Ochrona środowiska a oszczędzanie energii w budownictwie jednorodzinnym prof. Roman ULBRICH Katedra Inżynierii Środowiska Politechnika Opolska Konferencja dofinansowana ze środków Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej
DOM JEDNORODZINNY WOLNOSTOJĄCY E A = 160-250 kwh/(m 2 a) E A =80-120 kwh/(m 2 a) Konferencja dofinansowana ze środków Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej
PORÓWNANIE ENERGOCHŁONNOŚCI BUDYNKÓW E A kwh/m 2 a 1 l oleju opałowego = 10 kwh x 10-20 W. Feist, Niedrigenergiehaus, Mueller, Heidelberg 1998 Konferencja dofinansowana ze środków Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej
Zapotrzebowanie na ciepło 8 8 7 7 6 6 Moc cieplna, kw 5 4 Ogrzewanie Moc cieplna, kw 5 4 3 3 2 2 Ogrzewanie 1 1 0 Gorąca woda S L M K M C L S W P L G 0 Gorąca woda S L M K M C L S W P L G Dom tradycyjny Dom niskoenergetyczny
ZMIANA PROPORCJI W ZAPOTRZEBOWANIU NA CIEPŁO 80 70 60 50 40 30 0 10 20 DOM ENERGOOSZCZĘDNY DOM TRADYCYJNY ogrzewanie ciepła woda gotowanie światło energia elektryczna wentylacja
Działania pro oszczędnościowe elektrownie jądrowe wyniki analizy w Europie nie wiem mikrogeneracja kotły węglowe kotły gazowe kotły na biomasę urządzenia AGD termomodernizacja wiatraki kolektory sloneczne 0 10 20 30 40 50 60 wg A. Węglarz, Rola systemów ciepłowniczych, XV Forum Ciepłowników, Międzyzdroje 2011
Układ hybrydowy ogrzewania budynku
Porównanie kosztów jednostkowych produkcji ciepła, zł/kwh kolektory słoneczne węgiel kamienny olej opałowy gaz ziemny GZ 50 gaz płynny - propan miejska sieć ciepłownicza energia elektryczna 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Konferencja dofinansowana ze środków Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej
Podstawa do obliczeń kosztów jednostkowych na ciepło M. Zawadzki, Kolektory słoneczne, pompy ciepła na tak, Ekologia, Warszawa 2003
JAK OBLICZAĆ DYLEMATY wg N. Szmolke, Opole 2010 + XV Forum Ciepłowników 2011 Konferencja dofinansowana ze środków Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej
Podgrzewanie wody - czajnik na gazie - izolowany podgrzewacz elektryczny V. Quaschning, Regenerative Energiesysteme, Carl Hanser Verlag München,. Wien 1998
Wspieranie odnawialnych źródeł energii Metodologia obliczania charakterystyki energetycznej budynku, Rozporządzenie Ministra Infrastruktury, Dz. U. nr 201, poz. 1240, 2008
Przykład: dom szeregowy E = 60 100 kwh/(m 2 a) oddziaływanie na środowisko biomasa węgiel kam.
A koszty ogrzewania? Zał. pow. ogrzewana 120 m 2 Biomasa: pelety po 750 zł/t Wd = 17 GJ/t = 4 720 kwh/t Zapotrzebowanie na energię końcową Q k = 13 980 kwh/rok Zużycie paliwa ok. 3 t Koszt 2 250zł
A koszty ogrzewania? Zał. pow. ogrzewana 120 m 2 Paliwo: węgiel kam. po 700 zł/t Wd = 26 GJ/t = 7 220 kwh/t Zapotrzebowanie na energię końcową Q k = 13 980 kwh/rok Zużycie paliwa ok. 1,9 t Koszt 1 330 zł
OPŁACALNOŚĆ Konferencja dofinansowana ze środków Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej
Opłacalność inwestycji - wskaźniki efektywności inwestycji CF Rachunek prosty NPV SPBT NPV Nakłady inwestycyjne DPBT Dyskontowanie wartości T czas
Warianty inwestycyjne CF A B C NPV Konw. D T czas Nakłady inwestycyjne Oszczędności Efekt OZE A Niskie Wysokie 1 - B Wysokie Wysokie 2 OZE C Niskie Niskie 3 Konw. D Wysokie Niskie D -
Parametry wpływające na wybór systemu grzewczego wielkość budynku energochłonność budynku nakłady inwestycyjne dla źródła ciepła ceny (i ich relacje) nośników energii sprawność urządzeń warunki pozyskania dotacji, pożyczek
Obliczenia jednostkowego kosztu ciepła N=20-30kW, Q=25000 kwh wg M. Rubik, Pompy ciepła w systemach geotermii niskotemperaturowej, Multico, Warszawa 2011
Jednostkowy koszt energii zł/mj Jednostkowy koszt energii zł/mj M J M J M J M J / z l z l z l z l E l p k η 1 E η l p η k Q l p η k k a z u a u u z a u z c + = + = + = gdzie: η u sprawność energetyczna źródła ciepła p roczna stopa obsługi nakładów inwestycyjnych l nakłady inwestycyjne na źródło ciepła, zł Q a roczne zużycie ciepła, MJ/a E a roczne zużycie energii zasilającej, MJ/a
Orientacyjne koszty instalacji i urządzeń do ogrzewania budynku jednorodzinnego o zapotrzebowaniu na moc cieplną 15-30 kw Rodzaj urządzenia lub instalacji Koszt (zł) Instalacja c.o. (grzejniki, rury, zawory, robocizna) 15000-20000 Grzejnik elektryczny o mocy 2 kw ok. 500 Kocioł na paliwo stałe ( węgiel, drewno) ok. 2000 Elektryczny piec akumulacyjny o mocy 2 kw z dynamicznym rozładowaniem ok. 2000 Kocioł gazowy (na gaz ziemny lub płynny) 3000-10000 Kocioł olejowy 6000-12000 Kocioł na paliwo stałe (węgiel ekogroszek lub pellety) z automatycznym podawaniem paliwa 5000-12000 Kominek z płaszczem wodnym 10000-13000 Sprężarkowa pompa ciepła (kompletna instalacja) 30000-70000
Charakterystyka nośników energii Nośnik energii i sprawności wytwarzania ciepła Wartość opałowa Jednostkowy koszt nośnika Rodzaj źródła ciepła i sprawność eksploatacyjna Roczny koszt ogrzewania zł/a Gaz ziemny 9,7 kwh/m 3 1,8 zł/m 3 kocioł kondens. 4716 0,85 Olej opałowy 10 kwh/dm 3 2,9 zł/m 3 kocioł kondens. 7830 0,85 Węgiel kostka 3120 ekogroszek 7,5 kwh/kg 650 zł/t kocioł 0,6 Koks gruby 8,1 kwh/kg 770 zł/t kocioł 0,65 3159 Biomasa pellet 5,42 kwh/kg 600 zł/t kocioł 0,6 2658 Gaz płynny 6,6 kwh/dm 3 2,37 zł/dm 3 kocioł 0,85 9125 Energia Elektryczna (tar. G11) - 0,4 zł/kwh pompa ciepła, 3,5 2469
ANALIZA WARIANTOWA RÓŻNE ŹRÓDŁA CIEPŁA 2005 Daane DANFOSS wg M. Rubik, Pompy ciepła w systemach geotermii niskotemperaturowej, Multico, Warszawa 2011
Charakterystyka ogrzewanego budynku jednorodzinnego Wielkość Jednostka Wartość miary Ogrzewana powierzchnia m 2 150 Średnia wysokość pomieszczeń m 2,6 Jednostkowe zapotrzebowanie na moc W/m 2 50 Zapotrzebowanie na moc do kw 7,5 ogrzewania Jednostkowe zużycie ciepła do kwh/(m 2 a) 120 ogrzewania Roczne zużycie ciepła do ogrzewania kwh/a 18000 Liczba mieszkańców - 4 Obliczeniowe zużycie c.w.u. dm 3 /(osob. d) 55 Roczne zużycie c.w.u. m 3 80 Roczne zużycie ciepła do kwh/a 3600 przygotowania c.w.u. Całkowite, roczne zużycie ciepła kwh/a 21600
Porównanie rocznych kosztów ogrzewania wolnostojącego budynku jednorodzinnego Rodzaj urządzenia Jednostkowy Wartość Sprawność Jednostkowy Roczny koszt grzewczego i nośnika koszt nośnika Opałowa urządzenia koszt ciepła ogrzewania energii energii (%) zł/kwh zł/a Kominek (drewno kominkowe liściaste) 130 zł/m 3 15 MJ/kg 70 0,074 1850 Kocioł węglowy (węgiel ekogroszek) 425 zł/t 26 MJ/kg 65 0,106 2654 Pompa ciepła (taryfa całodobowa G11) 0,38 zł/kwh - 360 0,105 2638 Kocioł na brykiety drzewne 18 MJ/kg 400 zł/t 70 0,116 2900 Kocioł na gaz ziemny 1,12 zł/m 3 35 MJ/ m 3 85 0,135 3388 Kocioł (pellety) 550 zł/t 18 MJ/kg 70 0,160 4000 Kocioł na olej opałowy lekki 2,50 zł/dm 3 42 MJ/ dm 3 85 0,252 6300 Energia elektryczna (taryfa nocna G12 0,75 zużycia, 0,27 zł/kwh - 100 0,27 6750 reszta taryfa dzienna) Kocioł na gaz płynny 3,31 zł/kg 46 MJ/kg 85 0,305 7624 Energia elektryczna (taryfa całodobowa G11) 0,38 zł/kwh - 100 0,380 9500
Roczny koszt ogrzewania Energia elektryczna (taryfa całodobowa G11) Kocioł na gaz płynny rodzaj urządzenia Energia elektryczna (taryfa nocna G12 0,75 zużycia, reszta taryfa dzienna) Kocioł na olej opałowy lekki Kocioł (pellety) Kocioł na gaz ziemny Kocioł na brykiety drzewne Pompa ciepła (taryfa całodobowa G11) Kocioł węglowy (węgiel ekogroszek) 0 2000 4000 6000 8000 10000 Kominek (drewno kominkowe liściaste)
ANALIZA WARIANTOWA 2010 Wg T. Kozak, A. Majchrzycka, An integrated heating systems fo an individual house, Heat Transfer and RSE, Szczecin 2010
Kocioł, kolektor, pompa ciepła??? Q w = 4 063 kwh/a 2 1 Q = 44 606 kwh/a 3 1 Kocioł gazowy 2 Kolektor słoneczny 3 Gruntowa pompa ciepła
Koszt zakupu 4 warianty Koszt zakupu, zł 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 63188 53988 13567 4367 1 1+2 1+3 1+2+3
Koszt eksploatacji 4 warianty Roczny koszt eksploatacji, zł/a 7200 7000 6800 6600 6400 6200 6000 5800 7063 6658 6367 6343 1 1+2 1+3 1+2+3
Jednostkowy koszt ciepła 4 warianty Jednostkowy koszt ciepła, zł/gj 140 120 100 80 60 40 20 0 126,2 127,5 43,57 48,21 1 1+2 1+3 1+2+3
UWAGA RACHUNKI Przed inwestycją (dwufunkcyjny piec gazowy): 1 m-c sierpień - 49 + 177 = 226 zł (22%) Po inwestycji - (+ kolektor słoneczny): 1 m-c sierpień - 53 + 32 = 85 zł (62%) opłata stała - 49,22-53,14 zł Wydłuża okres zwrotu inwestycji!!!
DOM PASYWNY Konferencja dofinansowana ze środków Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej
Warianty inwestycyjne dom w technologii ISOMAX CF EKSPL A Max NPV B C INVEST Konw. OZE D Nakłady inwestycyjne T czas Oszczędności A Niskie Bardzo wysokie Efekt 1 - B Wysokie Wysokie 2 OZE C Niskie Niskie 3 Konw. D Wysokie Niskie D -
Dom pasywny w Turawie - 2003 E A =12 kwh/(m 2 a)
Prosty kolektor poddachowy
Bariera termiczna w ścianie
Straty ciepła x 6
Każdy sposób jest dobry!
Wymiennik ciepła rura w rurze Turawa Wymiennik ciepła dla powietrza -Turawa
Gruntowy magazyn ciepła Turawa
Rozkład temperatury w ścianie t e t i t = ok. 9 o C w styczniu
Gogolin
Czarnowąsy
Dworek pod Warszawą
Skromny domek pod Warszawą
Także Opolski Dom!!! Materiały Stowarzyszenia Opolski Dom