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