Marek Drożdż. Budynek energooszczędny Czy to się opłaca?

Transkrypt

1 Marek Drożdż Budynek energooszczędny Czy to się opłaca?

2 LOKALIZACJA BUDYNKU: OBSZAR POLSKI: KLIMAT UMIARKOWANY Zima: długi okres mroźny poniżej 0 st C. Okresy mrozu poniżej - 20 stc, Wiosna, jesień: długi chłodny okres przejściowy /temp. 5 st C do 15 st C/ Lato: temperatury powyżej 20 st C. Okresy gorące powyżej + 30 st C

3 ZASOBY ENERGII Zasoby energii pierwotnej: paliwa kopalne tradycyjne -węgiel kamienny -ropa naftowa, -gaz ziemny, -alternatywne: paliwa towarzyszące np..metan z odmetanowania kopalń zasoby odnawialne energii -energia słońca, wiatru, spadu wód /rzeki/ -geotermia, -biomasa zasoby energii odpadowej -energii odpadowej procesów -procesy sprzężalne -odpadów materialnych -odpady, śmieci komunalne, ścieki

4 ENERGETYCZNE ZAPOTRZEBOWANIE OBIEKTÓW ENERGIA CIEPLNA GRZEWCZA OGRZEWANIE KUBATOROWE OBIEKTU CIEPŁA WODA UŻYTKOWA CHŁODNICZA CHŁODZENIE KUBATOROWE OBIEKTU ENERGIA ELEKTRYCZNA

5 ZASILANIE OBIEKTÓW W MEDIA GRZEWCZE -Z SIECI CIEPŁOWNICZEJ /MIEJSKIEJ, OSIEDLOWEJ, ZAKŁADU PRODUKCYJNEGO WODA GRZEWCZA PARA -SIECI GAZOWE GAZ ZIEMNY, PŁYNNY -GAZ PROPAN BUTAN, -SIECI ELEKTRYCZNE /1 FAZOWE, 3 FAZOWE/ - PALIWA KOPALNE /WĘGIEL KAMIENNY, OLEJ OPAŁOWY/ ENERGIA ODNAWIALNA BIOMASA NIEPRZETWORZONA /DREWNO, SŁOMA, ZBOŻE, SŁOMA, WIERZBA ENERGETYCZNA / PRZETWORZONA /PELETY, PRODUKTY FERMENTACJI, -ALKOHOLE, OLEJE ROŚLINNE, ODPADY ROŚLINNE/ ENERGIA SŁONECZNA ENERGIA GEOTERMALNA /POMPY CIEPŁA/

6 Ogrzewanie: Instalacje kubaturowe energii termicznej Konieczność ogrzewania kubaturowego budynków ponad połowę roku Chłodzenie: Konieczne jedynie dla niektórych konstrukcji i lokalizacji budynku

7 Struktura zużycia energii w mieszkalnictwie w Polsce ogrzewanie 30-55% wentylacja 20-40% przygotowanie ciepłej wody 10-15% przygotowanie posiłkow ok. 9% oświetlenie i użytkowanie elektryczności ok. 7%

8 Ogrzewanie budynku w polskim klimacie Straty energii w poszczególnych elementach konstrukcji Efektywność ogrzewania na tle krajów Europy

9 Struktura nośników energii na ogrzewanie mieszkań [%]

10 Energia słońca w Polsce [1,2], na świecie i w Europie

11 Struktura zużycia energii elektrycznych dla potrzeb gospodarstwach domowych w Polsce (2005 r.)

12

13

14 Zużycie energii w budynkach w Polsce w okresie powojennym w odniesieniu do aktualnego poziomu

15 Normy zapotrzebowania na energię dla budynków w Polsce

16 Poziom kosztów zakupu energii dla ogrzewania kubaturowego mają: Warunki otoczenia Architektura obiektu i jego usytuowanie /kierunki świata/ Materiały konstrukcji budynku: ściany, dach, okna, płyty podłogowe Systemy ogrzewania i odzysku energii Użytkowanie obiektu Rodzaj nośników energii i warunki zakupu Własne instalacje produkcji energii

17 Wytyczne dla projektu architektury budynku o niskim zapotrzebowaniu na energię ogrzewania Budynek zwartej konstrukcji: Niski współczynnik powierzchni ścian / Kubatury Zaleta: Niskie straty ciepła w okresie chłodnym Duże okna skierowane na południe. Zaleta: Duże zyski ciepła w okresie chłodnym Wada: Duże zyski ciepła w okresie lata -wysokie temperatury w pomieszczeniach, albo wymagane chłodzenie Dach o dużej połaci skierowany na południe o kącie bliskim 45st do poziomu Zalety: Zyski cieplne w okresie zimowym Optymalne ukierunkowanie dla kolektorów słonecznych /max. energia roczna Optymalne ukierunkowanie dla baterii ogniw fotowoltaicznych /max. energia roczna

18 Materiały budynku o niskim zapotrzebowaniu na energię ogrzewania Ściany zewnętrzne z materiałów tradycyjnych /cegła, pustak/, lub alternatywnych /beton komórkowy/ Ocieplenie ścian zewnętrznych styropian, wełna, inne Dach konstrukcja tradycyjna, lub alternatywna /płyty warstwowe/ Ocieplenie dachu tradycyjne /wełna mineralna/, lub alternatywne Płyta kondygnacji O ocieplona styropianem, inne rozwiązania Okna energooszczędne Ocieplenie ścian, dachu, płyty, oraz okna o niskim współczynniku przenikalności cieplnej k [W/m2K]

19 Instalacja grzewcza budynku o niskim zapotrzebowaniu na energię ogrzewania Energooszczędna, czyli wysokiej sprawności energetycznej: -wytwarzania, -rozdziału, -wykorzystania energii -/ewentualnie magazynowania/ Paliwa: tanie paliwa Słoma drewno

20 Typowe rodzaje kotłów Kotły jedno i dwu-obiegowe Systemy ogrzewania budynku i c.w.u mogą być rozdzielne, wtedy stosuje się oddzielny kocioł jedno-obiegowy /kotły/ do ogrzewania ciepłej wody. Kocioł dwu-obiegowy stosuje się do ogrzewania budynku i ciepłej wody. Kotły z otwartą i zamkniętą komorą -kotły z otwartą komorą spalania pobiera powietrze otoczenia -kotły z zamkniętą komorą spalania pobiera powietrze kanałem z zewnątrz budynku Kotły kondensacyjne W wyniku spalania gazu w kotle powstaje dwutlenek węgla i woda przy temperaturze powyżej 120 stopni C. W kotle tradycyjnym spaliny wraz z wodą /parą wodną/ zostaje usunięta przez komin. Kocioł kondensacyjny wyposażony jest w dodatkowy wymiennik ciepła, który obniża temperaturę spalin poniżej tzw. punktu rosy, kiedy wykrapla się para wodna oddając ciepło parowania wody.

21

22

23 KOTŁY KONDENSACYJNE: PARAMETRY I WYMAGANIA Temperatura obliczeniowa /przyjmowana minimalna temp. otoczenia/ dla mocy kotłów jest różna w zależności od lokalizacji. Np. nad morzem -16 st. C Suwalszczyzna -24 st. C /biegun zimna/ woj. Mazowieckie -18 st. C Średnia temperatura w zimie wynosi około 0st. C, przy której kocioł pracuje z mocą około 30%.W tym punkcie pracy kocioł tradycyjny ma sprawność np..84% /wykres/. st. C Sprawność kotła kondensacyjnego jest najwyższa w niskich obciążeniach /i niskich temperaturach nośnika ciepła /wody obiegowej/. Dla zapewnienia wysokich sprawności kotła wymagana jest niskotemperaturowa instalacja systemów ogrzewania. Rodzaje paliwa w kotłach kondensacyjnych: gaz ziemny i płynny /propan-butan/ olej opałowy

24 KOTŁY GAZOWE KONDENSACYJNY I TRADYCYJNY

25 WARUNKI PRACY KOTŁA KONDENSACYJNEGO Kotły kondensacyjne gazowe Temperatura skraplania w kotłach na gaz ziemny wynosi 58 st. C. Temperatura wody powracającej do kotła kondensacyjnego nie powinna przekraczać st. C, a optymalnie powinna wynosić st. C Kotły kondensacyjne na olej opałowy Temperatura skraplania w kotłach na olej opałowy wynosi 48 st. C. Temperatura wody powracającej do kotła kondensacyjnego a optymalnie powinna wynosić st. C

26 Sprawność energetyczna kotła gazowego kondensacyjnego a w porównaniu do kotła tradycyjnego b

27 TYPOWE INSTALACJE OGRZEWANIA CENTRALNEGO BUDYNKÓW OGRZEWANIE CENTRALNE Ogrzewanie wodne Kocioł centralny wodny. Rozprowadzenie i ogrzewanie wodą: -Ogrzewanie grzejnikowe -Ogrzewanie podłogowe Ogrzewanie parowe Kocioł centralny parowy. Rozprowadzenie i ogrzewanie parą wodną: -Ogrzewanie grzejnikowe Ogrzewanie powietrzne Kocioł centralny ogniowo-powietrzny z nadmuchem. Rozprowadzenie i ogrzewanie ciepłym powietrzem Kominki różnej konfiguracji ogrzewania bezpośredniego, nadmuchem powietrza, płaszczem wodnym na drewno, pelety

28 SCHEMAT KOTŁOWNI NA RÓŻNE PALIWA

29 TABELA SPRAWNOŚCI DYSTRYBUCJI CIEPŁA (ŚREDNIE)

30 OGRZEWANIE CENTRALNE Z KOMINKA

31 OGRZEWANIE CENTRALNE Z KOMINKA

32 OGRZEWANIE CENTRALNE Z KOMINKA Główne elementy systemu grzewczego: Kominek z płaszczem wodnym Kocioł gazowy Kolektor słoneczny Do magazynowania ciepła służy zbiornik na ciepłą wodę systemu kolektorów słonecznych

33 Z wentylacją grawitacyjną Budynek Z wentylacją mechaniczną nawiewno-wywiewną Centrala wentylacyjna z odzyskiem ciepła zapewni zmniejszenie strat ciepła powodowanych przez wentylację nawet o ok. 90%. Oznacza to, że zapotrzebowanie budynku na ciepło może zostać obniżone o ok. 45%

34 POMPY CIEPŁA

35 ZASADA DZIAŁANIA POMPY CIEPŁA

36 SCHEMAT INSTALACJ OGRZEWANIA BUDYNKU I C.W.U. Z POMPĄ CIEPŁA

37 ŹRÓDŁO DOLNE POMPY CIEPŁA

38 RODZAJE KOLEKTORÓW GRUNTOWYVH POMPY CIEPŁA

39 Dwie studnie dolne źródło ciepła pompy ciepła Wykorzystują wodę gruntową o temp. ok.7-10 st. C na głębokości zwykle ok metrów. Buduje się 2 studnie: czerpalną i chłonną. Odległość między studniami powyżej 15 metrów. Wydajność pompowania powyżej 1.5 tony /godz. z pompą o mocy ok.. 200W dla wody o lustrze ok..6metrów. Uwaga: studnie poniżej 30metrów a także czerpanie wody powyżej 15ton/dobę wymagają pozwolenia wodnoprawnego Wysoka sprawność pompy COP około 5-6 Nakłady na budowę studni 3-4 tys. zł

40 Kolektor gruntowy /płaski, spiralny/ Przewód PCW średnicy 1 cal wypełniony glikolem /od -2 do +5 st. C/. zakopany na głębokość 1.5metra. Powierzchnia wykopu 1.5 do 5 razy większa od powierzchni domu. Parametry pracy glikolu +4 st. C zasilanie -2st C powrót Sprawność pompy COP około 4-5

41 Kolektor gruntowy /płaski, spiralny/ Odstępy między rurami 0.5 1metr: 10-40W z metra kwadratowego. Grunt suchy: W/m2 grunt mokry: 30-40W/m2. Nie należy zakopywać kolektora poniżej 1.8metra, ani betonować powierzchni nad kolektorem Dom nowoczesny: 50W/m2 /nawet 30Wm2/ zapotrzebowania domu na m2 powierzchni

42 Kolektor pionowy Odwierty o głębokości metrów w których krąży glikol. Odległość między odwiertami powyżej 5 metrów. Parametry pracy glikolu +5 st. C zasilanie -2st C powrót Sprawność pompy COP około 4-5 Moc odwiertu ok W z 1 metra odwiertu. Np.. Dla domu 200m2 moc 50W/m2 *200m2 = 10kW potrzeba np. 4 otworów po 50mb każdy

43 POWIETRZE JAKO DOLNE ŹRÓDŁO POMPY CIEPŁA

44 POWIETRZE JAKO DOLNE ŹRÓDŁO POMPY CIEPŁA KOLEKTORY GRUNTOWE Moc grzewcza i sprawność COP spada wraz ze spadkiem temperatury otoczenia. Przy temp. -10 do -20 st C sprawność pompy ciepła COP wynosi 2-3. Wtedy koszt ogrzewania jest 2-3 razy niższy od ogrzewania prądem /najdroższego z dostępnych. Dla poprawy sprawności używa się kolektorów gruntowych dla wstępnego podgrzania powietrza.

45 POMPA CIEPŁA DLA OGRZEWANIA I CWU DOMU JEDNORODZINNEGO

46 PORÓWNANIE NAKŁADÓW INWESTYCYJNYCH OGRZEWANIA POMPĄ CIEPŁA I KOTŁEM GAZOWYM Elementy systemu grzewczego pompy ciepła /dla domu 200m2 moc pompy 7-10kW POMPA CIEPŁA Dolne źródło ciepła Pompa ciepła Zbiornik ciepłej wody użytkowej Niskotemperaturowy system rozprowadzenia ciepła obiegowe, armatura / Całkowity poziom nakładów inwestycyjnych nakłady 3-15 tys. zł tys. zł 2-6 tys zł 5-8 tys zł /pompy tys. zł KOCIOŁ GAZOWY Nakłady inwestycyjne na tradycyjną instalację z kotłem gazowym: Przyłącz gazowy 5-15 tys. zł Kocioł gazowy 5 8 tys. zł Niskotemperaturowy system rozprowadzenia ciepła obiegowe, armatura / 5-8 tys zł /pompy Komin 5-6 tys. zł Całkowity poziom nakładów inwestycyjnych tys. zł

47 POMPY CIEPŁA Porównanie nakładów inwestycyjnych i kosztów ogrzewania domu o powierzchni 200m2

48 EKONOMICZNOŚĆ POMPY CIEPŁA W OGRZEWANIU BUDYNKÓW

49 Ranking kosztów paliw do ogrzania domu oraz efekt ekonomiczny termomodernizacji Ranking kosztów paliw do ogrzania domu oraz efekt ekonomiczny termomodernizacji

50 System dachowych kolektorów słonecznych 4 m2 dla domku jednorodzinnego /4 osoby/ Założenia: Cena 1kWh energii elektrycznej 0.50 zł Liczba godzin pracy instalacji solarnej w ciągu roku (liczba godzin słonecznych w centralnej Polsce): 1700 godzin Ilość energii słonecznej padającej na 1m2 powierzchni płaskiej Esol :1022 kwh/rok Cena zakupu systemu kolektorów wraz z montażem: 10 tys. Zł Średnioroczna sprawność absorbcji kolektorów płaskich η : 75% Średni pobór mocy elektrycznej przez instalację solarną rocznie: 0.04kW Ilość pozyskanej rocznie energii przez kolektory słonecznej Ec: Ec = η Esol Asol = kwh/r 4m2 = 3066 kwh Wartość energii: 3066 kwh 0.50 zł/kwh = 1533zł

51 System dachowych ogniw słonecznych fotowoltaicznych 1kW dla domku jednorodzinnego Założenia: Cena 1kWh energii elektrycznej 0.50 zł Liczba godzin pracy instalacji solarnej w ciągu roku (liczba godzin słonecznych w centralnej Polsce): 1700 godzin Ilość energii słonecznej padającej na 1m2 powierzchni płaskiej Esol : kwh/rok 1022 Powierzchnia układu solarnego: 10m2 Cena zakupu systemu fotowoltaicznego wraz z montażem: 10 tys. Zł Średnioroczna sprawność fotoogniw η : 14% Ilość energii elektrycznej generowanej przez system 1kW powierzchni płaskiej 900 kwh/rok Wartość energii: 900 kwh 0.50 zł/kwh = 450zł

52 Dziękuję za uwagę!