Energija i mi

Napuštajući svoje prirodno stanište (selo) i naseljavajući urbane sredine, čovjek se dovodi u poziciju da mu je energija postala skoro podjednako važna zraku, vodi i hrani koji su neophodni za egzistenciju. Što je urbana sredina veća, naša zavisnost o energiji je izraženija, a time i naš utjecaj na životnu sredinu. Način na koji te probleme danas pokušavamo riješiti asocira na mačku koja lovi vlastiti rep.

Dva su vida energije skoro pa neophodna u današnjem vremenu na ovim geografskim područjima, toplinska i električna. Ta dva vida energije nisu, energetskim rječnikom kazano, podjednako vrijedna. Električna energija je 2 do 3 puta energetski vrjednija od toplinske energije. Pri njenom trošenju (u svrhu pretvaranja u toplinsku energiju), isto toliko puta s ugljen dioksidom više opterećujemo životnu sredinu, pod uvjetom da je ona proizvedena iz fosilnih goriva. U svijetu se danas preko 70% energije tako proizvodi.  Zbog toga je potrebno osmišljavati rješenja za smanjenje potrošnje oba ova vida energije, a pogotovo trošenje (pretvaranje) električne energije u toplinsku (direktno grijanje objekata, zagrijavanje tople potrošne vode, i sl.). U tržišnim (zapadnim) društvima, električna energija je skupa. To su društava u kojima su ti odnosi (cijene toplinske i električne energije) utemeljeni na termodinamičkoj (znanstvenoj) i tržišnoj logici.

Toplinska energija se danas uglavnom dobija sagorijevanjem goriva, a u posljednje vrijeme i transformacijom energije od Sunca u toplinu, pomoću kolektora. Cijena toplinske energije, odnosno opravdanost korištenja njenih izvora, ovisi od raspoloživosti navedenih izvora na mjestu potrošnje i cijene instalirane opreme za njeno dobivanje.

U području kontinentalne klime gdje živimo, temperatura vanjskog zraka (okolice) se tijekom godine uglavnom kreće u intervalu od -20 do +40°C. Objekte u kojima živimo ili radimo, neophodno je grijati u tijeku skoro polovice njihovog eksploatacijskog vijeka. To je zbog toga što se čovjek osjeća ugodno u znatno užem temperaturnom području zraka (20-26°C). Iz tih razloga smo prinuđeni na održavanje temperature prostora (zimi 20, a ljeti 26°C) koja je uglavnom različita od temperature okolice. To se ne može postići bez potrošnje energije. U cilju smanjenja količine energije koja se troši za grijanje u zimskom, odnosno hlađenje u ljetnom periodu, izvodi se toplinska izolacija objekata. Pitanje na koje bi trebalo dati odgovor je „kako raspodijeliti novčana sredstva namijenjena za izolaciju objekta da bi postigli maksimalni ekonomski učinak, odnosno minimum investicijskih i eksploatacijskih troškova“.

I kao što je obično i u drugim oblastima, tako je i u termo tehnici. Znatno je lakše postaviti pitanje nego dati valjan odgovor. Za valjanost odgovora presudna su dva podatka: trenutna cijena predviđene toplinske izolacije s njenom ugradnjom i količina i cijena toplinske energije koja će se izmijeniti kroz nju u budućem eksploatacijskom vijeku objekta. Prognoza vremena je pouzdana za naredna tri dana, a nama bi trebala za svaki dan za narednih, recimo 50 godina. Pošto zasad nema, niti će vjerojatno biti, glave koja to može znati, mi koristimo meteorološke podatke za prethodni period.

Naši objekti sa svojom okolicom toplinsku energiju izmjenjuju uglavnom preko svoje ovojnice (omotača). Ovojnica uglavnom razdvaja zrak u prostoru i onaj u okolici. Pošto su oni različitih temperatura, toplina „teče“ sa zraka više na zrak niže temperature (slično toku vode, sa više na nižu nadmorsku visinu). Da bi količinu izmijenjene topline smanjili, postavljamo joj zapreke, toplinsku izolaciju. Iz navedenog slijedi, da debljina toplinske izolacije prvenstveno zavisi od razlike temperatura zraka sa jedne i druge strane stjenke (zida). Skoro pa da joj je proporcionalna. Iz toga proizlazi, da debljina toplinske izolacije na vanjskoj i unutrašnjoj stijenci ili podu, ni u kom slučaju ne treba da je ista. Dapače, na stjenke prema hodniku (prije svega višekatnih zgrada, a pogotovo kod onih šahtnog tipa) ne treba je ni stavljati. S obzirom, da se s promjenom debljine izolacije, neznatno mijenja onaj dio njene cijene koji potiče od ugradnje, na vanjske stjenke ne bi trebalo stavljati izolaciju debljine ispod 8 cm, a prema tavanu ispod 15 cm. S podovima je problem znatno složeniji, što su na većoj dubini u zemlji, izolacija je manje potrebna, a pogotovo ako se prostor ljeti hladi (klimatizira). Kod podova na tlu, površine preko 100 m2, toplinska izolacija i nema neki učinak. Što je površina objekta veća, učinak izolacije je manji. Pogotovo ako se objekt klimatizira, veća je šteta, nego korist od njene ugradnje.

Prozori su za termo tehničare „energetska rupa“ koju arhitekti projektiraju da bi na nju „stavljali zavjese“. Kroz jedan m2 prozora izgubi se 3 do 5 puta više energije nego kroz m2 vanjske stjenke (zida). Sam ram i njegova vrsta (drveni, plastični ili aluminijski) neznatno utječe na toplinske gubitke prozora. Dominantan utjecaj imaju stakla. Jednostruka, duplo više nego dvostruka doprinose gubitku topline. Stakla punjena argonom duplo manje gube toplinu nego ako je unutra zrak i sl. Na već izvedenim (starijim objektima) najjeftinije je mijenjati samo stakla, staklenim panelima punjenim plinovima.

Svakom čovjeku je potrebno oko 20 m3 svježeg zraka za sat vremena. Zato prozori i vrata ne trebaju previše dihtati. Standardnom izvedbom, to je uglavnom zadovoljeno zimi (zbog intenzivnijeg prostrujavanja kroz njihov obim), a ljeti je neophodno znatno češće provjetravanje prostora nego zimi. S termodinamičkog aspekta, svako direktno zagrijavanje prostora, vode ili bilo čega drugog električnom energijom je neprihvatljivo. To je stoga što se proizvodnjom električne energije utroškom goriva (termoelektrane i sl.), samo oko trećine toplinske energije pretvara u električnu.  Danas, kada se toplinska energija u znatnom periodu godine može povoljno osigurati pomoću solarnih kolektora, to bi trebalo iskoristiti za zagrijavanje tople vode ne samo za kupaonice već i za perilicu rublja. Za zagrijavanje vode za velike perilice rublja u bolnicama, uglavnom se ne koristi električna, već toplinska energija. Sprezanjem sistema za proizvodnju toplinske energije putem kotlova i solarnih kolektora uz LED rasvjetu, moguće je potrošnju električne energije u domaćinstvima smanjiti i do 70% u odnosu na raniju.

Primjenom dizalice topline pogonjene strujom, mogli bismo kazati, da onu toplinu koju je termoelektrana izbacila u okolicu (dvije trećine), pokupi iz okolice i onu vlastitu, za svoj pogon, ubaci u grijani prostor pri potrošnji električne energije koju je termoelektrana poslala u mrežu. Na taj način recimo iskoristimo svu toplinsku energiju goriva koje troši termoelektrana.

Dr P. Petrović, profesor termodinamike