Ocena systemu ogrzewania budynku

Transkrypt

1 Ocena systemu ogrzewania budynku System ogrzewania budynku można oceniać wg różnych kryteriów: poziom komfortu cieplnego w ogrzewanych pomieszczeniach, koszt inwestycyjny i eksploatacyjny, estetyka i łatwość obsługi, efektywność energetyczna, czy wreszcie oddziaływanie zastosowanego źródła energii na środowisko naturalne. Nagromadzenie informacji komercyjnych, szum kampanii reklamowych, twarde reguły gospodarki rynkowej powodują, iż inwestorom trudno jest trzeźwo ocenić wskazany system, często odnoszą oni wrażenie że nie ma dobrego systemu, lub że każdy jest najlepszy. Pewną systematykę m.in. w zakresie oceny systemu ogrzewania ma wprowadzić Dyrektywa 2002/91/EC Parlamentu Europejskiego i długo wyczekiwane Rozporządzenie MI [...] w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego [...] oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej". Świadectwo charakterystyki energetycznej budynku, wykonywane na podstawie ww. Rozporządzenia, w odniesieniu do systemu ogrzewania powinno m.in. zawierać: charakterystykę (identyfikację) systemu ogrzewania budynku, określenie sprawności systemu ogrzewania budynku ocenianego (η h ) i referencyjnego (η Hr ) oraz rocznego zużycia energii (brutto) do ogrzewania i wentylacji przy normatywnych warunkach użytkowania dla budynku ocenianego (Q H ) i referencyjnego (Q Hr ). Zapotrzebowanie na energię np. dla budynków mieszkalnych należy określać metodą bilansów miesięcznych, wykorzystując dane klimatyczne z bazy danych klimatycznych najbliższej stacji meteorologicznej. Najistotniejszym elementem oceny systemu ogrzewania jest określenie jego sprawności eksploatacyjnej, która jest miarą efektywności energetycznej i pośrednio uwzględnia większość wymienionych na wstępie kryteriów. Sprawność ta, inaczej zwana sezonową sprawnością systemu, definiowana jest jako: Q d - energia dostarczona do systemu w ciągu sezonu ogrzewczego, Q r - energia jaka byłaby rozpraszana z pomieszczeń budynku w ciągu sezonu ogrzewczego przy założeniu utrzymania w nich określonej temperatury wewnętrznej. Metody określania sprawności sezonowej Istnieją dwie metody określenia sprawności sezonowej: bezpośrednia i pośrednia. Me-toda bezpośrednia polega na bezpośrednim wyznaczeniu wartości Q r i Q d. Wielkość Q r może być zdefiniowana jako sezonowe zapotrzebowanie ciepła do ogrzewania, i określona przy użyciu rozpowszechnionych metod obliczeniowych: dla średnich (wieloletnich) miesięcznych wartości temperatury zewnętrznej i dla średniej w ciągu sezonu ogrzewczego temperatury wewnątrz pomieszczeń. Należy tu założyć, że energia Qd dostarczona do systemu ogrzewania jest znana na podstawie pomiarów zużycia paliwa lub ciepła. Wydaje się, że ta metoda wobec braku danych statystycznych, nie może zostać zastosowana w Polsce, przynajmniej w początkowym okresie obowiązywania Dyrektywy. Metoda pośrednia wyznaczania sprawności systemu ogrzewania polega na wyznaczeniu sprawności następujących procesów: przemiany energii chemicznej paliwa w ciepło, przesyłania ciepła ze źródła

2 do odbiornika ciepła (miejsca emisji), przekazywania (emisji) ciepła od odbiornika ciepła (np. grzejnika) do powietrza wewnętrznego oraz dostosowania ilości ciepła dostarczanego do pomieszczenia do jego rzeczywistych, chwilowych potrzeb cieplnych, uwzględniających wewnętrzne i zewnętrzne zyski ciepła. Sprawność systemu ogrzewania określa zależność: η - sprawność wytwarzania ciepła, zależna od konstrukcji urządzenia produkującego ciepło, rodzaju paliwa bądź źródła energii, η d -sprawność przesyłania ciepła, zależna od odległości na jaką przesyłane jest ciepło i jakości izolacji cieplnej instalacji (głównie sieci przewodów), η e - sprawność wykorzystania ciepła, zależna od rodzaju odbiorników ciepła, η r - sprawność regulacji dostawy ciepła, zależna od rodzaju instalacji i zastosowanych urządzeń regulacyjnych (regulacja centralna, strefowa, miejscowa).

3 Wartości składowych sprawności należy przyjmować z dokumentacji technicznej lub z tabel zawartych w załącznikach do powołanego Rozporządzenia. Poniżej przytoczono odpowiednie tabele z dostępnego w dniu powstawania niniejszego artykułu projektu Rozporządzenia z zastrzeżeniem, iż niektóre wartości mogą ulec zmianie w ostatecznej wersji Rozporządzenia. Systemy o większej sprawności zużywają mniej energii, zapewniają lepsze warunki komfortu cieplnego, są wygodniejsze w obsłudze i mniej uciążliwe dla środowiska. Analiza zaproponowanych w Rozporządzeniu wartości współczynników sprawności pozwala zauważyć, iż spośród dostępnych źródeł ciepła preferowane są systemy ogrzewania elektrycznego, systemy scentralizowane (miejskie cieci ciepłownicze) oraz pompy ciepła. Najmniejszymi stratami przesyłu charakteryzują się instalacje centralne z zaizolowaną siecią przewodów, a brakiem strat przesyłu tzw. ogrzewania miejscowe, bądź instalacje mieszkaniowe umożliwiające precyzyjny pomiar zużywanego przed dany lokal ciepła. Najwyższą sprawność wykorzystania (emisji) ciepła mają grzejniki podłogowe, następnie grzejniki płytowe i ogniwowe. Nie uwzględniono tu stopnia osłonięcia grzejnika, jego usytuowania w pomieszczeniu, ani wpły-wu zastosowania ekranów zagrzejnikowych (refleksyjnych lub absorpcyjnych). Z kolei najlepsza jakość regulacji dostawy ciepła ma miejsce w instalacjach centralnych z grzejnikami członowymi lub płytowymi wyposażonych w układy regulacji centralnej pogodowej (jakościowej nadążnej) i miejscowej (ilościowej zaworami termostatycznymi), którym niewiele ustępują instalacje z elektrycznymi grzejnikami bezpośrednimi. Proponowane wartości mają swoje (lepiej lub gorzej opisane) uzasadnienie teoretyczne związane z termodynamiką, wymianą ciepła, mechaniką płynów czy fizyką budowli. Jak wiadomo np. sprawność regulacji uwarunkowana jest poziomem strat ciepła przy dostarcza-niu do pomieszczeń nadmiernych ilości ciepła w stosunku do ilości określonej przez aktualne zapotrzebowanie na ciepło budynku. Definiowana jest jako iloraz zapotrzebowania na ciepło przy użyciu danego systemu regulacji, do zapotrzebowania ciepła przy użyciu regulacji doskonałej, tj. takiej, która natychmiast dostosowuje system do temperatury zewnętrznej i do poziomu zysków wewnętrznych. Jej wartość określa się z wzoru: η co - współczynnik regulacji zależny od zastosowanych urządzeń regulacyjnych i pojemności wodnej grzejników (przyjmuje się

4 wartości od 0,75 do 0,99), GLR - stosunek sumy zysków ciepła do sumy strat ciepła budynku. Ocena wartości współczynników sprawności Na potrzeby oceny energetycznej budynków do Rozporządzenia wprowadzono konkretne wartości współczynników sprawności (często zastrzegając pewien możliwy przedział zmienności do decyzji eksperta oceniającego) dla większości spotykanych systemów ogrzewania i rozwiązań technicznych. Wartości te określone zostały przez eksperckie grupy robocze na podstawie dostępnych wyników badań i analiz miarodajnej grupy budynków, obliczeń analitycznych i danych doświadczalnych, jak i przy wykorzystaniu wiedzy zgromadzonej przez ostatnią dekadę termomodernizacji praktycznej". Takie ujęcie z jednej strony Znacznie upraszcza metodykę określania sprawności sytemu ogrzewania, z drugiej jednak pozostawia pewien margines na subiektywną ocenę eksperta (do 15% sprawności wytwarzania w przypadku źródeł ciepła starego typu i od 1 do 4% w przypadku pozostałych sprawności dla rozwiązań najczęściej stosowanych w budownictwie). Zadaniem eksperta, najczęściej nie mającego obszernej wiedzy z dziedziny ogrzewnictwa, jest zatem zdiagnozowanie (rozpoznanie) systemu ogrzewania w budynku ocenianym i przypisanie mu odpowiednich wartości współczynników sprawności. Dla referencyjnego budynku lub lokalu mieszkalnego sprawność wytwarzania ciepła określać należy, wg projektu Rozporządzenia, z osobnej tabeli zamieszczonej poniżej, a pozostałe sprawności przyjmować z prezentowanych wyżej tabel, równe górnej granicy przedziałów ich zmienności. Należy pamiętać, iż szacowane w ten sposób sprawności wpływają na niepewność określenia końcowego, rocznego zużycia energii do ogrzewania i wentylacji, określanego z zależności: η i udział i-tego nośnika energii w rocznym zużyciu energii do ogrzewania, Q H,nd roczne zapotrzebowanie na energię do ogrzewania i wentylacji budynku lub lokalu mieszkalnego, obliczane bez uwzględnienia instalacyjnych strat ciepła, dla systemu ogrzewania związanego, kwh/a, η Hi sprawność całkowita systemu ogrzewania zasilanego z i-tego nośnika energii. Analizę wrażliwości obliczanego rocznego zużycia energii na szacowane wartości współczynników sprawności przedstawia rysunek 1. Jak wynika z rysunku 1 zawyżenie sprawności całkowitej systemu o 5% przy założeniu, że wartość oczekiwana sprawności wynosi 80% powoduje niepewność szacowania zużycia energii na poziomie 6%. Wartości sprawności podane w Rozporządzeniu (poza przypadkiem sprawności wytwarzania starych kotłów węglowych i pieców kaflowych)

5 charakteryzuje niewielki przedział zmienności, tym samym wynik obliczeń rocznego zużycia energii podawany będzie z niepewnością dopuszczalną dla obliczeń inżynierskich. Osobnym zagadnieniem, nie poruszanym na razie w Rozporządzeniu, jest sposób eksploatacji budynku i instalacji ogrzewania. Jak wynika z przeprowadzonych analiz, nawet nowoczesne systemy wyposażone w urządzenia renomowanych firm, nie gwarantują niskich kosztów ogrzewania i wysokiej efektywności energetycznej. Bardzo istotne jest dostosowanie mocy źródła ciepła do rzeczywistych potrzeb cieplnych obiektu i staranna eksploatacja systemu ogrzewania głównie w warunkach zmiennego w czasie obciążenia cieplnego, znacznie niższego od obciążenia obliczeniowego. Ekspert oceniający system ogrzewania budynku nie powinien zatem ograniczać się do uzyskania podstawowych informacji dotyczących typu, rodzaju i parametrach pracy instalacji, zastosowanego systemu zabezpieczającego i odpowietrzającego, rodzaju grzejników i armatury, sposobie regulacji hydraulicznej czy wreszcie izolacji termicznej przewodów. Powinien koniecznie dokonać diagnozy stanu technicznego poszczególnych elementów instalacji, ale również zasięgnąć opinii użytkowników odnośnie uzyskiwanych w pomieszczeniach warunków komfortu cieplnego. Powinien ocenić jakość zastosowanej metody określania zużycia energii przez poszczególnych odbiorców, sposób rozliczania kosztów ogrzewania, lecz także sposób eksploatacji instalacji i obiektu. Paweł Kędzierski