SlideShare a Scribd company logo

lovakovic_hrvoje_sfsb_2016_diplo_sveuc

•
•
R
Robert Hrvoje Lovak
1 of 76
Download to read offline
SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU DIPLOMSKI RAD sveučilišnog diplomskog studija Hrvoje Lovaković 12148690 Slavonski Brod, 2016.
SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU DIPLOMSKI RAD sveučilišnog diplomskog studija Hrvoje Lovaković 12148690 Mentor diplomskog rada: Prof.dr.sc. Pejo Konjatić Slavonski Brod, 2016.
I. AUTOR Ime i prezime: Hrvoje Lovaković Mjesto i datum rođenja: Slavonski Brod, 17.09.1992. Adresa: Josipa Hlišića 25, Slavonski Brod STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU II. DIPLOMSKI RAD Naslov: Proračun i optimiranje elemenata niskoenergetskog stambenog kontejnera Naslov na engleskom jeziku: Calculation and optimization of elements of low energy living container Ključne riječi: Stambeni objekt, konstrukcija kontejnera, energetska učinkovitost Ključne riječi na engleskom jeziku: Residential object, container construction, energy efficiency Broj stranica: 66 slika: 54 tablica: 16 priloga: 4 bibliografskih izvora: 17 Ustanova i mjesto gdje je rad izrađen: STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU Stečen akademski naziv: Magistar inženjer strojarstva Mentor rada: Prof.dr.sc. Pejo Konjatić Obranjeno na Strojarskom fakultetu u Slavonskom Brodu dana 15.09.2016. Oznaka i redni broj rada: 39/2016.
SAŽETAK Cilj ovog diplomskog rada je konstruirati stambeni kontejner kao izdržljiv i stabilan niskoenergetski sustav koji predstavlja alternativu današnjim konceptima gradnje. U okviru rada izrađen je 3D model sklopa konstrukcije u softwareu Solidworks 2012 te je dan detaljan opis njegovih dijelova kao i eksplozijski pogled radi lakše predodžbe o montaži sklopa i njegovoj gradnji. Mogućnost korištenja obnovljivih izvora energije i povećanje energetske učinkovitosti imperativ su suvremenog građevinarstva i arhitekture. Shodno tome, stavljen je naglasak na odabir izolacijskih materijala i prozorskih elemenata s ciljem smanjenja potrebne ukupne toplinske bilance. U svezi s tim napravljena je numerička optimizacija izolacijskih panela sa stajališta mase i prijenosa topline. Također, prikazan je analitički i numerički proračun glavnih nosećih elemenata sustava, kao i proračun toplinskog opterećenja prema normama HRN EN 12831 i VDI 2078. Naposljetku, odabran je sustav grijanja i hlađenja sukladno proračunatim toplinskim gubicima u hladnijem dijelu godine, odnosno dobicima u toplijem dijelu godine.
ABSTRACT The main subject of this thesis is to make a living container construction as durable and stable low energy system which represents alternative to current constructing concepts. In the frame of this work there is a 3D model of construction assembly made in Solidworks 2012 and there is a detailed description of its parts, as well as explosion view for easier visualization of an assembly installation and its construction. Possibility of renewable energy usage and increasement of energy efficiency are imperative of modern civil engineering and architecture. According to that, the accent is on selection of insulating materials and window elements in order to decrease demand for total thermal bilance. Related to that, numerical optimization of insulating panels from point of mass and heat transfer is made. Also, analitical and numerical calculation of the main elements of the system is shown, as well as heat loss calculation according to norms HRN EN 12831 and VDI 2078. Finally, heating and cooling system is chosen due to calculated heat loss in the colder part of the year and heat gain in the warmer part of the year.
SADRŽAJ Stranica 1 UVOD .....................................................................................................................................1 2 KONTEJNERI I KONTEJNERIZACIJA...............................................................................2 2.1 POVIJEST TRANSPORTNIH KONTEJNERA..............................................................2 2.2 DEFINICIJA I PODJELA KONTEJNERA.....................................................................3 2.2.1 Podjela kontejnera prema namjeni ............................................................................3 2.2.2 Standardni ISO kontejneri.........................................................................................6 3 KONTEJNERI U GRAĐEVINARSTVU I ARHITEKTURI ................................................7 3.1 STAMBENI KONTEJNERI ............................................................................................7 3.2 PRENAMIJENJENI TRANSPORTNI KONTEJNERI...................................................8 3.3 STAMBENI KONTEJNERI U HRVATSKOJ I SVJETSKOJ ARHITEKTURI............9 4 NISKOENERGETSKI STAMBENI KONTEJNERI...........................................................11 4.1 ENERGETSKI RAZREDI .............................................................................................11 4.2 IZOLACIJSKI MATERIJALI ZA NISKOENERGETSKE OBJEKTE........................11 4.3 PROZORI I PROZORSKI PROFILI .............................................................................13 4.4 SUSTAVI GRIJANJA I HLAĐENJA SA DIZLICOM TOPLINE ...............................15 5 KONSTRUKCIJA STAMBENOG KONTEJNERA............................................................17 6 ANALITIČKI PRORAČUN ELEMENATA STAMBENOG KONTEJNERA...................23 6.1 PRORAČUN PODA KONTEJNERA............................................................................23 6.2 PRORAČUN KROVA KONTEJNERA ........................................................................26 6.3 PRORAČUN VERTIKALNOG STUPA KONTEJNERA ............................................31 7 NUMERIČKI PRORAČUN KONSTRUKCIJE STAMBENOG KONTEJNERA..............37 7.1 NUMERIČKA ANALIZA PODNE GREDE.................................................................37 7.2 NUMERIČKA ANALIZA KROVNE GREDE .............................................................39 7.3 NUMERIČKA ANALIZA VERTIKALNOG STUPA..................................................41 7.4 NUMERIČKA ANALIZA KUTNIKA..........................................................................42 8 OPTIMIZACIJA IZOLACIJSKIH PANELA.......................................................................44 9 PRORAČUN TOPLINSKOG OPTEREĆENJA ..................................................................46 9.1 PRORAČUN TOPLINSKIH GUBITAKA....................................................................46 9.2 PRORAČUN TOPLINSKIH DOBITAKA....................................................................50 9.3 ODABIR SUSTAVA ZA GRIJANJE I HLAĐENJE....................................................55 10 ANALIZA REZULTATA.....................................................................................................56 11 ZAKLJUČAK .......................................................................................................................57 12 LITERATURA......................................................................................................................58 PRILOZI
PREGLED VELIČINA, OZNAKA I JEDINICA Oznaka Jedinica Opis kq 2 kN/ m Uporabno opterećenje q kN /m Kontinuirano opterećenje poprečne grede d m Razmak između poprečnih greda AF kN Reakcija veze u osloncu A BF kN Reakcija veze u osloncu B l m Duljina poprečne grede mxQ kN Poprečna sila na mjestu maksimalnog momenta savijanja ,maxbM kN m Maksimalan moment savijanja u presjeku mx mx mm Mjesto maksimalnog momenta savijanja dopw mm Dopušteni progib grede w mm Progib grede E MPa Youngov modul elastičnosti yW 3 cm Moment otpora površine presjeka yI 4 cm Aksijalni moment tromosti yS 3 cm Statički moment površine presjeka ekv MPa Ekvivalentno naprezanje dop MPa Dopušteno naprezanje σ MPa Normalno naprezanje uslijed savijanja grede τ MPa Posmično naprezanje uslijed savijanja grede eR MPa Granica razvlačenja s 2 kN/m Opterećenje od snijega na krov ks 2 kN/m Karakteristična vrijednost opterećenja snijega na tlo i - Koeficijent oblika opterećenja od snijega eC - Koeficijent izloženosti pri opterećenju snijega tC - Toplinski koeficijent kF kN Težina konstrukcije krova vq 2 kN/m Opterećenje na površinu krova zbog vlastite težine krova ,uk kq 2 kN/m Ukupno kontinuirano opterećenje krovne grede pgm kg Masa krovnih poprečnih greda tpm kg Masa krovnih trapeznih panela im kg Masa mineralne vune upm kg Masa ukrasnih ploča od iverja
,uk km kg Ukupna masa elemenata konstrukcije krova Rm kg Najveća dopuštena masa kontejnera Pm kg Najveća dopuštena masa tereta Gm kg Masa praznog kontejnera uA 2 m Unutarnja površina kontejnera PF kN Najveća dopuštena težina tereta 1F kN Težina snijega na najvišoj kontejnerskoj jedinici 1m kg Masa snijega ukm kg Ukupna masa na četiri vertikalna stupa sm kg Masa kojom je opterećen jedan vertikalni stup sF kN Sila na vertikalni stup Tσ MPa Granica tečenja p MPa Granica proporcionalnosti 0 MPa Karakteristično naprezanje kada se eksperimentalni podaci o izvijanju aproksimiraju pravcem minI 4 mm Minimalni moment tromosti površine  - Vitkost štapa t - Vitkost štapa pri granici tečenja p - Vitkost štapa pri granici proporcionalnosti kr MPa Kritično naprezanje mini mm Minimalni polumjer tromosti površine poprečnog presjeka 0l mm Slobodna duljina izvijanja štapa  W Izmijenjeni toplinski tok A 2 m Površina stijenke preko koje se vrši izmjena topline U 2 W/ m K Koeficijent prolaza topline 1 °C Temperatura toplije strane stijenke 2 °C Temperatura hladnije strane stijenke pt W/mK Toplinska provodljivost id mm Debljina izolacijskog materijala gub W Toplinski gubici zimi T W Transmisijski gubici topline grijanog prostora V W Ventilacijski gubici topline RH W Gubici topline zbog prekida grijanja TH W/K Koeficijent transmisijskih toplinskih gubitaka
int °C Vanjska projektna temperatura e °C Unutarnja projektna temperatura kf - Temperaturni korekcijski faktor iR 2 m K/W Toplinski otpor materijala ,ekv krovR 2 m K/W Ekvivalentni toplinski otpor krova ,ekv krovU 2 W/ m K Ekvivalentni koeficijent prolaza topline krova ,dop krovU 2 W/(m K) Dopušteni ekvivalentni koeficijent prolaza topline krova ,ekv podR 2 m K/W Ekvivalentni toplinski otpor poda ,podekvU 2 W/(m K) Ekvivalentni koeficijent prolaza topline poda ,dop podU 2 W/ m K Dopušteni ekvivalentni koeficijent prolaza topline poda 1V W Ventilacijski gubici topline ukoliko se ne koristi toplina otpadnog zraka zV 3 m /h Potrebni volumni protok zraka zc W/kgK Specifični toplinski kapacitet zraka z 3 kg/m Gustoća zraka pV 3 m Volumen grijanog prostora zI 1 h Potrebni broj izmjena zraka R - Koeficijent povrata topline na rekuperatoru R W Toplina dobivena procesom povrata topline na rekuperatoru iA 2 m Površina poda grijanog prostora sa ½ debljine zidova RHf - Korekcijski faktor ovisan o vremenu zagrijavanja i pretpostavljenom padu temperature za vrijeme prekida grijanja IQ W Unutrašnji izvori topline PQ W Toplina koju odaju ljudi MQ W Toplina koju odaju različiti električni uređaji EQ W Dobitak topline od rasvjete RQ W Dobitak topline od susjednih prostorija oN - Broj osoba ukupnaQ W Ukupna toplina koju odaje jedna osoba AQ W Vanjski izvori topline WQ W Dobitak topline transmisijom kroz zidove FQ W Dobitak topline kroz staklene površine QT W Dobitak topline kroz staklene površine transmisijom SQ W Dobitak topline kroz staklene površine zračenjem
TA 2 m Površina plohe kroz koju se vrši izmjena topline transmisijom maxI 2 W/m Maksimalna vrijednost ukupnog sunčevog zračenja sA 2 m Osunčana površina stakla PRb - Koeficijent propusnosti sunčevog zračenja .maxdifI 2 W/m Maksimalna vrijednost difuznog sunčevog zračenja sjenaA 2 m Zasjenjena površina stakla ZA 2 m Ukupna površina stakla  % Relativna vlažnost zraka eh kJ/kg Entalpija vanjskog zraka inth kJ/kg Entalpija zraka u prostoriji int,ulazh kJ/kg Entalpija zraka ubačenog u prostoriju hQ W Rashladni učin hladnjaka u slučaju korištenja rekuperatora 1hQ W Rashladni učin hladnjaka u slučaju ako se ne koristi rekuperator ,H ndQ 2 kWh/m Godišnja toplinska energija za grijanje
1 1 UVOD Iako su prvi kontejneri u široj primjeni zaživjeli još sredinom prošlog stoljeća, potražnja za njima niti u današnje doba ne jenjava. Razlog tomu je povećanje potreba za što jednostavnijim i bržim prijevozom dobara u čemu su svoju ulogu pronašli transportni kontejneri bez kojih bi međunarodni trgovinski promet bio daleko manjeg obima nego što je danas. S druge strane, kontejneri i kontejnerski sklopovi u funkciji stambenih objekata interes su sve većeg broja ljudi zbog niske cijene i jednostavnosti gradnje. Stambeni kontejneri relativno su nova pojava u svijetu suvremenog stanovanja što otvara prostor inovativnosti i kreativnom pristupu. Tema ovog rada je nikoenergetski stambeni kontejner pod čim se podrazumijeva mobilni objekt za stanovanje sa integriranim rješenjima koja doprinose značajnom povećanju njegove energetske učinkovitosti. To se može postići poboljšanjem toplinske izolacije kontejnera te ugradnjom odgovarajućeg alternativnog sustava za grijanje i pripremu potrošne tople vode. Kako zelena gradnja postaje sve popularnija diljem svijeta, za očekivati je da će potražnja za kontejnerskim građevinama biti u porastu, dok će u pojedinim zemljama uvelike ovisiti o uređenosti njihovih zakona o gradnji. Diplomski rad podijeljen je u četiri osnovna dijela. Prvi dio je teorijski i obuhvaća povijest nastanka kontejnera, njihovu podjelu te opis ključnih faktora koji čine neki objekt niskoenergetskim. Drugi dio uključuje izradu 3D modela sklopa konstrukcije i njenih dijelova pri čemu su poštivane vanjske dimenzije standardnog ISO kontejnera radi mogućnosti prijevoza maksimalnog broja kontejnera, a s ciljem smanjenja troškova logistike. U trećem dijelu dani su analitički i numerički proračuni najopterećenijih dijelova konstrukcije - poda i krova kontejnera, vertikalnog stupa te kutnika kontejnera. Četvrti dio rada odnosi se na proračune toplinskog opterećenja prostora i odabira odgovarajućeg sustava grijanja i hlađenja obzirom na to kako se pred stambene objekte postavljaju sve stroži zahtjevi u smislu energetske učinkovitosti.
2 2 KONTEJNERI I KONTEJNERIZACIJA 2.1 POVIJEST TRANSPORTNIH KONTEJNERA Razvoj prijevoza robe intermodalnim kontejnerima započeo je 50-ih godina prošlog stoljeća. Ideja o takvoj vrsti prijevoza nastala je još 1937. godine u mjestu Maxton u saveznoj državi Sjeverna Karolina dok je vozač kamiona Malcolm McLean satima pretovarao teret iz svog kamiona na brod. Shvatio je kako bi bilo lakše i jednostavnije kada bi cijeli kamion s teretom mogao staviti na brod. Realizacija ideje o svojevrsnoj standardiziranoj prikolici provedena je 18 godina kasnije, kada je prodao svoju prijevozničku tvrtku s voznim parkom od 30 kamiona za 25 milijuna američkih dolara te odlučio kupiti tvrtku za prijevoz prekooceanske robe Pan-Atlantic Steamship Company koju je preimenovao u SeaLand Industries. Također je kupio i dva tankera iz drugog svjetskog rata i dao ih prenamijeniti u brodove za prijevoz kontejnera. Tako je prvi kontejnerski brod u svijetu, imena Ideal X, krenuo iz New Jerseya za Houston 26.04.1956. godine, sa 58 kontejnera dužine jedanaest i pol metara. Bio je to početak revolucije u transportnoj industriji. [1] Stvarni doprinos Malcolma McLeana razvoju kontejnerizacije nije bio u kreiranju kontejnera ili kontejnerskog broda već u njegovim menađerskim vještinama pomoću kojih je predvidio uspjeh transportnih kontejnera na tadašnjem tržištu. [1] Slika 2.1 SeaLand transportni kontejner [1] Prije ekspanzije prijevoza standardiziranim transportnim kontejnerima roba se pakirala u bačve i vreće, pa su utovar i istovar trajali prilično dugo. Zaključak jedne analize provedene krajem 1950-ih bio je da troškovi rukovanja teretom na pristaništu čine 60-75% troškova prijevoza tereta. Ti troškovi uključivali su radnu snagu koja je obavljala poslove rukovanja robom, ali i vremenske gubitke jer se jedna vrsta robe nije mogla utovariti dok se druga ne istovari. Cjelokupna situacija uzrokovala je potrebu smanjenja broja radnika na pristaništima pa je tako broj istih u Velikoj Britaniji pao sa 70 000 na svega 10 000 u razdoblju od ranih 1960-ih do kasnih 1980-ih. S druge strane, svjetski prijevoz robe povećao se za 600% u razdoblju između 1950. i 1973. [1]. Iako je pojava transportnog kontejnera prouzročila masovna otpuštanja radne snage na pristaništima, njen pozitivan utjecaj na lokalni razvoj i globalnu ekonomiju bio je daleko veći [1].
3 2.2 DEFINICIJA I PODJELA KONTEJNERA Jedna od definicija kontejnera glasi: „Kontejner je manipulacijska prijevozna oprema, najčešće u obliku zatvorene posude, koja služi za formiranje krupnih manipulativnih jedinica tereta u cilju racionalizacije manipulacijskih i skladišnih operacija.“ Takva definicija sužava opseg primjene kontejnera i u domeni je transportnih kontejnera. Riječ kontejner potječe od engleske riječi „container“ pri čemu korijen riječi „contain“ znači sadržavati [3]. 2.2.1 Podjela kontejnera prema namjeni S obzirom na njihovu raznolikost, Međunarodna organizacija za standardizaciju ISO, dijeli kontejnere na [3]: 1. standardni suhi 2. za rasute terete 3. za određene vrste tereta 4. rashladni 5. otvoreni prema gore 6. platforme 7. kontejneri cisterne 8. ventilacijski Standardni suhi kontejneri su kontejneri opće namjene (engl. General purpose containers). Pravokutnog su oblika i zatvoreni su sa svih strana. Mogu biti 20-stopni i 40-stopni [3]. Slika 2.2 Standardni suhi kontejner [3]
4 Kontejneri za rasute terete (engl. Bulk container) imaju tri grotla za ukrcaj tereta na vrhu, te mogu biti opremljeni otvorima za viljuškar s ciljem lakše manipulacije u luci [3]. Slika 2.3 Kontejner za rasute terete [3] Rashladni kontejneri (engl. Thermal containers) posjeduju sustav za hlađenje koji koristi električnu energiju radi kontrole temperature unutar kontejnera [3]. Slika 2.4 40-stopni rashladni kontejner [3] Kontejneri s otvorom prema gore (engl. Open-top containers) su suhi kontejneri kod kojih se na mjestu krova nalazi cerada koja se može pomicati za potrebe ukrcaja i iskrcaja tereta [3]. Slika 2.5 Kontejner s otvorom prema gore [3]
5 Platforme (engl. Platforms) su kontejneri otvorenog tipa sa jakom čeličnom konstrukcijom što ih čini idealnima za prenošenje teškog tereta. Na sebi nemaju nikakvih tehničkih naprava već samo podlogu tj. platformu. Mogu biti 20-stopni i 40-stopni. Stranice mogu biti fiksne ili se mogu sklopiti [3]. Slika 2.6 Kontejner platforma [3] Kontejneri cisterne (engl. Tanks) sastoje se od cisterne i vanjske čelične konstrukcije te služe za prijevoz tekućina i komprimiranih plinova. Pune se na 98% kapaciteta i konstruirani su da izdrže tlak do 3 bara [3]. Slika 2.7 Kontejner cisterna [3] Kontejneri sa sustavom za ventilaciju (engl. Ventilated containers) posjeduju sustav prirodne ventilacije koja je omogućena preko ventilacijskih otvora na bočnim stranicama kontejnera. Nazivaju se još i Caffe kontejnerima s obzirom na to da se uglavnom koriste za transport kave [2]. Slika 2.8 Sustav prirodne ventilacije s vanjske strane kontejnera [3]
6 2.2.2 Standardni ISO kontejneri Nakon uspješnog pothvata Ideal X-a, prvog broda koji je prevozio kontejnere, Malcolm McLean dao je izraditi prvi brod namijenjen posebno za prijevoz kontejnera nazvavši ga Gateway City. U to vrijeme korišteni su 33-stopni kontejneri, dok su danas najviše u uporabi 20 i 40-stopni kontejneri. Radi efikasnijeg slaganja i manipulacije, kontejnere je bilo potrebno standardizirati. Tako je 1968. godine Međunarodna Organizacija za standardizaciju ISO definirala terminologiju, te unutarnje i vanjske dimenzije kontejnera. [1] Definicija kontejnera prema ISO glasi: „Kontejner je transportna kutija pravokutnog oblika, otporna na vremenske prilike, namijenjena prijevozu i slaganju tereta na način da sadržaj bude zatvoren i zaštićen od oštećenja i nedostataka, odvojen od prijevoznog sredstva, a njime se rukuje kao jednom jedinicom i prevozi bez pretovarivanja sadržaja.“ [3] Uvjeti koje moraju ispunjavati ISO-kontejneri su:  trajnost oblika  mogućnost prijevoza robe s jednim ili više transportnih sredstava bez prekrcaja svog sadržaja  opremljenost uređajima za lako i brzo rukovanje  nepropusnost  lako pražnjenje  minimalna zapremnina od 1 m3 Dimenzije kontejnera definirane su standardom DIN/ISO 668 ili DIN 15190 i izražene su u metričkom sustavu mjernih jedinica ili Engleskom sustavu mjernih jedinica. U međunarodnom prijevozu nazastupljenije dimenzije kontejnera su: 20 stopni 1CC (20-ft/6100 mm) 40 stopni 1AA (40-ft/12200 mm) 45 stopni (45-ft/13700 mm) 48 stopni (48-ft/14600 mm) 53 stopni (53-ft/16200 mm) U tablici ispod navedene su osnovne vanjske dimenzije najčešće korištenih ISO kontejnera u praksi- 1AA i 1CC. Tablica 2.1 Standardne veličine ISO kontejnera [3] Tip kontejnera Duljina /mm Širina /mm Visina /mm Bruto masa /kg 1 AA 12192 2438 2591 30480 1CC 6058 2438 2591 24000
7 3 KONTEJNERI U GRAĐEVINARSTVU I ARHITEKTURI Popularnost kontejnerskih građevina u posljednjih nekoliko godina dosegnula je novu razinu. Sve više ljudi prepoznaje ove strukture kao alternativu tradicionalnom tipu gradnje, bilo da se radi o kupnji novog kontejnera ili prenamjeni transportnog kontejnera za potrebe privremenog ili stalnog boravka. U današnjem svijetu su, osim kontejnera za prijevoz i skladištenje robe, u široj primjeni i sanitarni kontejneri, kontejneri za gradilišta i za stanovanje te specijalni kontejneri poput kioska, plinskih kotlovnica ili mjernih stanica. U slučaju povezivanja kontejnera u kontejnerske sklopove (više kontejnera spojenih u jednu cjelinu) govorimo o modularnoj gradnji, čiji rezultat mogu biti zgrade i od nekoliko katova kao na slici. Slika Smještaj za tražitelje azila u Berlinu [4] 3.1 STAMBENI KONTEJNERI Stambeni kontejneri su objekti za stanovanje čije su glavne odlike ekonomičnost, mogućnost brze instalacije i modularne nadogradnje. Izrađuju se prema standardnim dimenzijama prilagođenim za cestovni promet. Danas se zbog racionalizacije prijevoza, najčešće kao tipovi stambenih kontejnera koriste 20-stopni kontejneri s obzirom na to da se u jedan šleper mogu utovariti dva sastavljena ili osam rastavljenih kontejnera, tzv. Transpackova [5]. Prednosti izgradnje stambenih kontejnera su višestruke, a jedna od najistaknutijih je energetska učinkovitost. Odabirom dobrog izolacijskog materijala moguće je postići da građevina pripada B energetskom razredu. Što se tiče vremena instalacije ovakvog tipa objekta, ovisno o veličini i zahtjevima može potrajati od 10 do 30 dana. Za montažni objekt veličine 60 m2 , potrebno je oko 20-ak dana za izradu. Montaža na mjestu instalacije vrlo je jednostavna i ne zahtijeva puno vremena, budući da su svi elementi u kontejneru ugrađeni još u procesu proizvodnje (elektrika, kanalizacija, vodovod). Rastavljeni stambeni kontejner je montažno- demontažnog tipa, pa se može vrlo jednostavno demontirati i premjestiti na drugu lokaciju [5].
8 3.2 PRENAMIJENJENI TRANSPORTNI KONTEJNERI U pristaništima svjetskih luka nalazi se velik broj praznih i neiskorištenih transportnih kontejnera iz razloga što je njihova otpremna cijena veća od cijene novih kontejnera iz Azije [6]. Primjer kontejnerskog terminala dan je na slici 3.1. Slika 3.1 Kontejnerski terminal u Stockholmu [7] Ti kontejneri mogu se povoljno otkupiti i prenamijeniti u prostor za stanovanje. Kako su napravljeni da izdrže velika opterećenja i nepovoljne vremenske uvjete prilikom prekooceanskog prijevoza, posjeduju snažnu i izdržljivu konstrukciju koja bi definitivno zadovoljila kriterije opterećenja jednog stambenog objekta. Jedna od najistaknutijih prednosti je njihova niska cijena, pa se tako u SAD-u jedan polovni 20-stopni kontejner može kupiti za 1200 američkih dolara, dok je cijena novog oko 6000 američkih dolara. Nakon što prestanu biti u ulozi transportnih kontejnera, oni postaju roba spremna za oporabu pa se njihovim ponovnim korištenjem naizgled doprinosi zaštiti okoliša. S druge strane, potrebno je uložiti određenu količinu energije da bi se kontejner učinio useljivim. To uključuje i pjeskarenje cijele površine kontejnera, s obzirom na to da ona sadrži boje i lakove štetne za ljudsko zdravlje, pri čemu treba postaviti pitanje da li je proces njihove prenamjene uistinu ekološki prihvatljiv [6]. . Slika 3.2 Kontejnerski grad u Londonu [8]
9 3.3 STAMBENI KONTEJNERI U HRVATSKOJ I SVJETSKOJ ARHITEKTURI Kontejneri su fleksibilna metoda gradnje, što ih čini pogodnim za korištenje u različite svrhe. Na našim prostorima kontejneri se u većem opsegu koriste tek kao privremena stambena rješenja na gradilištima ili za industrijske potrebe. Koriste se i kao izložbeni i prodajni prostori ili kao jeftinije varijante vikendica, iako na nešto skromnijoj razini. Ideja o takvoj vrsti gradnje kod nas je još uvijek slabo zastupljena, a razlozi mogu biti od skeptičnosti prema drukčijem pristupu, nedorečenosti zakona u smislu građevinskih dozvola do nedovoljne informiranosti ljudi. Istina je da na prvi pogled građevinski kontejner ne izgleda kao prostor za trajno stanovanje, ali se njegovim spajanjem u proširenoj izvedbi može postići moderni dizajn ekonomski mnogo prihvatljiviji od tradicionalne kuće. Značajniji projekt u Hrvatskoj kojeg vrijedi spomenuti je Visoka škola B.A. Krčelić u Zaprešiću izgrađena od transportnih kontejnera na dvije etaže. Kontejneri su proizvod tvrtke Jedinstvo koja uspješno konkurira na europskom tržištu u gradnji modularnih objekata više od 60 godina. Slika 3.3 Visoka škola B.A. Krčelić u Zaprešiću [5]
10 U svijetu se pak kontejnerski objekti koriste za izgradnju škola, vrtića, bolnica, individualnih stambenih rješenja i sličnog. Idealan primjer njihove primjene na svjetskoj razini je studentski dom „Keetwonen“ u Amsterdamu koji je projekt njemačke tvrtke Tempohousing. Slika 3.4 Studentski dom „Keetwonen“ u Amsterdamu [9] Cjelokupni kompleks proteže se na 18 000 kvadratnih metara i obuhvaća 1000 kontejnerskih jedinica, praonicu, malu trgovinu, radnju za popravak bicikala i restoran. Prenamijenjeni kontejneri postavljani su tempom od 20-25 jedinica na dan. Kontejneri su naslagani u visinu na 5 razina, spojeni mehanizmom za spajanje i podijeljeni u 12 različitih zgrada. Svaki od njih ima vlastiti balkon ili vrt ukoliko je smješten na najnižoj razini. Što se tiče izolacije, korištena je tvrda ekspandirana polistirenska pjena za zidove i krovove. Jedinice su konstruirane tako da zadrže unutarnju temperaturu od 21o C, zvučno su izolirane i otporne na vatru, a ventilacijski sustav izveden je kao spoj prirodne i mehaničke ventilacije. U ovom slučaju najisplativijima su se pokazali 40-stopni kontejneri (dužine 12 m i visine 2,6 m) koji su podijeljeni u 2 zasebne sobe odvojene zajedničkom kupaonicom [9]. Slika 3.5 Kontejnerska jedinica u studentskom domu „Keetwonen“ u Amsterdamu [9]
11 4 NISKOENERGETSKI STAMBENI KONTEJNERI Novi energetski koncepti zgrade obuhvaćaju niskoenergetske i pasivne zgrade te gotovo nul-energetske zgrade. Termin niskoenergetske zgrade kolokvijalno obuhvaća zgrade energetskog razreda A i B, dok su pasivne zgrade one koje spadaju u energetski razred A+. Pojmovi niskoenergetskog objekta nisu definirani zakonodavstvom RH, dok je njemačkim zakonodavstvom propisano da je niskoenergetska zgrada ona čija je godišnja potrošnja energije do 50 kWh/m2 , a pasivna ona čija je potrošnja do 15 kWh/m2 [10]. 4.1 ENERGETSKI RAZREDI Stambene i nestambene zgrade svrstavaju se u 8 energetskih razreda prema energetskoj ljestvici od A+ do G. A+ označava energetski najpovoljniji, dok G energetski najnepovoljniji razred. Energetski razred stambene zgrade ovisi o specifičnoj godišnjoj potrebnoj toplinskoj energiji za grijanje za referentne klimatske podatke u kWh/m2 [11]. Tablica 4.1 Energetski razredi stambenih objekata [11] Pri planiranju izgradnje ovakvih tipova objekata potrebno je uobziriti sve parametre koji utječu na smanjenje toplinskih gubitaka. Bitniji među njima su [11]:  visoka razina tolinske zaštite cijele vanjske ovojnice  izbjegavanje potencijalnih toplinskih mostova  orijentacija zgrade prema Suncu s ciljem maksimalnog iskorištavanja dnevnog svjetla i  topline  korištenje obnovljivih izvora energije pri zadovoljavanju energetskih potreba objekta 4.2 IZOLACIJSKI MATERIJALI ZA NISKOENERGETSKE OBJEKTE Ne postoji egzaktna definicija niskoenergetskog stambenog kontejnera, ali ono što on u suštini predstavlja jest mobilni stambeni objekt čija godišnja potrošnja energije za grijanje ne prelazi 50 kWh/m2 . Jedan od ključnih faktora pri tome je odabir odgovarajućeg izolacijskog materijala. Energetski razred 2 , , / kWh/mH nd refQ -specifična godišnja potrebna toplinska energija za grijanje za referentne klimatske podatke A+ 15 A 25 B 50 C 100 D 150 E 200 F 250 G 250
12 U tablici se nalaze karakteristike najčešće korištenih toplinsko izolacijskih materijala, potrebne debljine za postizanje iste razine toplinske zaštite, te relativni trošak za tu razinu toplinske zaštite po m2 izolacije. Što je manji koeficijent prolaska topline, to je bolja toplinska zaštita zgrade. Osim toga, pri izboru materijala treba uzeti u obzir i druge karakteristike materijala kao što su požarna otpornost, otpornost na vlagu, faktor otpora difuziji vodene pare, trajnost i drugo [11]. Tablica 4.2 Karakteristike toplinsko-izolacijskih materijala [11] Toplinsko izolacijski materijal Gustoća 3 / (kg/m ) Toplinska provodljivo st / (W/mK) Potrebna debljina (cm) za 2 0,35 W/m KU  Faktor otpora difuziji vodene pare  Relativni trošak za 2 0,35 W/m KU  Mineralna vuna (MW) prema HRN EN 13162 (kamena i staklena vuna) 10-200 0,035-0,050 9-11 1 1 Ekspandirani polistiren (EPS) prema HRN EN 13 163 (stiropor) 15-30 0,035-0,040 9-10 60 0,50-0,80 Ekstrudirana polistirenska pjena (XPS) prema HRN EN 13164 25 0,030,0,040 8-10 150 2,5 Tvrda poliuretanska pjena (PUR) prema HRN EN 13165 30 0,020-0,040 7-9 60 5-8 Drvena vuna (VW) prema HRN EN 13168 360-460 0,065,0,09 16-20 3/5 4-6 Ekspandirani perlit (ESB) prema HRN EN 13169 140-240 0,040-0,065 10-16 5 1,5-2,0 Ekspandirano pluto (CB) prema HRN EN 13170 80-500 0,045-0,055 11-14 5/10 2,0-3,0 Ovčja vuna 15-60 0,040 10-11 1-2 - Slama - 0,090-0,130 20-35 - -
13 Kod stambenih kontejnera vanjski zidovi izvedeni su u obliku termoizolacijskih panela. To su građevni elementi koji postaju sve popularniji u građevinarstvu i arhitekturi. Koriste se u izgradnji kontejnera, ureda, poslovnih zgrada, sportskih objekata, hladnjača, industrijskih i ostalih objekata. Izrađuju se u tzv. sendvič izvedbi prema slici, a koja se sastoji od [5]: 1. dva vanjska limena omotača načinjena od čvrstih materijala (aluminij, čelik) 2. ispune (jezgre) koja ima relativno loša mehanička svojstva, ali osigurava dobru izolaciju ( PU i PVC pjena, XPS, EPS, mineralna vuna) Slika 4.1 Sendvič panel Postoje i specijalni toplinsko-izolacijski materijali poput aerogela koji se u graditeljstvu koriste još uvijek na eksperimentalnoj razini, a za čiju primjenu rezultati eksperimentalne analize pokazuju kako je to najlakši građevinski materijal s izuzetnim svojstvima koji će zbog svoje visoke transparentnosti imati značajnu ulogu u prozvodnji izolacijskih materijala, prozora i vrata, ostakljenih stijena i svjetlarnika. Nalik je smrznutom dimu koji ima najvišu vrijednost toplinske izolacije, najnižu provodljivost zvuka, najniži indeks loma svjetlosti i najnižu dielektričnu konstantu od svih poznatih čvrstih materijala. U potpunosti sprječava sva tri mehanizma prijenosa topline: zrak ne može strujati kroz strukturu materijala (konvekcija), kao materijal slabo provodi toplinu (kondukcija), a ako sadrži ugljik koji apsorbira infracrveno zračenje, onda ne prenosi toplinu zračenjem. 4.3 PROZORI I PROZORSKI PROFILI Prozorski otvori na vanjskim zidovima građevine izvode se s ciljem osvjetljavanja prostorija dnevnim svjetlom i za njihova provjetravanja. U prozorske otvore ugrađuju se prozori koji preko stakla propuštaju dnevnu svjetlost čime se postiže određen stupanj osvijetljenosti unutrašnjosti objekta, osiguravaju toplinsku i zvučnu zaštitu te zaštitu od atmosferskih utjecaja. Gubici topline kroz prozore dijele se na transmisijske i ventilacijske gubitke čija suma predstavlja više od 50 % toplinskih gubitaka građevine. S obzirom na činjenicu da gubici kroz prozore mogu biti deset ili više puta veći od onih kroz zidove, potrebno je posvetiti pažnju pravilnom odabiru prozora i prozorskih elemenata. Na suvremenim niskoenergetskim i pasivnim kućama koeficijent prolaza topline kreće se između 0,80-1,40 W/m2 K. Neovisno o vrsti materijala od kojega se izrađuju, prozorski profili moraju omogućiti dobro brtvljenje, prekinuti toplinski most u profilu, jednostavno otvaranje i nizak koeficijent prolaza topline. Materijali koji se najčešće koriste za izradu prozorskih profila su drvo, čelik, aluminij, PVC, a moguća je kombinacija više različitih materijala ili kompozitna izvedba.
14 Danas se stakla izrađuju kao dvoslojna ili troslojna izolacijska stakla, s plinovitim punjenjem ili premazima kojima se postižu bolja toplinska svojstva [11]. Slika 4.2 Prozorski kvalitetni prozori izrađeni od PVC-a, drva i aluminija [11] Čimbenici koji utječu na U-faktor stakla su [11]:  Debljina i broj međuprostora - povećanjem broja međuprostora i širine tih međuprostora smanjuje se U-faktor  Punjenje međuprostora - ukoliko se međuprostor izo stakla napuni plinovima (argon, ksenon, kripton) U faktor će se smanjiti  Odabir stakla - debljina stakla vrlo malo utječe na U-faktor, ali moguće je koristiti stakla niske emisije (low-e staklo) Porastom svijesti o energetskoj održivosti, danas je sve veća primjena troslojnih izo stakala kojima se dodatno poboljšavaju toplinske karakteristike prozora [11]. Slika 4.3 Trostruka izo stakla ugrađena u prozorski profil [11]
15 4.4 SUSTAVI GRIJANJA I HLAĐENJA SA DIZLICOM TOPLINE Zadatak sustava grijanja je održavanje željene razine temperature grijanog prostora tijekom hladnijeg dijela godine. Izvori energije koje koriste sustavi grijanja mogu se općenito podijeliti na obnovljive i neobnovljive. Pod obnovljivim izvorima podrazumijevaju se takvi izvori čija se izdašnost ne smanjuje za ljudsko poimanje vremena, tj. ako je povećanje raspoložive energije veće ili jednako njenoj potrošnji u istom vremenskom razdoblju. U obnovljive izvore energije ubrajaju se energija Sunčeva zračenja, energija vjetra, energija valova, energija plime i oseke, biomasa, bioplin, te toplina zraka, mora i zemlje (akumulirana Sunčeva energija) [12]. Za zagrijavanje manjih prostora poput stambenog kontejnera moguće je koristiti električne uređaje za pojedinačna (lokalna) grijanja kao što su prijenosni kaloriferi, infracrvene grijalice, konvektori, stropni ili podni električni grijači, električne akumulacijske grijalice [12]. Zbog opsežnosti tematike sustava grijanja, ograničit ćemo se samo na dizalice topline kao rješenja za postizanje visoke energetske učinkovitosti te zbog njihove mogućnosti zagrijavanja i hlađenja prostora, ovisno o vremenskim prilikama. Također, dizalice topline koriste obnovljive izvore energije što je u skladu s pojmom niskoenergetske građevine [12]. Dizalica topline je uređaj koji omogućava prijenos toplinske energije iz toplinskog spremnika niže temperaturne razine u toplinski spremnik više temperaturne razine korištenjem energije pomoću ljevokretnog kružnog procesa prikladnog radnog medija. Zahvaljujući tom svojstvu, dizalice topline su prikladne kao izvori toplinskog učina u sustavima grijanja, pripreme potrošnje tople vode, ventilacije i klimatizacije [12]. Toplinski spremnici različitih temperaturnih razina pri tome su [12] :  Toplinski izvor: prostor ili medij niže temperaturne razine od kojeg se toplina dovodi (najčešće je to neposredna okolica: tlo, površinske i podzemne vode, okolni zrak, otpadni, istrošeni ili onečišćeni zrak iz prostorija ili raznih procesa  Toplinski ponor: prostor ili medij više temperaturne razine kojem se toplina dovodi (najčešće su to zrak u prostoriji, voda u sustavu grijanja, potrošna topla voda, odnosno prikladni ogrijevni medij) Slika 4.4 Pojednostavljeni prikaz sastavnih dijelova kompresijske dizalice topline s toplinskim izvorom i sustavom grijanja [12]
16 Kompresijske dizalice topline za povišenje energetske razine temperature i tlaka radne tvari, odnosno za omogućavanje kružnog procesa koriste mehanički rad kompresora. Sastoje se od isparivača, kompresora, kondenzatora i termoekspanzijskog ventila. Uz to, tu su i spojni vodovi koji povezuju ta četiri osnovna dijela, regulacijski i pomoćni elementi te radna tvar. Kompresijske dizalice topline također se mogu izvesti tako da služe i kao izvor rashladnog učina. Tada se opremaju prekretnim ventilom pa kondenzator postaje isparivač, a isparivač kondenzator [12]. Slika 4.5 Pojednostavljena shema dizalice topline s mogućnošću prekretanja procesa [12] Izvori topline za sustave s dizalicom topline mogu biti toplinska energija zraka, površinskih, podzemnih ili otpadnih voda te toplinska energija površinskih i podzemnih slojeva Zemlje [12]. Ukoliko se stambeni kontejner koristi kao zasebna jedinica najprikladnija je DT sa zrakom kao toplinskim izvorom. Pri tome se često koriste klima uređaji kod kojih je omogućeno prekretanje rashladnog procesa. Kod dizalica topline zrak-voda dobivena se toplina koristi u sustavu toplovodnog (niskotemperaturnog) grijanja ili klimatizacije (npr. u klima komori), a kod dizalica topline zrak-zrak u sustavu ventilacije i klimatizacije (toplozračno grijanje) ili se zrak zagrijan prolaskom kroz kondenzator izravno ubacuje u prostoriju [12]. Jedna od osnovnih izvedbi dizalice topline zrak-zrak jest klima uređaj u odvojenoj izvedbi (split sustav). Za funkcioniranje uređaja potrebno je spajanje dviju jedinica od kojih se jedna montira unutar prostora koji želimo klimatizirati (unutarnja jedinica) dok druga mora biti u doticaju s okolinom (vanjska jedinica). U režimu hlađenja unutarnja jedinica preuzima toplinu zraka iz prostora pri čemu uzrokuje isparavanje radne tvari koja struji u cijevima između unutarnje i vanjske jedinice. Radna tvar u parovitom stanju ulazi u kompresor gdje joj rastu tlak i temperatura što omogućuje proces kondenzacije radnog medija u izmjenjivaču vanjske jedinice na način da preda toplinu okolini. Kružni proces završava u ekspanzijskom ventilu, nakon čega rashladni medij u tekućem stanju ponovno dolazi u unutarnju jedinicu te se cijeli ciklus ponavlja [11]. U režimu grijanja odvija se obrnuti proces pri čemu vanjska jedinica postaje isparivač radnog medija preuzimajući toplinu vanjskog zraka [11].
17 5 KONSTRUKCIJA STAMBENOG KONTEJNERA Stambeni kontejner na slici je rastavljiv i mobilni objekt koji se može koristiti kao zasebna građevinska jedinica ili kao dio složenijeg modularnog objekta. Vanjske dimenzije uzete su po uzoru na standardni transportni ISO kontejner tipa 1CC radi mogućnosti prijevoza maksimalnog broja kontejnera, a s ciljem smanjenja troškova logistike. Osim lakoće prijevoza, moguće ga je brzo instalirati na željeno mjesto zbog jednostavne konstrukcije. S druge strane, kompaktnost i velik broj osvijetljenih ploha čine ga vizualno dopadljivim proizvodom što doprinosi njegovom tržišnom potencijalu. Utovaranje i istovaranje kontejnera s transportnog sredstva može se ostvariti na dva načina: viličarom ili dizalicom. U slučaju korištenja viličara, poželjno je da ima produžetke na vilicama. Kontejner je potrebno postaviti na čvrstu, ravnu, niveliranu, asfaltiranu ili betonsku podlogu. Slika 5.1 Sklop stambenog kontejnera Slika 5.2 Vanjske dimenzije konstrukcije stambenog kontejnera
18 Na slici 5.3 je dan eksplozijski pogled konstrukcije sklopa stambenog kontejnera koja se može podijeliti u četiri osnovna dijela:  Krov kontejnera (pozicija 1) - gornji dio sklopa koji je vijčanom vezom spojen sa vertikalnim stupom  Vertikalni stup (pozicija 2) - načinjen od konstrukcijskog čelika S235, nesimetričnog poprečnog presjeka odabranog radi omogućavanja zatvaranja konstrukcije zidnim panelima.  Zidni panel (pozicija 3) - u izvedbi sendvič panela pri čemu je sa unutarnje strane postavljen plastificirani i pocinčani lim debljine 0,5 mm, a vanjske strane trapezni plastificirani i pocinčani lim debljine 0,5 mm.  Pod kontejnera (pozicija 4) - donji dio sklopa koji je vijčanom vezom spojen s vertikalnim stupom Slika 5.3 Eksplozijski prikaz sklopa konstrukcije Okvir podsklopa konstrukcije krova kontejnera prema slici 5.4 sastavljen je iz glavnih greda (pozicija 1) i bočnih greda (pozicija 2) od čeličnog lima debljine 3 mm zavarenih na kutnik kontejnera (pozicija 3) debljine 8 mm. Na jednoj bočnoj gredi nalaze se otvori za smještaj električnih utičnica. Ukoliko se koristi dizalica pri instalaciji objekta kontejner se zahvaća kukama za otvore koji se nalaze na kutniku. Dimenzije kutnika standardizirane su prema ISO 1161. Poprečne krovne grede izvedene su u obliku I profila (pozicija 4) i zavarene su na gornju glavnu gredu. Na donju stranu poprečnih krovnih greda, samoureznim vijcima pričvršćene su ukrasne ploče od iverja (pozicija 5) na koje se postavi paropropusna vodonepropusna folija, a na nju mineralna vuna. S gornje strane poprečnih greda nalaze se krovni trapezni paneli (pozicija 6) s PIR izolacijskom jezgrom.
19 Slika 5.4 Krov kontejenera Slično krovnom okviru, podni okvir kontejnera prema slici 5.5 sastoji se iz glavnih (pozicija 1) i bočnih greda od čeličnog lima debljine 3 mm (pozicija 2) zavarenih na kutnik kontejnera (pozicija 3) debljine 8 mm. Poprečne krovne grede izvedene su u obliku I profila (pozicija 4) i zavarene su na donju glavnu gredu. Na donjem okviru kontejnera smješteni su otvori za vilice (pozicija 5) koji se koriste ukoliko se za manipulaciju kontejnera koristi viličar. Na donju stranu poprečnih greda, samoureznim vijcima pričvršćen je plastificirani i pocinčani lim (pozicija 5) na koje se postavlja paropropusna vodonepropusna folija na koju dolazi mineralna vuna. S gornje strane poprečnih greda nalaze se daske od iverja na koje se nalijepi linoleum. Slika 5.5 Pod kontejnera
20 Spoj zidnog panela i okvira krova kontejnera ostvaren je vijčanom vezom na sljedeći način: Dvonavojna matica (pozicija 1) postavlja se na dva prethodno predviđena mjesta za provrt sa oba kraja panela, te se imbus ključem uvrti u panel. Zatim se postavi podloška (pozicija 4) na koju dolazi vezna pločica (pozicija 3) s otvorom kroz koji prolazi vijak M12 (pozicija 2). Slika 5.6 Spoj zidnog panela i okvira krova kontejnera Vertikalni stup je nesimetričnog poprečnog presjeka čime je omogućeno zatvaranje zidnih panela. Na donjoj i gornjoj strani stupa zavarena je pločica na kojoj se nalaze otvori kroz koje prolaze vijci M16, a koji su zavareni na kutnik kontejnera. Slika 5.7 Spoj vertikalnog stupa i donjeg okvira kontejnera
21 Na slici je prikazano nasjedanje zidnog panela na donju glavnu gredu čime je onemogućen pomak panela prema van. Slika 5.8 Spoj zidnog panela i okvira poda kontejnera Spoj zidnog panela i stupa ostvaren je vijčanom vezom na sličan način kao i spoj panela sa gornjim okvirom. Dvonavojna matica (pozicija 1) postavljena je u jezgru panela. Podložna pločica (pozicija 3) stavlja se s unutarnje strane stupa, a zatim se vijak M12 pritegne u dvonavojnu maticu. Slika 5.9 Spoj zidnog panela i vertikalnog stupa kontejnera
22 Praktična primjena različitih tipova panela ovisi o dizajnu spojnih strana između kojih mora postojati čvrsta veza. Najčešće korišten tip spoja je utor i pero spoj. Spojem izolacijskih panela tehnikom utora i pera prema slici postiže se nekomplicirana izvedba kojom se sprječava nastanak toplinskih mostova pri čemu su rubovi metalnih okvira uvijeni unatrag. Slika 5.10 Spoj zidnih panela Oblik krovnih panela razlikuje se od oblika zidnih panela. Na kraju svakog panela nalazi se jedan prazan val ispod kojeg se nastavlja sljedeći panel čime se tvori samozatvarajući oblik koji osigurava lakšu i precizniju montažu te bolji otpor na vlagu i vremenske uvjete. Na mjestima preklapanja, paneli se pričvršćuju na potporne strukture, tj. poprečne grede pomoću samobušećih vijaka. Slika 5.11 Krovni panel
23 6 ANALITIČKI PRORAČUN ELEMENATA STAMBENOG KONTEJNERA Kako je stambeni kontejner objekt namijenjen za boravak ljudi, može se promatrati kao građevina te će mu se za potrebe proračuna pristupiti sa građevinskog stajališta. Karakteristike transportnih kontejnera namijenjenih za prijevoz robe prevelike su da bi se primjenile na stambeni kontejner. Primjerice, pri testiranju tih kontejnera maksimalni broj naslaganih kontejnera pod punim opterećenjem iznosi 10, pri čemu masa punog kontejnera iznosi 24 000 kg. [8] 6.1 PRORAČUN PODA KONTEJNERA Kod proračuna podne grede pretpostavljen je slučaj ravnomjerno raspodijeljenog kontinuiranog opterećenja. Prema hrvatskoj prednormi HRN ENV 1991-2-1 odabrana je vrijednost uporabnog opterećenja qk prema tablici 6.1: Tablica 6.1 Uporabna opterećenja u zgradama [9] Opterećenje 2 / (kN/ m )kq / kNkQ A-općenito 2,0 2,0 -stubišta 3,0 2,0 -balkoni 4,0 2,0 B 3,0 2,0 C -C1 3,0 4,0 -C2 4,0 4,0 -C3 5,0 4,0 -C4 5,0 7,0 -C5 5,0 4,0 D -D1 5,0 4,0 -D2 5,0 7,0 E 6,0 7,0 Kontinuirano opterećenje grede q: 3 1,1 3,3 kN/mkq q d    (6.1) Pri čemu je: razmak između podnih greda d=1,1 m Slika 6.1 Slučaj optrećenja podne grede
24 Jednadžbe ravnoteže nosača: 0; 0 2 z A B ql F F F    (6.2) 2 0; 0 2 A B ql M F l   (6.3) Izračunate vrijednosti reakcija veza su: 3,3 2,432 4,01 kN 2 2 A B ql F F      Mjesto maksimalnog momenta savijanja, određuje se iz uvjeta: 0 2mx m ql Q qx   (6.4) Maksimalan moment savijanja u presjeku mx : 2 ,max 2 2 mA b qxF l M   (6.5) 4 2 2 2 ,max 3,3 2,432 2,44 kNm 2 8 8 8 b ql ql ql M       Uvjet krutosti: 2432 8,11 mm 300 300 dop l w    (6.6) 4 4 5 5 3,3 2432 1,59 mm < 384 384 210000 4494000 dop ql w w EI        (6.7) Pri čemu su: Maksimalan progib grede 1,59 mmw  Duljina grede 2432 mml  Modul elastičnosti konstrukcijskog čelika 2 210000 N/mmE 
25 Za poprečnu gredu donjeg okvira kontejnera odabran je I profil. Slika 6.2 Poprečni presjek I profila Karakteristike poprečnog presjeka I profila: Širina pojasnice 100 mmb  Visina I profila 80 mmh  Debljina hrpta 6 mms  Polumjer zaobljenja 12 mmr  Debljina pojasnice 10 mmt  Aksijalni moment tromosti 4 449,4 cmyI  Moment otpora površine presjeka 3 89,91 cmyW  Statički moment površine presjeka 3 52,1 cmyS  Za materijal poprečne grede odabran je opći konstrukcijski čelik S235. Uvjet čvrstoće glasi: e ekv dop R S    (6.8) 235 156,67 MPa 1,5 e dop R S     6 max 2,44 10 27,14 MPa 89910y M σ W     (6.9) 4,013 1000 51,1 1000 7,75 MPa 449,4 10000 6 z y y Q S τ I s         (6.10) 2 2 2 2 27,14 7,75 27,14 7,75 24,21 MPaekv dop             (6.11) Vidljivo je da je ekvivalentno naprezanje manje od 156,67 MPa što je dopušteno naprezanje za odabrani konstrukcijski čelik uz preporučeni faktor sigurnosti 1,5S  .
26 6.2 PRORAČUN KROVA KONTEJNERA Opterećenje snijegom ubraja se u promjenljiva slobodna djelovanja i proračunava se na temelju karakterističnog opterećenja ks . Takvo opterećenje odgovara jednoliko raspoređenom snijegu koji je napadao pri mirnim vremenskim uvjetima na ravno tlo, a ovisi o obliku krova i utjecaju vjetra na raspodjelu snijega [13]. Izraz za određivanje opterećenja od snijega na krov glasi: i e t ks μ C C s (6.12) Gdje su: karakteristična vrijednost opterećenja od snijega na tlo 2 / ( )/k kN ms koeficijent oblika opterećenja od snijega i koeficijent izloženosti, koji obično ima vrijednost 1,0eC  toplinski koeficijent, koji obično ima vrijednost 1,0tC  Opterećenje snijegom djeluje vertikalno i odnosi se na horizontalnu projekciju površine krova te se odnosi na snijeg koji je prirodno napadao. Opterećenje snijegom na tlo zavisi od geografskog položaja i nadmorske visine lokacije koja se razmatra i dano je na nacionalnoj osnovi u obliku karata s odgovarajućom geografskom lokacijom [13]. Tipična mapa karakterističnog opterećenja snijegom na tlo dana je na slici 6.3. Slika 6.3 Karta opterećenja snijegom u Hrvatskoj [13] Učinak geometrije krova uzima se u obzir s koeficijentom oblika opterećenja snijegom. Uobičajene geometrije krovova su jednostrešni, dvostrešni, višestrešni i valjkasti krovovi.
27 Tablica 6.2 Karakteristične vrijednosti opterećenja snijegom ks na različitim nadmorskim visinama u pojedinim zonama [13] Nadmorska visina do (m) I. područje II. područje III. područje IV. područje 100 1,10 1,10 0,45 0,35 200 1,30 1,40 0,80 0,50 300 1,55 1,75 1,20 0,70 400 1,80 2,20 1,65 0,90 500 2,05 2,65 2,15 1,15 600 2,35 3,15 2,70 2,70 700 2,65 3,70 3,30 3,30 800 2,95 4,25 3,95 3,95 900 3,25 4,90 4,65 4,65 1000 3,60 5,55 5,40 5,40 1100 3,95 6,25 6,20 6,20 1200 4,30 7,00 7,05 7,05 1300 - 7,80 7,95 7,95 1400 - 8,65 8,90 8,90 1500 - 9,50 9,90 9,90 1600 - 10,40 10,95 10,95 1700 - 11,40 12,05 12,05 18000 - - 13,20 13,20 Tablica 6.3 Koeficijenti oblika opterećenja od snijega prema HRN ENV 1991-2-3 [13] Kut nagiba krova 0 15  15 30  30 60  60  Koeficijent oblika 1 0,8 0,8 0,8(60 ) / 30 0 Koeficijent oblika 2 0,8 0,8 0,6( 15) / 30  1,1(60 ) / 30 0 Koeficijent oblika 3 0,8 0,8 / 30 0,8 0,8 / 30 1,6 - Opterećenje krova snijegom određuje se prema izrazu: 2 0,8 1 1 1,1 0,88 kN/mi e t ks μ C C s      Pri čemu su vrijednosti iμ i ks odabrane prema tablicama 6.2 i 6.3.
28 Tablica 6.4 Svojstva elemenata konstrukcije krova Element konstrukcije krova Poprečne grede Trapezni paneli Izolacija Ukrasne ploče od iverja Materijal Konstrukcijski čelik S235 Profilirani čelični lim + PIR izolacijska jezgra Mineralna vuna Iverica Karakteristike Nazivna masa: 6 kg/mnm  Dužina: 2,432 md  Broj komada: 9 Ukupna masa: 131,3 kgpgm  Širina panela: 1 910 mmd  Debljina panela: 2 40 mmd  Dužina panela: 3 2100 mmd  Debljina lima: 0,5 mmt  Masa panela: 8,95 kgm  Broj komada: 8,5n  Ukupna masa: 76,1 kgtpm  Srednja gustoća: 3 28 kg/m  Debljina: 80 mmd  Ukupna površina: 2 12,42 mA  Ukupna masa: 27,8 kgim  Srednja gustoća: 3 665 kg/m  Debljina: 22 mmd  Ukupna masa: 181,7 kgupm  Ukupna masa koja proizlazi iz pojedinačnih masa elemenata krova konstrukcije iznosi: , 131,3 76,1 27,8 181,7 416,9 kguk k pg tp i upm m m m m         (6.13) Težina konstrukcije krova dobije se prema izrazu: , 416,9 9,81 4089,8 N 4,089 kNk uk kF m g     (6.14) Opterećenje na površinu krova prouzročeno vlastitom težinom iznosi: 24,089 0,32 kN/m 12,42 k v u F q A    (6.15) Ukupno kontinuirano opterećenje grede q računa se kao suma opterećenja snijegom s i opterećenja krova vlastitom težinom qv. 2 , 0,88 0,32 1,2 kN/muk k vq s q     (6.16)
29 Kod proračuna nosača krova pretpostavljen je slučaj ravnomjerno raspodijeljenog kontinuiranog opterećenja prema slici 6.4: Slika 6.4 Slučaj optrećenja podne grede Kontinuirano opterećenje grede q: 1,2 0,73 0,88 kN/mukq q d    (6.17) Pri čemu je: razmak između krovnih I profila d=0,73 m Za poprečnu gredu gornjeg okvira kontejnera odabran je I profil. Slika 6.5 Poprečni presjek I profila Karakteristike poprečnog presjeka I profila: Širina pojasnice 46 mmb  Visina I profila 80 mmh  Debljina hrpta 3,2 mms  Polumjer zaobljenja 5 mmR  Debljina pojasnice 5,2 mmt  Aksijalni moment tromosti 4 80,1 cmyI  Moment otpora površine presjeka 3 23,2 cmyW  Statički moment površine presjeka 3 12 cmyS  Za materijal poprečne grede odabran je opći konstrukcijski čelik S235.
30 Maksimalni moment savijanja u presjeku mx : 2 2 ,max 0,88 2,432 0,65 kNm 8 8 b ql M     (6.18) Vrijednost maksimalne poprečne sile: 0,88 2,432 1,1 kN 2 2 z ql Q     (6.19) Uvjet krutosti: 2432 8,11 mm 300 300 dop l w    (6.20) 4 4 5 5 0,88 2432 2,38 mm < 384 384 210000 801000 dop ql w w EI        (6.21) Progib nosača je unutar dozvoljene vrijednosti prema čemu proračun na krutost zadovoljava. Normalno naprezanje uslijed savijanja grede: 6 max 0,65 10 28,02 MPa 23200y M σ W     (6.22) Posmično naprezanje uslijed savijanja grede: 1100 12000 2,74 MPa 801000 6 z y y Q S τ I s      (6.23) 2 2 2 2 28,02 2,74 28,02 2,74 26,76 MPaekv dop             (6.24) Vidljivo je da je ekvivalentno naprezanje manje od 156,67 MPa što je dopušteno naprezanje za odabrani konstrukcijski čelik S235 uz preporučeni faktor sigurnosti 1,5S  . Prema tome, proračun na čvrstoću zadovoljava.
31 6.3 PRORAČUN VERTIKALNOG STUPA KONTEJNERA Pretpostavka o masi kontejnera proizašla je iz sustava informacija o masama kontejnera pojedinih proizvođača dostupih na web stranicama. Za proračun je odabrana vrijednost od 2000 kg na cijeli kontejner. Također, pretpostavljen je slučaj sa tri vertikalno spojena kontejnera. Pretpostavljena masa i opterećenja R P Gm m m  (6.25) Pri čemu su: Rm - najveća dopuštena masa kontejnera Pm - najveća dopuštena masa tereta Gm - masa praznog kontejnera Unutrašnja površina kontejnera dobivena je tako da se vanjskim dimenzijama oduzme vrijednost pretpostavljene širine zidnog panela: 2 5,772 2,152 12,42 muA    Opterećenje površine prema tablici 6.1: 2 3 kN/mq  Najveća dopuštna težina tereta: 3 12,42 37,26 kNP k uF q A    (6.26) Najveća dopuštena masa tereta: 37260 3800 kg 9,81 P P F m g    (6.27) 3800 2000 5800 kgR P Gm m m     Težina snijega na najvišoj kontejnerskoj jedinici: 1 0,88 12,42 10,93 kN 10930 NuF sA     Masu snijega 1m možemo izračunati prema formuli: 1 1 10930 1114 kg 9,81 F m g    (6.28) Ukupna masa u slučaju opterećenja sa četiri dodatna kontejnera i polovinom težine najnižeg praznog kontejnera za sva 4 vertikalna stupa iznosi: 1 2000 4 4 5800 +1114 =25314 kg 2 2 G uk R m m m m      (6.29) Jedan vertikalni stup opterećen je četvrtinom ukupne težine: 25314 =6328 kg 4 4 uk s m m   (6.30)
32 Sila na vertikalni stup: F 6328 9,81 62083 N 62.08 kNs sm g     (6.31) Odabran je opći konstrukcijski čelik S235 sljedećih karakteristika: Granica razvlačenja 235 MPae TR σ  Granica proporcionalnosti 195 MPap  Karakteristično naprezanje kada se ekperimentalni podaci o izvijanju aproksimiraju pravcem 0 310 MPa  Youngov modul elastičnosti 210000 MPaE  Slika 6.6 Geometrija poprečnog presjeka vertikalnog stupa Pojedinačne površine poprečnog presjeka vertikalnog stupa: 2 1 97 3 291 mmA    2 2 162 3 486 mmA    2 3 (178 6) 3 516 mmA     2 4 80 3 240 mmA    Ukupna površina poprečnog presjeka: 4 2 1 2 3 4 1 1533 mmuk i A A A A A A        (6.32)
33 Slika 6.7 Udaljenosti težišta od pojedinačnih poprečnih presjeka 1 100 50 mm 2 y   1 1,5 mmz  2 3 1,5 mm 2 y   2 162 81 mm 2 z   3 178 89 mm 2 y   3 162 1,5 160,5 mmz    4 178 1,5 176,5 mmy    4 80 162 122 mm 2 z    Koordinate težišta poprečnog presjeka  ,s sT y z računaju se prema izrazima: 1 1 2 2 3 3 4 4 50 291 1,5 486 89 516 176,5 240 67,6 mm 1533 s uk y A y A y A y A y A              (6.33) 1 1 2 2 3 3 4 4 1,5 291 81 486 160,5 516 122 240 99 mm 1533 s uk z A z A z A z A z A              (6.34)
34 Slika 6.8 Udaljenosti težišta pojedinačnih površina od težišta presjeka 1 99 1,5 97,5 mma    1 67,6 50 17,6 mmb    1 96,5 81 15,5 mma    2 67,6 1,5 66,1 mmb    3 162 99 1,5 61,5 mma     3 89 67,6 21,4 mmb    4 122 99 23 mma    4 176,5 67,6 108,9 mmb    Drugi aksijalni moment površine presjeka određuje se pomoću Steinerovog pravila koje kaže da je drugi aksijalni moment površine s obzirom na neku os jednak drugom momentu površine oko paralelne težišne osi uvećanom za umnožak ploštine A površine i kvadrata udaljenosti između tih dviju osi a, tj. b: 2 1 ( )yI I a A  (6.35) 2 2 ( )zI I b A  (6.36) 3 4 1 3 97 218,25 mm 12 yI    3 4 1 3 97 228168,25 mm 12 zI    3 4 2 162 3 1062882 mm 12 yI    3 4 2 162 3 364,25 mm 12 zI    3 4 3 3 172 387 mm 12 yI    3 4 3 3 172 1272112 mm 12 zI    3 4 4 80 3 128000 mm 12 yI    3 4 4 80 3 180 mm 12 zI   
35 Glavni težišni drugi momenti površine 1I i 2I :         2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 2 2 2 2 4 (I ) (I ) (I ) (I ) 218,25 97,5 291 1062882 15,5 486 387 61,5 516 + 128000 23 240 2766537 123322,5 1952028 254960 5096847,5 mm y y y yI a A a A a A a A                                   2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 2 2 2 2 4 (I ) (I ) (I ) (I ) 228168,25 17,6 291 364,25 66,1 486 1272112 21,4 516 + 180 108,9 240 318308,41 2123800,31 1508419,36 2846390,4 6796918,48 mm z z z zI b A b A b A b A                            4 1 min 5096847,5 mmI I  Smanjenjem vitkosti štapa  raste kritično naprezanje kr i pri vitkosti t doseže granicu tečenja ( )e TR σ . Pri vitkosti manjoj od t prije će doći do gnječenja tj. tečenja štapa nego do izvijanja [15]. Budući da u konstrukcijama mora biti ispunjen uvjet ( )e Tσ R σ razlikuju se tri slučaja tlačno opterećenog štapa [15]: a) Kratki štapovi: t  ; štapovi se proračunavaju na tlačnu čvrstoću i izvijanje se ne uzima u obzir, a kritično je naprezanje kr eσ R b) Srednje dugi štapovi: t p    ; štapovi se računaju po Tetmajerovom izrazu: 0 0( )kr p p          c) Vitki štapovi: p  ; štapovi se proračunavaju prema Eulerovom izrazu: 2 2kr E     Minimalni polumjer tromosti površine presjeka mini : min min I 5096847,5 57,66 mm 1533 i A    (6.37) Bezdimenzijska karakteristika štapa (vitkost štapa)  je pri tome: 0 min min 2340 40,51 57,76 l l i i      (6.38) Gdje je: 0l - slobodna duljina izvijanja štapa za slučaj izvijanja prema slici 6.9:
36 Slika 6.9 Forma izvijanja- štap upet na oba kraja [12] Vitkost štapa pri granici proporcionalnosti: 210000 103,04 195 P p E λ π π σ     (6.39) Vitkost štapa pri granici tečenja: 0 0 310 235 103,04 67,2 310 195 T T P P σ σ λ λ σ σ         (6.40) Budući je T  , stup je potrebno proračunati na tlačnu čvrstoću: 235 156,67 MPa 1,5 kr dop S      (6.41) 62083 40,5 MPa 1533 s dop uk F σ σ A     (6.42) Uvjet stabilnosti je zadovoljen, a samim time i proračun stupa.
37 7 NUMERIČKI PRORAČUN KONSTRUKCIJE STAMBENOG KONTEJNERA Rezultati dobiveni analitičkim putem biti će provjereni metodom konačnih elemenata u softveru Ansys Workbench 15.0. Uz već proračunate elemente, numeričkoj analizi podvrgnut je i kutnik kontejnera. 7.1 NUMERIČKA ANALIZA PODNE GREDE Kod postavljanja rubnih uvjeta, zadano je da je jedan kraj grede fiksno oslonjen, dok je drugi kraj razmatran kao pomični oslonac pri čemu je omogućen pomak grede samo u smjeru z osi. Zadana sila na gornju plohu grede dobivena je množenjem kontinuiranog opterećenja i duljine grede. Napravljena je konvergencija pomoću tetraedarskih elemenata prvog i drugog reda pri čemu je vidljivo da tetraedarski elementi drugog reda brže konvergiraju. Na slici 7.2. prikazani su rezultati za pomake podne grede dobiveni konvergencijom tetraedarskih elemenata drugog reda. Slika 7.1 Definiranje opterećenja i pomaka u osloncima podne grede Slika 7.2 Rezultati pomaka podne grede
38 Slika 7.3 Konvergencija rješenja za pomake podne grede korištenjem tetraedarskih elemenata prvog reda Slika 7.4 Konvergencija rješenja za pomake podne grede korištenjem tetraedarskih elemenata drugog reda
39 7.2 NUMERIČKA ANALIZA KROVNE GREDE Rubni uvjeti zadani su na isti način kao kod podne grede. Rezultati na slici 7.5 dobiveni su konvergencijom tetraedarskih elemenata drugog reda. Slika 7.5 Definiranje opterećenja i pomaka u osloncima krovne grede Slika 7.6 Rezultati pomaka krovne grede
40 Slika 7.7 Konvergencija rješenja za pomake krovne grede korištenjem tetraedarskih elemenata prvog reda Slika 7.8 Konvergencija rješenja za pomake podne grede korištenjem tetraedarskih elemenata prvog reda
41 7.3 NUMERIČKA ANALIZA VERTIKALNOG STUPA Zbog sigurnosti proračuna, osim analitičkog dijela, provedena je i analiza metodom konačnih elemenata. Za analizu je korišten softver Ansys Workbench 15.0. Kod postavljanja rubnih uvjeta na donju stranu stupa ponstavljen je nepomičan oslonac, dok je na gornju stranu postavljen pomičan oslonac pri čemu je omogućeno gibanje stupa u smjeru y osi. Slika 7.9 Definiranje opterećenja i pomaka u osloncima vertikalnog stupa Slika 7.10 Rezultati pomaka vertikalnog stupa
42 7.4 NUMERIČKA ANALIZA KUTNIKA Kako je kutnik kontejnera kutijasti nosač, analitički ga je vrlo zahtjevno proračunati. Stoga je napravljena numerička analiza na modelu kutnika. Na slici je prikazano postavljanje rubnih uvjeta. Sila na kutnik postavljena je na površinu poprečnog presjeka vertikalnog stupa. Slika 7.11 Rubni uvjeti za kutnik kontejnera Slika 7.12 Rezultati pomaka kutnika
43 Slika 7.13 Rezultati naprezanja kutnika
44 8 OPTIMIZACIJA IZOLACIJSKIH PANELA Fasadni izolacijski paneli predstavljaju najveću površinu kroz koju se vrši izmjena topline s okolinom. Budući da se niskoenergetski efikasnim objektom smatra objekt sa koeficijentom termičke izolacije 2 0,18 W/m KU  , upravo je takav zahtjev postavljen kod optimiranja panela. Kao izolacijska ispuna odabrana je PIR (poliizocijanurat) izolacijska ploča zbog povoljnog odnosa debljine izolacijskog sloja i koeficijenta toplinske provodljivosti. Manja debljina materijala znači manju masu panela što ga čini jednostavnijim za rukovanje pri montaži, a s druge strane moguće je postići veći koristan prostor objekta na kojeg se paneli postavljaju. Ugradnjom PIR izolacijskih ploča postiže se isti efekt izolacije s dvostruko tanjom debljinom u odnosu na ostale izolacijske materijale. U softveru Ansys Workbench 15.0 definiran je koeficijent provodljivosti topline za PIR izolaciju 0,022 W/mK  , dok su toplinska svojstva čelika definirana softverom. Kako je potrebno zadati vrlo gustu mrežu zbog debljine čeličnog lima od 0,5 mm, napravljen je model panela površine 1 mm2 što ne utječe na konačne rezultate. Preko unutarnje i vanjske projektne temperature dobiveni su podaci o maksimalnom toplinskom toku po jedinici površine prema slici 8.2. Slika 8.1 Rezultati toplinskog toka po jedinici površine
45 Rezultati optimiranja prikazani su na slici pri čemu su relevantni parametri debljina panela i toplinski tok po jedinici površine. Tablica 8.1 Rezultati optimiranja izolacijskog panela Prema Fourieovom zakonu vrijedi: 1 2( )U A     (8.1) Pri čemu su: Izmjenjeni tolinski tok / W Površina stijenke 2 / mA Koeficijent prolaza topline 2 / W/ m KU Temperatura toplije strane stijenke 1 / C Temperatura hladnije strane stijenke 2 / C Uvjet niskoenergetski efikasnog objekta: 1 2 6,9655 0,18 ( ) 20 ( 38) U A          Usvaja se prva debljina izolacijskog materijala 120 mmd  jer odgovarajući iznos toplinskog toka zadovoljava postavljeni uvjet.
46 9 PRORAČUN TOPLINSKOG OPTEREĆENJA 9.1 PRORAČUN TOPLINSKIH GUBITAKA S ciljem određivanja toplinskih gubitaka u hladnijem dijelu godine, potrebno je odrediti vanjsku projektnu temperaturu. To je proračunska vrijednost temperature vanjskog zraka koja služi kao jedan od ulaznih parametara pri proračunu toplinskog opterećenja stambenog prostora. Na temelju nje se vrši odabir termotehničke opreme sukladno potrebnoj nazivnoj snazi uređaja. Vrijednost vanjske projektne temperature za period grijanja u Slavonskom Brodu iznosi 18 C . Ostali parametri potrebni za proračun gubitaka topline su temperature prostorija unutar promatranog objekta (unutarnje projektne temperature) i koeficijenti prolaza topline građevinskih elemenata. Hrvatska norma HRN EN 12831 uključuje proračun transmisijskih i ventilacijskih gubitaka topline. Transmisijski gubici posljedica su izmjene topline unutrašnjeg dijela objekta kroz zidove, pod, strop, vrata i prozore prema okolini i u funkciji su otpornosti građevinskih elemenata na provođenje topline. Pri tome, veća debljina izolacijskog materijala podrazumijeva manje gubitke u sezoni grijanja, tj. manje toplinsko opterećenje u sezoni hlađenja. S druge strane, ventilacijski gubici predstavljaju gubitke prouzročene ulaskom hladnog zraka zimi i toplog zraka ljeti kroz zazore ulaznih vrata i prozora. Toplinski gubici zimi gub : gub T V RH      (9.1) Pri čemu su: T - transmisijski gubici topline grijanog prostora V - ventilacijski gubici topline, W RH - gubici topline zbog prekida grijanja Transmisijski gubici topline T : int( )T T eH    (9.2) Pri čemu su: koeficijent transmisijskih toplinskih gubitaka TH /W unutrašnja projektna temperatura int vanjska projektna (okolna) temperatura e T kH AUf  (9.3) Pri čemu su: površina plohe kroz koju se vrši izmjena topline transmisijom 2 / mTA koeficijent prolaza topline 2 / (W/m K)U temperaturni korekcijski faktor kf
47 Izolacija krova sastoji se od mineralne vune postavljene između I profila na koje su pričvršćeni krovni paneli sa PIR izolacijskom ispunom s gornje strane, dok su s donje strane smještene ukrasne ploče od iverja. Vrijednosti toplinskih otpora materijala elemenata konstrukije krova dane su u tablici, a izračunate su prema formuli: 2 / (m K/W)i d R   (9.4) Pri čemu su: debljina / md koeficijent prolaza topline / (W/mK) Tablica 9.1 Vrijednosti toplinskih otpora za elemente konstrukcije krova Element konstrukcije krova / (W/mK) / md 2 / (m K/W)iR Mineralna vuna 0,040 0,08 2 Krovni panel s PIR izolacijskom ispunom 0,022 0,04 1,8 Ploča od iverja (iverica) 0,14 0,22 0,64 Zbog različitih toplinskih otpora elemenata krova potrebno je izračunati ekvivalentni toplinski otpor koji je jednak sumi pojedinačnih toplinskih otpora: 2 , 4,44 m K/Wekv krov iR R  (9.5) Nadalje, može se izračunati ukupni koeficijent prolaza topline za ravni krov: 2 , , 1 0,23 W/ m Kekv krov ekv krov U R   (9.6) Prema Tehničkom propisu o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama najveća dopuštena vrijednost koeficijenta prolaza topline pri projektiranju novih i rekonstrukciji postojećih zgrada za ravni krov iznosi 2 , 0,25 W/(m K)dop krovU  . Kako je , ,ekv krov dop krovU U odabir izolacijskih elemenata za krov zadovoljava. Na sličan način računa se ukupni koeficijent prolaza topline za pod. Izolacijski elementi konstrukcije poda prikazani su u tablici 9.2. Tablica 9.2 Vrijednosti toplinskih otpora za elemente konstrukcije poda Element konstrukcije poda / (W/mK) / md 2 / (m K/W)iR Mineralna vuna 0,040 0,108 2,70 Ploča od iverja (iverica) 0,14 0,22 0,64 Ekvivalentni toplinski otpor podne konstrukcije: 2 , 3,34 m K/Wekv pod iR R  (9.7)
48 Ukupni koeficijent prolaza topline za pod: 2 ,pod , 1 0,29 W/ m Kekv ekv pod U R   (9.8) Prema Tehničkom propisu o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama najveća dopuštena vrijednost koeficijenta prolaza topline za pod na tlu iznosi: 2 ,pod 0,40 W/(m K)dopU  . Kako je ,pod ,ekv dop podU U odabir izolacijskih elemenata poda zadovoljava. Tablica 9.3 Pojednostavljeni postupak proračuna transmisijskih gubitaka prema EN12831 Podaci o temperaturama Vanjska projektna temperatura / Ce -18 Unutarnja projektna temperatura int / C 20 Razlika temperatura o int / Ce  38 Transmisijski toplinski gubici Građevni dio /kf  2 / mTA 2 / W/(m K)U / W/ KkAUf Fasadni panel 1 25,7 0,18 4,63 Prozori 1 7,97 0,86 6,85 Ravni krov 0,9 12,42 0,23 2,57 Vrata 1 2,09 0,86 1,79 Pod 0,3 12,42 0,29 1,08 Ukupni koeficijent transmisijskih gubitaka T kH AUf  16,92 Ukupni transmisijski topinski gubici int( )T T eH    642,96 W Ventilacijski gubici topline: 1 int( )V z z z ulaz eV c     (9.9) Pri čemu su: ventilacijski gubici topline ukoliko se ne koristi toplina otpadnog zraka 1 / WV potrebni volumni protok zraka 3 / m /hzV specifični toplinski kapacitet zraka / (W/kgK)zc gustoća zraka 3 / (kg/m )z temperatura ubačenog zraka u prostoriju o int / Culaz  vanjska projektna temperatura o / Ce Iz toplinskih tablica [17] se očitaju vrijednosti za zrak: Gustoća zraka 3 1,2 kg/mz  Specifični toplinski kapacitet zraka 1010 J /kgKpc 
49 J 1010 kgK = = =0,28055 W/kgK 3600s 3600s p z c c (9.10) z p zV V I (9.11) Pri čemu su: volumen grijanog prostora 3 / mpV potrebni broj izmjena zraka 1 / hzI  Toplina dobivena procesom povrata topline na rekuperatoru: int( )R z z z e RV c      (9.12) Pri čemu je: unutarnja projektna temperaturae o int / C koeficijent povrata topline na rekuperatoru 0,5R  Ventilacijski toplinski gubici V ukoliko se koristi toplina otpadnog zraka preko rekuperatora: 1V V R    (9.13) Tablica 9.4 Pojednostavljeni postupak proračuna ventilacijskih gubitaka topline Potrebni volumni protok zraka Volumen prostora 3 / mpV 28,47 Potrebni broj izmjena zraka 1 / hzI  1 Potrebni volumni protok zraka 3 / m /hzV 28,47 Ventilacijski toplinski gubici Specifični toplinski kapacitet zraka /(W/kgK)zc 0.28055 Gustoća zraka 3 / kg/mz 1,2 Temperatura ubačenog zraka u prostoriju int / Culaz  23 Unutarnja projektna temperatura int / C 20 Vanjska projektna temperatura / Ce -18 Koeficijent povrata topline na rekuperatoru /R  0.5 Ventilacijski toplinski gubici 1 / WV 393 Toplina dobivena procesom povrata topline /WR 182,1 Ukupni ventilacijski gubici / WV 210,9 W
50 Gubici zbog prekida grijanja RH , i RHA f   (9.14) Pri čemu su: Površina poda grijanog prostora sa ½ debljine zidova 2 13 39 miA , korekcijski faktor ovisan o vremenu zagrijavanja i pretpostavljenom padu temperature za vrijeme prekida grijanja 11RHf  = 12,42 11 = 166,3 WRH i RHA f    Ukupni toplinski gubici: 642 96 210 9 166 3 1020 16 Wgub T V RH , , , ,          9.2 PRORAČUN TOPLINSKIH DOBITAKA Kod proračuna toplinskih dobitaka stambenog kontejnera potrebno je definirati vanjsku projektnu temperaturu. Za područje grada Slavonskog Broda njen je iznos 33 C. Izvori topline u ljetnom razdoblju: 1. Unutrašnji izvori topline IQ (dobici topline od ljudi, rasvjete, strojeva i susjednih prostorija) 2. Vanjski izvori topline AQ (dobici topline kroz zidove i staklene plohe transmisijom i zračenjem) 1. Unutrašnji izvori topline IQ I P M E RQ Q Q Q Q    (9.15) Pri čemu su: Toplina koju odaju ljudi / WPQ Toplina koju odaju različiti električni uređaji / WMQ Dobitak topline od rasvjete / WEQ Dobitak topline od susjednih prostorija / WRQ Toplina koju odaju ljudi PQ P o ukupnaQ N Q (9.16) Pri čemu su: Broj osoba No Ukupna toplina (osjetna + latentna) koju odaje jedna osoba / WukupnaQ
51 2. Vanjski izvori topline (Q )A W F V T SQ Q Q Q Q     (9.17) Pri čemu su: Dobitak topline transmisijom kroz zidove / WWQ Dobitak topline kroz staklene površine / WFQ Dobitak topline kroz staklene površine transmisijom Q / WT Dobitak topline kroz staklene površine zračenjem / WSQ Transmisija topline kroz zidove WQ To je toplina koja prodire izvana kroz zidove i krov prema unutra. Prolaz topline računa se prema jednadžbi: int( )W T eQ A U    (9.18) Pri čemu su: Površina plohe kroz koju se vrši izmjena topline kroz zidove 2 / mTA Koeficijent prolaza topline 2 / W/(m K)U Vanjska projektna temperatura o / Ce Unutarnja projektna temperatura o int / C Dobitak topline kroz prozore FQ transmisijom QT i zračenjem SQ Q QF T SQ  (9.19) Transmisija kroz staklene površine QT int( )T T eQ A U    (9.20) Pri čemu je: Površina plohe kroz koju se vrši izmjena topline transmisijom kroz staklene površine A Zračenje kroz staklene površine SQ : max .maxS s PR dif sjena PRQ I A b I A b  (9.21) Pri čemu su: Maksimalna vrijednost ukupnog Sunčevog zračenja 2 max /(W/m )I Osunčana površina stakla 2 / msA Koeficijent propusnosti Sunčevog zračenja 0,75 0,65 0,5 0,24PRb     (9.22) (pomnožene vrijednosti odgovaraju vrijednostima koeficijenata propusnosti za jednostruko i dvostruko apsorbirajuće staklo te zavjesu prema tablici 9.5 ) Maksimalna vrijednost difuznog Sunčevog zračenja 2 .max /(W/m )difI Zasjenjena površina stakla 2 / msjenaA
52 Tablica 9.5 Faktor propusnosti za različite vrste stakla i izvedbe prozora [11] Izvedba prozora ili sjenila bPR Ravno prozorsko staklo prema DIN1249 Jednostruko 1,0 Dvostruko 0,9 Apsorbirajuće prozorsko staklo Jednostruko 0,75 Dvostruko (izvana apsorbirajuće, iznutra obično) 0,65 Reflektrajuće prozorsko staklo Jednostruko (prevučeno metalnim oksidom) 0,65 Staklena ploha (stijena) Glatka, nematirana 0,65 Glatka, matirana 0,45 S uzorkom, nematirana 0,45 S uzorkom, matirana 0,35 Vanjska sjenila Žaluzine (otvorene pod 45o ) 0,15 Venecijaneri 0,3 Sjenila između dva stakla Žaluzine (otvorene pod 45o ) 0,5 Unutarnja sjenila Žaluzine (otvorene pod 45o ) 0,7 Zavjese 0,5 3. Ventilacija hQ Tablica 9.6 Vrijednosti stanja zraka Stanje zraka / C / % / kJ/kgh Vanjski zrak-Sl. Brod 33 Ce  37%e  61 kJ/kgeh  Zrak u prostoriji int 26 C  int 50%  int 53kJ/kgh  Ubačeni zrak u prostoriju int ulaz 25 C   int ulaz 40%   int 46 kJ/kgulazh   Entalpije vlažnog zraka (zrak + vodena para) / (kJ/kg)h prema tablici 9.6 očitane su iz Mollierovog dijagrama za vlažni zrak [11] 1 int,ulaz( ) 3,6 z h z e V Q h h  (9.23) Pri čemu su: Rashladni učin hladnjaka / WhQ Potrebni volumni protok zraka 3 / (m /h)zV Entalpija vanjskog zraka / (kJ/kg)eh Entalpija zraka u prostoriji int / (kJ/kg)h
53 Dobici dobiveni zbog povrata topline na rekuperatoru: int( )R z z z e RV c      (9.24) Toplinski dobici ukoliko se koristi rekuperator: 1h h RQ Q Q  (9.25) Ukupni potrebni rashladni učin hladnjaka: I A hQ Q Q Q   (9.26) Tablica 9.7 Pojednostavljeni postupak proračuna dobitaka topline 1.Unutarnji izvori topline IQ Toplina koju odaju ljudi PQ Broj osoba /oN  1 Latentna toplina / WlatentnaQ 45 Osjetna toplina / WosjetnaQ 70 Ukupna toplina / WukupnaQ 115 Toplina koju odaju električni uređaji MQ Električni uređaj Priključna vrijednost / W Trajanje upotrebe /min/h Osjetna toplina / W Ukupna toplina / W Računalo (PC) 150 60 50 100 Printer 30 15 7 7 Televizor 175 60 175 175 Aparat za kavu 500 30 200 250 Toplina koju odaju električni uređaji MQ 443 Unutarnji izvori topline I P MQ Q Q  558 2. Vanjski izvori topline AQ Transmisija topline kroz zidove, vrata i prozore QF Građevni dio 2 / W/(m K)U 2 / mA / C / WUA  Fasadni panel 0,18 25,7 7 32,38 Prozori 0,86 7,97 7 47,98 Krov 0,23 12,42 7 20 Vrata 0,86 2,09 7 12,58 Pod 0,29 12,42 -7 -25,21 Transmisija topline kroz zidove, vrata i prozore / WFQ UA   87,73 Zračenje topline kroz prozore QS Građevni dio 2 / W/mI 2 / mA /PRb  / WPRIAb
54 Prozori -J 575,70 3,9 0,24 538,86 Prozori -I 102,34 4,1 0,24 100,70 Zračenje topline kroz prozore Q / WS PRIAb  639,56 Suma vanjskih izvora topline / WA F SQ Q Q  727,29 3. Ventilacija Qh Ukupni potrebni volumni protok zraka 3 / m /hzV 28,47 Specifični toplinski kapacitet zraka /W/kgKzc 0,28055 Gustoća zraka 3 / kg/mz 1,2 Razlika entalpije int,ulaz / (kJ/kg)eh h 15 Koeficijent povrata topline na rekuperatoru /  0,5 Rashladni učin hladnjaka 1 / WhQ 142,35 Toplina dobivena procesom povrata topline / WR 33,55 Rashladni učin hladnjaka u slučaju korištenja rekuperatora 1 / Wh h RQ Q Q  108,8 Ukupni rashladni učin hladnjaka dob I A hQ Q Q Q   1394,1
55 9.3 ODABIR SUSTAVA ZA GRIJANJE I HLAĐENJE Sukladno proračunatim toplinskim gubicima i dobicima odabran je split klima uređaj ASH-09AIR3 proizvođača Sinclair kapaciteta hlađenja 2,5 kWh, odnosno grijanja 2,8 kWh. Pomoću software-a EES (Engineering Equation Solver) dobiveni su rezultati potrebne električne energije za pogon klima uređaja u kWh-ima za sezonu grijanja, a detaljan proračun dan je u prilogu 1. Slika 9.1 Unutarnja jedinica klima uređaja [16] Slika 9.2 Vanjska jedinica klima uređaja [16] Tablica 9.8 Specifikacije split klima uređaja [16] Kapacitet Hlađenje/grijanje 2,5/2,8 kW Napajanje Na vanjskoj jedinici 220-240/1/50 V/Ph/Hz Ulazna snaga Hlađenje/grijanje 0,8/0,78 kW Maksimalna ulazna snaga Hlađenje/grijanje 1,4 kW Jakost struje Hlađenje/grijanje 3,6/3,5 A Maksimalna struja Hlađenje/grijanje 7,2 A SEER/SCOP - 5,8/4,0 W/W Energetski razred - A+/A+ - Protok zraka Unutarnja jedinica 500/400/300/250 m3 /h Protok zraka Vanjska jedinica 1600 m3 /h Razina buke Unutarnja jedinica 38/34/31/28 dB(A) Razina buke Vanjska jedinica 50 dB(A) Snaga odvlaživanja - 0,8 l/h Rashladno sredstvo - R410A -
56 10 ANALIZA REZULTATA Proračun najopterećenijih elemenata stambenog kontejnera dao je zadovoljavajuće rezultate. Za materijal proračunatih elemenata odabran je konstrukcijski čelik S235. Kod proračuna podne grede na čvrstoću dobiveni su rezultati za naprezanja u iznosu od 24,21 MPaekv dop   . Također, progib nosača nalazi se unutar dozvoljene vrijednosti 1,59 mm < dopw w prema čemu proračun na krutost zadovoljava. Kod proračuna krovne grede u obzir su uzete vlastita težina krova i težina snijega, a iz rezultata je vidljivo da proračuni na čvrstoću i krutost zadovoljavaju, pri čemu je 26,76 MPaekv dop   , a 2,38 mm < dopw w . Analitički je još proračunat i vertikalni stup na tlačnu čvrstoću zbog male vitkosti, pri čemu je 40,5 MPa dopσ σ  . Rezultati ukazuju na to da je kriterij stabilnosti stupa zadovoljen. Numeričkom analizom u Ansys Workbenchu, potvrđeni su rezultati dobiveni analitičkim putem. Kako rezultati naprezanja uvelike ovise o gustoći mreže, kod analize nosača poda i krova kontejnera uspoređivani su samo pomaci. Konvergencijom rješenja korištenjem tetraedraskih elemenata drugog reda dobiveni rezultati za pomak krovne grede iznose w=2,42 mm, čime je odstupanje od analitičkih rezultata 1,5 %. Slično tomu, ukupni pomaci podne grede iznose w=1,75 mm, a odstupanje od analitičkih rezultata 9 %. Numeričkom analizom vertikalnog stupa je dobiven faktor sigurnosti na izvijanje ki=14 što znači da je vrijednost kritične sile pri kojoj dolazi od izvijanja 14 puta veća od stvarne primijenjene sile. Kod numeričke analize kutnika dobiveni su pomaci od 0,03, a naprezanja 85,3 MPa za najopterećeniji slučaj kontejnera. U EES softwareu izrađen je kod za ljevokretni kružni proces za odabrani inverter klima uređaj te su dobiveni rezultati potrebne električne energije za pogon klima uređaja u kWh-ima za sezonu grijanja i hlađenja. Proračun je izvršen preko srednjih mjesečnih temperaturnih vrijednosti u razdoblju od 2010.-2015-e godine. Podaci iz EES softwarea importirani su u MS- Excel s ciljem izračuna potrebne godišnje toplinske energije za grijanje koja iznosi 2 , 29,81 kWh/mH ndQ  . Dobiveni rezultati ne prelaze dopuštene vrijednosti prema Tehničkom propisu o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama. Štoviše, potrebna godišnja energija za grijanje 2 , 29,81 kWh/mH ndQ  svrstava stambeni kontejner u energetski razred B čime je opravdan naziv niskoenergetskog objekta.
57 11 ZAKLJUČAK U radu su na konkretnom primjeru niskoenergetskog stambenog kontejnera primjenjena prethodno stečena znanja iz skupine kolegija: Mehanika 1, Nauka o čvrstoći 1, Termodinamika 1, Numeričko modeliranje i simulacije, Metalne konstrukcije, Optimiranje konstrukcija, Računalom podržano konstruiranje i Normizacija i tehnička regulativa. Sintezom spomenutih i novousvojenih znanja, rad je u predviđenom opsegu oblikovan u zaokruženu cjelinu. Diplomski rad sadrži analitički i numerički proračun najopterećenijih elemenata stambenog kontejnera koji uključuje: proračun poda i krova kontejenera te proračun vertikalnog stupa. Kutnik kontejnera proračunat je samo numeričkim putem zbog složenosti analitičkog postupka. Prema izračunatim podacima može se zaključiti da proračun svih elemenata zadovoljava. Pomoću eksplozijskih prikaza 3D modela izrađenih u softwareu Solidworks 2012, prikazan je opis sklopa konstrukcije i spajanja njenih elemenata. Odabirom materijala vanjske ovojnice povoljnih termoizolacijskih svojstava te sustava grijanja i hlađenja u skladu sa Tehničkim propisom o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama, ostvarena je pripadnost stambenog kontejnera niskoenergetskoj skupini objekata koji predstavljaju temelj primjene održive gradnje. S obzirom na činjenicu da su cijene energenata u stalnom porastu, za očekivati je da će se zakonske direktive kretati u smjeru zahtjeva za vrlo visokom energetskom učinkovitosti zgrada, čime će porasti i potreba za takvom vrstom gradnje. Unatoč tome što je koncept niskoenergetskog stambenog kontejnera relativno nov i još uvijek predstavlja nepoznanicu velikom broju ljudi, smatram da će njegova primjena doživjeti procvat u skorijoj budućnosti, kako na svjetskom tako i na domaćem tržištu.
58 12 LITERATURA [1] Tomlinson, John: History and Impact of the Intermodal Shipping Container. Pratt Institute, 2009. URL: http://www.johntomlinson.com/docs/history_and_impact_of_shipping_containe r.pdf (09.03.2016.) [2] MAERSK GROUP, Containers and containerisation, SeaLand transportni kontejner, (slika) URL:http://www.maersk.com/~/media/markets/transport/wld_maersk_sealand_contai ner_opt.jpg (10.03.2016.) [3] Belamarić, Goran. Tehnologija prijevoza kontejenera. Pomorski fakultet u Splitu, Split ožujak 2014. URL:http://www.pfst.unist.hr/uploads/No.1%20-%20TEHNOLOGIJA%20PRIJEVOZ A%20KONTEJNERA.pdf [4] CONTAINEX Container-Handelsgesellschaft m.b.H., Mobilno prostorno rješenje, Smještaj za tražitelje azila u Berlinu, (slika) URL: http://www.containex.com.hr/-/m/images/ctx/anwendungen/deutschland/aslybev erber unterkunft-berlin/2img02551%20custom.jpg (10.03.2016.) [5] Kontejneri za stanovanje - (Lim-mont), Hausbau br. 87, 01/02 2016 URL:http://www.hausbau.hr/kontenjeri-za-stanovanje-lim-mont-hausbau-br-87-0102- 2016 (15.03.2016.) [6] Prednosti i mane upotrebe transportnih kontejnera u arhitekturi, Build magazin, br. 28, prosinac 2013. URL:http://www.buildmagazin.com/index2.aspx?fld=tekstovi&ime=bm2812.htm (15.03.2016) [7] Ports of Stockholm, Container Terminal CTF, Kontejnerski terminal u Stockhomu, (slika) URL:http://www.portsofstockholm.com/resizedimages/article/siteassets/stockholm/ctf.jp g(01.04.2016.) [8] Container City, Projects, Kontejnerski grad u Londonu, (slika) URL:http://www.containercity.com/assets/uploads/images/projects/DSC_0037.jpg (01.04.2016.) [9] Brow ,Nicholas Robert: The evaluation of mass-produced interim housing in post- natural disaster areas. University of Florida. 2011. URL: http://ufdcimages.uflib.ufl.edu/UF/E0/04/34/07/00001/brow_n.pdf (02.04.2016.) [10] Gobbo, Bernard: Energetsko certificiranje zgrada, Istarska regionalna agencija, veljača 2014. URL: http://www.irena-istra.hr/uploads/media/Clanak_ECZ_01.pdf (15.04.2016.) [11] Pavković Branimir; Zanki Vlasta: Priručnik za energetsko certificiranje zgrada, Program Ujedinjenih naroda za razvoj, Zagreb, 2010. URL: http://www.enu.fzoeu.hr/data/prircert.pdf (15.04.2016.) [12] Labudović, Boris : Osnove primjene dizalice topline. Zagreb; ENERGETIKA MARKETING, 2009., 238 str. [13] Osnove proračuna i djelovanja na konstrukcije, Zagreb, 2007. URL: http://www.grad.hr/gukov/pdf/djelovanja.pdf (20.04.2016.) [14] Matejiček, Franjo; Vnučec, Zdravko. Statika : [mrežni udžbenik]. 2003. URL: http://www.sfsb.unios.hr/ksk/statika/prim_mehanika/index.php (29.04.2016.)
59 [15] Alfirević, Ivo: Nauka o čvrstoći I. Zagreb; TEHNIČKA KNJIGA, listopad 1995., 318 str. [16] Rezidencijalni klima uređaji, Sinclair Air Conditioning URL:http://www.sinclair-solutions.com/files/xx-croatian-hr/katalog-split-hr- 2016/sinclair-catalogue-split-2016-hr-03.pdf(10.06.2016.) [17] Galović, Antun; Halasz, Boris; Boras, Ivanka: Toplinske tablice. Fakultet stojarstva i brodogradnje, 2010., 62 str.
60 PRILOZI Prilog 1. EES kod za proračun potrošnje električne energije inverter klima uređaja Prilog 2 Proračun godišnje toplinske energije za grijanje Prilog 3 Proračun godišnje toplinske energije za hlađenje Prilog 4 CD-R
61 Prilog 1. EES kod za proračun potrošnje električne energije inverter klima uređaja "Split dizalica topline" P_air= 101[kPa] R$='R410A' DELTAT_sup=1 [°C] DELTAT_sub=2 [°C] "ZIMA" DELTAT_cond=4 [°C] DELTAT_evap=4 [°C] DELTAT_air_in=3 [°C] T_air_in_in=20 [°C] T_air_in_out=T_air_in_in+DELTAT_air_in DELTAT_air_out=3 [°C] {T_air_out_in=0 [°C]} T_air_out_out=T_air_out_in-DELTAT_air_out T_cond=T_air_in_out+DELTAT_cond T_evap=T_air_out_out-DELTAT_evap "LJETO" DELTAT_cond=4 [°C] DELTAT_evap=4 [°C] DELTAT_air_in=3 [°C] T_air_in_in=26 [°C] T_air_in_out=T_air_in_in-DELTAT_air_in DELTAT_air_out=3 [°C] T_air_out_in=30 [°C] T_air_out_out=T_air_out_in+DELTAT_air_out T_evap=T_air_in_out-DELTAT_evap T_cond=T_air_out_out+DELTAT_cond "Unutarnja jedinica - izmjenjivac" q_vent_in_h=450 [m^3/h] q_vent_in=q_vent_in_h*convert(m^3/h;m^3/s) T_air_in_m=(T_air_in_in+T_air_in_out)/2 cp_air_in_in=Cp(Air_ha;T=T_air_in_in;P=P_air) cp_air_in_out=Cp(Air_ha;T=T_air_in_out;P=P_air) cp_m_air_in=(cp_air_in_in+cp_air_in_out)/2
62 rho_m_air_in=Density(Air_ha;T=T_air_in_m;P=P_air) "Vanjska jedinica - izmjenjivac" q_vent_out_h=1600 [m^3/h] q_vent_out=q_vent_out_h*convert(m^3/h;m^3/s) T_air_out_m=(T_air_out_in+T_air_out_out)/2 cp_air_out_in=Cp(Air_ha;T=T_air_out_in;P=P_air) cp_air_out_out=Cp(Air_ha;T=T_air_out_out;P=P_air) cp_m_air_out=(cp_air_out_in+cp_air_out_out)/2 rho_m_air_out=Density(Air_ha;T=T_air_out_m;P=P_air) "---------SPECIFIKACIJE KOMPRESORA----------" {f=50 [Hz]} V_cyc=9 [cm^3]*convert(cm^3; m^3) "volumen cilindra" S_m=5 "slip at 5%" P_m=1 "mag polovi" N_s=f/P_m*(1-(S_m/100)) "----------VENTILATOR VANJSKE JEDINICE----------" {rho_m_air_out=1,15 [kg/m^3]} w_air_out=8 [m/s] k_r=1,15 eta_vent=0,6 DELTA_P_vent_out= rho_m_air_out*w_air_out^2*k_r/2 W_elec_W_fan_out=DELTA_P_vent_out*q_vent_out/eta_vent "----------VENTILATOR VANJSKE JEDINICE----------" {rho_m_air_in=1,22 [kg/m^3]} w_air_in=6 [m/s] DELTA_P_vent_in= rho_m_air_in*w_air_in^2*k_r/2 W_elec_W_fan_in=DELTA_P_vent_in*q_vent_in/eta_vent "----------KOMPRESIJA----------" P_comp_is=q_m_ref*(h_2_is-h_1) P_com_el=P_comp_is/eta_ov RC=P_2/P_1
63 q_m_ref=V_cyc*N_s*rho_1*Eta_vol m_ref_ch=0,7 [kg] t_gr=m_ref_ch/q_m_ref Eta_ov=0,0031*RC^3-0,0412*RC^2+0,1263*RC+0,5302 "y = 0,0031x3 - 0,0412x2 + 0,1263x + 0,5302 Overall efficiency; Regresion: R2 = 0,9275" Eta_vol=-0,0044*RC^3+0,0558*RC^2-0,2779*RC+1,1454 "y = -0,0044x3 + 0,0558x2 - 0,2779x + 1,1454 Volumetric efficiency; Regresion: R2 = 0,9468" "----------STANJA RADNOG MEDIJA----------" "STANJE 1" P_1=Pressure(R$;T=T_evap;x=1) T_1=T_evap+DELTAT_sup h_1=Enthalpy(R$;T=T_1;P=P_1) s_1=Entropy(R$;T=T_1;P=P_1) rho_1=Density(R$;T=T_1;P=P_1) "STANJE 2" s_2=s_1 h_2_is=Enthalpy(R$;s=s_2;P=P_2) P_2=Pressure(R$;T=T_cond;x=1) "STANJE 3, 4" P_3=P_2 T_3=T_cond-DELTAT_sub h_3=Enthalpy(R$;T=T_3;P=P_3) h_3=h_4 W_el=P_com_el+W_elec_W_fan_in+W_elec_W_fan_out
64 Prilog 2 Proračun godišnje toplinske energije za grijanje
65 Prilog 3 Proračun godišnje toplinske energije za hlađenje

Recommended

Рукоділля – техніки декору своїми руками
Рукоділля – техніки декору своїми рукамиРукоділля – техніки декору своїми руками
Рукоділля – техніки декору своїми руками
Vinnytsia Regional Universal Scientific Library named after Valentin Otamanovsky
 
Рей Бредбері Усмішка
Рей Бредбері УсмішкаРей Бредбері Усмішка
Рей Бредбері Усмішка
olyasmetyukh
 
Тема кохання. Образи Оксани і Вакули.ppt
Тема кохання. Образи Оксани і Вакули.pptТема кохання. Образи Оксани і Вакули.ppt
Тема кохання. Образи Оксани і Вакули.ppt
ssuser801521
 
Teksti-dlya-chitannya-z-malyunka
Teksti-dlya-chitannya-z-malyunka Teksti-dlya-chitannya-z-malyunka
Teksti-dlya-chitannya-z-malyunka
gololobova
 
Генрі Лонгфелло "Пісня про Гаявату" ("Люлька миру")
Генрі Лонгфелло "Пісня про Гаявату" ("Люлька миру")Генрі Лонгфелло "Пісня про Гаявату" ("Люлька миру")
Генрі Лонгфелло "Пісня про Гаявату" ("Люлька миру")
Adriana Himinets
 
задачі 1 клас (рахунок в межах 10)картки
задачі 1 клас (рахунок в межах 10)карткизадачі 1 клас (рахунок в межах 10)картки
задачі 1 клас (рахунок в межах 10)картки
gololobova
 
проект доброта
проект добротапроект доброта
проект доброта
tata360
 
ВНИМАНИЕ! ОПАСНОСТ!_ 2
ВНИМАНИЕ! ОПАСНОСТ!_ 2ВНИМАНИЕ! ОПАСНОСТ!_ 2
ВНИМАНИЕ! ОПАСНОСТ!_ 2
Елена Чалъкова
 

Recommended

Рукоділля – техніки декору своїми руками
Рукоділля – техніки декору своїми рукамиРукоділля – техніки декору своїми руками
Рукоділля – техніки декору своїми руками
Vinnytsia Regional Universal Scientific Library named after Valentin Otamanovsky
 
Рей Бредбері Усмішка
Рей Бредбері УсмішкаРей Бредбері Усмішка
Рей Бредбері Усмішка
olyasmetyukh
 
Тема кохання. Образи Оксани і Вакули.ppt
Тема кохання. Образи Оксани і Вакули.pptТема кохання. Образи Оксани і Вакули.ppt
Тема кохання. Образи Оксани і Вакули.ppt
ssuser801521
 
Teksti-dlya-chitannya-z-malyunka
Teksti-dlya-chitannya-z-malyunka Teksti-dlya-chitannya-z-malyunka
Teksti-dlya-chitannya-z-malyunka
gololobova
 
Генрі Лонгфелло "Пісня про Гаявату" ("Люлька миру")
Генрі Лонгфелло "Пісня про Гаявату" ("Люлька миру")Генрі Лонгфелло "Пісня про Гаявату" ("Люлька миру")
Генрі Лонгфелло "Пісня про Гаявату" ("Люлька миру")
Adriana Himinets
 
задачі 1 клас (рахунок в межах 10)картки
задачі 1 клас (рахунок в межах 10)карткизадачі 1 клас (рахунок в межах 10)картки
задачі 1 клас (рахунок в межах 10)картки
gololobova
 
проект доброта
проект добротапроект доброта
проект доброта
tata360
 
ВНИМАНИЕ! ОПАСНОСТ!_ 2
ВНИМАНИЕ! ОПАСНОСТ!_ 2ВНИМАНИЕ! ОПАСНОСТ!_ 2
ВНИМАНИЕ! ОПАСНОСТ!_ 2
Елена Чалъкова
 
А. Міцкевич. Світязь.Фольклорна основа та національні мотиви.
А. Міцкевич. Світязь.Фольклорна основа та національні мотиви.А. Міцкевич. Світязь.Фольклорна основа та національні мотиви.
А. Міцкевич. Світязь.Фольклорна основа та національні мотиви.
DorokhGala
 
ЯДС 2 клас "Різдво ялинки"
ЯДС 2 клас "Різдво ялинки"ЯДС 2 клас "Різдво ялинки"
ЯДС 2 клас "Різдво ялинки"
Oksana253
 
Мольєр "Міщанин-шляхтич"
Мольєр "Міщанин-шляхтич"Мольєр "Міщанин-шляхтич"
Мольєр "Міщанин-шляхтич"
DorokhGala
 
Презентація "Мольєр "Міщанин-шляхтич"
Презентація "Мольєр "Міщанин-шляхтич"Презентація "Мольєр "Міщанин-шляхтич"
Презентація "Мольєр "Міщанин-шляхтич"
dtamara123
 
Презентація "Земноводні"
Презентація "Земноводні"Презентація "Земноводні"
Презентація "Земноводні"
Natalia Yatsuk-Timoshenko
 
Серія книг про «Малого Вовчика» Іана Вайброу
Серія книг про «Малого Вовчика» Іана ВайброуСерія книг про «Малого Вовчика» Іана Вайброу
Серія книг про «Малого Вовчика» Іана Вайброу
estet13
 
Підручник Українська мова 6 клас В. В. Заболотний, О. В. Заболотний 2023
Підручник Українська мова 6 клас В. В. Заболотний, О. В. Заболотний 2023 Підручник Українська мова 6 клас В. В. Заболотний, О. В. Заболотний 2023
Підручник Українська мова 6 клас В. В. Заболотний, О. В. Заболотний 2023
12Балів ГДЗ
 
Volleyball
VolleyballVolleyball
Volleyball
tysia86
 
Домашни животни
Домашни животниДомашни животни
Домашни животни
Salzitza Dimitrova
 
Задачі з екології
Задачі з екологіїЗадачі з екології
Задачі з екології
Наталья Полищук
 
Projektine sveikatingumo savaite.rudenelio ir moliugu lenktynes
Projektine sveikatingumo savaite.rudenelio ir moliugu lenktynesProjektine sveikatingumo savaite.rudenelio ir moliugu lenktynes
Projektine sveikatingumo savaite.rudenelio ir moliugu lenktynes
Viktorija Lipskienė
 
Road signs in Bulgaria
Road signs in BulgariaRoad signs in Bulgaria
Road signs in Bulgaria
Mitakka Engineering
 
Земноводні та плазуни. Презентація учительська
Земноводні та плазуни. Презентація учительськаЗемноводні та плазуни. Презентація учительська
Земноводні та плазуни. Презентація учительська
zinaosadca
 
2 гр контролна работа събиране е изваждане до 100
2 гр контролна работа събиране е изваждане до 1002 гр контролна работа събиране е изваждане до 100
2 гр контролна работа събиране е изваждане до 100
Ирена Петкова
 
O. Henry The Gift of the Magi
O. Henry The Gift of the MagiO. Henry The Gift of the Magi
O. Henry The Gift of the Magi
Adriana Himinets
 
Зарубіжна література 7 клас
Зарубіжна література 7 класЗарубіжна література 7 клас
Зарубіжна література 7 клас
Сергій Ільчишин
 
Бернс "Моє серце в верховині"
Бернс "Моє серце в верховині"Бернс "Моє серце в верховині"
Бернс "Моє серце в верховині"
foreignliterature
 
Урок 8 для 2 класу - Виділення обраного тексту в середовищах для читання. Вик...
Урок 8 для 2 класу - Виділення обраного тексту в середовищах для читання. Вик...Урок 8 для 2 класу - Виділення обраного тексту в середовищах для читання. Вик...
Урок 8 для 2 класу - Виділення обраного тексту в середовищах для читання. Вик...
VsimPPT
 
математика, 3 клас,літо
математика, 3 клас,літоматематика, 3 клас,літо
математика, 3 клас,літо
Лидия Рудакова
 
надходження речовин у клітину
надходження речовин у клітинунадходження речовин у клітину
надходження речовин у клітину
Gidrob
 

More Related Content

What's hot

Презентація "Мольєр "Міщанин-шляхтич"
Презентація "Мольєр "Міщанин-шляхтич"Презентація "Мольєр "Міщанин-шляхтич"
Презентація "Мольєр "Міщанин-шляхтич"
dtamara123
 
2 гр контролна работа събиране е изваждане до 100
2 гр контролна работа събиране е изваждане до 1002 гр контролна работа събиране е изваждане до 100
2 гр контролна работа събиране е изваждане до 100
Ирена Петкова
 

What's hot (20)

А. Міцкевич. Світязь.Фольклорна основа та національні мотиви.
А. Міцкевич. Світязь.Фольклорна основа та національні мотиви.А. Міцкевич. Світязь.Фольклорна основа та національні мотиви.
А. Міцкевич. Світязь.Фольклорна основа та національні мотиви.
 
ЯДС 2 клас "Різдво ялинки"
ЯДС 2 клас "Різдво ялинки"ЯДС 2 клас "Різдво ялинки"
ЯДС 2 клас "Різдво ялинки"
 
Мольєр "Міщанин-шляхтич"
Мольєр "Міщанин-шляхтич"Мольєр "Міщанин-шляхтич"
Мольєр "Міщанин-шляхтич"
 
Презентація "Мольєр "Міщанин-шляхтич"
Презентація "Мольєр "Міщанин-шляхтич"Презентація "Мольєр "Міщанин-шляхтич"
Презентація "Мольєр "Міщанин-шляхтич"
 
Презентація "Земноводні"
Презентація "Земноводні"Презентація "Земноводні"
Презентація "Земноводні"
 
Серія книг про «Малого Вовчика» Іана Вайброу
Серія книг про «Малого Вовчика» Іана ВайброуСерія книг про «Малого Вовчика» Іана Вайброу
Серія книг про «Малого Вовчика» Іана Вайброу
 
Підручник Українська мова 6 клас В. В. Заболотний, О. В. Заболотний 2023
Підручник Українська мова 6 клас В. В. Заболотний, О. В. Заболотний 2023 Підручник Українська мова 6 клас В. В. Заболотний, О. В. Заболотний 2023
Підручник Українська мова 6 клас В. В. Заболотний, О. В. Заболотний 2023
 
Volleyball
VolleyballVolleyball
Volleyball
 
Домашни животни
Домашни животниДомашни животни
Домашни животни
 
Задачі з екології
Задачі з екологіїЗадачі з екології
Задачі з екології
 
Projektine sveikatingumo savaite.rudenelio ir moliugu lenktynes
Projektine sveikatingumo savaite.rudenelio ir moliugu lenktynesProjektine sveikatingumo savaite.rudenelio ir moliugu lenktynes
Projektine sveikatingumo savaite.rudenelio ir moliugu lenktynes
 
Road signs in Bulgaria
Road signs in BulgariaRoad signs in Bulgaria
Road signs in Bulgaria
 
Земноводні та плазуни. Презентація учительська
Земноводні та плазуни. Презентація учительськаЗемноводні та плазуни. Презентація учительська
Земноводні та плазуни. Презентація учительська
 
2 гр контролна работа събиране е изваждане до 100
2 гр контролна работа събиране е изваждане до 1002 гр контролна работа събиране е изваждане до 100
2 гр контролна работа събиране е изваждане до 100
 
O. Henry The Gift of the Magi
O. Henry The Gift of the MagiO. Henry The Gift of the Magi
O. Henry The Gift of the Magi
 
Зарубіжна література 7 клас
Зарубіжна література 7 класЗарубіжна література 7 клас
Зарубіжна література 7 клас
 
Бернс "Моє серце в верховині"
Бернс "Моє серце в верховині"Бернс "Моє серце в верховині"
Бернс "Моє серце в верховині"
 
Урок 8 для 2 класу - Виділення обраного тексту в середовищах для читання. Вик...
Урок 8 для 2 класу - Виділення обраного тексту в середовищах для читання. Вик...Урок 8 для 2 класу - Виділення обраного тексту в середовищах для читання. Вик...
Урок 8 для 2 класу - Виділення обраного тексту в середовищах для читання. Вик...
 
математика, 3 клас,літо
математика, 3 клас,літоматематика, 3 клас,літо
математика, 3 клас,літо
 
надходження речовин у клітину
надходження речовин у клітинунадходження речовин у клітину
надходження речовин у клітину
 

lovakovic_hrvoje_sfsb_2016_diplo_sveuc

  • 1. SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU DIPLOMSKI RAD sveučilišnog diplomskog studija Hrvoje Lovaković 12148690 Slavonski Brod, 2016.
  • 2. SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU DIPLOMSKI RAD sveučilišnog diplomskog studija Hrvoje Lovaković 12148690 Mentor diplomskog rada: Prof.dr.sc. Pejo Konjatić Slavonski Brod, 2016.
  • 3. I. AUTOR Ime i prezime: Hrvoje Lovaković Mjesto i datum rođenja: Slavonski Brod, 17.09.1992. Adresa: Josipa Hlišića 25, Slavonski Brod STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU II. DIPLOMSKI RAD Naslov: Proračun i optimiranje elemenata niskoenergetskog stambenog kontejnera Naslov na engleskom jeziku: Calculation and optimization of elements of low energy living container Ključne riječi: Stambeni objekt, konstrukcija kontejnera, energetska učinkovitost Ključne riječi na engleskom jeziku: Residential object, container construction, energy efficiency Broj stranica: 66 slika: 54 tablica: 16 priloga: 4 bibliografskih izvora: 17 Ustanova i mjesto gdje je rad izrađen: STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU Stečen akademski naziv: Magistar inženjer strojarstva Mentor rada: Prof.dr.sc. Pejo Konjatić Obranjeno na Strojarskom fakultetu u Slavonskom Brodu dana 15.09.2016. Oznaka i redni broj rada: 39/2016.
  • 4.
  • 5. SAŽETAK Cilj ovog diplomskog rada je konstruirati stambeni kontejner kao izdržljiv i stabilan niskoenergetski sustav koji predstavlja alternativu današnjim konceptima gradnje. U okviru rada izrađen je 3D model sklopa konstrukcije u softwareu Solidworks 2012 te je dan detaljan opis njegovih dijelova kao i eksplozijski pogled radi lakše predodžbe o montaži sklopa i njegovoj gradnji. Mogućnost korištenja obnovljivih izvora energije i povećanje energetske učinkovitosti imperativ su suvremenog građevinarstva i arhitekture. Shodno tome, stavljen je naglasak na odabir izolacijskih materijala i prozorskih elemenata s ciljem smanjenja potrebne ukupne toplinske bilance. U svezi s tim napravljena je numerička optimizacija izolacijskih panela sa stajališta mase i prijenosa topline. Također, prikazan je analitički i numerički proračun glavnih nosećih elemenata sustava, kao i proračun toplinskog opterećenja prema normama HRN EN 12831 i VDI 2078. Naposljetku, odabran je sustav grijanja i hlađenja sukladno proračunatim toplinskim gubicima u hladnijem dijelu godine, odnosno dobicima u toplijem dijelu godine.
  • 6. ABSTRACT The main subject of this thesis is to make a living container construction as durable and stable low energy system which represents alternative to current constructing concepts. In the frame of this work there is a 3D model of construction assembly made in Solidworks 2012 and there is a detailed description of its parts, as well as explosion view for easier visualization of an assembly installation and its construction. Possibility of renewable energy usage and increasement of energy efficiency are imperative of modern civil engineering and architecture. According to that, the accent is on selection of insulating materials and window elements in order to decrease demand for total thermal bilance. Related to that, numerical optimization of insulating panels from point of mass and heat transfer is made. Also, analitical and numerical calculation of the main elements of the system is shown, as well as heat loss calculation according to norms HRN EN 12831 and VDI 2078. Finally, heating and cooling system is chosen due to calculated heat loss in the colder part of the year and heat gain in the warmer part of the year.
  • 7. SADRŽAJ Stranica 1 UVOD .....................................................................................................................................1 2 KONTEJNERI I KONTEJNERIZACIJA...............................................................................2 2.1 POVIJEST TRANSPORTNIH KONTEJNERA..............................................................2 2.2 DEFINICIJA I PODJELA KONTEJNERA.....................................................................3 2.2.1 Podjela kontejnera prema namjeni ............................................................................3 2.2.2 Standardni ISO kontejneri.........................................................................................6 3 KONTEJNERI U GRAĐEVINARSTVU I ARHITEKTURI ................................................7 3.1 STAMBENI KONTEJNERI ............................................................................................7 3.2 PRENAMIJENJENI TRANSPORTNI KONTEJNERI...................................................8 3.3 STAMBENI KONTEJNERI U HRVATSKOJ I SVJETSKOJ ARHITEKTURI............9 4 NISKOENERGETSKI STAMBENI KONTEJNERI...........................................................11 4.1 ENERGETSKI RAZREDI .............................................................................................11 4.2 IZOLACIJSKI MATERIJALI ZA NISKOENERGETSKE OBJEKTE........................11 4.3 PROZORI I PROZORSKI PROFILI .............................................................................13 4.4 SUSTAVI GRIJANJA I HLAĐENJA SA DIZLICOM TOPLINE ...............................15 5 KONSTRUKCIJA STAMBENOG KONTEJNERA............................................................17 6 ANALITIČKI PRORAČUN ELEMENATA STAMBENOG KONTEJNERA...................23 6.1 PRORAČUN PODA KONTEJNERA............................................................................23 6.2 PRORAČUN KROVA KONTEJNERA ........................................................................26 6.3 PRORAČUN VERTIKALNOG STUPA KONTEJNERA ............................................31 7 NUMERIČKI PRORAČUN KONSTRUKCIJE STAMBENOG KONTEJNERA..............37 7.1 NUMERIČKA ANALIZA PODNE GREDE.................................................................37 7.2 NUMERIČKA ANALIZA KROVNE GREDE .............................................................39 7.3 NUMERIČKA ANALIZA VERTIKALNOG STUPA..................................................41 7.4 NUMERIČKA ANALIZA KUTNIKA..........................................................................42 8 OPTIMIZACIJA IZOLACIJSKIH PANELA.......................................................................44 9 PRORAČUN TOPLINSKOG OPTEREĆENJA ..................................................................46 9.1 PRORAČUN TOPLINSKIH GUBITAKA....................................................................46 9.2 PRORAČUN TOPLINSKIH DOBITAKA....................................................................50 9.3 ODABIR SUSTAVA ZA GRIJANJE I HLAĐENJE....................................................55 10 ANALIZA REZULTATA.....................................................................................................56 11 ZAKLJUČAK .......................................................................................................................57 12 LITERATURA......................................................................................................................58 PRILOZI
  • 8. PREGLED VELIČINA, OZNAKA I JEDINICA Oznaka Jedinica Opis kq 2 kN/ m Uporabno opterećenje q kN /m Kontinuirano opterećenje poprečne grede d m Razmak između poprečnih greda AF kN Reakcija veze u osloncu A BF kN Reakcija veze u osloncu B l m Duljina poprečne grede mxQ kN Poprečna sila na mjestu maksimalnog momenta savijanja ,maxbM kN m Maksimalan moment savijanja u presjeku mx mx mm Mjesto maksimalnog momenta savijanja dopw mm Dopušteni progib grede w mm Progib grede E MPa Youngov modul elastičnosti yW 3 cm Moment otpora površine presjeka yI 4 cm Aksijalni moment tromosti yS 3 cm Statički moment površine presjeka ekv MPa Ekvivalentno naprezanje dop MPa Dopušteno naprezanje σ MPa Normalno naprezanje uslijed savijanja grede τ MPa Posmično naprezanje uslijed savijanja grede eR MPa Granica razvlačenja s 2 kN/m Opterećenje od snijega na krov ks 2 kN/m Karakteristična vrijednost opterećenja snijega na tlo i - Koeficijent oblika opterećenja od snijega eC - Koeficijent izloženosti pri opterećenju snijega tC - Toplinski koeficijent kF kN Težina konstrukcije krova vq 2 kN/m Opterećenje na površinu krova zbog vlastite težine krova ,uk kq 2 kN/m Ukupno kontinuirano opterećenje krovne grede pgm kg Masa krovnih poprečnih greda tpm kg Masa krovnih trapeznih panela im kg Masa mineralne vune upm kg Masa ukrasnih ploča od iverja
  • 9. ,uk km kg Ukupna masa elemenata konstrukcije krova Rm kg Najveća dopuštena masa kontejnera Pm kg Najveća dopuštena masa tereta Gm kg Masa praznog kontejnera uA 2 m Unutarnja površina kontejnera PF kN Najveća dopuštena težina tereta 1F kN Težina snijega na najvišoj kontejnerskoj jedinici 1m kg Masa snijega ukm kg Ukupna masa na četiri vertikalna stupa sm kg Masa kojom je opterećen jedan vertikalni stup sF kN Sila na vertikalni stup Tσ MPa Granica tečenja p MPa Granica proporcionalnosti 0 MPa Karakteristično naprezanje kada se eksperimentalni podaci o izvijanju aproksimiraju pravcem minI 4 mm Minimalni moment tromosti površine  - Vitkost štapa t - Vitkost štapa pri granici tečenja p - Vitkost štapa pri granici proporcionalnosti kr MPa Kritično naprezanje mini mm Minimalni polumjer tromosti površine poprečnog presjeka 0l mm Slobodna duljina izvijanja štapa  W Izmijenjeni toplinski tok A 2 m Površina stijenke preko koje se vrši izmjena topline U 2 W/ m K Koeficijent prolaza topline 1 °C Temperatura toplije strane stijenke 2 °C Temperatura hladnije strane stijenke pt W/mK Toplinska provodljivost id mm Debljina izolacijskog materijala gub W Toplinski gubici zimi T W Transmisijski gubici topline grijanog prostora V W Ventilacijski gubici topline RH W Gubici topline zbog prekida grijanja TH W/K Koeficijent transmisijskih toplinskih gubitaka
  • 10. int °C Vanjska projektna temperatura e °C Unutarnja projektna temperatura kf - Temperaturni korekcijski faktor iR 2 m K/W Toplinski otpor materijala ,ekv krovR 2 m K/W Ekvivalentni toplinski otpor krova ,ekv krovU 2 W/ m K Ekvivalentni koeficijent prolaza topline krova ,dop krovU 2 W/(m K) Dopušteni ekvivalentni koeficijent prolaza topline krova ,ekv podR 2 m K/W Ekvivalentni toplinski otpor poda ,podekvU 2 W/(m K) Ekvivalentni koeficijent prolaza topline poda ,dop podU 2 W/ m K Dopušteni ekvivalentni koeficijent prolaza topline poda 1V W Ventilacijski gubici topline ukoliko se ne koristi toplina otpadnog zraka zV 3 m /h Potrebni volumni protok zraka zc W/kgK Specifični toplinski kapacitet zraka z 3 kg/m Gustoća zraka pV 3 m Volumen grijanog prostora zI 1 h Potrebni broj izmjena zraka R - Koeficijent povrata topline na rekuperatoru R W Toplina dobivena procesom povrata topline na rekuperatoru iA 2 m Površina poda grijanog prostora sa ½ debljine zidova RHf - Korekcijski faktor ovisan o vremenu zagrijavanja i pretpostavljenom padu temperature za vrijeme prekida grijanja IQ W Unutrašnji izvori topline PQ W Toplina koju odaju ljudi MQ W Toplina koju odaju različiti električni uređaji EQ W Dobitak topline od rasvjete RQ W Dobitak topline od susjednih prostorija oN - Broj osoba ukupnaQ W Ukupna toplina koju odaje jedna osoba AQ W Vanjski izvori topline WQ W Dobitak topline transmisijom kroz zidove FQ W Dobitak topline kroz staklene površine QT W Dobitak topline kroz staklene površine transmisijom SQ W Dobitak topline kroz staklene površine zračenjem
  • 11. TA 2 m Površina plohe kroz koju se vrši izmjena topline transmisijom maxI 2 W/m Maksimalna vrijednost ukupnog sunčevog zračenja sA 2 m Osunčana površina stakla PRb - Koeficijent propusnosti sunčevog zračenja .maxdifI 2 W/m Maksimalna vrijednost difuznog sunčevog zračenja sjenaA 2 m Zasjenjena površina stakla ZA 2 m Ukupna površina stakla  % Relativna vlažnost zraka eh kJ/kg Entalpija vanjskog zraka inth kJ/kg Entalpija zraka u prostoriji int,ulazh kJ/kg Entalpija zraka ubačenog u prostoriju hQ W Rashladni učin hladnjaka u slučaju korištenja rekuperatora 1hQ W Rashladni učin hladnjaka u slučaju ako se ne koristi rekuperator ,H ndQ 2 kWh/m Godišnja toplinska energija za grijanje
  • 12. 1 1 UVOD Iako su prvi kontejneri u široj primjeni zaživjeli još sredinom prošlog stoljeća, potražnja za njima niti u današnje doba ne jenjava. Razlog tomu je povećanje potreba za što jednostavnijim i bržim prijevozom dobara u čemu su svoju ulogu pronašli transportni kontejneri bez kojih bi međunarodni trgovinski promet bio daleko manjeg obima nego što je danas. S druge strane, kontejneri i kontejnerski sklopovi u funkciji stambenih objekata interes su sve većeg broja ljudi zbog niske cijene i jednostavnosti gradnje. Stambeni kontejneri relativno su nova pojava u svijetu suvremenog stanovanja što otvara prostor inovativnosti i kreativnom pristupu. Tema ovog rada je nikoenergetski stambeni kontejner pod čim se podrazumijeva mobilni objekt za stanovanje sa integriranim rješenjima koja doprinose značajnom povećanju njegove energetske učinkovitosti. To se može postići poboljšanjem toplinske izolacije kontejnera te ugradnjom odgovarajućeg alternativnog sustava za grijanje i pripremu potrošne tople vode. Kako zelena gradnja postaje sve popularnija diljem svijeta, za očekivati je da će potražnja za kontejnerskim građevinama biti u porastu, dok će u pojedinim zemljama uvelike ovisiti o uređenosti njihovih zakona o gradnji. Diplomski rad podijeljen je u četiri osnovna dijela. Prvi dio je teorijski i obuhvaća povijest nastanka kontejnera, njihovu podjelu te opis ključnih faktora koji čine neki objekt niskoenergetskim. Drugi dio uključuje izradu 3D modela sklopa konstrukcije i njenih dijelova pri čemu su poštivane vanjske dimenzije standardnog ISO kontejnera radi mogućnosti prijevoza maksimalnog broja kontejnera, a s ciljem smanjenja troškova logistike. U trećem dijelu dani su analitički i numerički proračuni najopterećenijih dijelova konstrukcije - poda i krova kontejnera, vertikalnog stupa te kutnika kontejnera. Četvrti dio rada odnosi se na proračune toplinskog opterećenja prostora i odabira odgovarajućeg sustava grijanja i hlađenja obzirom na to kako se pred stambene objekte postavljaju sve stroži zahtjevi u smislu energetske učinkovitosti.
  • 13. 2 2 KONTEJNERI I KONTEJNERIZACIJA 2.1 POVIJEST TRANSPORTNIH KONTEJNERA Razvoj prijevoza robe intermodalnim kontejnerima započeo je 50-ih godina prošlog stoljeća. Ideja o takvoj vrsti prijevoza nastala je još 1937. godine u mjestu Maxton u saveznoj državi Sjeverna Karolina dok je vozač kamiona Malcolm McLean satima pretovarao teret iz svog kamiona na brod. Shvatio je kako bi bilo lakše i jednostavnije kada bi cijeli kamion s teretom mogao staviti na brod. Realizacija ideje o svojevrsnoj standardiziranoj prikolici provedena je 18 godina kasnije, kada je prodao svoju prijevozničku tvrtku s voznim parkom od 30 kamiona za 25 milijuna američkih dolara te odlučio kupiti tvrtku za prijevoz prekooceanske robe Pan-Atlantic Steamship Company koju je preimenovao u SeaLand Industries. Također je kupio i dva tankera iz drugog svjetskog rata i dao ih prenamijeniti u brodove za prijevoz kontejnera. Tako je prvi kontejnerski brod u svijetu, imena Ideal X, krenuo iz New Jerseya za Houston 26.04.1956. godine, sa 58 kontejnera dužine jedanaest i pol metara. Bio je to početak revolucije u transportnoj industriji. [1] Stvarni doprinos Malcolma McLeana razvoju kontejnerizacije nije bio u kreiranju kontejnera ili kontejnerskog broda već u njegovim menađerskim vještinama pomoću kojih je predvidio uspjeh transportnih kontejnera na tadašnjem tržištu. [1] Slika 2.1 SeaLand transportni kontejner [1] Prije ekspanzije prijevoza standardiziranim transportnim kontejnerima roba se pakirala u bačve i vreće, pa su utovar i istovar trajali prilično dugo. Zaključak jedne analize provedene krajem 1950-ih bio je da troškovi rukovanja teretom na pristaništu čine 60-75% troškova prijevoza tereta. Ti troškovi uključivali su radnu snagu koja je obavljala poslove rukovanja robom, ali i vremenske gubitke jer se jedna vrsta robe nije mogla utovariti dok se druga ne istovari. Cjelokupna situacija uzrokovala je potrebu smanjenja broja radnika na pristaništima pa je tako broj istih u Velikoj Britaniji pao sa 70 000 na svega 10 000 u razdoblju od ranih 1960-ih do kasnih 1980-ih. S druge strane, svjetski prijevoz robe povećao se za 600% u razdoblju između 1950. i 1973. [1]. Iako je pojava transportnog kontejnera prouzročila masovna otpuštanja radne snage na pristaništima, njen pozitivan utjecaj na lokalni razvoj i globalnu ekonomiju bio je daleko veći [1].
  • 14. 3 2.2 DEFINICIJA I PODJELA KONTEJNERA Jedna od definicija kontejnera glasi: „Kontejner je manipulacijska prijevozna oprema, najčešće u obliku zatvorene posude, koja služi za formiranje krupnih manipulativnih jedinica tereta u cilju racionalizacije manipulacijskih i skladišnih operacija.“ Takva definicija sužava opseg primjene kontejnera i u domeni je transportnih kontejnera. Riječ kontejner potječe od engleske riječi „container“ pri čemu korijen riječi „contain“ znači sadržavati [3]. 2.2.1 Podjela kontejnera prema namjeni S obzirom na njihovu raznolikost, Međunarodna organizacija za standardizaciju ISO, dijeli kontejnere na [3]: 1. standardni suhi 2. za rasute terete 3. za određene vrste tereta 4. rashladni 5. otvoreni prema gore 6. platforme 7. kontejneri cisterne 8. ventilacijski Standardni suhi kontejneri su kontejneri opće namjene (engl. General purpose containers). Pravokutnog su oblika i zatvoreni su sa svih strana. Mogu biti 20-stopni i 40-stopni [3]. Slika 2.2 Standardni suhi kontejner [3]
  • 15. 4 Kontejneri za rasute terete (engl. Bulk container) imaju tri grotla za ukrcaj tereta na vrhu, te mogu biti opremljeni otvorima za viljuškar s ciljem lakše manipulacije u luci [3]. Slika 2.3 Kontejner za rasute terete [3] Rashladni kontejneri (engl. Thermal containers) posjeduju sustav za hlađenje koji koristi električnu energiju radi kontrole temperature unutar kontejnera [3]. Slika 2.4 40-stopni rashladni kontejner [3] Kontejneri s otvorom prema gore (engl. Open-top containers) su suhi kontejneri kod kojih se na mjestu krova nalazi cerada koja se može pomicati za potrebe ukrcaja i iskrcaja tereta [3]. Slika 2.5 Kontejner s otvorom prema gore [3]
  • 16. 5 Platforme (engl. Platforms) su kontejneri otvorenog tipa sa jakom čeličnom konstrukcijom što ih čini idealnima za prenošenje teškog tereta. Na sebi nemaju nikakvih tehničkih naprava već samo podlogu tj. platformu. Mogu biti 20-stopni i 40-stopni. Stranice mogu biti fiksne ili se mogu sklopiti [3]. Slika 2.6 Kontejner platforma [3] Kontejneri cisterne (engl. Tanks) sastoje se od cisterne i vanjske čelične konstrukcije te služe za prijevoz tekućina i komprimiranih plinova. Pune se na 98% kapaciteta i konstruirani su da izdrže tlak do 3 bara [3]. Slika 2.7 Kontejner cisterna [3] Kontejneri sa sustavom za ventilaciju (engl. Ventilated containers) posjeduju sustav prirodne ventilacije koja je omogućena preko ventilacijskih otvora na bočnim stranicama kontejnera. Nazivaju se još i Caffe kontejnerima s obzirom na to da se uglavnom koriste za transport kave [2]. Slika 2.8 Sustav prirodne ventilacije s vanjske strane kontejnera [3]
  • 17. 6 2.2.2 Standardni ISO kontejneri Nakon uspješnog pothvata Ideal X-a, prvog broda koji je prevozio kontejnere, Malcolm McLean dao je izraditi prvi brod namijenjen posebno za prijevoz kontejnera nazvavši ga Gateway City. U to vrijeme korišteni su 33-stopni kontejneri, dok su danas najviše u uporabi 20 i 40-stopni kontejneri. Radi efikasnijeg slaganja i manipulacije, kontejnere je bilo potrebno standardizirati. Tako je 1968. godine Međunarodna Organizacija za standardizaciju ISO definirala terminologiju, te unutarnje i vanjske dimenzije kontejnera. [1] Definicija kontejnera prema ISO glasi: „Kontejner je transportna kutija pravokutnog oblika, otporna na vremenske prilike, namijenjena prijevozu i slaganju tereta na način da sadržaj bude zatvoren i zaštićen od oštećenja i nedostataka, odvojen od prijevoznog sredstva, a njime se rukuje kao jednom jedinicom i prevozi bez pretovarivanja sadržaja.“ [3] Uvjeti koje moraju ispunjavati ISO-kontejneri su:  trajnost oblika  mogućnost prijevoza robe s jednim ili više transportnih sredstava bez prekrcaja svog sadržaja  opremljenost uređajima za lako i brzo rukovanje  nepropusnost  lako pražnjenje  minimalna zapremnina od 1 m3 Dimenzije kontejnera definirane su standardom DIN/ISO 668 ili DIN 15190 i izražene su u metričkom sustavu mjernih jedinica ili Engleskom sustavu mjernih jedinica. U međunarodnom prijevozu nazastupljenije dimenzije kontejnera su: 20 stopni 1CC (20-ft/6100 mm) 40 stopni 1AA (40-ft/12200 mm) 45 stopni (45-ft/13700 mm) 48 stopni (48-ft/14600 mm) 53 stopni (53-ft/16200 mm) U tablici ispod navedene su osnovne vanjske dimenzije najčešće korištenih ISO kontejnera u praksi- 1AA i 1CC. Tablica 2.1 Standardne veličine ISO kontejnera [3] Tip kontejnera Duljina /mm Širina /mm Visina /mm Bruto masa /kg 1 AA 12192 2438 2591 30480 1CC 6058 2438 2591 24000
  • 18. 7 3 KONTEJNERI U GRAĐEVINARSTVU I ARHITEKTURI Popularnost kontejnerskih građevina u posljednjih nekoliko godina dosegnula je novu razinu. Sve više ljudi prepoznaje ove strukture kao alternativu tradicionalnom tipu gradnje, bilo da se radi o kupnji novog kontejnera ili prenamjeni transportnog kontejnera za potrebe privremenog ili stalnog boravka. U današnjem svijetu su, osim kontejnera za prijevoz i skladištenje robe, u široj primjeni i sanitarni kontejneri, kontejneri za gradilišta i za stanovanje te specijalni kontejneri poput kioska, plinskih kotlovnica ili mjernih stanica. U slučaju povezivanja kontejnera u kontejnerske sklopove (više kontejnera spojenih u jednu cjelinu) govorimo o modularnoj gradnji, čiji rezultat mogu biti zgrade i od nekoliko katova kao na slici. Slika Smještaj za tražitelje azila u Berlinu [4] 3.1 STAMBENI KONTEJNERI Stambeni kontejneri su objekti za stanovanje čije su glavne odlike ekonomičnost, mogućnost brze instalacije i modularne nadogradnje. Izrađuju se prema standardnim dimenzijama prilagođenim za cestovni promet. Danas se zbog racionalizacije prijevoza, najčešće kao tipovi stambenih kontejnera koriste 20-stopni kontejneri s obzirom na to da se u jedan šleper mogu utovariti dva sastavljena ili osam rastavljenih kontejnera, tzv. Transpackova [5]. Prednosti izgradnje stambenih kontejnera su višestruke, a jedna od najistaknutijih je energetska učinkovitost. Odabirom dobrog izolacijskog materijala moguće je postići da građevina pripada B energetskom razredu. Što se tiče vremena instalacije ovakvog tipa objekta, ovisno o veličini i zahtjevima može potrajati od 10 do 30 dana. Za montažni objekt veličine 60 m2 , potrebno je oko 20-ak dana za izradu. Montaža na mjestu instalacije vrlo je jednostavna i ne zahtijeva puno vremena, budući da su svi elementi u kontejneru ugrađeni još u procesu proizvodnje (elektrika, kanalizacija, vodovod). Rastavljeni stambeni kontejner je montažno- demontažnog tipa, pa se može vrlo jednostavno demontirati i premjestiti na drugu lokaciju [5].
  • 19. 8 3.2 PRENAMIJENJENI TRANSPORTNI KONTEJNERI U pristaništima svjetskih luka nalazi se velik broj praznih i neiskorištenih transportnih kontejnera iz razloga što je njihova otpremna cijena veća od cijene novih kontejnera iz Azije [6]. Primjer kontejnerskog terminala dan je na slici 3.1. Slika 3.1 Kontejnerski terminal u Stockholmu [7] Ti kontejneri mogu se povoljno otkupiti i prenamijeniti u prostor za stanovanje. Kako su napravljeni da izdrže velika opterećenja i nepovoljne vremenske uvjete prilikom prekooceanskog prijevoza, posjeduju snažnu i izdržljivu konstrukciju koja bi definitivno zadovoljila kriterije opterećenja jednog stambenog objekta. Jedna od najistaknutijih prednosti je njihova niska cijena, pa se tako u SAD-u jedan polovni 20-stopni kontejner može kupiti za 1200 američkih dolara, dok je cijena novog oko 6000 američkih dolara. Nakon što prestanu biti u ulozi transportnih kontejnera, oni postaju roba spremna za oporabu pa se njihovim ponovnim korištenjem naizgled doprinosi zaštiti okoliša. S druge strane, potrebno je uložiti određenu količinu energije da bi se kontejner učinio useljivim. To uključuje i pjeskarenje cijele površine kontejnera, s obzirom na to da ona sadrži boje i lakove štetne za ljudsko zdravlje, pri čemu treba postaviti pitanje da li je proces njihove prenamjene uistinu ekološki prihvatljiv [6]. . Slika 3.2 Kontejnerski grad u Londonu [8]
  • 20. 9 3.3 STAMBENI KONTEJNERI U HRVATSKOJ I SVJETSKOJ ARHITEKTURI Kontejneri su fleksibilna metoda gradnje, što ih čini pogodnim za korištenje u različite svrhe. Na našim prostorima kontejneri se u većem opsegu koriste tek kao privremena stambena rješenja na gradilištima ili za industrijske potrebe. Koriste se i kao izložbeni i prodajni prostori ili kao jeftinije varijante vikendica, iako na nešto skromnijoj razini. Ideja o takvoj vrsti gradnje kod nas je još uvijek slabo zastupljena, a razlozi mogu biti od skeptičnosti prema drukčijem pristupu, nedorečenosti zakona u smislu građevinskih dozvola do nedovoljne informiranosti ljudi. Istina je da na prvi pogled građevinski kontejner ne izgleda kao prostor za trajno stanovanje, ali se njegovim spajanjem u proširenoj izvedbi može postići moderni dizajn ekonomski mnogo prihvatljiviji od tradicionalne kuće. Značajniji projekt u Hrvatskoj kojeg vrijedi spomenuti je Visoka škola B.A. Krčelić u Zaprešiću izgrađena od transportnih kontejnera na dvije etaže. Kontejneri su proizvod tvrtke Jedinstvo koja uspješno konkurira na europskom tržištu u gradnji modularnih objekata više od 60 godina. Slika 3.3 Visoka škola B.A. Krčelić u Zaprešiću [5]
  • 21. 10 U svijetu se pak kontejnerski objekti koriste za izgradnju škola, vrtića, bolnica, individualnih stambenih rješenja i sličnog. Idealan primjer njihove primjene na svjetskoj razini je studentski dom „Keetwonen“ u Amsterdamu koji je projekt njemačke tvrtke Tempohousing. Slika 3.4 Studentski dom „Keetwonen“ u Amsterdamu [9] Cjelokupni kompleks proteže se na 18 000 kvadratnih metara i obuhvaća 1000 kontejnerskih jedinica, praonicu, malu trgovinu, radnju za popravak bicikala i restoran. Prenamijenjeni kontejneri postavljani su tempom od 20-25 jedinica na dan. Kontejneri su naslagani u visinu na 5 razina, spojeni mehanizmom za spajanje i podijeljeni u 12 različitih zgrada. Svaki od njih ima vlastiti balkon ili vrt ukoliko je smješten na najnižoj razini. Što se tiče izolacije, korištena je tvrda ekspandirana polistirenska pjena za zidove i krovove. Jedinice su konstruirane tako da zadrže unutarnju temperaturu od 21o C, zvučno su izolirane i otporne na vatru, a ventilacijski sustav izveden je kao spoj prirodne i mehaničke ventilacije. U ovom slučaju najisplativijima su se pokazali 40-stopni kontejneri (dužine 12 m i visine 2,6 m) koji su podijeljeni u 2 zasebne sobe odvojene zajedničkom kupaonicom [9]. Slika 3.5 Kontejnerska jedinica u studentskom domu „Keetwonen“ u Amsterdamu [9]
  • 22. 11 4 NISKOENERGETSKI STAMBENI KONTEJNERI Novi energetski koncepti zgrade obuhvaćaju niskoenergetske i pasivne zgrade te gotovo nul-energetske zgrade. Termin niskoenergetske zgrade kolokvijalno obuhvaća zgrade energetskog razreda A i B, dok su pasivne zgrade one koje spadaju u energetski razred A+. Pojmovi niskoenergetskog objekta nisu definirani zakonodavstvom RH, dok je njemačkim zakonodavstvom propisano da je niskoenergetska zgrada ona čija je godišnja potrošnja energije do 50 kWh/m2 , a pasivna ona čija je potrošnja do 15 kWh/m2 [10]. 4.1 ENERGETSKI RAZREDI Stambene i nestambene zgrade svrstavaju se u 8 energetskih razreda prema energetskoj ljestvici od A+ do G. A+ označava energetski najpovoljniji, dok G energetski najnepovoljniji razred. Energetski razred stambene zgrade ovisi o specifičnoj godišnjoj potrebnoj toplinskoj energiji za grijanje za referentne klimatske podatke u kWh/m2 [11]. Tablica 4.1 Energetski razredi stambenih objekata [11] Pri planiranju izgradnje ovakvih tipova objekata potrebno je uobziriti sve parametre koji utječu na smanjenje toplinskih gubitaka. Bitniji među njima su [11]:  visoka razina tolinske zaštite cijele vanjske ovojnice  izbjegavanje potencijalnih toplinskih mostova  orijentacija zgrade prema Suncu s ciljem maksimalnog iskorištavanja dnevnog svjetla i  topline  korištenje obnovljivih izvora energije pri zadovoljavanju energetskih potreba objekta 4.2 IZOLACIJSKI MATERIJALI ZA NISKOENERGETSKE OBJEKTE Ne postoji egzaktna definicija niskoenergetskog stambenog kontejnera, ali ono što on u suštini predstavlja jest mobilni stambeni objekt čija godišnja potrošnja energije za grijanje ne prelazi 50 kWh/m2 . Jedan od ključnih faktora pri tome je odabir odgovarajućeg izolacijskog materijala. Energetski razred 2 , , / kWh/mH nd refQ -specifična godišnja potrebna toplinska energija za grijanje za referentne klimatske podatke A+ 15 A 25 B 50 C 100 D 150 E 200 F 250 G 250
  • 23. 12 U tablici se nalaze karakteristike najčešće korištenih toplinsko izolacijskih materijala, potrebne debljine za postizanje iste razine toplinske zaštite, te relativni trošak za tu razinu toplinske zaštite po m2 izolacije. Što je manji koeficijent prolaska topline, to je bolja toplinska zaštita zgrade. Osim toga, pri izboru materijala treba uzeti u obzir i druge karakteristike materijala kao što su požarna otpornost, otpornost na vlagu, faktor otpora difuziji vodene pare, trajnost i drugo [11]. Tablica 4.2 Karakteristike toplinsko-izolacijskih materijala [11] Toplinsko izolacijski materijal Gustoća 3 / (kg/m ) Toplinska provodljivo st / (W/mK) Potrebna debljina (cm) za 2 0,35 W/m KU  Faktor otpora difuziji vodene pare  Relativni trošak za 2 0,35 W/m KU  Mineralna vuna (MW) prema HRN EN 13162 (kamena i staklena vuna) 10-200 0,035-0,050 9-11 1 1 Ekspandirani polistiren (EPS) prema HRN EN 13 163 (stiropor) 15-30 0,035-0,040 9-10 60 0,50-0,80 Ekstrudirana polistirenska pjena (XPS) prema HRN EN 13164 25 0,030,0,040 8-10 150 2,5 Tvrda poliuretanska pjena (PUR) prema HRN EN 13165 30 0,020-0,040 7-9 60 5-8 Drvena vuna (VW) prema HRN EN 13168 360-460 0,065,0,09 16-20 3/5 4-6 Ekspandirani perlit (ESB) prema HRN EN 13169 140-240 0,040-0,065 10-16 5 1,5-2,0 Ekspandirano pluto (CB) prema HRN EN 13170 80-500 0,045-0,055 11-14 5/10 2,0-3,0 Ovčja vuna 15-60 0,040 10-11 1-2 - Slama - 0,090-0,130 20-35 - -
  • 24. 13 Kod stambenih kontejnera vanjski zidovi izvedeni su u obliku termoizolacijskih panela. To su građevni elementi koji postaju sve popularniji u građevinarstvu i arhitekturi. Koriste se u izgradnji kontejnera, ureda, poslovnih zgrada, sportskih objekata, hladnjača, industrijskih i ostalih objekata. Izrađuju se u tzv. sendvič izvedbi prema slici, a koja se sastoji od [5]: 1. dva vanjska limena omotača načinjena od čvrstih materijala (aluminij, čelik) 2. ispune (jezgre) koja ima relativno loša mehanička svojstva, ali osigurava dobru izolaciju ( PU i PVC pjena, XPS, EPS, mineralna vuna) Slika 4.1 Sendvič panel Postoje i specijalni toplinsko-izolacijski materijali poput aerogela koji se u graditeljstvu koriste još uvijek na eksperimentalnoj razini, a za čiju primjenu rezultati eksperimentalne analize pokazuju kako je to najlakši građevinski materijal s izuzetnim svojstvima koji će zbog svoje visoke transparentnosti imati značajnu ulogu u prozvodnji izolacijskih materijala, prozora i vrata, ostakljenih stijena i svjetlarnika. Nalik je smrznutom dimu koji ima najvišu vrijednost toplinske izolacije, najnižu provodljivost zvuka, najniži indeks loma svjetlosti i najnižu dielektričnu konstantu od svih poznatih čvrstih materijala. U potpunosti sprječava sva tri mehanizma prijenosa topline: zrak ne može strujati kroz strukturu materijala (konvekcija), kao materijal slabo provodi toplinu (kondukcija), a ako sadrži ugljik koji apsorbira infracrveno zračenje, onda ne prenosi toplinu zračenjem. 4.3 PROZORI I PROZORSKI PROFILI Prozorski otvori na vanjskim zidovima građevine izvode se s ciljem osvjetljavanja prostorija dnevnim svjetlom i za njihova provjetravanja. U prozorske otvore ugrađuju se prozori koji preko stakla propuštaju dnevnu svjetlost čime se postiže određen stupanj osvijetljenosti unutrašnjosti objekta, osiguravaju toplinsku i zvučnu zaštitu te zaštitu od atmosferskih utjecaja. Gubici topline kroz prozore dijele se na transmisijske i ventilacijske gubitke čija suma predstavlja više od 50 % toplinskih gubitaka građevine. S obzirom na činjenicu da gubici kroz prozore mogu biti deset ili više puta veći od onih kroz zidove, potrebno je posvetiti pažnju pravilnom odabiru prozora i prozorskih elemenata. Na suvremenim niskoenergetskim i pasivnim kućama koeficijent prolaza topline kreće se između 0,80-1,40 W/m2 K. Neovisno o vrsti materijala od kojega se izrađuju, prozorski profili moraju omogućiti dobro brtvljenje, prekinuti toplinski most u profilu, jednostavno otvaranje i nizak koeficijent prolaza topline. Materijali koji se najčešće koriste za izradu prozorskih profila su drvo, čelik, aluminij, PVC, a moguća je kombinacija više različitih materijala ili kompozitna izvedba.
  • 25. 14 Danas se stakla izrađuju kao dvoslojna ili troslojna izolacijska stakla, s plinovitim punjenjem ili premazima kojima se postižu bolja toplinska svojstva [11]. Slika 4.2 Prozorski kvalitetni prozori izrađeni od PVC-a, drva i aluminija [11] Čimbenici koji utječu na U-faktor stakla su [11]:  Debljina i broj međuprostora - povećanjem broja međuprostora i širine tih međuprostora smanjuje se U-faktor  Punjenje međuprostora - ukoliko se međuprostor izo stakla napuni plinovima (argon, ksenon, kripton) U faktor će se smanjiti  Odabir stakla - debljina stakla vrlo malo utječe na U-faktor, ali moguće je koristiti stakla niske emisije (low-e staklo) Porastom svijesti o energetskoj održivosti, danas je sve veća primjena troslojnih izo stakala kojima se dodatno poboljšavaju toplinske karakteristike prozora [11]. Slika 4.3 Trostruka izo stakla ugrađena u prozorski profil [11]
  • 26. 15 4.4 SUSTAVI GRIJANJA I HLAĐENJA SA DIZLICOM TOPLINE Zadatak sustava grijanja je održavanje željene razine temperature grijanog prostora tijekom hladnijeg dijela godine. Izvori energije koje koriste sustavi grijanja mogu se općenito podijeliti na obnovljive i neobnovljive. Pod obnovljivim izvorima podrazumijevaju se takvi izvori čija se izdašnost ne smanjuje za ljudsko poimanje vremena, tj. ako je povećanje raspoložive energije veće ili jednako njenoj potrošnji u istom vremenskom razdoblju. U obnovljive izvore energije ubrajaju se energija Sunčeva zračenja, energija vjetra, energija valova, energija plime i oseke, biomasa, bioplin, te toplina zraka, mora i zemlje (akumulirana Sunčeva energija) [12]. Za zagrijavanje manjih prostora poput stambenog kontejnera moguće je koristiti električne uređaje za pojedinačna (lokalna) grijanja kao što su prijenosni kaloriferi, infracrvene grijalice, konvektori, stropni ili podni električni grijači, električne akumulacijske grijalice [12]. Zbog opsežnosti tematike sustava grijanja, ograničit ćemo se samo na dizalice topline kao rješenja za postizanje visoke energetske učinkovitosti te zbog njihove mogućnosti zagrijavanja i hlađenja prostora, ovisno o vremenskim prilikama. Također, dizalice topline koriste obnovljive izvore energije što je u skladu s pojmom niskoenergetske građevine [12]. Dizalica topline je uređaj koji omogućava prijenos toplinske energije iz toplinskog spremnika niže temperaturne razine u toplinski spremnik više temperaturne razine korištenjem energije pomoću ljevokretnog kružnog procesa prikladnog radnog medija. Zahvaljujući tom svojstvu, dizalice topline su prikladne kao izvori toplinskog učina u sustavima grijanja, pripreme potrošnje tople vode, ventilacije i klimatizacije [12]. Toplinski spremnici različitih temperaturnih razina pri tome su [12] :  Toplinski izvor: prostor ili medij niže temperaturne razine od kojeg se toplina dovodi (najčešće je to neposredna okolica: tlo, površinske i podzemne vode, okolni zrak, otpadni, istrošeni ili onečišćeni zrak iz prostorija ili raznih procesa  Toplinski ponor: prostor ili medij više temperaturne razine kojem se toplina dovodi (najčešće su to zrak u prostoriji, voda u sustavu grijanja, potrošna topla voda, odnosno prikladni ogrijevni medij) Slika 4.4 Pojednostavljeni prikaz sastavnih dijelova kompresijske dizalice topline s toplinskim izvorom i sustavom grijanja [12]
  • 27. 16 Kompresijske dizalice topline za povišenje energetske razine temperature i tlaka radne tvari, odnosno za omogućavanje kružnog procesa koriste mehanički rad kompresora. Sastoje se od isparivača, kompresora, kondenzatora i termoekspanzijskog ventila. Uz to, tu su i spojni vodovi koji povezuju ta četiri osnovna dijela, regulacijski i pomoćni elementi te radna tvar. Kompresijske dizalice topline također se mogu izvesti tako da služe i kao izvor rashladnog učina. Tada se opremaju prekretnim ventilom pa kondenzator postaje isparivač, a isparivač kondenzator [12]. Slika 4.5 Pojednostavljena shema dizalice topline s mogućnošću prekretanja procesa [12] Izvori topline za sustave s dizalicom topline mogu biti toplinska energija zraka, površinskih, podzemnih ili otpadnih voda te toplinska energija površinskih i podzemnih slojeva Zemlje [12]. Ukoliko se stambeni kontejner koristi kao zasebna jedinica najprikladnija je DT sa zrakom kao toplinskim izvorom. Pri tome se često koriste klima uređaji kod kojih je omogućeno prekretanje rashladnog procesa. Kod dizalica topline zrak-voda dobivena se toplina koristi u sustavu toplovodnog (niskotemperaturnog) grijanja ili klimatizacije (npr. u klima komori), a kod dizalica topline zrak-zrak u sustavu ventilacije i klimatizacije (toplozračno grijanje) ili se zrak zagrijan prolaskom kroz kondenzator izravno ubacuje u prostoriju [12]. Jedna od osnovnih izvedbi dizalice topline zrak-zrak jest klima uređaj u odvojenoj izvedbi (split sustav). Za funkcioniranje uređaja potrebno je spajanje dviju jedinica od kojih se jedna montira unutar prostora koji želimo klimatizirati (unutarnja jedinica) dok druga mora biti u doticaju s okolinom (vanjska jedinica). U režimu hlađenja unutarnja jedinica preuzima toplinu zraka iz prostora pri čemu uzrokuje isparavanje radne tvari koja struji u cijevima između unutarnje i vanjske jedinice. Radna tvar u parovitom stanju ulazi u kompresor gdje joj rastu tlak i temperatura što omogućuje proces kondenzacije radnog medija u izmjenjivaču vanjske jedinice na način da preda toplinu okolini. Kružni proces završava u ekspanzijskom ventilu, nakon čega rashladni medij u tekućem stanju ponovno dolazi u unutarnju jedinicu te se cijeli ciklus ponavlja [11]. U režimu grijanja odvija se obrnuti proces pri čemu vanjska jedinica postaje isparivač radnog medija preuzimajući toplinu vanjskog zraka [11].
  • 28. 17 5 KONSTRUKCIJA STAMBENOG KONTEJNERA Stambeni kontejner na slici je rastavljiv i mobilni objekt koji se može koristiti kao zasebna građevinska jedinica ili kao dio složenijeg modularnog objekta. Vanjske dimenzije uzete su po uzoru na standardni transportni ISO kontejner tipa 1CC radi mogućnosti prijevoza maksimalnog broja kontejnera, a s ciljem smanjenja troškova logistike. Osim lakoće prijevoza, moguće ga je brzo instalirati na željeno mjesto zbog jednostavne konstrukcije. S druge strane, kompaktnost i velik broj osvijetljenih ploha čine ga vizualno dopadljivim proizvodom što doprinosi njegovom tržišnom potencijalu. Utovaranje i istovaranje kontejnera s transportnog sredstva može se ostvariti na dva načina: viličarom ili dizalicom. U slučaju korištenja viličara, poželjno je da ima produžetke na vilicama. Kontejner je potrebno postaviti na čvrstu, ravnu, niveliranu, asfaltiranu ili betonsku podlogu. Slika 5.1 Sklop stambenog kontejnera Slika 5.2 Vanjske dimenzije konstrukcije stambenog kontejnera
  • 29. 18 Na slici 5.3 je dan eksplozijski pogled konstrukcije sklopa stambenog kontejnera koja se može podijeliti u četiri osnovna dijela:  Krov kontejnera (pozicija 1) - gornji dio sklopa koji je vijčanom vezom spojen sa vertikalnim stupom  Vertikalni stup (pozicija 2) - načinjen od konstrukcijskog čelika S235, nesimetričnog poprečnog presjeka odabranog radi omogućavanja zatvaranja konstrukcije zidnim panelima.  Zidni panel (pozicija 3) - u izvedbi sendvič panela pri čemu je sa unutarnje strane postavljen plastificirani i pocinčani lim debljine 0,5 mm, a vanjske strane trapezni plastificirani i pocinčani lim debljine 0,5 mm.  Pod kontejnera (pozicija 4) - donji dio sklopa koji je vijčanom vezom spojen s vertikalnim stupom Slika 5.3 Eksplozijski prikaz sklopa konstrukcije Okvir podsklopa konstrukcije krova kontejnera prema slici 5.4 sastavljen je iz glavnih greda (pozicija 1) i bočnih greda (pozicija 2) od čeličnog lima debljine 3 mm zavarenih na kutnik kontejnera (pozicija 3) debljine 8 mm. Na jednoj bočnoj gredi nalaze se otvori za smještaj električnih utičnica. Ukoliko se koristi dizalica pri instalaciji objekta kontejner se zahvaća kukama za otvore koji se nalaze na kutniku. Dimenzije kutnika standardizirane su prema ISO 1161. Poprečne krovne grede izvedene su u obliku I profila (pozicija 4) i zavarene su na gornju glavnu gredu. Na donju stranu poprečnih krovnih greda, samoureznim vijcima pričvršćene su ukrasne ploče od iverja (pozicija 5) na koje se postavi paropropusna vodonepropusna folija, a na nju mineralna vuna. S gornje strane poprečnih greda nalaze se krovni trapezni paneli (pozicija 6) s PIR izolacijskom jezgrom.
  • 30. 19 Slika 5.4 Krov kontejenera Slično krovnom okviru, podni okvir kontejnera prema slici 5.5 sastoji se iz glavnih (pozicija 1) i bočnih greda od čeličnog lima debljine 3 mm (pozicija 2) zavarenih na kutnik kontejnera (pozicija 3) debljine 8 mm. Poprečne krovne grede izvedene su u obliku I profila (pozicija 4) i zavarene su na donju glavnu gredu. Na donjem okviru kontejnera smješteni su otvori za vilice (pozicija 5) koji se koriste ukoliko se za manipulaciju kontejnera koristi viličar. Na donju stranu poprečnih greda, samoureznim vijcima pričvršćen je plastificirani i pocinčani lim (pozicija 5) na koje se postavlja paropropusna vodonepropusna folija na koju dolazi mineralna vuna. S gornje strane poprečnih greda nalaze se daske od iverja na koje se nalijepi linoleum. Slika 5.5 Pod kontejnera
  • 31. 20 Spoj zidnog panela i okvira krova kontejnera ostvaren je vijčanom vezom na sljedeći način: Dvonavojna matica (pozicija 1) postavlja se na dva prethodno predviđena mjesta za provrt sa oba kraja panela, te se imbus ključem uvrti u panel. Zatim se postavi podloška (pozicija 4) na koju dolazi vezna pločica (pozicija 3) s otvorom kroz koji prolazi vijak M12 (pozicija 2). Slika 5.6 Spoj zidnog panela i okvira krova kontejnera Vertikalni stup je nesimetričnog poprečnog presjeka čime je omogućeno zatvaranje zidnih panela. Na donjoj i gornjoj strani stupa zavarena je pločica na kojoj se nalaze otvori kroz koje prolaze vijci M16, a koji su zavareni na kutnik kontejnera. Slika 5.7 Spoj vertikalnog stupa i donjeg okvira kontejnera
  • 32. 21 Na slici je prikazano nasjedanje zidnog panela na donju glavnu gredu čime je onemogućen pomak panela prema van. Slika 5.8 Spoj zidnog panela i okvira poda kontejnera Spoj zidnog panela i stupa ostvaren je vijčanom vezom na sličan način kao i spoj panela sa gornjim okvirom. Dvonavojna matica (pozicija 1) postavljena je u jezgru panela. Podložna pločica (pozicija 3) stavlja se s unutarnje strane stupa, a zatim se vijak M12 pritegne u dvonavojnu maticu. Slika 5.9 Spoj zidnog panela i vertikalnog stupa kontejnera
  • 33. 22 Praktična primjena različitih tipova panela ovisi o dizajnu spojnih strana između kojih mora postojati čvrsta veza. Najčešće korišten tip spoja je utor i pero spoj. Spojem izolacijskih panela tehnikom utora i pera prema slici postiže se nekomplicirana izvedba kojom se sprječava nastanak toplinskih mostova pri čemu su rubovi metalnih okvira uvijeni unatrag. Slika 5.10 Spoj zidnih panela Oblik krovnih panela razlikuje se od oblika zidnih panela. Na kraju svakog panela nalazi se jedan prazan val ispod kojeg se nastavlja sljedeći panel čime se tvori samozatvarajući oblik koji osigurava lakšu i precizniju montažu te bolji otpor na vlagu i vremenske uvjete. Na mjestima preklapanja, paneli se pričvršćuju na potporne strukture, tj. poprečne grede pomoću samobušećih vijaka. Slika 5.11 Krovni panel
  • 34. 23 6 ANALITIČKI PRORAČUN ELEMENATA STAMBENOG KONTEJNERA Kako je stambeni kontejner objekt namijenjen za boravak ljudi, može se promatrati kao građevina te će mu se za potrebe proračuna pristupiti sa građevinskog stajališta. Karakteristike transportnih kontejnera namijenjenih za prijevoz robe prevelike su da bi se primjenile na stambeni kontejner. Primjerice, pri testiranju tih kontejnera maksimalni broj naslaganih kontejnera pod punim opterećenjem iznosi 10, pri čemu masa punog kontejnera iznosi 24 000 kg. [8] 6.1 PRORAČUN PODA KONTEJNERA Kod proračuna podne grede pretpostavljen je slučaj ravnomjerno raspodijeljenog kontinuiranog opterećenja. Prema hrvatskoj prednormi HRN ENV 1991-2-1 odabrana je vrijednost uporabnog opterećenja qk prema tablici 6.1: Tablica 6.1 Uporabna opterećenja u zgradama [9] Opterećenje 2 / (kN/ m )kq / kNkQ A-općenito 2,0 2,0 -stubišta 3,0 2,0 -balkoni 4,0 2,0 B 3,0 2,0 C -C1 3,0 4,0 -C2 4,0 4,0 -C3 5,0 4,0 -C4 5,0 7,0 -C5 5,0 4,0 D -D1 5,0 4,0 -D2 5,0 7,0 E 6,0 7,0 Kontinuirano opterećenje grede q: 3 1,1 3,3 kN/mkq q d    (6.1) Pri čemu je: razmak između podnih greda d=1,1 m Slika 6.1 Slučaj optrećenja podne grede
  • 35. 24 Jednadžbe ravnoteže nosača: 0; 0 2 z A B ql F F F    (6.2) 2 0; 0 2 A B ql M F l   (6.3) Izračunate vrijednosti reakcija veza su: 3,3 2,432 4,01 kN 2 2 A B ql F F      Mjesto maksimalnog momenta savijanja, određuje se iz uvjeta: 0 2mx m ql Q qx   (6.4) Maksimalan moment savijanja u presjeku mx : 2 ,max 2 2 mA b qxF l M   (6.5) 4 2 2 2 ,max 3,3 2,432 2,44 kNm 2 8 8 8 b ql ql ql M       Uvjet krutosti: 2432 8,11 mm 300 300 dop l w    (6.6) 4 4 5 5 3,3 2432 1,59 mm < 384 384 210000 4494000 dop ql w w EI        (6.7) Pri čemu su: Maksimalan progib grede 1,59 mmw  Duljina grede 2432 mml  Modul elastičnosti konstrukcijskog čelika 2 210000 N/mmE 
  • 36. 25 Za poprečnu gredu donjeg okvira kontejnera odabran je I profil. Slika 6.2 Poprečni presjek I profila Karakteristike poprečnog presjeka I profila: Širina pojasnice 100 mmb  Visina I profila 80 mmh  Debljina hrpta 6 mms  Polumjer zaobljenja 12 mmr  Debljina pojasnice 10 mmt  Aksijalni moment tromosti 4 449,4 cmyI  Moment otpora površine presjeka 3 89,91 cmyW  Statički moment površine presjeka 3 52,1 cmyS  Za materijal poprečne grede odabran je opći konstrukcijski čelik S235. Uvjet čvrstoće glasi: e ekv dop R S    (6.8) 235 156,67 MPa 1,5 e dop R S     6 max 2,44 10 27,14 MPa 89910y M σ W     (6.9) 4,013 1000 51,1 1000 7,75 MPa 449,4 10000 6 z y y Q S τ I s         (6.10) 2 2 2 2 27,14 7,75 27,14 7,75 24,21 MPaekv dop             (6.11) Vidljivo je da je ekvivalentno naprezanje manje od 156,67 MPa što je dopušteno naprezanje za odabrani konstrukcijski čelik uz preporučeni faktor sigurnosti 1,5S  .
  • 37. 26 6.2 PRORAČUN KROVA KONTEJNERA Opterećenje snijegom ubraja se u promjenljiva slobodna djelovanja i proračunava se na temelju karakterističnog opterećenja ks . Takvo opterećenje odgovara jednoliko raspoređenom snijegu koji je napadao pri mirnim vremenskim uvjetima na ravno tlo, a ovisi o obliku krova i utjecaju vjetra na raspodjelu snijega [13]. Izraz za određivanje opterećenja od snijega na krov glasi: i e t ks μ C C s (6.12) Gdje su: karakteristična vrijednost opterećenja od snijega na tlo 2 / ( )/k kN ms koeficijent oblika opterećenja od snijega i koeficijent izloženosti, koji obično ima vrijednost 1,0eC  toplinski koeficijent, koji obično ima vrijednost 1,0tC  Opterećenje snijegom djeluje vertikalno i odnosi se na horizontalnu projekciju površine krova te se odnosi na snijeg koji je prirodno napadao. Opterećenje snijegom na tlo zavisi od geografskog položaja i nadmorske visine lokacije koja se razmatra i dano je na nacionalnoj osnovi u obliku karata s odgovarajućom geografskom lokacijom [13]. Tipična mapa karakterističnog opterećenja snijegom na tlo dana je na slici 6.3. Slika 6.3 Karta opterećenja snijegom u Hrvatskoj [13] Učinak geometrije krova uzima se u obzir s koeficijentom oblika opterećenja snijegom. Uobičajene geometrije krovova su jednostrešni, dvostrešni, višestrešni i valjkasti krovovi.
  • 38. 27 Tablica 6.2 Karakteristične vrijednosti opterećenja snijegom ks na različitim nadmorskim visinama u pojedinim zonama [13] Nadmorska visina do (m) I. područje II. područje III. područje IV. područje 100 1,10 1,10 0,45 0,35 200 1,30 1,40 0,80 0,50 300 1,55 1,75 1,20 0,70 400 1,80 2,20 1,65 0,90 500 2,05 2,65 2,15 1,15 600 2,35 3,15 2,70 2,70 700 2,65 3,70 3,30 3,30 800 2,95 4,25 3,95 3,95 900 3,25 4,90 4,65 4,65 1000 3,60 5,55 5,40 5,40 1100 3,95 6,25 6,20 6,20 1200 4,30 7,00 7,05 7,05 1300 - 7,80 7,95 7,95 1400 - 8,65 8,90 8,90 1500 - 9,50 9,90 9,90 1600 - 10,40 10,95 10,95 1700 - 11,40 12,05 12,05 18000 - - 13,20 13,20 Tablica 6.3 Koeficijenti oblika opterećenja od snijega prema HRN ENV 1991-2-3 [13] Kut nagiba krova 0 15  15 30  30 60  60  Koeficijent oblika 1 0,8 0,8 0,8(60 ) / 30 0 Koeficijent oblika 2 0,8 0,8 0,6( 15) / 30  1,1(60 ) / 30 0 Koeficijent oblika 3 0,8 0,8 / 30 0,8 0,8 / 30 1,6 - Opterećenje krova snijegom određuje se prema izrazu: 2 0,8 1 1 1,1 0,88 kN/mi e t ks μ C C s      Pri čemu su vrijednosti iμ i ks odabrane prema tablicama 6.2 i 6.3.
  • 39. 28 Tablica 6.4 Svojstva elemenata konstrukcije krova Element konstrukcije krova Poprečne grede Trapezni paneli Izolacija Ukrasne ploče od iverja Materijal Konstrukcijski čelik S235 Profilirani čelični lim + PIR izolacijska jezgra Mineralna vuna Iverica Karakteristike Nazivna masa: 6 kg/mnm  Dužina: 2,432 md  Broj komada: 9 Ukupna masa: 131,3 kgpgm  Širina panela: 1 910 mmd  Debljina panela: 2 40 mmd  Dužina panela: 3 2100 mmd  Debljina lima: 0,5 mmt  Masa panela: 8,95 kgm  Broj komada: 8,5n  Ukupna masa: 76,1 kgtpm  Srednja gustoća: 3 28 kg/m  Debljina: 80 mmd  Ukupna površina: 2 12,42 mA  Ukupna masa: 27,8 kgim  Srednja gustoća: 3 665 kg/m  Debljina: 22 mmd  Ukupna masa: 181,7 kgupm  Ukupna masa koja proizlazi iz pojedinačnih masa elemenata krova konstrukcije iznosi: , 131,3 76,1 27,8 181,7 416,9 kguk k pg tp i upm m m m m         (6.13) Težina konstrukcije krova dobije se prema izrazu: , 416,9 9,81 4089,8 N 4,089 kNk uk kF m g     (6.14) Opterećenje na površinu krova prouzročeno vlastitom težinom iznosi: 24,089 0,32 kN/m 12,42 k v u F q A    (6.15) Ukupno kontinuirano opterećenje grede q računa se kao suma opterećenja snijegom s i opterećenja krova vlastitom težinom qv. 2 , 0,88 0,32 1,2 kN/muk k vq s q     (6.16)
  • 40. 29 Kod proračuna nosača krova pretpostavljen je slučaj ravnomjerno raspodijeljenog kontinuiranog opterećenja prema slici 6.4: Slika 6.4 Slučaj optrećenja podne grede Kontinuirano opterećenje grede q: 1,2 0,73 0,88 kN/mukq q d    (6.17) Pri čemu je: razmak između krovnih I profila d=0,73 m Za poprečnu gredu gornjeg okvira kontejnera odabran je I profil. Slika 6.5 Poprečni presjek I profila Karakteristike poprečnog presjeka I profila: Širina pojasnice 46 mmb  Visina I profila 80 mmh  Debljina hrpta 3,2 mms  Polumjer zaobljenja 5 mmR  Debljina pojasnice 5,2 mmt  Aksijalni moment tromosti 4 80,1 cmyI  Moment otpora površine presjeka 3 23,2 cmyW  Statički moment površine presjeka 3 12 cmyS  Za materijal poprečne grede odabran je opći konstrukcijski čelik S235.
  • 41. 30 Maksimalni moment savijanja u presjeku mx : 2 2 ,max 0,88 2,432 0,65 kNm 8 8 b ql M     (6.18) Vrijednost maksimalne poprečne sile: 0,88 2,432 1,1 kN 2 2 z ql Q     (6.19) Uvjet krutosti: 2432 8,11 mm 300 300 dop l w    (6.20) 4 4 5 5 0,88 2432 2,38 mm < 384 384 210000 801000 dop ql w w EI        (6.21) Progib nosača je unutar dozvoljene vrijednosti prema čemu proračun na krutost zadovoljava. Normalno naprezanje uslijed savijanja grede: 6 max 0,65 10 28,02 MPa 23200y M σ W     (6.22) Posmično naprezanje uslijed savijanja grede: 1100 12000 2,74 MPa 801000 6 z y y Q S τ I s      (6.23) 2 2 2 2 28,02 2,74 28,02 2,74 26,76 MPaekv dop             (6.24) Vidljivo je da je ekvivalentno naprezanje manje od 156,67 MPa što je dopušteno naprezanje za odabrani konstrukcijski čelik S235 uz preporučeni faktor sigurnosti 1,5S  . Prema tome, proračun na čvrstoću zadovoljava.
  • 42. 31 6.3 PRORAČUN VERTIKALNOG STUPA KONTEJNERA Pretpostavka o masi kontejnera proizašla je iz sustava informacija o masama kontejnera pojedinih proizvođača dostupih na web stranicama. Za proračun je odabrana vrijednost od 2000 kg na cijeli kontejner. Također, pretpostavljen je slučaj sa tri vertikalno spojena kontejnera. Pretpostavljena masa i opterećenja R P Gm m m  (6.25) Pri čemu su: Rm - najveća dopuštena masa kontejnera Pm - najveća dopuštena masa tereta Gm - masa praznog kontejnera Unutrašnja površina kontejnera dobivena je tako da se vanjskim dimenzijama oduzme vrijednost pretpostavljene širine zidnog panela: 2 5,772 2,152 12,42 muA    Opterećenje površine prema tablici 6.1: 2 3 kN/mq  Najveća dopuštna težina tereta: 3 12,42 37,26 kNP k uF q A    (6.26) Najveća dopuštena masa tereta: 37260 3800 kg 9,81 P P F m g    (6.27) 3800 2000 5800 kgR P Gm m m     Težina snijega na najvišoj kontejnerskoj jedinici: 1 0,88 12,42 10,93 kN 10930 NuF sA     Masu snijega 1m možemo izračunati prema formuli: 1 1 10930 1114 kg 9,81 F m g    (6.28) Ukupna masa u slučaju opterećenja sa četiri dodatna kontejnera i polovinom težine najnižeg praznog kontejnera za sva 4 vertikalna stupa iznosi: 1 2000 4 4 5800 +1114 =25314 kg 2 2 G uk R m m m m      (6.29) Jedan vertikalni stup opterećen je četvrtinom ukupne težine: 25314 =6328 kg 4 4 uk s m m   (6.30)
  • 43. 32 Sila na vertikalni stup: F 6328 9,81 62083 N 62.08 kNs sm g     (6.31) Odabran je opći konstrukcijski čelik S235 sljedećih karakteristika: Granica razvlačenja 235 MPae TR σ  Granica proporcionalnosti 195 MPap  Karakteristično naprezanje kada se ekperimentalni podaci o izvijanju aproksimiraju pravcem 0 310 MPa  Youngov modul elastičnosti 210000 MPaE  Slika 6.6 Geometrija poprečnog presjeka vertikalnog stupa Pojedinačne površine poprečnog presjeka vertikalnog stupa: 2 1 97 3 291 mmA    2 2 162 3 486 mmA    2 3 (178 6) 3 516 mmA     2 4 80 3 240 mmA    Ukupna površina poprečnog presjeka: 4 2 1 2 3 4 1 1533 mmuk i A A A A A A        (6.32)
  • 44. 33 Slika 6.7 Udaljenosti težišta od pojedinačnih poprečnih presjeka 1 100 50 mm 2 y   1 1,5 mmz  2 3 1,5 mm 2 y   2 162 81 mm 2 z   3 178 89 mm 2 y   3 162 1,5 160,5 mmz    4 178 1,5 176,5 mmy    4 80 162 122 mm 2 z    Koordinate težišta poprečnog presjeka  ,s sT y z računaju se prema izrazima: 1 1 2 2 3 3 4 4 50 291 1,5 486 89 516 176,5 240 67,6 mm 1533 s uk y A y A y A y A y A              (6.33) 1 1 2 2 3 3 4 4 1,5 291 81 486 160,5 516 122 240 99 mm 1533 s uk z A z A z A z A z A              (6.34)
  • 45. 34 Slika 6.8 Udaljenosti težišta pojedinačnih površina od težišta presjeka 1 99 1,5 97,5 mma    1 67,6 50 17,6 mmb    1 96,5 81 15,5 mma    2 67,6 1,5 66,1 mmb    3 162 99 1,5 61,5 mma     3 89 67,6 21,4 mmb    4 122 99 23 mma    4 176,5 67,6 108,9 mmb    Drugi aksijalni moment površine presjeka određuje se pomoću Steinerovog pravila koje kaže da je drugi aksijalni moment površine s obzirom na neku os jednak drugom momentu površine oko paralelne težišne osi uvećanom za umnožak ploštine A površine i kvadrata udaljenosti između tih dviju osi a, tj. b: 2 1 ( )yI I a A  (6.35) 2 2 ( )zI I b A  (6.36) 3 4 1 3 97 218,25 mm 12 yI    3 4 1 3 97 228168,25 mm 12 zI    3 4 2 162 3 1062882 mm 12 yI    3 4 2 162 3 364,25 mm 12 zI    3 4 3 3 172 387 mm 12 yI    3 4 3 3 172 1272112 mm 12 zI    3 4 4 80 3 128000 mm 12 yI    3 4 4 80 3 180 mm 12 zI   
  • 46. 35 Glavni težišni drugi momenti površine 1I i 2I :         2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 2 2 2 2 4 (I ) (I ) (I ) (I ) 218,25 97,5 291 1062882 15,5 486 387 61,5 516 + 128000 23 240 2766537 123322,5 1952028 254960 5096847,5 mm y y y yI a A a A a A a A                                   2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 2 2 2 2 4 (I ) (I ) (I ) (I ) 228168,25 17,6 291 364,25 66,1 486 1272112 21,4 516 + 180 108,9 240 318308,41 2123800,31 1508419,36 2846390,4 6796918,48 mm z z z zI b A b A b A b A                            4 1 min 5096847,5 mmI I  Smanjenjem vitkosti štapa  raste kritično naprezanje kr i pri vitkosti t doseže granicu tečenja ( )e TR σ . Pri vitkosti manjoj od t prije će doći do gnječenja tj. tečenja štapa nego do izvijanja [15]. Budući da u konstrukcijama mora biti ispunjen uvjet ( )e Tσ R σ razlikuju se tri slučaja tlačno opterećenog štapa [15]: a) Kratki štapovi: t  ; štapovi se proračunavaju na tlačnu čvrstoću i izvijanje se ne uzima u obzir, a kritično je naprezanje kr eσ R b) Srednje dugi štapovi: t p    ; štapovi se računaju po Tetmajerovom izrazu: 0 0( )kr p p          c) Vitki štapovi: p  ; štapovi se proračunavaju prema Eulerovom izrazu: 2 2kr E     Minimalni polumjer tromosti površine presjeka mini : min min I 5096847,5 57,66 mm 1533 i A    (6.37) Bezdimenzijska karakteristika štapa (vitkost štapa)  je pri tome: 0 min min 2340 40,51 57,76 l l i i      (6.38) Gdje je: 0l - slobodna duljina izvijanja štapa za slučaj izvijanja prema slici 6.9:
  • 47. 36 Slika 6.9 Forma izvijanja- štap upet na oba kraja [12] Vitkost štapa pri granici proporcionalnosti: 210000 103,04 195 P p E λ π π σ     (6.39) Vitkost štapa pri granici tečenja: 0 0 310 235 103,04 67,2 310 195 T T P P σ σ λ λ σ σ         (6.40) Budući je T  , stup je potrebno proračunati na tlačnu čvrstoću: 235 156,67 MPa 1,5 kr dop S      (6.41) 62083 40,5 MPa 1533 s dop uk F σ σ A     (6.42) Uvjet stabilnosti je zadovoljen, a samim time i proračun stupa.
  • 48. 37 7 NUMERIČKI PRORAČUN KONSTRUKCIJE STAMBENOG KONTEJNERA Rezultati dobiveni analitičkim putem biti će provjereni metodom konačnih elemenata u softveru Ansys Workbench 15.0. Uz već proračunate elemente, numeričkoj analizi podvrgnut je i kutnik kontejnera. 7.1 NUMERIČKA ANALIZA PODNE GREDE Kod postavljanja rubnih uvjeta, zadano je da je jedan kraj grede fiksno oslonjen, dok je drugi kraj razmatran kao pomični oslonac pri čemu je omogućen pomak grede samo u smjeru z osi. Zadana sila na gornju plohu grede dobivena je množenjem kontinuiranog opterećenja i duljine grede. Napravljena je konvergencija pomoću tetraedarskih elemenata prvog i drugog reda pri čemu je vidljivo da tetraedarski elementi drugog reda brže konvergiraju. Na slici 7.2. prikazani su rezultati za pomake podne grede dobiveni konvergencijom tetraedarskih elemenata drugog reda. Slika 7.1 Definiranje opterećenja i pomaka u osloncima podne grede Slika 7.2 Rezultati pomaka podne grede
  • 49. 38 Slika 7.3 Konvergencija rješenja za pomake podne grede korištenjem tetraedarskih elemenata prvog reda Slika 7.4 Konvergencija rješenja za pomake podne grede korištenjem tetraedarskih elemenata drugog reda
  • 50. 39 7.2 NUMERIČKA ANALIZA KROVNE GREDE Rubni uvjeti zadani su na isti način kao kod podne grede. Rezultati na slici 7.5 dobiveni su konvergencijom tetraedarskih elemenata drugog reda. Slika 7.5 Definiranje opterećenja i pomaka u osloncima krovne grede Slika 7.6 Rezultati pomaka krovne grede
  • 51. 40 Slika 7.7 Konvergencija rješenja za pomake krovne grede korištenjem tetraedarskih elemenata prvog reda Slika 7.8 Konvergencija rješenja za pomake podne grede korištenjem tetraedarskih elemenata prvog reda
  • 52. 41 7.3 NUMERIČKA ANALIZA VERTIKALNOG STUPA Zbog sigurnosti proračuna, osim analitičkog dijela, provedena je i analiza metodom konačnih elemenata. Za analizu je korišten softver Ansys Workbench 15.0. Kod postavljanja rubnih uvjeta na donju stranu stupa ponstavljen je nepomičan oslonac, dok je na gornju stranu postavljen pomičan oslonac pri čemu je omogućeno gibanje stupa u smjeru y osi. Slika 7.9 Definiranje opterećenja i pomaka u osloncima vertikalnog stupa Slika 7.10 Rezultati pomaka vertikalnog stupa
  • 53. 42 7.4 NUMERIČKA ANALIZA KUTNIKA Kako je kutnik kontejnera kutijasti nosač, analitički ga je vrlo zahtjevno proračunati. Stoga je napravljena numerička analiza na modelu kutnika. Na slici je prikazano postavljanje rubnih uvjeta. Sila na kutnik postavljena je na površinu poprečnog presjeka vertikalnog stupa. Slika 7.11 Rubni uvjeti za kutnik kontejnera Slika 7.12 Rezultati pomaka kutnika
  • 54. 43 Slika 7.13 Rezultati naprezanja kutnika
  • 55. 44 8 OPTIMIZACIJA IZOLACIJSKIH PANELA Fasadni izolacijski paneli predstavljaju najveću površinu kroz koju se vrši izmjena topline s okolinom. Budući da se niskoenergetski efikasnim objektom smatra objekt sa koeficijentom termičke izolacije 2 0,18 W/m KU  , upravo je takav zahtjev postavljen kod optimiranja panela. Kao izolacijska ispuna odabrana je PIR (poliizocijanurat) izolacijska ploča zbog povoljnog odnosa debljine izolacijskog sloja i koeficijenta toplinske provodljivosti. Manja debljina materijala znači manju masu panela što ga čini jednostavnijim za rukovanje pri montaži, a s druge strane moguće je postići veći koristan prostor objekta na kojeg se paneli postavljaju. Ugradnjom PIR izolacijskih ploča postiže se isti efekt izolacije s dvostruko tanjom debljinom u odnosu na ostale izolacijske materijale. U softveru Ansys Workbench 15.0 definiran je koeficijent provodljivosti topline za PIR izolaciju 0,022 W/mK  , dok su toplinska svojstva čelika definirana softverom. Kako je potrebno zadati vrlo gustu mrežu zbog debljine čeličnog lima od 0,5 mm, napravljen je model panela površine 1 mm2 što ne utječe na konačne rezultate. Preko unutarnje i vanjske projektne temperature dobiveni su podaci o maksimalnom toplinskom toku po jedinici površine prema slici 8.2. Slika 8.1 Rezultati toplinskog toka po jedinici površine
  • 56. 45 Rezultati optimiranja prikazani su na slici pri čemu su relevantni parametri debljina panela i toplinski tok po jedinici površine. Tablica 8.1 Rezultati optimiranja izolacijskog panela Prema Fourieovom zakonu vrijedi: 1 2( )U A     (8.1) Pri čemu su: Izmjenjeni tolinski tok / W Površina stijenke 2 / mA Koeficijent prolaza topline 2 / W/ m KU Temperatura toplije strane stijenke 1 / C Temperatura hladnije strane stijenke 2 / C Uvjet niskoenergetski efikasnog objekta: 1 2 6,9655 0,18 ( ) 20 ( 38) U A          Usvaja se prva debljina izolacijskog materijala 120 mmd  jer odgovarajući iznos toplinskog toka zadovoljava postavljeni uvjet.
  • 57. 46 9 PRORAČUN TOPLINSKOG OPTEREĆENJA 9.1 PRORAČUN TOPLINSKIH GUBITAKA S ciljem određivanja toplinskih gubitaka u hladnijem dijelu godine, potrebno je odrediti vanjsku projektnu temperaturu. To je proračunska vrijednost temperature vanjskog zraka koja služi kao jedan od ulaznih parametara pri proračunu toplinskog opterećenja stambenog prostora. Na temelju nje se vrši odabir termotehničke opreme sukladno potrebnoj nazivnoj snazi uređaja. Vrijednost vanjske projektne temperature za period grijanja u Slavonskom Brodu iznosi 18 C . Ostali parametri potrebni za proračun gubitaka topline su temperature prostorija unutar promatranog objekta (unutarnje projektne temperature) i koeficijenti prolaza topline građevinskih elemenata. Hrvatska norma HRN EN 12831 uključuje proračun transmisijskih i ventilacijskih gubitaka topline. Transmisijski gubici posljedica su izmjene topline unutrašnjeg dijela objekta kroz zidove, pod, strop, vrata i prozore prema okolini i u funkciji su otpornosti građevinskih elemenata na provođenje topline. Pri tome, veća debljina izolacijskog materijala podrazumijeva manje gubitke u sezoni grijanja, tj. manje toplinsko opterećenje u sezoni hlađenja. S druge strane, ventilacijski gubici predstavljaju gubitke prouzročene ulaskom hladnog zraka zimi i toplog zraka ljeti kroz zazore ulaznih vrata i prozora. Toplinski gubici zimi gub : gub T V RH      (9.1) Pri čemu su: T - transmisijski gubici topline grijanog prostora V - ventilacijski gubici topline, W RH - gubici topline zbog prekida grijanja Transmisijski gubici topline T : int( )T T eH    (9.2) Pri čemu su: koeficijent transmisijskih toplinskih gubitaka TH /W unutrašnja projektna temperatura int vanjska projektna (okolna) temperatura e T kH AUf  (9.3) Pri čemu su: površina plohe kroz koju se vrši izmjena topline transmisijom 2 / mTA koeficijent prolaza topline 2 / (W/m K)U temperaturni korekcijski faktor kf
  • 58. 47 Izolacija krova sastoji se od mineralne vune postavljene između I profila na koje su pričvršćeni krovni paneli sa PIR izolacijskom ispunom s gornje strane, dok su s donje strane smještene ukrasne ploče od iverja. Vrijednosti toplinskih otpora materijala elemenata konstrukije krova dane su u tablici, a izračunate su prema formuli: 2 / (m K/W)i d R   (9.4) Pri čemu su: debljina / md koeficijent prolaza topline / (W/mK) Tablica 9.1 Vrijednosti toplinskih otpora za elemente konstrukcije krova Element konstrukcije krova / (W/mK) / md 2 / (m K/W)iR Mineralna vuna 0,040 0,08 2 Krovni panel s PIR izolacijskom ispunom 0,022 0,04 1,8 Ploča od iverja (iverica) 0,14 0,22 0,64 Zbog različitih toplinskih otpora elemenata krova potrebno je izračunati ekvivalentni toplinski otpor koji je jednak sumi pojedinačnih toplinskih otpora: 2 , 4,44 m K/Wekv krov iR R  (9.5) Nadalje, može se izračunati ukupni koeficijent prolaza topline za ravni krov: 2 , , 1 0,23 W/ m Kekv krov ekv krov U R   (9.6) Prema Tehničkom propisu o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama najveća dopuštena vrijednost koeficijenta prolaza topline pri projektiranju novih i rekonstrukciji postojećih zgrada za ravni krov iznosi 2 , 0,25 W/(m K)dop krovU  . Kako je , ,ekv krov dop krovU U odabir izolacijskih elemenata za krov zadovoljava. Na sličan način računa se ukupni koeficijent prolaza topline za pod. Izolacijski elementi konstrukcije poda prikazani su u tablici 9.2. Tablica 9.2 Vrijednosti toplinskih otpora za elemente konstrukcije poda Element konstrukcije poda / (W/mK) / md 2 / (m K/W)iR Mineralna vuna 0,040 0,108 2,70 Ploča od iverja (iverica) 0,14 0,22 0,64 Ekvivalentni toplinski otpor podne konstrukcije: 2 , 3,34 m K/Wekv pod iR R  (9.7)
  • 59. 48 Ukupni koeficijent prolaza topline za pod: 2 ,pod , 1 0,29 W/ m Kekv ekv pod U R   (9.8) Prema Tehničkom propisu o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama najveća dopuštena vrijednost koeficijenta prolaza topline za pod na tlu iznosi: 2 ,pod 0,40 W/(m K)dopU  . Kako je ,pod ,ekv dop podU U odabir izolacijskih elemenata poda zadovoljava. Tablica 9.3 Pojednostavljeni postupak proračuna transmisijskih gubitaka prema EN12831 Podaci o temperaturama Vanjska projektna temperatura / Ce -18 Unutarnja projektna temperatura int / C 20 Razlika temperatura o int / Ce  38 Transmisijski toplinski gubici Građevni dio /kf  2 / mTA 2 / W/(m K)U / W/ KkAUf Fasadni panel 1 25,7 0,18 4,63 Prozori 1 7,97 0,86 6,85 Ravni krov 0,9 12,42 0,23 2,57 Vrata 1 2,09 0,86 1,79 Pod 0,3 12,42 0,29 1,08 Ukupni koeficijent transmisijskih gubitaka T kH AUf  16,92 Ukupni transmisijski topinski gubici int( )T T eH    642,96 W Ventilacijski gubici topline: 1 int( )V z z z ulaz eV c     (9.9) Pri čemu su: ventilacijski gubici topline ukoliko se ne koristi toplina otpadnog zraka 1 / WV potrebni volumni protok zraka 3 / m /hzV specifični toplinski kapacitet zraka / (W/kgK)zc gustoća zraka 3 / (kg/m )z temperatura ubačenog zraka u prostoriju o int / Culaz  vanjska projektna temperatura o / Ce Iz toplinskih tablica [17] se očitaju vrijednosti za zrak: Gustoća zraka 3 1,2 kg/mz  Specifični toplinski kapacitet zraka 1010 J /kgKpc 
  • 60. 49 J 1010 kgK = = =0,28055 W/kgK 3600s 3600s p z c c (9.10) z p zV V I (9.11) Pri čemu su: volumen grijanog prostora 3 / mpV potrebni broj izmjena zraka 1 / hzI  Toplina dobivena procesom povrata topline na rekuperatoru: int( )R z z z e RV c      (9.12) Pri čemu je: unutarnja projektna temperaturae o int / C koeficijent povrata topline na rekuperatoru 0,5R  Ventilacijski toplinski gubici V ukoliko se koristi toplina otpadnog zraka preko rekuperatora: 1V V R    (9.13) Tablica 9.4 Pojednostavljeni postupak proračuna ventilacijskih gubitaka topline Potrebni volumni protok zraka Volumen prostora 3 / mpV 28,47 Potrebni broj izmjena zraka 1 / hzI  1 Potrebni volumni protok zraka 3 / m /hzV 28,47 Ventilacijski toplinski gubici Specifični toplinski kapacitet zraka /(W/kgK)zc 0.28055 Gustoća zraka 3 / kg/mz 1,2 Temperatura ubačenog zraka u prostoriju int / Culaz  23 Unutarnja projektna temperatura int / C 20 Vanjska projektna temperatura / Ce -18 Koeficijent povrata topline na rekuperatoru /R  0.5 Ventilacijski toplinski gubici 1 / WV 393 Toplina dobivena procesom povrata topline /WR 182,1 Ukupni ventilacijski gubici / WV 210,9 W
  • 61. 50 Gubici zbog prekida grijanja RH , i RHA f   (9.14) Pri čemu su: Površina poda grijanog prostora sa ½ debljine zidova 2 13 39 miA , korekcijski faktor ovisan o vremenu zagrijavanja i pretpostavljenom padu temperature za vrijeme prekida grijanja 11RHf  = 12,42 11 = 166,3 WRH i RHA f    Ukupni toplinski gubici: 642 96 210 9 166 3 1020 16 Wgub T V RH , , , ,          9.2 PRORAČUN TOPLINSKIH DOBITAKA Kod proračuna toplinskih dobitaka stambenog kontejnera potrebno je definirati vanjsku projektnu temperaturu. Za područje grada Slavonskog Broda njen je iznos 33 C. Izvori topline u ljetnom razdoblju: 1. Unutrašnji izvori topline IQ (dobici topline od ljudi, rasvjete, strojeva i susjednih prostorija) 2. Vanjski izvori topline AQ (dobici topline kroz zidove i staklene plohe transmisijom i zračenjem) 1. Unutrašnji izvori topline IQ I P M E RQ Q Q Q Q    (9.15) Pri čemu su: Toplina koju odaju ljudi / WPQ Toplina koju odaju različiti električni uređaji / WMQ Dobitak topline od rasvjete / WEQ Dobitak topline od susjednih prostorija / WRQ Toplina koju odaju ljudi PQ P o ukupnaQ N Q (9.16) Pri čemu su: Broj osoba No Ukupna toplina (osjetna + latentna) koju odaje jedna osoba / WukupnaQ
  • 62. 51 2. Vanjski izvori topline (Q )A W F V T SQ Q Q Q Q     (9.17) Pri čemu su: Dobitak topline transmisijom kroz zidove / WWQ Dobitak topline kroz staklene površine / WFQ Dobitak topline kroz staklene površine transmisijom Q / WT Dobitak topline kroz staklene površine zračenjem / WSQ Transmisija topline kroz zidove WQ To je toplina koja prodire izvana kroz zidove i krov prema unutra. Prolaz topline računa se prema jednadžbi: int( )W T eQ A U    (9.18) Pri čemu su: Površina plohe kroz koju se vrši izmjena topline kroz zidove 2 / mTA Koeficijent prolaza topline 2 / W/(m K)U Vanjska projektna temperatura o / Ce Unutarnja projektna temperatura o int / C Dobitak topline kroz prozore FQ transmisijom QT i zračenjem SQ Q QF T SQ  (9.19) Transmisija kroz staklene površine QT int( )T T eQ A U    (9.20) Pri čemu je: Površina plohe kroz koju se vrši izmjena topline transmisijom kroz staklene površine A Zračenje kroz staklene površine SQ : max .maxS s PR dif sjena PRQ I A b I A b  (9.21) Pri čemu su: Maksimalna vrijednost ukupnog Sunčevog zračenja 2 max /(W/m )I Osunčana površina stakla 2 / msA Koeficijent propusnosti Sunčevog zračenja 0,75 0,65 0,5 0,24PRb     (9.22) (pomnožene vrijednosti odgovaraju vrijednostima koeficijenata propusnosti za jednostruko i dvostruko apsorbirajuće staklo te zavjesu prema tablici 9.5 ) Maksimalna vrijednost difuznog Sunčevog zračenja 2 .max /(W/m )difI Zasjenjena površina stakla 2 / msjenaA
  • 63. 52 Tablica 9.5 Faktor propusnosti za različite vrste stakla i izvedbe prozora [11] Izvedba prozora ili sjenila bPR Ravno prozorsko staklo prema DIN1249 Jednostruko 1,0 Dvostruko 0,9 Apsorbirajuće prozorsko staklo Jednostruko 0,75 Dvostruko (izvana apsorbirajuće, iznutra obično) 0,65 Reflektrajuće prozorsko staklo Jednostruko (prevučeno metalnim oksidom) 0,65 Staklena ploha (stijena) Glatka, nematirana 0,65 Glatka, matirana 0,45 S uzorkom, nematirana 0,45 S uzorkom, matirana 0,35 Vanjska sjenila Žaluzine (otvorene pod 45o ) 0,15 Venecijaneri 0,3 Sjenila između dva stakla Žaluzine (otvorene pod 45o ) 0,5 Unutarnja sjenila Žaluzine (otvorene pod 45o ) 0,7 Zavjese 0,5 3. Ventilacija hQ Tablica 9.6 Vrijednosti stanja zraka Stanje zraka / C / % / kJ/kgh Vanjski zrak-Sl. Brod 33 Ce  37%e  61 kJ/kgeh  Zrak u prostoriji int 26 C  int 50%  int 53kJ/kgh  Ubačeni zrak u prostoriju int ulaz 25 C   int ulaz 40%   int 46 kJ/kgulazh   Entalpije vlažnog zraka (zrak + vodena para) / (kJ/kg)h prema tablici 9.6 očitane su iz Mollierovog dijagrama za vlažni zrak [11] 1 int,ulaz( ) 3,6 z h z e V Q h h  (9.23) Pri čemu su: Rashladni učin hladnjaka / WhQ Potrebni volumni protok zraka 3 / (m /h)zV Entalpija vanjskog zraka / (kJ/kg)eh Entalpija zraka u prostoriji int / (kJ/kg)h
  • 64. 53 Dobici dobiveni zbog povrata topline na rekuperatoru: int( )R z z z e RV c      (9.24) Toplinski dobici ukoliko se koristi rekuperator: 1h h RQ Q Q  (9.25) Ukupni potrebni rashladni učin hladnjaka: I A hQ Q Q Q   (9.26) Tablica 9.7 Pojednostavljeni postupak proračuna dobitaka topline 1.Unutarnji izvori topline IQ Toplina koju odaju ljudi PQ Broj osoba /oN  1 Latentna toplina / WlatentnaQ 45 Osjetna toplina / WosjetnaQ 70 Ukupna toplina / WukupnaQ 115 Toplina koju odaju električni uređaji MQ Električni uređaj Priključna vrijednost / W Trajanje upotrebe /min/h Osjetna toplina / W Ukupna toplina / W Računalo (PC) 150 60 50 100 Printer 30 15 7 7 Televizor 175 60 175 175 Aparat za kavu 500 30 200 250 Toplina koju odaju električni uređaji MQ 443 Unutarnji izvori topline I P MQ Q Q  558 2. Vanjski izvori topline AQ Transmisija topline kroz zidove, vrata i prozore QF Građevni dio 2 / W/(m K)U 2 / mA / C / WUA  Fasadni panel 0,18 25,7 7 32,38 Prozori 0,86 7,97 7 47,98 Krov 0,23 12,42 7 20 Vrata 0,86 2,09 7 12,58 Pod 0,29 12,42 -7 -25,21 Transmisija topline kroz zidove, vrata i prozore / WFQ UA   87,73 Zračenje topline kroz prozore QS Građevni dio 2 / W/mI 2 / mA /PRb  / WPRIAb
  • 65. 54 Prozori -J 575,70 3,9 0,24 538,86 Prozori -I 102,34 4,1 0,24 100,70 Zračenje topline kroz prozore Q / WS PRIAb  639,56 Suma vanjskih izvora topline / WA F SQ Q Q  727,29 3. Ventilacija Qh Ukupni potrebni volumni protok zraka 3 / m /hzV 28,47 Specifični toplinski kapacitet zraka /W/kgKzc 0,28055 Gustoća zraka 3 / kg/mz 1,2 Razlika entalpije int,ulaz / (kJ/kg)eh h 15 Koeficijent povrata topline na rekuperatoru /  0,5 Rashladni učin hladnjaka 1 / WhQ 142,35 Toplina dobivena procesom povrata topline / WR 33,55 Rashladni učin hladnjaka u slučaju korištenja rekuperatora 1 / Wh h RQ Q Q  108,8 Ukupni rashladni učin hladnjaka dob I A hQ Q Q Q   1394,1
  • 66. 55 9.3 ODABIR SUSTAVA ZA GRIJANJE I HLAĐENJE Sukladno proračunatim toplinskim gubicima i dobicima odabran je split klima uređaj ASH-09AIR3 proizvođača Sinclair kapaciteta hlađenja 2,5 kWh, odnosno grijanja 2,8 kWh. Pomoću software-a EES (Engineering Equation Solver) dobiveni su rezultati potrebne električne energije za pogon klima uređaja u kWh-ima za sezonu grijanja, a detaljan proračun dan je u prilogu 1. Slika 9.1 Unutarnja jedinica klima uređaja [16] Slika 9.2 Vanjska jedinica klima uređaja [16] Tablica 9.8 Specifikacije split klima uređaja [16] Kapacitet Hlađenje/grijanje 2,5/2,8 kW Napajanje Na vanjskoj jedinici 220-240/1/50 V/Ph/Hz Ulazna snaga Hlađenje/grijanje 0,8/0,78 kW Maksimalna ulazna snaga Hlađenje/grijanje 1,4 kW Jakost struje Hlađenje/grijanje 3,6/3,5 A Maksimalna struja Hlađenje/grijanje 7,2 A SEER/SCOP - 5,8/4,0 W/W Energetski razred - A+/A+ - Protok zraka Unutarnja jedinica 500/400/300/250 m3 /h Protok zraka Vanjska jedinica 1600 m3 /h Razina buke Unutarnja jedinica 38/34/31/28 dB(A) Razina buke Vanjska jedinica 50 dB(A) Snaga odvlaživanja - 0,8 l/h Rashladno sredstvo - R410A -
  • 67. 56 10 ANALIZA REZULTATA Proračun najopterećenijih elemenata stambenog kontejnera dao je zadovoljavajuće rezultate. Za materijal proračunatih elemenata odabran je konstrukcijski čelik S235. Kod proračuna podne grede na čvrstoću dobiveni su rezultati za naprezanja u iznosu od 24,21 MPaekv dop   . Također, progib nosača nalazi se unutar dozvoljene vrijednosti 1,59 mm < dopw w prema čemu proračun na krutost zadovoljava. Kod proračuna krovne grede u obzir su uzete vlastita težina krova i težina snijega, a iz rezultata je vidljivo da proračuni na čvrstoću i krutost zadovoljavaju, pri čemu je 26,76 MPaekv dop   , a 2,38 mm < dopw w . Analitički je još proračunat i vertikalni stup na tlačnu čvrstoću zbog male vitkosti, pri čemu je 40,5 MPa dopσ σ  . Rezultati ukazuju na to da je kriterij stabilnosti stupa zadovoljen. Numeričkom analizom u Ansys Workbenchu, potvrđeni su rezultati dobiveni analitičkim putem. Kako rezultati naprezanja uvelike ovise o gustoći mreže, kod analize nosača poda i krova kontejnera uspoređivani su samo pomaci. Konvergencijom rješenja korištenjem tetraedraskih elemenata drugog reda dobiveni rezultati za pomak krovne grede iznose w=2,42 mm, čime je odstupanje od analitičkih rezultata 1,5 %. Slično tomu, ukupni pomaci podne grede iznose w=1,75 mm, a odstupanje od analitičkih rezultata 9 %. Numeričkom analizom vertikalnog stupa je dobiven faktor sigurnosti na izvijanje ki=14 što znači da je vrijednost kritične sile pri kojoj dolazi od izvijanja 14 puta veća od stvarne primijenjene sile. Kod numeričke analize kutnika dobiveni su pomaci od 0,03, a naprezanja 85,3 MPa za najopterećeniji slučaj kontejnera. U EES softwareu izrađen je kod za ljevokretni kružni proces za odabrani inverter klima uređaj te su dobiveni rezultati potrebne električne energije za pogon klima uređaja u kWh-ima za sezonu grijanja i hlađenja. Proračun je izvršen preko srednjih mjesečnih temperaturnih vrijednosti u razdoblju od 2010.-2015-e godine. Podaci iz EES softwarea importirani su u MS- Excel s ciljem izračuna potrebne godišnje toplinske energije za grijanje koja iznosi 2 , 29,81 kWh/mH ndQ  . Dobiveni rezultati ne prelaze dopuštene vrijednosti prema Tehničkom propisu o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama. Štoviše, potrebna godišnja energija za grijanje 2 , 29,81 kWh/mH ndQ  svrstava stambeni kontejner u energetski razred B čime je opravdan naziv niskoenergetskog objekta.
  • 68. 57 11 ZAKLJUČAK U radu su na konkretnom primjeru niskoenergetskog stambenog kontejnera primjenjena prethodno stečena znanja iz skupine kolegija: Mehanika 1, Nauka o čvrstoći 1, Termodinamika 1, Numeričko modeliranje i simulacije, Metalne konstrukcije, Optimiranje konstrukcija, Računalom podržano konstruiranje i Normizacija i tehnička regulativa. Sintezom spomenutih i novousvojenih znanja, rad je u predviđenom opsegu oblikovan u zaokruženu cjelinu. Diplomski rad sadrži analitički i numerički proračun najopterećenijih elemenata stambenog kontejnera koji uključuje: proračun poda i krova kontejenera te proračun vertikalnog stupa. Kutnik kontejnera proračunat je samo numeričkim putem zbog složenosti analitičkog postupka. Prema izračunatim podacima može se zaključiti da proračun svih elemenata zadovoljava. Pomoću eksplozijskih prikaza 3D modela izrađenih u softwareu Solidworks 2012, prikazan je opis sklopa konstrukcije i spajanja njenih elemenata. Odabirom materijala vanjske ovojnice povoljnih termoizolacijskih svojstava te sustava grijanja i hlađenja u skladu sa Tehničkim propisom o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama, ostvarena je pripadnost stambenog kontejnera niskoenergetskoj skupini objekata koji predstavljaju temelj primjene održive gradnje. S obzirom na činjenicu da su cijene energenata u stalnom porastu, za očekivati je da će se zakonske direktive kretati u smjeru zahtjeva za vrlo visokom energetskom učinkovitosti zgrada, čime će porasti i potreba za takvom vrstom gradnje. Unatoč tome što je koncept niskoenergetskog stambenog kontejnera relativno nov i još uvijek predstavlja nepoznanicu velikom broju ljudi, smatram da će njegova primjena doživjeti procvat u skorijoj budućnosti, kako na svjetskom tako i na domaćem tržištu.
  • 69. 58 12 LITERATURA [1] Tomlinson, John: History and Impact of the Intermodal Shipping Container. Pratt Institute, 2009. URL: http://www.johntomlinson.com/docs/history_and_impact_of_shipping_containe r.pdf (09.03.2016.) [2] MAERSK GROUP, Containers and containerisation, SeaLand transportni kontejner, (slika) URL:http://www.maersk.com/~/media/markets/transport/wld_maersk_sealand_contai ner_opt.jpg (10.03.2016.) [3] Belamarić, Goran. Tehnologija prijevoza kontejenera. Pomorski fakultet u Splitu, Split ožujak 2014. URL:http://www.pfst.unist.hr/uploads/No.1%20-%20TEHNOLOGIJA%20PRIJEVOZ A%20KONTEJNERA.pdf [4] CONTAINEX Container-Handelsgesellschaft m.b.H., Mobilno prostorno rješenje, Smještaj za tražitelje azila u Berlinu, (slika) URL: http://www.containex.com.hr/-/m/images/ctx/anwendungen/deutschland/aslybev erber unterkunft-berlin/2img02551%20custom.jpg (10.03.2016.) [5] Kontejneri za stanovanje - (Lim-mont), Hausbau br. 87, 01/02 2016 URL:http://www.hausbau.hr/kontenjeri-za-stanovanje-lim-mont-hausbau-br-87-0102- 2016 (15.03.2016.) [6] Prednosti i mane upotrebe transportnih kontejnera u arhitekturi, Build magazin, br. 28, prosinac 2013. URL:http://www.buildmagazin.com/index2.aspx?fld=tekstovi&ime=bm2812.htm (15.03.2016) [7] Ports of Stockholm, Container Terminal CTF, Kontejnerski terminal u Stockhomu, (slika) URL:http://www.portsofstockholm.com/resizedimages/article/siteassets/stockholm/ctf.jp g(01.04.2016.) [8] Container City, Projects, Kontejnerski grad u Londonu, (slika) URL:http://www.containercity.com/assets/uploads/images/projects/DSC_0037.jpg (01.04.2016.) [9] Brow ,Nicholas Robert: The evaluation of mass-produced interim housing in post- natural disaster areas. University of Florida. 2011. URL: http://ufdcimages.uflib.ufl.edu/UF/E0/04/34/07/00001/brow_n.pdf (02.04.2016.) [10] Gobbo, Bernard: Energetsko certificiranje zgrada, Istarska regionalna agencija, veljača 2014. URL: http://www.irena-istra.hr/uploads/media/Clanak_ECZ_01.pdf (15.04.2016.) [11] Pavković Branimir; Zanki Vlasta: Priručnik za energetsko certificiranje zgrada, Program Ujedinjenih naroda za razvoj, Zagreb, 2010. URL: http://www.enu.fzoeu.hr/data/prircert.pdf (15.04.2016.) [12] Labudović, Boris : Osnove primjene dizalice topline. Zagreb; ENERGETIKA MARKETING, 2009., 238 str. [13] Osnove proračuna i djelovanja na konstrukcije, Zagreb, 2007. URL: http://www.grad.hr/gukov/pdf/djelovanja.pdf (20.04.2016.) [14] Matejiček, Franjo; Vnučec, Zdravko. Statika : [mrežni udžbenik]. 2003. URL: http://www.sfsb.unios.hr/ksk/statika/prim_mehanika/index.php (29.04.2016.)
  • 70. 59 [15] Alfirević, Ivo: Nauka o čvrstoći I. Zagreb; TEHNIČKA KNJIGA, listopad 1995., 318 str. [16] Rezidencijalni klima uređaji, Sinclair Air Conditioning URL:http://www.sinclair-solutions.com/files/xx-croatian-hr/katalog-split-hr- 2016/sinclair-catalogue-split-2016-hr-03.pdf(10.06.2016.) [17] Galović, Antun; Halasz, Boris; Boras, Ivanka: Toplinske tablice. Fakultet stojarstva i brodogradnje, 2010., 62 str.
  • 71. 60 PRILOZI Prilog 1. EES kod za proračun potrošnje električne energije inverter klima uređaja Prilog 2 Proračun godišnje toplinske energije za grijanje Prilog 3 Proračun godišnje toplinske energije za hlađenje Prilog 4 CD-R
  • 72. 61 Prilog 1. EES kod za proračun potrošnje električne energije inverter klima uređaja "Split dizalica topline" P_air= 101[kPa] R$='R410A' DELTAT_sup=1 [°C] DELTAT_sub=2 [°C] "ZIMA" DELTAT_cond=4 [°C] DELTAT_evap=4 [°C] DELTAT_air_in=3 [°C] T_air_in_in=20 [°C] T_air_in_out=T_air_in_in+DELTAT_air_in DELTAT_air_out=3 [°C] {T_air_out_in=0 [°C]} T_air_out_out=T_air_out_in-DELTAT_air_out T_cond=T_air_in_out+DELTAT_cond T_evap=T_air_out_out-DELTAT_evap "LJETO" DELTAT_cond=4 [°C] DELTAT_evap=4 [°C] DELTAT_air_in=3 [°C] T_air_in_in=26 [°C] T_air_in_out=T_air_in_in-DELTAT_air_in DELTAT_air_out=3 [°C] T_air_out_in=30 [°C] T_air_out_out=T_air_out_in+DELTAT_air_out T_evap=T_air_in_out-DELTAT_evap T_cond=T_air_out_out+DELTAT_cond "Unutarnja jedinica - izmjenjivac" q_vent_in_h=450 [m^3/h] q_vent_in=q_vent_in_h*convert(m^3/h;m^3/s) T_air_in_m=(T_air_in_in+T_air_in_out)/2 cp_air_in_in=Cp(Air_ha;T=T_air_in_in;P=P_air) cp_air_in_out=Cp(Air_ha;T=T_air_in_out;P=P_air) cp_m_air_in=(cp_air_in_in+cp_air_in_out)/2
  • 73. 62 rho_m_air_in=Density(Air_ha;T=T_air_in_m;P=P_air) "Vanjska jedinica - izmjenjivac" q_vent_out_h=1600 [m^3/h] q_vent_out=q_vent_out_h*convert(m^3/h;m^3/s) T_air_out_m=(T_air_out_in+T_air_out_out)/2 cp_air_out_in=Cp(Air_ha;T=T_air_out_in;P=P_air) cp_air_out_out=Cp(Air_ha;T=T_air_out_out;P=P_air) cp_m_air_out=(cp_air_out_in+cp_air_out_out)/2 rho_m_air_out=Density(Air_ha;T=T_air_out_m;P=P_air) "---------SPECIFIKACIJE KOMPRESORA----------" {f=50 [Hz]} V_cyc=9 [cm^3]*convert(cm^3; m^3) "volumen cilindra" S_m=5 "slip at 5%" P_m=1 "mag polovi" N_s=f/P_m*(1-(S_m/100)) "----------VENTILATOR VANJSKE JEDINICE----------" {rho_m_air_out=1,15 [kg/m^3]} w_air_out=8 [m/s] k_r=1,15 eta_vent=0,6 DELTA_P_vent_out= rho_m_air_out*w_air_out^2*k_r/2 W_elec_W_fan_out=DELTA_P_vent_out*q_vent_out/eta_vent "----------VENTILATOR VANJSKE JEDINICE----------" {rho_m_air_in=1,22 [kg/m^3]} w_air_in=6 [m/s] DELTA_P_vent_in= rho_m_air_in*w_air_in^2*k_r/2 W_elec_W_fan_in=DELTA_P_vent_in*q_vent_in/eta_vent "----------KOMPRESIJA----------" P_comp_is=q_m_ref*(h_2_is-h_1) P_com_el=P_comp_is/eta_ov RC=P_2/P_1
  • 74. 63 q_m_ref=V_cyc*N_s*rho_1*Eta_vol m_ref_ch=0,7 [kg] t_gr=m_ref_ch/q_m_ref Eta_ov=0,0031*RC^3-0,0412*RC^2+0,1263*RC+0,5302 "y = 0,0031x3 - 0,0412x2 + 0,1263x + 0,5302 Overall efficiency; Regresion: R2 = 0,9275" Eta_vol=-0,0044*RC^3+0,0558*RC^2-0,2779*RC+1,1454 "y = -0,0044x3 + 0,0558x2 - 0,2779x + 1,1454 Volumetric efficiency; Regresion: R2 = 0,9468" "----------STANJA RADNOG MEDIJA----------" "STANJE 1" P_1=Pressure(R$;T=T_evap;x=1) T_1=T_evap+DELTAT_sup h_1=Enthalpy(R$;T=T_1;P=P_1) s_1=Entropy(R$;T=T_1;P=P_1) rho_1=Density(R$;T=T_1;P=P_1) "STANJE 2" s_2=s_1 h_2_is=Enthalpy(R$;s=s_2;P=P_2) P_2=Pressure(R$;T=T_cond;x=1) "STANJE 3, 4" P_3=P_2 T_3=T_cond-DELTAT_sub h_3=Enthalpy(R$;T=T_3;P=P_3) h_3=h_4 W_el=P_com_el+W_elec_W_fan_in+W_elec_W_fan_out
  • 75. 64 Prilog 2 Proračun godišnje toplinske energije za grijanje
  • 76. 65 Prilog 3 Proračun godišnje toplinske energije za hlađenje