Zastosowanie pomp ciepła w świetle nowych warunków technicznych w 214, 217 i 221 r. oraz programu NF4 Instytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa Politechnika Wrocławska
Energochłonność budynków Ene
Czynniki kształtujące energochłonność budynków Bryła Lokalizacja Orientacja Wyposażenie instalacyjne Sposób eksploatacji Dom
Energochłonność budynków prawo i wytyczne Warunki techniczne jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie nowelizacja wymagań w 214, 217 i 212 roku Program Priorytetowy NFOŚiGW Efektywne wykorzystanie energii standard budynków NF15 i NF4 Program Priorytetowy NFOŚiGW Prosument wspieranie rozproszonych, odnawialnych źródeł energii
Energochłonność budynków wartości graniczne
Warunki Techniczne nowelizacje 214, 217 i 221 oraz NF4 Wartość graniczna U C(max), W/m 2 K III KONGRES PORT PC WT 28 WT 214 WT 217 WT 221 NF4 Ściana zewnętrzna,3,25,23,2,15 Podłoga na gruncie,45,3,3,3,2 Dach, stropodach,25,2,18,15,12 Okna pionowe 1,7-1,8 1,3 1,1,9 1, Okna połaciowe 1,8 1,5 1,3 1,1 1, Drzwi zewnętrzne 2,6 1,7 1,5 1,3 1,3 Rodzaj budynku Dom jednorodzinny EP wg WT 28 EP wg WT 214 EP wg WT 217 EP wg WT 221 Euco wg NF4 73 149,5 +ΔEP W 12 95 7 4
Energia użytkowa, końcowa i pierwotna w budynkach, kwh/m 2 rok III KONGRES PORT PC Energia pierwotna Energia końcowa Energia pomocnicza Energia użytkowa Automatyka Paliwo, energia Źródło Przewody Odbiornik straty energii straty energii straty energii sprawność sezonowa systemu η tot współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej w i
Energia użytkowa, końcowa i pierwotna znaczenie w WT III KONGRES PORT PC w i η tot EP Energia pierwotna EK Energia końcowa EU Energia użytkowa
Współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej w i Nośnik energii końcowej Współczynnik nakładu w i Gaz 1,1 Węgiel 1,1 Biomasa,2 Kogeneracja,8 Energia elektryczna 3, PV,7
Zastosowanie pomp ciepła napędzanych energią elektryczną w i η tot EP Energia pierwotna EK Energia końcowa EU Energia użytkowa
Analiza wariantowa Trzy typy budynków Standard wg WT 28, 214, 217, 221 i NF4 Dziewięć wariantów wyposażenie instalacyjnego Wyznaczenie EU, EK i EP Bud 1 parterowy Bud 2 piętrowy Bud 3 szeregowy
Warianty obliczeniowe 1. Kondensacyjny kocioł dwufunkcyjny, went. grawitacyjna. 2. Kondensacyjny kocioł dwufunkcyjny, układ solarny c.w.u., went. grawitacyjna. 3. Kondensacyjny kocioł dwufunkcyjny, układ solarny c.w.u., rekuperacja. 4. Kocioł na biomasę, zasobnik c.w.u., went. grawitacyjna. 5. PC glikol/woda (B/W), zasobnik c.w.u., went. grawitacyjna. 6. PC glikol/woda (B/W), zasobnik c.w.u., rekuperacja. 7. PC powietrze woda, rekuperacja, zasobnik c.w.u. 8. PC glikol/woda zasilana PV (system otwarty o zerowym bilansie w skali roku), zasobnik c.w.u., went. grawitacyjna. 9. PC glikol/woda zasilana PV (system wyspowy z pakietem akumulatorów).
Wariant went. 1/h EU EK EP EP max EU EK EP EP max EU EK EP EP max EU EK EP EP max Rodzaj n Źródło ciepła 5 Wg. WT28 Wg. WT214 Wg. WT217 Wg. WT221 Budynek 1: Parterowy dom jednorodzinny, 86 m 2, A/V e =,76 1.1 nat.. 2 157 173 21 126 14 165 118 132 156 18 122 144 1.2 nat. 2 157 271 181 126 238 145 118 23 135 18 352 123 1.3,6 132 245 159 12 213 121 94 25 111 85 327 11 1.4 nat. biomasa 2 157 229 62 126 213 54 118 182 52 18 168 49 1.5 nat. 2 156 53 159 148 126 43 129 12 118 41 122 95 18 39 118 7 1.6,6 132 48 146 12 39 119 94 35 16 85 34 14 1.7 PC p/w,6 132 54 163 12 44 131 94 39 118 85 38 114 1.8 +PV,6 132 48 34 12 39 27 94 35 25 85 34 24 1.9 +PVa,6 132 48 12 39 94 35 85 34 Budynek 2: Piętrowy dom wolnostojący, 172 m 2, A/V e =,41 2.1 nat.. 2 122 136 16 12 114 136 96 19 129 89 11 121 2.2 nat. 2 122 234 138 12 213 116 96 27 18 89 2 2.3,6 98 28 115 79 188 94 73 182 86 66 176 79 2.4 nat. Biomasa 2 122 178 51 12 158 46 96 142 42 89 14 42 2.5 nat. 2 122 43 131 117 12 37 112 12 96 35 17 95 89 33 11 7 2.6,6 98 38 115 79 33 98 73 31 93 66 26 8 2.7 PC p/w,6 98 42 127 79 36 17 73 34 11 66 29 87 2.8 +PV,6 98 38 27 79 33 23 73 31 22 66 26 18 2.9 +PVa,6 98 38 79 33 73 31 66 26 Budynek 3: Piętrowy dom w zabudowie szeregowej, 172 m 2, A/V e =,2 3.1 nat.. 2 12 116 137 87 119 83 95 114 77 89 17 3.2 nat. 2 12 214 117 87 197 97 83 193 92 77 187 87 3.3,6 8 189 95 66 174 77 62 17 72 57 165 67 3.4 nat. Biomasa 2 12 16 47 87 138 41 83 132 4 77 124 38 3.5 nat. 2 12 37 113 16 87 33 12 83 32 96 95 77 3 91 7 3.6,6 8 33 99 66 28 86 62 27 83 57 26 78 3.7 PC p/w,6 8 36 18 66 31 93 62 3 89 57 28 84 3.8 +PV,6 8 33 23 66 28 2 62 27 19 57 26 18 3.9 +PVa,6 8 33 dr inż. Piotr 66 Jadwiszczak 28 62 27 57 26
Wyniki EP, kwh/m 2 rok Budynek parterowy 25 Bud 1 parterowy - EP wg WT 28 2 Bud 1 parterowy - EP wg WT 214 2 15 EPmax 148 15 EPmax 12 5 21 181 159 62 159 146 163 34 5 165 145 121 54 129 119 131 27 k.biomasa w.nat PC p/w + PV + Pva k.biomasa w.nat PC p/w + PV + Pva 2 Bud 1 parterowy - EP wg WT 217 2 Bud 1 parterowy - EP wg WT 221 15 15 EPmax 95 EPmax 7 5 5 156 135 111 52 122 16 118 25 k.biomasa w.nat PC p/w + PV + Pva 144 123 11 49 118 14 114 24 k.biomasa w.nat PC p/w + PV + Pva
Wyniki EP, kwh/m 2 rok Budynek piętrowy 2 Bud 2 piętrowy - EP wg WT 28 15 Bud 2 piętrowy - EP wg WT 214 EPmax 12 15 EPmax 117 5 5 16 138 115 51 131 115 127 27 136 116 94 46 112 98 17 23 k.biomasa w.nat PC p/w + PV + Pva k.biomasa w.nat PC p/w + PV + Pva 15 Bud 2 piętrowy - EP wg WT 217 15 Bud 2 piętrowy - EP wg WT 221 EPWT 95 EPmax 7 5 5 129 18 86 42 17 93 11 22 121 79 42 11 8 87 18 k.biomasa w.nat PC p/w + PV + Pva k.biomasa w.nat PC p/w + PV + Pva
Wyniki EP, kwh/m 2 rok Budynek szeregowy 15 Bud 3 szeregowy - EP wg WT 28 EPmax 16 15 Bud 3 szeregowy - EP wg WT 214 EPmax 12 5 5 137 117 95 47 113 99 18 23 119 97 77 41 86 93 2 k.biomasa w.nat PC p/w + PV + Pva k.biomasa w.nat PC p/w + PV + Pva 15 Bud 3 szeregowy - EP wg WT 217 15 Bud 3 szeregowy - EP wg WT 221 EPmax 95 EPmax 7 5 5 114 92 72 4 96 83 89 19 17 87 67 38 91 78 84 18 k.biomasa w.nat PC p/w + PV + Pva k.biomasa w.nat PC p/w + PV + Pva
W pogoni za EP Spełnienie warunku U max nie gwarantuje spełnienia EP max Metodologia bardziej premiuje rozwiązania o niskim w i, niż te o wysokiej sprawności Biomasa jest obliczeniowo atrakcyjniejsza niż kocioł kondensacyjny czy pompa ciepła PC przegrywają przez wysoki w i = 3, dla energii elektrycznej, choć mają najniższe EK EP jest niezrozumiałe dla użytkownika, a EK mówi o kosztach Zastosowanie PC zasilanej wyspowym PV jest obliczeniowo najatrakcyjniejsze Zmiana współczynnika w i zmieni układ w stawce
Energia użytkowa, końcowa i pierwotna znaczenie praktyczne III KONGRES PORT PC w i η tot EP Energia pierwotna EK Energia końcowa EU Energia użytkowa
Standard NF4 analiza trzech budynków Euco, EU, EK i EP dla trzech analogicznych budynków w standardzie NF4, wariantowo zasilanych kotłem kondensacyjnym lub PC B/W. 14 12 EP 136 8 6 4 2 EUco 62 EU 99 EK 11 Bud 1 parterowy. EUco 25 EU 6 EK 71 Bud 2 piętrowy EP 92 EUco 18 EU 53 EK 64 Bud 3 szereg EP 84 EUco 62 EU 99 EK 38 Bud 1 parterowy PC EP 113 EUco 25 EU 6 EK 26 Bud 2 piętrowy PC EP 78 EUco 18 EU 53 EK 24 Bud 3 szereg PC EP 71
Standard NF4 spełnienie wymagań WT 16 14 12 EP 136 EPmax WT 214; 12 8 6 EP 92 EP 84 EP 113 EP 78 EP 71 EPmax WT 28; 16 EPmax WT 217; 9 EPmax WT 221; 7 4 EUco NF4; 4 2 EUco 4 Bud 1 parterowy. EUco 25 Bud 2 piętrowy EUco 18 Bud 3 szereg EUco 4 Bud 1 parterowy PC EUco 25 Bud 2 piętrowy PC EUco 18 Bud 3 szereg PC
Podsumowanie i wnioski 1. EP max wg WT 28 może osiągać wartości niższe niż w nowelizacji, co wynika to z rezygnacji uzależnienia wartości granicznych od A/V e 2. Możliwe jest spełnienie znowelizowanych wymagań WT odnośnie EP przy zastosowaniu obecnie standardowych rozwiązań instalacyjnych (np. budynek 3 wg WT 214:. + rekuperacja)
Podsumowanie i wnioski 3. Rachunkowo najatrakcyjniejsze są źródła energii o niskim współczynniku nakładu energii odnawialnej w i (biomasa, energia słoneczna, PV) oraz źródła energii o wysokiej sprawności wytwarzania ciepła (pompy ciepła). W obecnej metodologii obliczeń EP pierwszą grupę można uznać za uprzywilejowaną 4. Niedogodnością obliczeniową w wypadku PC jest wysoki w i dla energii elektrycznej. Wykorzystywanie zielonej energii elektrycznej, pochodzącej w całości lub częściowo z odnawialnych źródeł energii sprawi, że systemy te z łatwością będą spełniały, a nawet przewyższały wymagania EP max
Podsumowanie i wnioski 5. Krytycznym wskaźnikiem jest szczelność budynków n 5. Przy niskim zapotrzebowaniu ciepła nieszczelności odczuwane są intensywniej 6. Wentylacja mechaniczna z rekuperację w obliczu rosnących wymagań WT staje się koniecznością w nowoprojektowanych budynkach, choć nie może być traktowana jak lekarstwo na zbyt wysokie zapotrzebowanie energii.
Podsumowanie i wnioski 7. Bilans energetyczny budynków o niskim zapotrzebowaniu energii kształtowany jest przez wiele czynników. Konieczne jest projektowanie zintegrowane zapewnia takie rozwiązania. Programy priorytetowe NFOSiGW są próbą wprowadzenia dobrych praktyk projektowych i wykonawczych w tym zakresie 8. Wymagana jest indywidualna analiza energochłonności i kosztów eksploatacji jeszcze na etapie projektu. Wykorzystując elementy audytorskie warto sprawdzić, czy opłaca się jedynie wypełnić minimalne wymagania WT czy NF
Podsumowanie i wnioski 9. Nowelizacje wymagań WT 217 i 221 roku powinny skłonić branżę do bardziej kompleksowego podejścia do technologii grzewczej w Polsce: rozpatrywanie budynku jako złożonej całości i analizy wariantowe, świadome stosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła, uniemożliwienie stosowanie kotłów węglowych w nowych budynkach, zastosowanie kotów kondensacyjnych w budynkach spełniających jedynie U max nie gwarantuje spełnienia wymagań EP, wzrost atrakcyjności stosowania PC po wprowadzeniu klas energetycznych budynków w oparciu o zapotrzebowanie energii końcowej, wzrost i urealnienie znaczenia świadectw i klas energetycznych budynków w rynku obrotu nieruchomościami.
Dziękuję za uwagę piotr.jadwiszczak@pwr.edu.pl