OBLICZENIE EFEKTU EKOLOGICZNEGO W WYNIKU PLANOWANEGO ZASTOSOWANIA KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH WRAZ Z INSTALACJĄ SOLARNĄ WSPOMAGAJĄCYCH PRZYGOTOWANIE CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ W BUDYNKACH MIESZKALNYCH JEDNORODZINNYCH NA TERENIE GMINY KROŚNIEWICE. Dotyczy projektu: "WYKORZYSTANIE ŹRÓDEŁ ENERGII ODNAWIALNEJ POPRZEZ POWSZECHNĄ INSTALACJĘ KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH ORAZ BUDOWĘ KOMPLEKSOWEJ KOTŁOWNI NA BIOMASĘ JAKO WSPARCIE DZIAŁAŃ DLA OCHRONY ŚRODOWISKA W GMINIE KROŚNIEWICE" ETAP II - INSTALACJA KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH Opracował: Maciej Majak czerwiec 2010 r.
Spis treści opracowania: 1. Przedmiot i cel opracowania 2. Podstawa opracowania 3. Dane wyjściowe 4. Założenia 5. Obliczenia 6. Zbiorcze wyniki obliczeń oraz wnioski Strona 2 z 11
1. Przedmiot i cel opracowania. Przedmiotem opracowania jest obliczenie efektu ekologicznego w wyniku planowanego zastosowania kolektorów słonecznych wraz z instalacją solarną do przygotowania ciepłej wody użytkowej w budynkach mieszkalnych jednorodzinnych na terenie gminy Krośniewice. Celem niniejszego opracowania jest wykazanie efektu ekologicznego w zakresie niezbędnym do złożenia wniosku o dofinansowanie projektu w ramach Osi priorytetowej II Ochrona Środowiska, zapobieganie zagrożeniom i energetyka, Działanie II.9 Odnawialne źródła energii, Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Łódzkiego na lata 2007-2013. Dokumentacja ma na celu uzyskanie funduszy na wykonania modernizacji instalacji ciepłej wody użytkowej (montaż instalacji kolektorów słonecznych). 2. Podstawa opracowania. Podstawę niniejszego opracowania stanowi umowa z Gminą Krośniewice, nr 88a/AO/KR/2009 z dnia 09.06.2010 r. 3. Dane wyjściowe. Stan istniejący Podział budynków ze względu na proponowaną wielkość instalacji solarnej: Do 4 mieszkańców włącznie 195 budynków; Powyżej 4 mieszkańców 240 budynków. Sumaryczna ilość mieszkańców 1956 osób. Źródło ciepłej wody paliwo - wg poniższego zestawienia: Stan projektowany: Rodzaj medium Węgiel / Eko-groszek Olej Ilość budynków 429 1 6 PAKIET I dla budynków jednorodzinnych zamieszkałych przez rodzinę maksymalnie 4-osobową: kolektor próżniowy o powierzchni absorbera 3,07 m 2 wraz z pojemnościowym 1 w tym 25 budynków opalanych eko-groszkiem Strona 3 z 11
podgrzewaczem ciepłej wody użytkowej o pojemności 300l, naczyniem solarnym, rozdzielaczem, pompą solarną, regulatorem solarnym, zestawem montażowym do dachu PAKIET II dla budynków jednorodzinnych zamieszkałych przez rodzinę powyżej 4- osobową: kolektor próżniowy o łącznej powierzchni absorbera 4,0 m 2 (2x2,05m 2 ) wraz z pojemnościowym podgrzewaczem ciepłej wody użytkowej o pojemności 500l, naczyniem solarnym, rozdzielaczem, pompą solarną, regulatorem solarnym, zestawem montażowym do dachu. Informacja na temat kolektorów: - stopień pokrycia zapotrzebowania ciepła na przygotowanie c.w.u. min. 42,0 %, - sprawność systemu solarnego min. 55,0 %. 4. Założenia. Ilość ciepłej wody przypadającej na jednego mieszkańca przyjęto wg Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej (Dz. U. Nr 201, poz. 1240). Czas użytkowania w ciągu roku wynosi 329 dni. Ciepła woda użytkowa podgrzewana będzie o 45 K Zgodnie z warunkami technicznymi jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U.2002.75.690 z późn. zm.) należy zapewnić podgrzew ciepłej wody użytkowej do temperatury min. 55 C. Zakładane wypadkowe roczne pokrycie zapotrzebowania na c.w.u. przez kolektory słoneczne przyjęto na poziomie 45%. Procentowy udział poszczególnych rodzajów źródeł ciepła na dany rodzaj paliwa wraz z wypadkowymi wartościami sprawności przyjęto wg tabel obliczeniowych z poz. 5. Wypadkową sprawność wewnętrznej instalacji c.w.u. stanowi suma iloczynu 75% ogółu instalacji o sprawności eta=0,8 (izolowane przewody bez cyrkulacji) oraz 25% instalacji c.w.u. o sprawności eta=0,7 (izolowane przewody z cyrkulacją). Analogicznie, jako najczęstszy przypadek sprawności zasobnika c.w.u. przyjęto sumę iloczynu 30% ogółu zasobników w systemie wg standardu budynku niskoenergetycznego o sprawności eta=0,86 oraz 70% zasobników o standardzie z lat 1995-2000 o sprawności eta=0,74. Wartości opałowe paliw, jak również wskaźniki emisji substancji wprowadzanych do atmosfery podczas energetycznych procesów spalania paliw przyjęto zgodnie z tabelami z poz. 5. Strona 4 z 11
KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH ORAZ BUDOWĘ KOMPLEKSOWEJ KOTŁOWNI NA BIOMASĘ 5. Obliczenia. Tab.1. Obliczeniowe zapotrzebowanie energii dla c.w.u. Ilość mieszkańców Zużycie wody Czas użytkowania w roku Zużycie wody Różnica temperatur wody ciepłej i zimnej Obliczeniowe zapotrzebowanie energii dla przygotowania c.w.u. Mk dm 3 /Mkd d dm 3 /d C kw GJ/rok kwh/rok kwh/doba 1956 35 329 68 460 45 149,40 4 246,78 1 179 662,40 3 585, Tab.2. Obliczeniowe zapotrzebowanie energii w rozbiciu na źródło ciepła Rodzaj medium Węgiel Olej opałowy Łącznie Ilość budynków 429 6 435 roczne netto GJ/rok - stan istniejący 4 188,20 58,58 4246,78 Strona 5 z 11
KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH ORAZ BUDOWĘ KOMPLEKSOWEJ KOTŁOWNI NA BIOMASĘ Tab. 3. Analiza energetyczna obiektów zasilanych z węgla kamiennego WĘGIEL KAMIENNY Stan przed termomodernizacją Kotły - węgiel Udział Zapotrzebowani e netto GJ/rok źródła ciepła instalacji zasobnika brutto GJ/rok [węgiel] Zużycie węgla Mg/rok o wartości opałowej 27000 kj/kg Kotły dwufunkcyjne 50% 2094,10 0,75 0,775 0,776 4 642,72 Kotły niskotemperaturowe 35% 1465,87 0,90 0,775 0,776 2 708,25 do Kotły 50 kw starszego typu 15% 628,23 0,70 0,775 0,74 1 564,90 SUMA 4188,20 8915,87 330,22 Kotły - węgiel źródła ciepła Stan po termomodernizacji instalacji zasobnika brutto GJ/rok [węgiel] Zużycie węgla Mg/rok o wartości opałowej 27000 kj/kg Kotły dwufunkcyjne Kotły niskotemperaturowe do Kotły 50 kw starszego typu 4903,73 181,62 Kolektory słoneczne 0,82 0,775 0,86 4012,14 0 EFEKT EKOLOGICZNY 4012,14 148,60 Strona 6 z 11
KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH ORAZ BUDOWĘ KOMPLEKSOWEJ KOTŁOWNI NA BIOMASĘ Tab. 4. Wskaźniki unosu węgiel kamienny Wskaźnik unosu Dla węgla 45,000 Kco [kg/mg] 2 000,000 Kco 2 [kg/mg] 1,500 K pyłu [kg/mg] 1,000 K NO2 [kg/mg] 16,000 K SO2 [kg/mg] 0,050 K sadzy [kg/mg] 0,014 K B-a-P [kg/mg] Zawartość siarki 0,7 [%] Zawartość części palnych w pyle 5 [%] Zawartość popiołu 7 [%] Tab. 5. Emisja zanieczyszczeń węgiel kamienny Węgiel kamienny Emisja przed termomodernizacją [kg/rok] Emisja po termomodernizacji [kg/rok] Efekt ekologiczny - redukcja emisji [kg/rok] CO 14 859,90 8 172,90 6 687,00 CO 2 660 440,00 363 240,00 297 200,00 pył 3 649,80 2 007,38 1 642,42 NO 2 330,22 181,62 148,60 SO 2 3 698,46 2 034,14 1 664,32 sadza 115,58 63,57 52,01 B-a-P 4,62 2,54 2,08 Strona 7 z 11
KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH ORAZ BUDOWĘ KOMPLEKSOWEJ KOTŁOWNI NA BIOMASĘ Tab. 6. Analiza energetyczna obiektów zasilanych z oleju opałowego OLEJ OPAŁOWY Stan przed termomodernizacją Kotły - olej opałowy udział netto GJ/rok źródła ciepła instalacji zasobnika brutto GJ/rok [olej] Zużycie oleju Mg/rok o wartości opałowej 42000 kj/kg Kotły dwufunkcyjne 40% 23,43 0,75 0,775 0,776 51,95 Kotły niskotemperaturowe 10% 5,86 0,90 0,775 0,776 10,83 do Kotły 50 kw starszego typu 50% 29,29 0,85 0,775 0,776 57,30 SUMA 58,58 120,08 2,86 netto GJ/rok źródła ciepła instalacji zasobnika brutto GJ/rok [olej] Kotły - olej opałowy - Kotły dwufunkcyjne Kotły niskotemperaturowe do Kotły 50 kw starszego typu 66,04 1,57 Kolektory słoneczne 0,82 0,775 0,86 54,04 0 EFEKT EKOLOGICZNY 54,04 1,29 Zużycie oleju Mg/rok o wartości opałowej 42000 kj/kg Strona 8 z 11
Tab. 7. Wskaźniki unosu olej opałowy Dla oleju Wskaźnik unosu opałowego 0,600 K CO [kg/m 3 ] 1 650,000 K CO2 [kg/m 3 ] 1,800 K pyłu [kg/m 3 ] 5,000 K NO2 [kg/m 3 ] 19,000 K SO2 [kg/m 3 ] 850,000 gęstość oleju [kg/m 3 ] zawartość siarki 0,3 [%] Tab. 8. Emisja zanieczyszczeń olej opałowy Olej opałowy Emisja przed termomodernizacją [kg/rok] Emisja po termomodernizacji [kg/rok] Efekt ekologiczny - redukcja emisji [kg/rok] CO 2,02 1,11 0,91 CO 2 5 551,76 3 047,65 2 504,11 pył 6,06 3,32 2,74 NO 2 16,82 9,24 7,58 SO 2 19,18 10,53 8,65 6. Zbiorcze wyniki obliczeń oraz wnioski Tab. 9. Zbiorcze zestawienie wyników obliczeń Rodzaj medium Węgiel Olej opałowy Łącznie Ilość budynków 429 6 435 roczne netto GJ/rok stan istniejący roczne brutto GJ/rok stan istniejący roczne brutto GJ/rok stan docelowy Zaoszczędzone paliwo Mg/rok / Nm3/rok Efekt ekologiczny GJ/rok Efekt ekologiczny GJ/rok [%] 4 188,20 58,58 4246,78 8 915,87 120,08 9 035,95 4 903,73 66,04 4969,77 148,60 1,29 -------------- 4 012,14 54,04 4066,18 45% 45% 45% Strona 9 z 11
Efekt ekologiczny - zmniejszenie emisji CO [kg/rok] Efekt ekologiczny - zmniejszenie emisji CO2 [kg/rok] Efekt ekologiczny - zmniejszenie emisji pyłu [kg/rok] Efekt ekologiczny - zmniejszenie emisji NO2 [kg/rok] Efekt ekologiczny - zmniejszenie emisji SO2 [kg/rok] Efekt ekologiczny - zmniejszenie emisji sadzy [kg/rok] Efekt ekologiczny - zmniejszenie emisji B-a-P [kg/rok] 6 687,00 0,91 6 687,91 297 200,00 2 504,11 299 704,11 1 642,42 2,74 1 645,16 148,60 7,58 156,18 1 664,32 8,65 1 672,97 52,01 0,00 52,01 2,08 0,00 2,08 Tab. 10. Sumaryczne emisje zanieczyszczeń w stanie pierwotnym i docelowym Zanieczyszczenie Emisja w stanie pierwotnym kg/rok Emisja w stanie docelowym kg/rok Redukcja emisji - efekt ekologiczny kg/rok CO 14 861,92 8 174,01 6 687,91 CO 2 665 991,76 366 287,65 299 704,11 pył 3 655,86 2 010,70 1 645,16 NO 2 347,04 190,86 156,18 SO 2 3 717,64 2 044,67 1 672,97 sadza 115,58 63,57 52,01 B-a-P 4,62 2,54 2,08 Tab. 11. Sumaryczne równoważne emisje zanieczyszczeń w stanie pierwotnym i docelowym Zanieczyszczenie Współczynnik toksyczności Emisja równoważna stan pierwotny kg/rok Emisja równoważna stan docelowy kg/rok Efekt ekologiczny - redukcja równoważnej emisji zanieczyszczeń kg/rok pyły 0,75 2 741,90 1 508,03 1 233,87 NO 2 0,75 260,28 143,15 117,13 SO 2 1 3 717,64 2 044,67 1 672,97 sadza 3,75 433,43 238,39 195,04 B-a-P 30 000 138 600,00 76 200,00 62 400,00 SUMA 145 753,25 80 134,24 65 619,01 Strona 10 z 11
Efekt ekologiczny - redukcja równoważnej emisji zanieczyszczeń 160 000,00 145 753,25 140 000,00 120 000,00 100 000,00 kg/rok 80 000,00 60 000,00 80 134,24 65 619,01 Stan istniejący Stan docelowy Efekt ekologiczny 40 000,00 20 000,00 0,00 1 Energetyczny efekt ekologiczny 9035,95 10000,00 9000,00 GJ/rok 8000,00 7000,00 6000,00 5000,00 4000,00 4969,77 4066,18 Stan istniejący Stan docelowy Efekt ekologiczny 3000,00 2000,00 1000,00 0,00 1 W wyniku montażu kolektorów słonecznych wraz z instalacją solarną wspomagającą przygotowanie ciepłej wody użytkowej nastąpi około 45% zmniejszenie zapotrzebowania energii do podgrzania ciepłej wody użytkowej w ujęciu rocznym co przełoży się na sumaryczne ograniczenie około 309 920 kg rocznie substancji emitowanych do atmosfery (z czego 96,7% to CO 2 ). Nastąpi przy tym zmniejszenie zapotrzebowania na olej opałowy w ilości 1,29 Mg rocznie oraz węgiel kamienny w ilości 148,6 Mg rocznie. Zaoszczędzona ilość energii to 4 066 GJ rocznie. Na podstawie powyższych tabel można stwierdzić, iż planowana inwestycja jest uzasadniona ekologicznie. Strona 11 z 11