Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

1

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA

I ZAOPATRZENIA

I ZAOPATRZENIA

W CIEP

W CIEP

ŁĄ

ŁĄ

WOD

WOD

Ę

Ę

cz

cz

ęść

ęść

2

2

dr inż. Halina Ciuman

dr inż. Aleksandra Specjał

SZKOLENIE DLA OSÓB UBIEGAJĄCYCH SIĘ

O UPRAWNIENIE DO SPORZĄDZANIA ŚWIADECTW

CHARAKTERYSTYKI ENERGETYCZNEJ BUDYNKÓW

2

Ź

Ź

R

R

Ó

Ó

D

D

Ł

Ł

A CIEP

A CIEP

Ł

Ł

A

A

• Kotły

• Węzły wymiennikowe

• Pompy ciepła

• Kolektory słoneczne

3

Kot

Kot

ł

ł

y

y

Kotły dzielą się na kilka grup, w zależności od zastosowanej

zasady podziału:

•

w zależności od materiału, z którego zostały wykonane -

kotły żeliwne i stalowe,

•

w zależności od ciśnienia - kotły niskiego i wysokiego

ciśnienia,

•

w zależności od rodzaju czynnika grzejnego - wodne i

parowe,

•

w zależności od rodzaju spalanego paliwa - kotły na paliwa

stałe, paliwa ciekłe, gaz i biomasę.

Kryteria wyboru kotła gazowego:

•

sposób montażu - wiszące i stojące,

•

pełnione funkcje - jedno- i dwufunkcyjne,

•

odprowadzanie spalin i sposób pobierania powietrza -

otwarta lub zamknięta komora spalania,

•

sprawność kotła - tradycyjny i kondensacyjny.

4

PODZIAŁ KOTŁÓW WODNYCH

•

tradycyjne - temperatura wody ok. 90

o

C

•

o obniżonych parametrach - temperatura maksymalna
wody 75

o

C

•

kondensacyjne (w temperaturze 40-50

o

C – najwyższa

sprawność)

Ponieważ w większości urządzeń, w których są spalane paliwa chemiczne, woda ze
spalania wodoru jest wydalana z resztą spalin w postaci pary, dlatego do określenia
sprawności kotła (zgodnie z normami) przyjmuje się wartość opałową paliwa, a
nie wyższe od niej ciepło spalania (większe o ciepło skraplania pary wodnej
zawartej w spalinach).
Dlatego też

kotły kondensacyjne mają sprawność znormalizowaną powyżej

100%.

⋅

⋅

⋅

=

i

u

k

Q

B

Q

η

Q

u

– użyteczna moc cieplna kotła

B – strumień masy paliwa
Q

i

– wartość opałowa paliwa

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

2

5

PODZIAŁ WĘZŁÓW CIEPŁOWNICZYCH

•

ze względu na sposób połączenia sieci zewnętrznej z
instalacją wewnętrzną:

–

bezpośrednie,

–

bezpośrednie z urządzeniami redukcyjnymi, czyli z

transformacją parametrów czynnika (wirowe pompy

mieszające, hydroelewator czyli pompa strumieniowa),

–

pośrednie (wymiennikowe węzły cieplne);

•

ze względu na wielkość i rozległość przyłączonych
instalacji:

–

indywidualne (zasilające jeden obiekt),

–

grupowe (stacje odbioru na osiedlach mieszkaniowych),

•

ze względu na ilość różnego typu instalacji

przyłączonych do węzła:

–

jednofunkcyjne (c.o.),

–

dwufunkcyjne (najczęściej c.o. i c.w.),

–

wielofunkcyjne (c.o., c.w., wentylacja, technologia).

OCENA MO

OCENA MO

Ż

Ż

LIWO

LIWO

Ś

Ś

CI

CI

WYKORZYSTANIA

WYKORZYSTANIA

ALTERNATYWNYCH

ALTERNATYWNYCH

Ź

Ź

R

R

Ó

Ó

DE

DE

Ł

Ł

ENERGII

ENERGII

7

DYREKTYWA 2002/91/EC - art. 5

Dla budynków nowo wznoszonych o powierzchni użytkowej
powyżej 1000m

2

, Kraje Członkowskie powinny zadbać o to,

ż

eby systemy technicznego wyposażenia budynku, jak też

alternatywne systemy zaopatrzenia w energię, takie jak:

– zdecentralizowany system zaopatrzenia w energię

produkowaną ze źródeł odnawialnych;

– skojarzona produkcja energii – ciepła (CHP);
– bezpośrednie lub blokowe ogrzewanie/chłodzenie, jeśli

ma zastosowanie;

– pompy ciepła, w uzasadnionych przypadkach;

były realne z punktu widzenia środowiska i ekonomii, oraz
ż

eby ich zastosowanie było analizowane jeszcze przed

rozpoczęciem budowy.

8

„w stosunku do budynku o powierzchni użytkowej,

większej niż 1000 m

2

, określonej zgodnie z Polskimi

Normami

dotyczącymi

właściwości

użytkowych

w

budownictwie oraz określania i obliczania wskaźników

powierzchniowych i kubaturowych –
analizę

możliwości racjonalnego wykorzystania pod

względem technicznym, ekonomicznym i środowiskowym

odnawialnych

ź

ródeł

energii,

takich

jak:

energia

geotermalna,

energia

promieniowania

słonecznego,

energia wiatru, a także możliwości zastosowania

skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła oraz

zdecentralizowanego systemu zaopatrzenia w energię w

postaci bezpośredniego lub blokowego ogrzewania.”

W Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury

z 6.11.2008 r. w sprawie szczegółowego

zakresu i formy projektu budowlanego

Dz.U. 201/2008 poz. 1239

wprowadzony jest zapis Dyrektywy

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

3

9

NORMY ZWIĄZANE Z TEMATYKĄ

(zawierają definicje, wzory do obliczeń wydajności i sprawności układów

oraz w załącznikach informacyjne wskaźniki do obliczeń)

•

PN-EN 15316-4-3:2007 (ang.)
Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania zapotrzebowania
na ciepło i oceny sprawności instalacji
-

Część 4-3: Źródła ciepła, cieplne instalacje solarne

•

PN-EN 15316-4-4:2007 (ang.)
Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania zapotrzebowania

na ciepło i oceny sprawności instalacji
-

Część 4-4: Źródła ciepła do ogrzewania, instalacje skojarzone

wytwarzania energii

•

PN-EN 15316-4-5:2007 (ang.)
Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania zapotrzebowania

na ciepło i oceny sprawności instalacji
-

Część 4-5: Źródła ciepła do ogrzewania miejscowego, wydajność i

sprawność systemów ciepłowniczych i dużych instalacji ogrzewania

•

PN-EN 15316-4-6:2007 (ang.)
Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania zapotrzebowania
na ciepło i oceny sprawności instalacji
-

Część 4-6: Źródła ciepła do ogrzewania, systemy fotowoltaiczne

ZASTOSOWANIE URZĄDZEŃ I SYSTEMÓW

ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII DO ZASPOKAJANIA

POTRZEB ENERGETYCZNYCH BUDYNKU

W odniesieniu do źródeł energii bezpośrednio związanych z danym

obiektem budowlanym można w warunkach polskich wykorzystywać:

• energię promieniowania słonecznego, w pasywnych i aktywnych

systemach grzewczych, w rozwiązaniach związanych z wykorzystaniem
oświetlenia światłem dziennym oraz w instalacjach elektrycznych z
ogniwami fotowoltaicznymi;

• energię biomasy, w instalacjach z kotłami (często fluidalnymi) do

spalania zrębków drewnianych lub słomy;

• energię biogazu pochodzącego z beztlenowej fermentacji osadów

ś

ciekowych przy odpowiednio dużej wielkości obiektu i produkcji ścieków

(zależy więc to od funkcji i charakteru obiektu budowlanego);

• energię zawartą w środowisku naturalnym, poprzez zastosowanie pomp

ciepła;

• energię odpadową, w tym poprzez rekuperację ciepła z układów

wentylacyjnych, ścieków i innych;

• energię wiatru, za pomocą turbin wiatrowych pracujących na sieć własną.

11

CIEP

CIEP

Ł

Ł

OWNIE GEOTERMALNE W POLSCE

OWNIE GEOTERMALNE W POLSCE

PYRZYCE

BAŃSKA-BIAŁY DUNAJEC

MSZCZONÓW

UNIEJÓW

50 MW

(geo14.8)

12 MW
(

geo

2.2)

geo

40 MW

Słomniki

Pompy ciepła 11,12,24 kW
i układ z pompą ciepła 320 kW

5.6 MW
(

geo

2.4)

geo 14 MW

STARGARD

SZCZECIŃSKI

12

ENERGIA WIATRU

ENERGIA WIATRU

Ź

Ź

R

R

Ó

Ó

D

D

Ł

Ł

EM ENERGII ELEKTRYCZNEJ

EM ENERGII ELEKTRYCZNEJ

w Polsce
przeciętna prędkość
wiatru 4-5 m/s

np. w Danii 7m/s

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

4

13

ENERGIA S

ENERGIA S

Ł

Ł

ONECZNA W POLSCE

ONECZNA W POLSCE

liczba godzin nas

liczba godzin nas

ł

ł

onecznienia

onecznienia

I

Nadmorski

VII

Podlasko-Lubelski

VI

Warszawski

VIII

Śląsko-Mazowiecki

IX

Ś

więtokrzysko-

Sandomierski

III

Mazursko-Siedlecki

V

Wielkopolski

II

Pomorski

XI

Podgórski

IV

Suwalski

X

Górnośląski Okręg
Przemysłowy

1624 h/a

1580 h/a

1529 h/a

1572 h/a

Gogół, PAN, Warszawa 1993
Chochowski, Czekalski, 1999

I

III

II

IV

V

VI

VII

VIII

XI

X

IX

14

http://www.kolektory-sloneczne.org

15

NAPROMIENIOWANIE SŁONECZNE NA PŁASZCZYZNĘ

HORYZONTALNĄ W POLSCE W CIĄGU ROKU

wg Kossecka, Bzowska 1994

napromieniowanie słoneczne
[MJ/m2]

0

100

200

300

400

500

600

I

II

III

IV

V

VI

VII VIII

IX

X

XI

XII

miesiąc

całkowite

bezpośrednie

Ś

rednia wartość napromieniowania całkowitego dla Polski w ciągu roku: 3600 MJ/m

2

16

OGNIWA FOTOWOLTAICZNE

–źródło energii elektrycznej-

konwersja energii promieniowania

słonecznego na energię elektryczną

www.biomasa.org

Ogniwo fotowoltaiczne to krzemowa płytka półprzewodnikowa,
wewnątrz której istnieje bariera potencjału (pole elektryczne), w
postaci złącza p-n (positive – negative).

Gdy promienie słoneczne padają na materiał o niejednorodnej
strukturze, w materiale powstaje siła elektromotoryczna.

Ogniwa fotowoltaiczne są obecnie powszechnie stosowane:
•w zegarkach, kalkulatorach, odbiornikach radiowych,
•do zasilania radiowo-telekomunikacyjnych stacji przekaźnikowych,
w telefonii komórkowej,
•do zasilania znaków drogowych,
•do zasilania satelitów,
•do zasilania urządzeń ochrony pastwisk i lasów,
•do zasilania odosobnionych stacji meteorologicznych,
•w autonomicznych systemach zasilających na przyczepach kempingowych,

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

5

Biomas

Biomas

ę

ę

mo

mo

ż

ż

na pozyskiwa

na pozyskiwa

ć

ć

z

z

:

:

•

rolnictwa (słoma, biogaz z hodowli zwierząt),

•

leśnictwa (drewno energetyczne),

•

gospodarki komunalnej (makulatura, biogaz z wysypisk lub z

oczyszczalni ścieków),
•

przemysłu (odpady przemysłu celulozowo-papierniczego, przemysłu

tekstylnego, przemysłu spożywczego, etc.),
•

uprawy roślin energetycznych (wierzba, topola).

BIOMASA

• substancja

organiczna pochodzenia roślinnego lub

zwierzęcego,
• pochodne substancje uzyskane z transformacji surowców
pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego.

18

Wykorzystanie energii odnawialnej w Polsce

Wykorzystanie energii odnawialnej w Polsce

Europejskie Centrum Energii Odnawialnej, 1999

Produkcja energii ze źródeł

odnawialnych w 1999 roku

PJ

%

Biomasa

101,8

98,05

Energia wodna

1,9

1,83

Energia geotermalna

0,1

0,1

Energia wiatru

0,01

0,01

Energia

promieniowania

słonecznego

0,01

0,01

Ogółem

103,82

100

19

SYSTEMY ZASILANIA BUDYNKÓW W CIEPŁO

System sieciowy:

– sieć ciepłownicza

– sieć gazowa

– sieć elektryczna

System indywidualny (zależny od nośnika energii):

- źródła ciepła wykorzystujące energię zawartą w paliwach kopalnych, np.:

- kotły na paliwo stałe (węgiel, koks)

- kotły na paliwo płynne (olej opałowy, gaz płynny)

- źródła ciepła wykorzystujące energię zawartą w niekonwencjonalnych
ź

ródłach energii, np.:

- kolektory słoneczne

- kotły na biomasę

- pompy ciepła

20

POMPY CIEPŁA

www.ecoenergy.com.pl

Pompy ciepła przekształcają
energię słoneczną zgromadzoną
w ziemi, w wodzie, w powietrzu
lub w podłożu skalnym w ciepło –
wykorzystywane do ogrzewania
domu.

Główne zastosowania:
•

ogrzewanie

•

chłodzenie

•

ciepła woda

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

6

21

http://ekoenergia.dzien-e-mail.org

ZASADA DZIAŁANIA SPRĘŻARKOWEJ POMPY CIEPŁA

22

PODZIAŁ DOLNYCH ŹRÓDEŁ CIEPŁA

•

ź

ródła odnawialne:

- powietrze zewnętrzne,

- wody powierzchniowe (rzeki, jeziora, stawy),

- wody gruntowe,

- wody geotermalne,

- grunt,

- promieniowanie słoneczne,

•

ź

ródła wewnętrzne, tzw. odpadowe:

- powietrze i gazy odlotowe,

- woda odpadowa,

- ścieki,

- woda chłodnicza.

23

Ogólna charakterystyka

odnawialnych

dolnych źródeł ciepła

dla pomp ciepła

Energia i Budynek, 7/2007, M.Rubik

24

Dolne źródło ciepła powinno się charakteryzować:

•

dużą pojemnością cieplną,

•

możliwie wysoką i stałą w czasie temperaturą,

•

łatwą dostępnością,

•

brakiem zanieczyszczeń, które mogłyby spowodować uszkodzenie
elementów parownika ,

•

niskimi kosztami wykonania instalacji (ujęcia).

WYBÓR DOLNEGO ŹRÓDŁA CIEPŁA

Im wyższa jest temperatura dolnego źródła oraz im niższa

jest temperatura czynnika ogrzewanego tym wyższe są

współczynniki efektywności i niższe koszty ogrzewania.

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

7

25

Woda

Jeżeli woda gruntowa występuje na

odpowiedniej

głębokości

i

ma

właściwą jakość, to można osiągnąć
najwyższy

roczny

współczynnik

efektywności (obowiązek uzyskania
zezwolenia). Stała temperatura +8°C

do +12°C gwarantuje optymalny tryb
pracy grzewczej.

Koherentność

dolnego

ź

ródła

z

parametrami instalacji.

Woda gruntowa pobierana jest ze
studni zasilającej i doprowadzana do

pompy

ciepła,

a

stamtąd

odprowadzana do oddalonej o ok. 15-

30 m studni zrzutowej.

Woda ma dużą pojemność cieplną,

ale trzeba uwzględnić

jej skład

chemiczny.

Wysokie koszty inwestycyjne ujęcia,
niskie koszty eksploatacyjne.

www.pompa-ciepła.pl

PRZEGLĄD DOLNYCH ŹRÓDEŁ CIEPŁA

26

GRUNT

- w gruncie zgromadzone jest do 50 % energii słonecznej.

system solanka / woda

jako medium cyrkuluje solanka

(mieszanina glikolu i wody), która

pobiera ciepło i odprowadza je do

pompy ciepła

kolektory płaskie

- sondy głębinowe

bezpośrednie

czynnik roboczy pompy ciepła

cyrkuluje jako medium

przenoszące ciepło w kolektorze

gruntowym. Nie potrzeba wtedy
pośredniego wymiennika ciepła

oraz pomp obiegowych solanki

www.pompa-ciepła.pl

PRZEGLĄD DOLNYCH ŹRÓDEŁ CIEPŁA

cd.

27

Energia i Budynek, 7/2007, M.Rubik

Charakterystyka gruntu,

jako dolnego źródła ciepła

• duża pojemność cieplna,
• stała temperatura,
• do 30 kW mocy instalacji

– bez problemów

28

Powietrze

Dolnym źródłem dla pomp ciepła jest powietrze atmosferyczne (duże
wahania temperatury, w niskich temperaturach powietrza zewnętrznego
konieczność odszraniania, ) lub powietrze wentylacyjne.
Mniej korzystne warunki wymiany ciepła (małe współczynniki wnikania
ciepła)

W systemie tym można wykorzystać

urządzenie

kompaktowe

albo

urządzenie typu Split (rozdzielone):
pompę ciepła ustawia się w domu, a

parownik na wolnym powietrzu.
Szczególnie nadaje się

ono w

przypadku wtórnego doposażenia

instalacji

oraz

w

systemach

pracujących w trybie biwalentnym.
Dzięki zintegrowanemu w pompie
ciepła urządzeniu odszraniającemu

funkcjonowanie systemu możliwe

jest do temperatur nawet poniżej
–18°C (ale wymaga dodatkowej

energii).

www.pompa-ciepła.pl

PRZEGLĄD DOLNYCH ŹRÓDEŁ CIEPŁA

cd.

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

8

29

•

Najbardziej opłacalne gdy:

– zapotrzebowanie na ogrzewanie i chłodzenie
– nowe instalacje lub wymiana systemu HVAC
– ogrzewanie: niskie ceny energii elektrycznej,

a wysokie ceny gazu i oleju opałowego

– chłodzenie: wysoka cena energii elektrycznej oraz

opłaty za moc szczytową

•

Dostępność sprzętu do wykopów oraz sprzętu
wiertniczego

•

Niepewność co do kosztów wykonania wymiennika

•

Oczekiwania inwestora w zakresie efektywności
kosztowej

ASPEKTY, KTÓRE NALEŻY UWZGLĘDNIĆ

PRZY ZASTOSOWANIU

GRUNTOWYCH POMP CIEPŁA

www.retscreen.net

30

RODZAJE SYSTEMÓW GRZEWCZYCH

Z WYKORZYSTANIEM POMPY CIEPŁA

1. Układ z pompą ciepła jako jedyne źródło zasilania instalacji c.o. -

monowalentny.
Przypadek ten wymaga odpowiedniego dobrania dolnego źródła ciepła,
które powinno mieć stałą temperaturę w ciągu sezonu grzewczego

(grunt, woda gruntowa).

2. Układ z pompą ciepła jako układem podstawowym oraz dodatkowym

(szczytowym) źródłem ciepła, którym może być kocioł elektryczny,
gazowy lub olejowy - układ biwalentny.
Przez większą część roku pompa samodzielnie zaspakaja potrzeby

grzewcze, a w okresie występowania skrajnie niekorzystnych warunków

pogodowych (w tzw. okresach szczytowych) wspomagana jest, lub w
całości zastępowana przez inne źródło ciepła.

-

system rozdzielony (alternatywny), źródła ciepła nie pracują

równocześnie;

przy

granicznej

temperaturze

powietrza

zewnętrznego następuje wyłączenie pompy ciepła i włączenie
drugiego źródła

-

system równoległy - oba źródła pracują równocześnie,

-

mieszany (pompa ciepła i źródło dodatkowe pracują równocześnie

tylko w określonym zakresie temperatury zewnętrznej).

31

WSPÓŁCZYNNIK EFEKTYWNOŚCI COP

Współczynnik efektywności COP pompy ciepła jest to stosunek mocy
grzewczej urządzenia (przekazywanego do instalacji) do poboru mocy
elektrycznej (za co się płaci).

Q

G

– ciepło grzewcze przekazane przez pompę ciepła do instalacji,

kWh

E

PC

– energia elektryczna pobrana przez pompę ciepła, kWh

PC

G

E

Q

COP =

32

www.viessmann.pl

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

9

33

WSPÓŁCZYNNIK EFEKTYWNOŚCI CAŁEJ INSTALACJI

COP

IN

Do oceny rzeczywistych kosztów ogrzewania stosuje się współczynnik

efektywności całej instalacji (wszystkich urządzeń

zasilanych energią

elektryczną) - COP

IN

Jest to stosunek mocy grzewczej urządzenia do poboru mocy elektrycznej
wszystkich urządzeń pracujących w instalacji.

Q

G

–

ciepło grzewcze przekazane przez pompę ciepła do instalacji, kWh

E

PC

–

energia elektryczna pobrana przez pompę ciepła, kWh

E

UE

–

energia elektryczna pobrana przez wszystkie urządzenia pracujące

w instalacji: pompy obiegowe, pompa wymiennika gruntowego, grzałka
elektryczna, kWh

UE

PC

G

IN

E

E

Q

COP

+

=

34

ZUŻYCIE ENERGII I KOSZTY

PRZY ZASTOSOWANIU POMP CIEPŁA

Ogólnie

pompy

ciepła

charakteryzują

się

dużymi

kosztami

inwestycyjnymi. W obliczeniach kosztów eksploatacji pompy ciepła
należy uwzględnić średnią wartość roczną współczynnika efektywności
(wydajności) grzejnej COP.

Koszty eksploatacyjne obliczane są ze wzoru:

Pompa ciepła jest ekonomiczna w eksploatacji jeśli:

zł/kWh (energii elektrycznej)

COP ≥

zł/kWh (ciepła ze źródła konwencjonalnego)

zł/kWh (energii elektrycznej)

COP (współczynnik efektywności grzejnej)

= zł/kWh ciepła

35

www.gwc.com.pl

GRUNTOWY WYMIENNIK CIEPŁA

www.wentylacja.com.pl

36

KOLEKTORY SŁONECZNE

Główne zastosowania:

• do przygotowania c.w.

w budynkach
(lub wspomagania
układu
konwencjonalnego)

• do podgrzewania wody

basenowej

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

10

37

Płd.

±±±±45

o

25-45

o

Polska Ekologia

38

SCHEMAT FUNKCJONALNY AKTYWNEGO,

POŚREDNIEGO SYSTEMU SŁONECZNEGO,

Z WYDZIELONYM WYMIENNIKIEM CIEPŁA

W

ill

im

a

s

R

ich

a

rd

.

J.

,

D

e

s

ig

n

a

n

d

I

n

st

a

lla

ti

o

n

o

f

S

o

la

r

H

e

a

tin

g

a

n

d

H

o

t

W

a

te

r

S

yst

e

m

s,

A

n

n

A

rb

o

r

S

ci

e

n

ce

P

u

b

lish

e

rs,

1

9

8

3

39

KOLEKTOR SŁONECZNY PŁASKI

•

Umiarkowana cena

•

Większe konwekcyjne
straty ciepła do
otoczenia

•

Temperatura czynnika
roboczego do 80

o

C

•

Może pracować przy
ciśnieniu sieciowym
wody zasilającej

Izolacja

Izolacja

Izolacja

Izolacja

Rura

Rura

Rura

Rura

zbiorcza

zbiorcza

zbiorcza

zbiorcza

W

W

W

Węż

ęż

ęż

ężownica

ownica

ownica

ownica

Absorber

Absorber

Absorber

Absorber

Szyba

Szyba

Szyba

Szyba

solarna

solarna

solarna

solarna

Obudowa

Obudowa

Obudowa

Obudowa

www.retscreen.net

40

KOLEKTOR SŁONECZNY PRÓŻNIOWY

•

Wyższe koszty

•

Wyższa sprawność

•

Brak strat
konwekcyjnych

•

Wysoka temperatura
czynnika roboczego

•

Zastosowanie w
zimniejszych strefach
klimatycznych

•

Mała odporność na
uszkodzenia

•

Opady śniegu stanowią
mniejszy problem

www.retscreen.net

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

11

41

Kolektory słoneczne:

- z rurkami cieplnymi

- ze zwierciadłem parabolicznym

Czynnik grzewczy w postaci pary
lub cieczy

Przewód cieplny

Absorber

www.retscreen.net

www.kolektory.ekologia24.biz

42

SPRAWNOŚĆ KOLEKTORA SŁONECZNEGO

Sprawność chwilowa kolektora słonecznego - stosunek strumienia
ciepła pobranego przez wodę grzewczą i natężenia promieniowania
słonecznego padającego na kolektor w danej chwili:

m

w

- strumień masy wody przepływającej przez kolektor, kg/s

c

p

- ciepło właściwe wody, kJ/kg

.

K

T

in

, T

out

- temperatura wody na wejściu i wyjściu z kolektora,

I

- całkowite natężenie promieniowania słonecznego, W/m

2

A

col

- powierzchnia kolektora, m

2

col

in

out

p

w

A

I

)

T

T

(

c

m

⋅

−

⋅

⋅

=

η

43

SPRAWNOŚĆ KOLEKTORA OKREŚLONA RÓWNANIEM HWB

(od jego twórców HOTTEL-WHILLIER-BLISS)

Na sprawność

kolektora wpływają

również cechy konstrukcyjne

urządzenia (właściwości powłoki absorbera, izolacji termicznej i
przesłony przezroczystej)

F

- współczynnik sprawności absorbera,

α

- współczynnik absorpcji,

τ

- współczynnik transmisji,

U

- współczynnik strat ciepła z absorbera, W/m

2

K

T

e

- temperatura powietrza zewnętrznego K,

Współczynnik sprawności absorbera F

wyraża stosunek energii

użytecznej uzyskanej z kolektora w danej chwili, do energii jaką można
by uzyskać, gdyby temperatura absorbera była równa temperaturze
wody przepływającej przez kolektor.

I

T

/

)

T

T

(

)

U

F

(

)

F

(

e

out

in

−

+

⋅

−

⋅

⋅

=

2

α

τ

η

44

ASPEKTY, KTÓRE NALEŻY UWZGLĘDNIĆ PRZY

ZASTOSOWANIU KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH

•

Czynniki wpływające na powodzenie przedsięwzięcia:

– duże zapotrzebowanie na ciepłą wodę,

– wysokie koszty energii (np. gdy inne tańsze nośniki energii

są niedostępne),

– niepewność dostaw energii konwencjonalnej,

– duża korzyść środowiskowa dla właściciela budynku

•

Zapotrzebowanie na ciepłą wodę w godzinach dziennych wymaga
mniejszej akumulacji ciepła (mniej zasobników)

•

Tańsze systemy sezonowe mogą być finansowo korzystniejsze niż
bardziej kosztowne systemy całoroczne

•

Wymogi konserwacyjne podobne jak w każdej instalacji hydraulicznej -
wymagana okresowa konserwacja i naprawy

www.retscreen.net

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

12

45

SKOJARZONE WYTWARZANIE CIEP

SKOJARZONE WYTWARZANIE CIEP

Ł

Ł

A

A

I ENERGII ELEKTRYCZNEJ

I ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Combined Heat and Power – CHP

W dniu 21 lutego 2004 r. weszła w życie
dyrektywa

2004/8/WE

w

sprawie

promowania kogeneracji w oparciu o
zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na
wewnętrznym rynku energii.

Dotyczy zarówno dużych źródeł

systemowych, jak i małych

rozproszonych źródeł ciepła i energii elektrycznej.

W roku 1997 produkcja energii elektrycznej była oparta praktycznie
wyłącznie na elektrowniach zawodowych dużej mocy.

W horyzoncie roku 2020 spodziewana struktura źródeł ulegnie dość
istotnym zmianom wskutek znaczącego rozwoju źródeł rozproszonych
(małej mocy), produkujących w skojarzeniu ciepło i energię elektryczną,
głównie na bazie gazu ziemnego.

46

Dyrektywa wprowadza pojęcie "wysoko wydajnej
kogeneracji", określające taki sposób jednoczesnego
wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, który przynosi
oszczędność energii pierwotnej w wysokości co najmniej
10% w porównaniu z odpowiednimi wartościami dla
rozdzielonej produkcji ciepła i energii elektrycznej.

Według szacunków Komisji Europejskiej, podwojenie
produkcji energii elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu
z ciepłem pozwoli wypełnić połowę zobowiązań Unii w
zakresie obniżania emisji dwutlenku węgla.

Jako istotny czynnik umożliwiający wzrost udziału energii
elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu z obecnych 10%
do 18% w 2010 roku uznaje się

rosnący udział ciepła

dostarczanego

za

pomocą

scentralizowanych

systemów dystrybucji.

47

•

Konwencjonalne elektrownie cieplne z turbozespołami

parowymi wykorzystują

jedynie około

37% energii

pierwotnej zawartej w paliwie do wytworzenia energii
elektrycznej.

• Najnowocześniejsze

budowane

obecnie

elektrownie

cieplne

z

turbinami

gazowymi

i

kotłami

odzysknicowymi

współpracującymi z turbozespołami

parowymi mogą wykorzystać do

51% energii pierwotnej

na wytworzenie energii elektrycznej lecz są skomplikowane
technologicznie i kosztowne.
Pozostałe ciepło jest bezpowrotnie tracone do otoczenia -

głównie w chłodniach kominowych.

• Przy

skojarzonym wytwarzaniu energii elektrycznej i ciepła

w elektrociepłowniach można wykorzystać około

85%

energii zawartej w paliwie.

48

Wytwarzanie
energii elektrycznej
i ciepła w procesie
nieskojarzonym

Wytwarzanie energii
elektrycznej i ciepła
w procesie
skojarzonym

Kubski: Nafta & Gaz Biznes, 2005

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

13

49

Elektrownie węglowe:

sprawność maksymalnie 40%

wskaźnik emisji ok. 800 g CO

2

/kWh.

Nowoczesne elektrownie gazowe:

sprawność 55%

wskaźnik emisji 360 g CO

2

/kWh.

Elektrociepłownie pracujące w układzie skojarzonym:

emisja

w przeliczeniu na ekwiwalentną kWh (netto)

245 g CO

2

/kWh

(o 70% niższa w porównaniu do elektrowni węglowych i o
32% niższa niż w elektrowniach gazowych).

50

KOGENERACJA ROZPROSZONA

Instalacje małej mocy budowane w pobliżu odbiorcy

końcowego.

Dzięki

takiemu

usytuowaniu

w

systemie

elektroenergetycznym, elektrociepłownie rozproszone

spełniają ważną rolę przyczyniając się do:

• redukcji strat powstających przy przesyle energii

elektrycznej,

• zwiększenia bezpieczeństwa i niezawodności zasilania

odbiorców,

• wykorzystania istniejących lokalnych zasobów paliw

i energii.

51

EFEKTYWNOŚĆ ENERGETYCZNA UKŁADU

KOGENERACYJNEGO – wskaźniki

Skorek, Kalina „Analiza opłacalności gazowych układów
kogeneracyjnych w energetyce rozproszonej”

52

Skorek, Kalina „Analiza opłacalności gazowych układów
kogeneracyjnych w energetyce rozproszonej”

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

14

53

Zalety gazowych urządzeń stosowanych w układach

kogeneracyjnych rozproszonych

•

silniki gazowe – zasilane gazem konwecjonalnym lub biogazem, wyższa
sprawność elektryczna i stosunkowo niższe koszty w porównaniu do turbin,

•

silniki Stirlinga - (przetwarzają ciepło w energię mechaniczną – bez procesu
wewnętrznego spalania paliwa) - niezbędne ciepło zewnętrzne może
pochodzić z dowolnego źródła (energia słoneczna, geotermalna, biogaz,
spalanie paliw konwencjonalnych), niska emisja szkodliwych substancji,
można stosować biogaz o niskiej zawartości metanu, wysoka sprawność przy
małych mocach, niskie koszty eksploatacji,

•

ogniwa paliwowe – (generują energię elektryczną z reakcji utleniania
dostarczanego paliwa),

możliwość

stosowania różnego rodzaju paliw

(bogatych w wodór, które można uzyskać wykorzystując odnawialne źródła
energii: energię słoneczną lub wiatru), niska emisja zanieczyszczeń (25 razy
mniej zanieczyszczeń w porównaniu z generatorami spalinowymi), łatwość
dostosowania potrzebnej mocy, poprzez łączenie ogniw, paliwem może być
gaz ziemny, biogaz (po wstępnym reformowaniu w zewnętrznym urządzeniu),
wpływ na środowisko zależy od stosowanego paliwa,

•

mikroturbiny gazowe – łatwy montaż i konserwacja ze względu na małą ilość
elementów ruchomych, niska emisja zanieczyszczeń i niski poziom hałasu,
wysoka sprawność wytwarzania energii elektrycznej, ale niska sprawność
mechaniczna.

54

•

Zabezpieczenie długoterminowych dostaw paliwa,

•

Kontrolowanie kosztów inwestycyjnych,

•

Równoczesne zapotrzebowanie na ciepło i energię elektryczną

– ewentualnie sprzedaż do sieci energii elektrycznej, jeśli nie jest

zużyta na miejscu

•

Typowa instalacja jest projektowana pod podstawowe obciążenie
cieplne (t.j. minimalne obciążenie cieplne w normalnych warunkach
pracy)

– ilość

wytworzonego

ciepła

odpowiada

100%

do

200%

wyprodukowanej energii elektrycznej

– ciepło można wykorzystać do chłodzenia poprzez stosowanie

chłodziarek absorpcyjnych

•

Ryzyko związane z niepewnością co do przyszłych relacji cen energii
elektrycznej i gazu ziemnego

ASPEKTY, KTÓRE NALEŻY UWZGLĘDNIĆ PRZY

ZASTOSOWANIU CHP

www.retscreen.net

55

WYB

WYB

Ó

Ó

R SYSTEMU

R SYSTEMU

ZAOPATRZENIA

ZAOPATRZENIA

BUDYNK

BUDYNK

Ó

Ó

W W ENERGI

W W ENERGI

Ę

Ę

56

SCHEMAT POSTĘPOWANIA PRZY WYBORZE

SYSTEMU ZAOPATRZENIA W ENERGIĘ

F

O

R

U

M

T

E

R

M

O

M

O

D

E

R

N

IZ

A

C

JA

2

0

0

8

,

W

a

rs

za

w

a

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

15

57

WYBÓR SYSTEMU ZAOPATRZENIA BUDYNKU W ENERGIĘ

•

Ustalenie priorytetów wyboru
- dostępność i pewność zasilania w wybrany nośnik energii
- komfort użytkowania
- koszt inwestycyjny
- koszt eksploatacyjny (efektywność ekonomiczna)
- walory ekologiczne (wpływ na stan środowiska)
- możliwość uzyskania dofinansowania

•

Ustalenie schematu technologicznego, zakresu inwestycji oraz

parametrów pracy dla różnych wariantów realizacji

•

Wyznaczenie wskaźników dla każdego ze schematów

technologicznych
- zużycie poszczególnych nośników energii
- wyznaczenie PRF oraz emisji
- określenie klasy energetycznej budynku
- analiza LCC (kosztów w cyklu życia)

•

Wybór technologii według ustalonych kryteriów

58

BILANS ENERGETYCZNY

Składniki bilansu:

- zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania budynku

- zapotrzebowanie na chłód do chłodzenia budynku

- zapotrzebowanie na ciepło do klimatyzacji

- zapotrzebowanie na chłód do klimatyzacji

- zapotrzebowanie na ciepło/chłód dla technologii

- zapotrzebowanie na energię elektryczną

59

PODSTAWOWY SCHEMAT ZASILANIA BUDYNKU

W ENERGIĘ

FORUM TERMOMODERNIZACJA 2008, Warszawa

60

SCHEMAT BUDYNKU Z KOTŁEM SZCZYTOWYM,

UKŁADEM KOGENERACYJNYM

ORAZ SPRĘŻARKOWYM I ABSORBCYJNYM

URZĄDZENIEM CHŁODNICZYM

FORUM TERMOMODERNIZACJA 2008, Warszawa

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

16

61

ENERGIA PIERWOTNA

(paliwa kopalne i odnawialne)

+

energia do wydobycia, transportu, magazynowania, dystrybucji

SEKTOR ENERGETYCZNY

(elektrownie, ciepłownie i elektrociepłownie)

ENERGIA KOŃCOWA

(ciepło z sieci ciepłowniczej, energia elektryczna,

gaz, olej, drewno, węgiel itp.)

INSTALACJE GRZEWCZE, KLIMATYZACYJNE,

CIEPŁEJ WODY, ELEKTRYCZNE

ENERGIA UŻYTECZNA

(ogrzewanie pomieszczeń, klimatyzacja pomieszczeń,

ciepła woda, oświetlenie pomieszczeń)

62

ZAPOTRZEBOWANIE NA NIEODNAWIALNĄ

ENERGIĘ PIERWOTNĄ

wg Rozporządzenia MI z 6.11.2008

Dz.U. 201/2008 poz. 1240

Jest to ilość energii przeliczona na energię pierwotną
(wyrażoną

w kWh), dostarczana przez systemy

techniczne dla celów użytkowania energii w budynku,
takich jak:

– ogrzewanie i wentylacja
– chłodzenie
– przygotowanie ciepłej wody
– oświetlenie wbudowane

63

PRF reprezentuje energię dostarczaną do budynku, ale z wykluczeniem
tej jej części, która pochodzi ze źródeł odnawialnych.

Służy do analizy opartej na energii pierwotnej zawartej w paliwie.

Miarą PRF jest wskaźnik f

p

:

Q

p

– energia nieodnawialna

Q

E

- końcowa energia dostarczona do budynku

WSKAŹNIK NIEODNAWIALNEJ ENERGII

PIERWOTNEJ - Primary Resource Factor (PRF)

E

p

p

Q

Q

f =

64

WSKAŹNIK NIEODNAWIALNEJ ENERGII PIERWOTNEJ PRF

ENERGIA

OCENA

Ź

ródło energii pierwotnej

Budynek

Energia elektryczna 10 kWh

→

efektywność produkcji en. elektr. 40% →

25 kWh energii nieodnawialnej

(PRF 2,5)

Biomasa 10 kWh

→

uprawa i transport →

1 kWh energii nieodnawialnej

(PRF 0,1)

EHP Annual Conference 2006

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

17

65

WSKAŹNIK NIEODNAWIALNEJ ENERGII PIERWOTNEJ PRF

DLA RÓŻNYCH NOŚNIKÓW ENERGII (w Polsce)

FORUM TERMOMODERNIZACJA 2008, Warszawa

66

WSKAŹNIKI PRF

DLA RÓŻNYCH SYSTEMÓW OGRZEWANIA

FORUM TERMOMODERNIZACJA 2008, Warszawa

67

EMISJA CO

2

DLA SYSTEMÓW OGRZEWANIA

FORUM TERMOMODERNIZACJA 2008, Warszawa

2

2

CO

CO

f

PRF

E

⋅

=

WSKAŹNIKI EMISJI f

CO2

68

PRF W FUNKCJI WSKAŹNIKA EMISJI CO

2

FORUM TERMOMODERNIZACJA 2008, Warszawa

Szkolenie: Świadectwo Charakterystyki Energetycznej
Budynku

OCENA SYSTEMU OGRZEWANIA I ZAOPATRZENIA
W CIEPŁĄ WODĘ, cz.2
H.Ciuman,A.Specjał

18

69

KOSZTY ZAOPATRZENIA W ENERGIĘ

W OKRESIE ŻYCIA INWESTYCJI

Wskaźnik zdyskontowanych kosztów energii

I

k

– nakłady inwestycyjne na system zaopatrzenia w energię (z uwzględnieniem

robót towarzyszących)

K

E

–

roczny koszt bezpośredni eksploatacji systemu zaopatrzenia w energię

obejmujący koszty nośnika energii lub paliwa wraz z transportem oraz
obowiązkowe opłaty eksploatacyjne (przeglądy, konserwacje itp.)

P

R

–

roczne zużycie energii

A –

czynnik dyskontujący opisany zależnością:

r –

zewnętrzna stopa dyskonta (można przyjąć średnie oprocentowanie lokat 5 %)

N –

okres życia inwestycji [lata] – należy przyjmować 15 lat (średnia żywotność

ź

ródła ciepła)

FORUM TERMOMODERNIZACJA 2008, Warszawa

R

E

k

ZE

P

K

A

I

K

+

⋅

=

N

r

r

A

−

+

−

=

)

1

(

1

70

SZACUNKOWE KOSZTY INWESTYCYJNE PRZYPADAJĄCE

NA JEDNOSTKĘ ZAINSTALOWANEJ MOCY

wg G. Wiśniewski, EC BREC, sierpień 2007

71

Tytko R. Odnawialne źródła energii, 2008

72

NAJPOPULARNIEJSZE NOŚNIKI ENERGII

I ODPOWIADAJĄCY IM ZAKRES I CZĘSTOŚĆ

OBSŁUGI ŹRÓDŁA CIEPŁA

A. Wiszniewski