvencionairiih fevora energije može se postsći usavršavanjem tennifiki}! insta!ac|s i striktnon! tertniJafcom i/.oiacijom grejanih objekata- UtvrSeno je d£ bi se uStedom ođ sbjk* $% ukupne ivetrice energjje, velr trajamja sadaSnjih fosiiiifc. izvora snergije u£®s, nafte i zemnog gasa produžio 10 pirta. Ovo bi vreroenaki astogufijio iziaz k energetSfce kiize piimenom temionukleanie i solame energoe. Pr! iznalaženju.. novib nekonventdonalnih izvora energge treba vođifi računa o pi*" hovpj iseip|ivosti š uiicslu. na zagaaivanie gvotne sredine. Na prvwn niestu to je direfctna, fissta, neiseipljivs i besplatna SunCeva energga, kao 1 mdirdctna Sunfieva eneigijs ii vidi: biogasa đoMjenog anaerobnom fermentacijoro bicmune. Ove eneigije roogu ae već danas koristiti pietvaraijero u toplotnu i ele&tričnu energgu. Pretvaranjem u toplotra eneip|u, Sunfieva snergga se rnože umesto fošlnih goriva feoristiti za dobaanje tople vođe i zagrmnje prostorga. l'reba naporoenuti da je ko» rilćenje eiektrifine straje dobneo.e ns tradicionalni aačin u ove svdie neracionalan. N«fme, od primame energjj« sadržane u ugBu kojotn se u eic&tranama đob$a efefctrifinr; energn®, elektridiui struja na roestu upotrebe đaje potroiaSima samo oko 25%. SunSeva cnetgija može »e koristiti i koriverrijom i« etektričnu energgu i to ae đva naCina. Koncentrisaijem Sundeve energ^e može ss u kotlu dobitl piegrejana para, kcjs pieko parne turbine može transmisgom da pokreće generator eJektfifine arinje. Drugi nadin je korilćenje fotonspon&šb fiei|a, Ove ćel|e su za sada jo$ ricupe, aiinjiirovs cena stalno i nagjo opada, Ns primer, u SADje 1975. godine 1 vat energjje doh|ec pomoču fotonaponskih ćeBja stajao 2000 dolara, a danas samo 5-10dolara. ; Razumijivo je ds za sađa solama energga slu£ kao dopun&a energ|a konvnpicionainoj. Ođnos femefiu primene solame i konvencionaliK energ|et postaje sve većs u korist solame energ|e, jer usavršavanjem tetaologije primesia soiarne enetgge postajd sve ekonomifin|a, dofc istovremeno klasjfiria energlja sve viSe poskup|«je zbog presušrfsga izvoia, Stop se u ovoj knjm poied rešavanfs proMema grmaajs i sdiBiaiH;sc|e prf Sr.oi®ćenjt; konvencknninib Izvora energije, razmatrs. i irisa ijf. ovilt problema koriičssjjertt nekonvencionalnib izvors energ|e, pivenrtvMio soimte l ’rimana mimm eneig|e je povezana ss ođgovargućiro piobiemnna Jđaaične energMo , t(&o sia se vlđi njihovs iffigpsrrtaK veza. Ovo je u saglasnosti' sg praksoro, fer će soSame- feuiriUcfe prscla.s’djatš često iiadgradnjti, dopunu i izsnenu sftđafcjih tenBififcSSi instsigcla. Nađsmo sr- ds. će ova knjigK. karlsac, podhi&ti Ntaockna » uvodeufe u oblasl. w šavaifa termičkib problenM; kcgji « »dašniq š budućcj eaergstitoj kiizf zsfetsvsfu ui-

teđu energfe I zaftife žjvotae ssrifce

I DEO

ODELJAK

I

1. OPŠTI DEO 11

ISTORIMT

Evolucija čoveka od najstarijih vremena iza'civala je u njemu zahieve za poboijfe!' njem njegovog života, Ito je doprinosiio efektu njegovog rada i umncg razvitka. Danas je i naučno dokazano da poboljSanje ugodnosti čovekovog živote. đoprinosi njegovoj prođuktivnosti i razvoju u svakom pogiedu, Prvi uslov ugodnosti čoveks bik je temperatura sredine u kojoj je živeo i radio. Grčki filozof Sokrat je ovo shvatio.joS u petom veku pre nafe ere i projektovao soiarnu kuču, koja je na južhoj fasadi makshnalno koristik Sunčevo zračenie zirni, a leti ga iskijučivak. Na siici 1 prikazana je koncepcga Sokratove soiame kuće u preseku (a) i planu (b). Grčki istoričai Ksenofon pisao je u Sokratovo vrehie: )PIužnu stranu kuće treba graditi vife da se uhvati zimsko sunce", Ova koriaia koncepcija izgradnje stambenih objekata u skiadu sa prirodom, kasnije je zanetnarena, Sto je pored ostaiog doprtoelo sadsi njoj energetekoj krizi Kao što k vidi ljudi su jo l od najstarijili vremena shvatili đa bez Sunca nema života i stoga su ga obožavaU. Tokom vekova ijuđi su saznali da je Sunce svcjom energgom omogučilo život na Zemlji i dt ga održava.

Sllks i - Sunćevo ozrečavsnst ne Južnoj fasadi leti (1); Surićcvo ozračevarvc nz juznoj faredi zb mi (2)i pokriveim terere (3); stambeni prortor (4); ostave kao zaštiinE. (tampon) zom (5); uoiacioiti itd prema fevere (6)

6

12

fOCETAil EOISSCm iA INSIEBCT#®: SI3NČEVF ENEEGPE

Jedias. enetg|a fecgom m nu|K>lagali tturi oarođi bfla je Ssta š a®šscrpp¥g Sundeva saesg|af pa su stop svoj Život podsfevall tsko đa raogti obilno koristiti oto bsspktnu eneiglju. Kuće za stanovsnie gradSi m tsko de ® makskmlno može koristiti Sunfeva eneigjja u toku ceiog dana. Problemi ai bfli noći I đam kada n |e bilo Suncs. Ove probleme rešavali su ukopBvara.ern svcgih. zffltiiBra, kOTiSćenjem akumuMKms eiwrg|e n to fe sunčani}) oana i ćestim ssobanta u topl|e i junSane krtgeve.lzgradnjastambeniltzgitHie stalno ®e uaavišavate tako da m se joi u starom veku pojavili velefep.m dvorovš kws®" tiiiins i bafitsma, Ucopine ovili gradova pokazuju & sa zgradt: gm&ise u to d n sa mflcrbklimom mesta izgradnje. Frovetravaige je vršeno prirodnim putem Što je omtigućav®la onjentacšja ceie zgrađe i menfli pojeđinih deiova, Kupatila su šzgrafiena sg južne strane tako da su zagrevana SunĆevom energtjom. Veliki je napredak pottjgnut u ovom «mishi onda kaoi. je čovek poćeo ds koristš vatru kako za njegove r&zne potrebe; tako isto I za zagrevaip svojc sredine. II pobetku je oto postizao iožetgem ogaištE, b3o ns otvorenom prostons bilo u prirodmm zskloniniii, koji vremenom evoiulraju u primttivno gra&ne prostor|e. Posie ovoga doiazi evakuacp dim& kroz rszne otvore, obično ns gornjins stranama tiirs prostonja, a zaiim kroz izgradene dirrmjake. Đ a|i napmdak je bio u primeni jednostavnih peći kcge su šlužik kao Se’dnjaci za potiete domaćinste, a u hiadntm danima i za zagrevaqe sredme. Docnge je podek primena peći u raziičitim prostorgama domaiinstva kote gu služiie Majučivo za zagrevarde, Mefiutiin, u ovakvoj situacgi, ijuđi ssi zaboravili da su konTOnciomtiri izvori eaeigge u stvari indirektna Sundeva energp i da oni nlsu neiscrpni. Nsjpns drvo, a zatim ugaij, nsfta i gas sagorevaBl su bezobzimo kao da su to ndscrpljivi izvori ensigjje. MiMomrnt gođina Sunčeva eneigga je akumuliram i saCuvam pod zemijom, s |uđi su je potiOsiii uglavnom za poacaniiii 200 godina. Tako je đoSo do eneigetske krke koja je pod*tfla CoveCanstvt' da »e mors Štedeti energ|a fosihiih goriva i korfetiti novi izvori energge, prvenstveno SunCevg, Sunu- p ne $smo omogućiio ceiakupni. život nt Eemjji več p i održavi oko pet miihcrdi godma. Odakie potiće ova ogiomns. zu ijudice pojmove neiscrp^ivE energfa Sunc®. od kcrje samo vecana mati deo đospevs ns Zemiju, utvrđeno je poslediqih 50 godine zaiivaJjqući razvoju nukleaine fjzkt. 13

F m O L O & IU SM ’«

Savremeno zagrevaiie pcjeainiSi pTOstorfle more dg odgovara fnaoioSam usiovims toji će se ovde napomenutL Covečje teJo je organkam čija je bima karaktedstika đa jbb se ođržava konstaatrn teffiperatura od 3?° (stepenJ Geisijusa1) sa vrio uskom graaicom. toieranicie ojene prosneae. Poznato je đa je teomperarara ćovečjeg tete ispođ 36* vee m'az boiesnog stanjs a takođe i Um se popne iznad 376 S droge strane, Covefc, živeći n raznim đek>všjn& sveta izlažen je bilc izrasito većin; spoljnim tcmperatzmuna t iol čeiće manjim od tegonperature njegovog organfesma. N e prkner, u affifiIdm pusrinjsidm oblastima čovek proiazi i kroz mesta i. kojima daevng tempe'atsra đostiže 53® u Hadu:, dok u sibirskim krajevima temperatura pads na —63®, f.) O n sin stejssnr, * otiaosi se u ovoj knjiad ns Cdtthtsovn temperataMiai sW e , ukukbc. isije uaročitc dnikSiie ozasfcne.

7

Srakalrc

ifjgt rrr orfrsfdr::;.. „ ?;>■: -./n; ni& j iitnperatx«iu, e Co'.cae-i> Mzan&zuu. La*c ■„ ?Cl ..aai,

M eM fiTisatriOst: tesđ oorniaiiK- odev-e&rf ftev«;u kdđt. v r-.i.i.'i..:. m.;.r.viunt'c ;*'■ ■ 0 ,\ Kriđt -f. nvr, r'.’mpei-aturo niža.foo sstkr. (fr.cbasrfru.. d - -1 d --j/--' ■v. Mors_ hM t! prodv gubitin. topiore, f i a ; u : r ,.,m=T.',^,, V7^ ,:‘rV

Čaj liladiMKS5,

...... •

M e js ternperatare^wčb ođ pomemites tMrganisami *e botf ptotfv asdovob»111. rabitafcg toplote, povišava am se teaperatara as oovtSnl keie- zsoil sr, što isaSRra osecej topfote, " ■* I 3S TBlMOlliGlTLACBA T©Hn«-egalaoS, i.ra . ■*/

, "i.

-

.

m(a|£f tj. & je pratti&,c sf m, : i o . ; fc>; , s®»iE& tejnperaftirt i diap w io\. ,'..x ,c^ . Meflstiib, fcađ