Archiwa tagu: OZE

Audyt – obliczanie Uoze po modernizacji dla dwóch źródeł ciepła

Audyt – obliczanie Uoze po modernizacji systemu ogrzewania dla węzła cieplnego i pompy ciepła

Ogólny wzór, pozwalający wykonać obliczenia w audycie energetycznym i remontowym wskaźnika Uoze został podany w rozp. MIiR z lutego 2015 r. dotyczącego świadectw energetycznych i jest następujący:

Uoze = [(Qk,H,oze + Qk,W,oze + Qk,Coze + Qk,Loze + Eel,pom,oze)/Qk ] * 100 %

Wiadomo jednak z najnowszego rozp. MIiR dotyczącego audytów z dnia 03.09.2015 r. , że w audycie energetycznym i remontowym nie wykonuje się obliczeń dla systemu chłodzenia, instalacji oświetlenia oraz  dla energii zasilającej urządzenia pomocnicze. Dlatego składniki: Qk,Coze = Qk,Loze = Eel,pom,oze = 0.

Stąd, poniższy wzór przybierze następującą postać:

Uoze = [(Qk,H,oze + Qk,W,oze ) / Qk ] * 100 %    

Teraz przejdźmy do praktycznego przykładu.

Przykład

W wielorodzinnym budynku zaplanowano przeprowadzenie modernizacji systemu ogrzewania , polegającej na zastosowaniu, obok dwufunkcyjnego węzła cieplnego zasilanego ciepłem sieciowym z elektrociepłowni, także pompy ciepła. Naszym głównym celem będzie obliczenie wskaźnika udziału energii odnawialnych Uoze oraz średnich wartości cząstkowych sprawności źródła ciepła i zapotrzebowania na ciepło po zakończeniu modernizacji instalacji c.o.

Dane początkowe

Q0,co = 900 GJ – całkowita energia użytkowa przed modernizacją przeznaczona na cele grzewcze.

Oznaczenia:

cyfra 1 – znajdująca się jako ostatni indeks symbolu oznacza węzeł cieplny, np. Qk,H,oze,1

cyfra 2 – znajdująca się jako ostatni indeks symbolu oznacza pompę ciepła, np. Qk,H,oze,2

Tabela 1. Parametry źródeł ciepła

Nazwa źródła energii Zakładany udział procentowy źródła ciepła Sprawność wytwarzania
Węzeł cieplny   x1,co,1  = 15 % η1,co,1 = 0,99
Pompa ciepła       x1,co,2  = 85 % η1,co,2 = 4,00
Wspólne sprawności dla obu źródeł ciepła Sprawności instalacji
Regulacji i wykorzystania η1,H,e = 0,88
Przesyłu η1,H,d = 0,80
Akumulacji η1,H,s = 1,00

 

Najpierw trzeba wykonać obliczenia zapotrzebowania na energię końcową dla pompy ciepła Q1,co,1 i dla węzła cieplnego Q1,co,2  .

Korzystając ze wzoru na  sprawność całkowitą η1,H,tot = η1,H,g * η1,H,e * η1,H,d * η1,H,s mamy

η1,H,tot,1   = 0,99 * 0,88 * 0,80 * 1,00 = 0,70 – dla węzła cieplnego

η1,H,tot,2   = 4,00 * 0,88 * 0,80 * 1,00 = 2,82 – dla pomy ciepła

Teraz można obliczyć zapotrzebowanie na całkowitą energię końcową po modernizacji Q1,co   lub Qk,H. Jest to suma energii końcowej dla węzła cieplnego Q1,co,1 oraz pomy ciepła Q1,co,2 , obliczonych według poniższych wzorów:

Q1,co,1 = Q0,co* x1,co,1 / η1,H,tot,1 = 900 * 0,15/0,70 = 192,86 GJ/rok

Q1,co,2 = Q0,co* x1,co,2 / η1,H,tot,2 = 900 * 0,85/2,82 = 271,28 GJ/rok

Qk,H = Q1,co = Q1,co,1+ Q1,co,2 = 192,86 + 271,28= 464,14 GJ/rok

Pamiętając nasz wzór:

Uoze = [(Qk,H,oze + Qk,W,oze ) / Qk ] * 100 %

trzeba teraz obliczyć wartości:   Qk,H,oze, Qk,W,oze i Qk, wiedząc, że.

Qk,H,oze = Qk,H,oze,1 + Qk,H,oze,2

Qk,W,oze = Qk,W,oze,1 + Qk,W,oze,2

Qk = Qk,H + Qk,W 

Uwaga!

Ze względu na charakter blogu i jego ograniczony rozmiar, wykonajmy obliczenia zakładając, że w budynku nie ma instalacji ciepłej wody użytkowej. Nie jest to zresztą żaden problem, ponieważ sposób obliczeń wskaźnika Uoze z uwzględnieniem c.w.u. jest identyczny jak dla systemu ogrzewania. Dlatego w dalszych obliczeniach przyjmiemy że:

Qk = Qk,H + Qk,W = Qk,H + 0 = Qk,H

Dla ciepła sieciowego z elektrociepłowni opalanej węglem Qk,H,oze,1 = 0, ponieważ dominującym paliwem jest węgiel kamienny, czyli energia nieodnawialna.

W przypadku pompy ciepła paliwem również w naszym przypadku jest energia nieodnawialna jaka jest energia elektryczna systemowa, ale ustawodawca słusznie zrobił tutaj wyjątek i uwzględnił tylko pompy ciepła o sprawności ηH,g > 1 jako urządzenia wykorzystujące w dużym stopniu energię odnawialną, jaką jest np. naturalne ciepło gruntu, wody czy powietrza.

Można się spytać, a co w takim razie należy zrobić jeśli sprawność pompy ηH,g <=1? Gdyby zaistniała taka sytuacja, to wtedy Qk,H,oze,2 =0, co oznacza, ze taka pompa nie może być potraktowana jak urządzenie ekologiczne, choćby nawet korzystała z darmowego ciepła zewnętrznego.

Ponieważ pompa w naszym przykładzie ma sprawność ηH,g =4,00 , dlatego możemy z powodzeniem, zastosować podany w rozporządzeniu wzór dla pompy ciepła o sprawności > 1, zasilanej energią elektryczną systemową:

Qk,H,oze,2 = Qk,H,2 * (1 – 1/ ηH,g)

Teraz tylko należy obliczyć energii końcowej Qk,H,1 wytworzonej przez  pompę ciepła:

Qk,H,2 = Q0,co * x1,co,2 / η1,H,tot,2

Sprawność całkowita instalacji c.o. z pompą ciepła o sprawności ηH,g,2= 4,00 po modernizacji wynosi:

η1,H,tot,2 = ηH,g,2 * η1,H,e,2 * η1,H,d,2 * η1,H,s,2 = 4,00 * 0,88 *0,80 * 1,00 = 2,82.

Teraz podstawiając mamy:

Qk,H,2 = Q0,co * x1,co,2 / η1,H,tot,2 = 900 GJ/rok *  0,85 / 2,82= 271,28 GJ/rok

Stąd:

Qk,H,oze,2   = Qk,H,2 * (1 – 1/ ηH,g,2)  = 271,28  GJ/rok * (1 – 1/ 4,0) =

= 271,28  * 0,75= 203,46 GJ/rok

Podstawiając do wzoru na Uoze (bez uwzględnienia c.w.u.) mamy:

Uoze = [(Qk,H,oze + Qk,W,oze ) / Qk ] * 100 %  =

= [(Qk,H,oze + 0) / Qk ] * 100 %

Ponieważ Qk,H,oze = Qk,H,oze,1 + Qk,H,oze,2 =  0 + 203,46 GJ/rok , to

Uoze = [Qk,H,oze / Qk ] * 100 % = (203,46/ 464,14* 100 %= 43,83 %

Aby potwierdzić prawidłowość obliczeń należy w programie ArCADia-TERMO w etapie Ogrzewanie

Należy zamienić 900 GJ na kWh w następujący sposób:

QH,nd = 900 GJ * 277,78 =  250 000 kWh,

potem utworzyć jedną strefę cieplną, której zapotrzebowanie za energię użytkową do ogrzewania wyniesie  250 000 kWh.

5-Qhnd

Rysunek 1.Ogrzewanie i wentylacja QH,n=900 GJ=250 000 kWh

5-zrodla

Rysunek 2. Dwa źródła ciepła

 

5-pompa

Rysunek 3. Parametry instalacji c.o. z pompą ciepła

 5-weze1

Rysunek 4. Parametry instalacji c.o. z węzłem cieplnym

5-Uoze

Rysunek 5. Obliczona wartość Uoze w programie ArCADia- TERMO

 

Obliczona wartość Uoze w programie ArCADia- TERMO wynosi 43,78 % (rys. 5) i jest mniejsza o 0,05% od obliczonej wartości ręcznie (43,83 %), co jasno wskazuje, że różnica wynika tylko z dokładności wykonanych obliczeń.

Pompy ciepła w systemie chłodzenia a Uoze

Pompy ciepła w systemie chłodzenia, a obliczenia Uoze

W projekcie rozporządzenia w sprawie metodologii wykonywania świadectw energetycznych z dnia 19 grudnia 2014 r. podano tylko jeden typ pomp ciepła w systemie chłodzenia. Jest to rewersyjna pompa ciepła typu solanka/woda z wymiennikiem gruntowym jako dolnym źródłem ciepła, wyposażona w funkcję chłodzenia pasywnego (tylko dla trybu chłodzenia) o bardzo wysokiej sprawności SEER = 10,0 w przypadku, gdy urządzenie to jest jedynym źródłem chłodu w przestrzeni chłodzonej, którą można przyjąć tylko wtedy gdy jest to tylko jedyne urządzenie chłodzące dane pomieszczenie lub grupę pomieszczeń.

Ponieważ jest to maksymalna sprawność dla tego typu urządzeń, dlatego zawsze powinno się podawać sprawność podaną przez producenta danego urządzenia chłodniczego, szczególnie wtedy gdy jest ona mniejsza od podanej w rozporządzeniu MIiR.

Wielu certyfikatorów może postawić pytanie: Czy i w jaki sposób można uwzględnić innego typu pompy ciepła niż np. rewersyjna pompa ciepła typu powietrze/woda.

Odpowiedź brzmi: Tak – powinno się uwzględniać pompy innego typu, chociaż w rozporządzenie nic na ten temat nie jest napisane.

Idąc dalej, warto zadać kolejne pytanie czy inne urządzenia chłodnicze jak na przykład klimatyzatory, sprężarki spiralne czy śrubowe są urządzeniami wykorzystującymi odnawialną energię, skoro ich sprawność (wskaźnik SEER ) często oscyluje w granicach od 3,0 do 5,4.

Co oznacza, że do wytworzenia chłodu kilkakrotnie więcej energii ze źródeł odnawialnych takich jak woda, grunt, powietrze czy z ciepła odpadowego niż z konwencjonalnych, używanych do napędu i sprężania czynnika chłodniczego.

Termin „pompa ciepła” używany jest też przez producentów do określania np. klimatyzatorów oraz systemów multisplit typu VRV oraz VRF np.

Pompa ciepła typu SPLIT wykorzystuje ciepło z powietrza zewnętrznego do produkcji ciepła lub chłodu dla potrzeb ogrzewania/chłodzenia budynku oraz podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Budowa pompy ciepła typu SPLIT opiera się o zastosowanie dwóch jednostek: zewnętrznej i wewnętrznej, połączonych obiegiem chłodniczym.

Często, sprawność pomp ciepła jest mniejsza od w stosunku do średniej sprawności obliczonej wtedy, gdy pompa pracuje w systemie ogrzewania. Chociaż jest wiele przypadków, gdy wartość średniego sezonowego współczynnika efektywność energetycznej wytwarzania chłodu SEER jest często większa od wartość średniego sezonowego współczynnika efektywność energetycznej wytwarzania ciepła SCOP.

Użytkownicy programu ArCADia-TERMO mogą zdefiniować własne pompy ciepła pracujące w trybie chłodzenia i określić je jako urządzenia pobierające cześć energii odnawialnej ( rys.1), klikając na przycisk Baza dla Rodzaju systemu chłodzenia (rys. 2).

Dzięki temu wartości ich sprawności zostanie uwzględniona do obliczenia wskaźnika udziału energii odnawialnej Uoze, rys.3.

1_pompa

Rysunek 1. Definiowanie pompy ciepła typu powietrze/woda dla systemu chłodzenia w programie ArCADia-TERMO

1a_pompa

Rysunek 2. Ustawienia parametrów zdefiniowanej pompy ciepła typu powietrze/woda w programie ArCADia-TERMO

1b_Uoze

Rysunek 3. Wskaźnik Uoze na pierwszej stronie świadectwa energetycznego w programie ArCADia-TERMO

Ponieważ praktyczne wszystkie urządzenia do produkcji chłodu pracują jak pompa ciepła, w oparciu o energię odnawialną, dlatego zawsze mają wpływ na wskaźnik Uoze. Jedynym wyjątkiem są urządzenia do produkcji chłodu o wartości SEER <= 1,00, ponieważ dla tych urządzeń obliczanie Uoze nie ma sensu (Uoze < 0,00).

Warto dodać, że najnowszym projekcie rozporządzenia MIiR z dnia 19 grudnia 2014 r. został poprawiony wzór (nr 100) do obliczeń Uoze dla pomp ciepła działających w systemie ogrzewania, c.w.u i chłodzenia, co jak widać ma duże znacznie w dla wszystkich urządzeń przeznaczonych do wytwarzania chłodu.

Oczywiście, dla pomp ciepła zasilanych energię elektryczną pochodząca od ogniw fotowoltaicznych wartosc Uoze wynosi 100%, bez względu na współczynnik sprawności pompy.

Podsumowanie

  • Pomimo, że rozporządzenie MIiR określa tylko jeden rodzaj pomp ciepła z funkcją chłodzenia, to jednak trudno dopatrywać się jakiś formalnych przeszkód zabraniających uwzględnienia innych typów pomp ciepła.
  •  Prawie wszystkie urządzenia do produkcji chłodu mają wpływ na wartość wskaźnika Uoze.
  • Korzystając z programu ArCADia-TERMO można definiować dowolne pompy ciepła z funkcją np. chłodzenia i określić w jaki sposób (wzór) mają być te urządzenia uwzględniane w obliczeniach Uoze.

Wskaźnik Uozo – czyli błędy się zdarzają w rozporządzeniach

Wskaźnik Uozo – czyli błędy się zdarzają w rozporządzeniach

Niestety w każdym rozporządzenu zdarzają się błędy. Kilka dni temu poinformowaliśmy Ministesrtwo Infrastruktury i Rozwoju o tej sytuacji i mam skromną nadzieję, że do dnia wejścia w życie nowego, czyli do 3 października 2014 roku zostane opublikowana odpowiednia poprawka. Jest to tym bardziej ważne, że wartość wskaźnika udziału odnawialnych źródeł energii w rocznym zapotrzebowaniu na energię końcową Uoze znajduje się na pierwszej stronie świadectwa charakterystyki energetycznej, co oznacza, że jest to ważna informacja, która w przyszłości będzie przetwarzana przez Informatyczny System Rejestracji Świadectw Energetycznych.

Problem polega na tym, że obliczona wartość Uoze może przyjmować dowolne wartości, zarówno ujemne np. -18,59% jak i powyżej 100% czyli np. 250%. Przy czym wiadomo, że prawidłowe wartości udziału procentowego powinny zawsze być w przedziale od 0% do 100%.

Poniżej znajduje się wyjaśnienie tego błędu i podanie jego praktycznego rozwiązania, które proponuję zastosować :

Podany na stronie 53 ogólny wzór (numer 100) do obliczenia udziału odnawialnych źródeł energii w rocznym zapotrzebowaniu na końcową energię końcową UOZE ma nastepującą postać:

Rys_9_1_Uoze

O ile sam wzór na obliczenie Uoze jest poprawny dla odnawialnych jak i tradycyjnych nieodnawialnych źródeł ciepła, to w przypadku pomp ciepła sytuacja jest inna, co wynika bezpośrednio z dodatkowych wzorów podanych w Rozporządzeniu, które są błędne. Błąd ten został odkryty przez pracowników Działu Testowania Programów podczas standardowej procedury testowania algorytmów programu ArCADia-TERMO 6, stosowanej każdorazowo przed wypuszczeniem na rynek nowej kolejnej wersji.

Problem polega na błędnych wynikach Uoze w przypadku zastosowania pomp ciepła w systemie ogrzewania, ciepłej wody lub chłodzenia.

Gdy zastosowan pompy ciepła, wtedy trzeba (zgodnie z Rozporządzeniem) korzystać z dodatkowych wzorów, znajdujących się na dole tabeli podanej na stronie 53 Rozporządzenia.
Niestety wtedy otrzymane wyniki są nierealne (nielogiczne) i to, zarówno wtedy gdy paliwem dla pomp ciepła jest energia nieodnawialna (np. prąd elektryczny z elektrowni lub gaz) jak i wtedy gdy paliwem jest energia odnawialna ( np. fotowoltaika).

Przypadek A.
Gdy paliwem jest energia odnawialna (np. fotowoltaika), to wtedy te 3 wzory dla pomp ciepła nie mają po prostu zastosowania, ze względów oczywistych. Chodzi wzór ( np. w systemie ogrzewania):
Rys_9_2_QkHoze

I wtedy powinno się do obliczenia wartość Uoze bezpośrednio korzystać ze wzoru numer 100, podstawiając wartość zero, czyli np. dla ogrzewania Qk,H,oze = 0.

Przypadek B. Gdy paliwem dla pomp ciepła jest energia nieodnawialna np. systemowa energia elektryczna, to obecnie otrzymujemy wyniki opisane w przykładzie 1:

Przykład 1 . Paliwo dla pomp ciepła – energia nieodnawialna ( gaz lub prąd elektryczny systemowy)

Jeżeli dla uproszczenia założymy (choć nie ma to żadnego znaczenia), że mamy tylko system ogrzewczy bez urządzeń pomocniczych to:

Rys_9_3_Qk,woze

Ponieważ mamy pompę ciepła, to musimy skorzystać ze wzoru podanego na dole w tabeli na stronie 53:

Rys_9_4_QH,woze

i ostatecznie mamy:

Rys_9_5_Uoze

Gdy nie ma żadnych strat w instalacji, to dla pompy ciepła hH,g = 3,0 i hH,tot =3,0, stąd:

Rys_9_6_Uoze

Czyli udział odnawialnych źródeł energii w rocznym zapotrzebowaniu na końcową energię końcową wynosi 200%, czyli jest nawet większy od 100%. A przecież 100% oznacza, że cała energia jest energią odnawialną. A my, otrzymaliśmy wynik dwa razy lepszy! choć pompa ciepła zużywa   energie odnawialną! Wynikałoby, że nieekoloficzne źródło ciepła jakim jest pompa ciepła jest dwukrotnie bardziej ekologicznym źródłem ciepła niż np. darmowa energia słoneczna, co trudno uznać za słuszne.

Dlatego proponuję w następujący sposób zmodyfikować zapisy i same 3 wzory dla pomp ciepła :

Rys_9_7_Uoze

Treści podane w nawiasach klamrowych można oczywiście pominąć.

Przykład 2
Dla nowego wzoru mamy:

Rys_9_8_Uoze

Gdy nie ma żadnych strat w instalacji, to dla pompy ciepła mamy np. hH,g = 3,0 i hH,tot =3,0 , stąd:

Uoze = (1-1/hH,g) × 100% = (1-1/3,0) ×100% = 2/3 ×100% = 66,7%
Aby sprawdzić czy powyższy wynik jest prawidłowy, załóżmy że sprawność pompy ciepła wynosi 3.0. Oznacza to, że przy 1 kWh energii elektrycznej (nieodnawialnej) przeznaczonej na działanie pompy (sprężanie) otrzymuje w sumie 3 kWh ciepła, w tym 2 kWh ciepła jest darmowe (z energii odnawialnej), a więc: Qk,H,oze = 2 kWh, a

Qk, = Qk,H =3 kWh, stąd Qk,H,oze/ Qk = 2/3 = 66,7%, co wskazuje na słuszność nowych obliczeń.

Podsumowanie

1. Użytkownicy programu ArCADia-TERMO 6 nie muszą się martwić, ponieważ jak tylko zostanie opublikowana poprawka w tym zakresie do rozporządzenie, wtedy natychmiast zostanie to uwzględnione.

2. Gdyby jednak do tego czasu nic się w rozporządzeniu nie zmieniło, to rozważymy dodanie specjalnej opcji, uwzględniającej możliwość wyboru poprawnych obliczeń w przypadku zastosowania pomp ciepła, dostępnej w menu -> Ustawienia –> Opcje-> Certyfikat.