Archiwa tagu: węzeł cieplny

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.

Układ grzewczy typu węzeł cieplny – pompa ciepła

Jednym z ciekawych rozwiązań wykorzystywanych w praktyce w instalacji ogrzewania jest układ typu węzeł cieplny- pompa ciepła. Układ ten może być zastosowany w budynkach , których jest wielu właścicieli lub podmiotów wynajmujących pomieszczenia. Najczęściej są to wielkopowierzchniowe galerie lub inne budynku wielofunkcyjne.

Opis układu instalacji

Pierwszym urządzeniem jest węzeł cieplny o sprawności nH,g,1= 0,98 podłączony do ciepłowni lub elektrociepłowni. Współczynnik nakładu na ciepła sieciowego wynosi wH,1 = 0,65 ponieważ, ciepłownia lub elektrociepłownia spala zarówno węgiel kamienny jak biomasę.

Następnie ciepło rozprowadzane jest przewodami c.o. do poszczególnych pomieszczeń (boxów), dla których zainstalowane są pompy ciepła zasilane energią elektryczną (wH,2 = 3,00) o sprawności nH,g2 = 4.0. Liczba pompa ciepła zależy od ilości, wielkości pomieszczeń lub ich grup i może przekraczać nawet 20 sztuk. Na końcu układu , w każdym pomieszczeniu (lub grupie pomieszczeń) ciepło rozprowadzane jest za pomocą wentylatorów. W ten sposób, każdy właściciel lub najemca może regulować temperaturę i ponosić rzeczywiste (w nie wspólne) koszty ogrzewania lokalu

Obliczenie końcowej wartości współczynnika nakładu wH oraz końcowej sprawności nH,g:

wH = wH,1 * wH,2 = 0,65 * 3,0 = 1,95

nH,g = nH,g,1 * nH,g,2 = 0,98 * 4,00= 3,92

Powyższe wartości należy wstawić lub obliczyć bezpośrednio w programie ArCADia-TERMO, korzystając z wbudowanego kalkulatora dostępnego w każdym polu liczbowym, rys.1

Na rysunku 1 przedstawiono konfigurację źródła ciepła w programie ArCADia-TERMO.

Należy zwrócić uwagę, że wybrano rodzaj paliwa Ciepło sieciowe z kogeneracji – Węgiel kamienny, choć paliwami dla całego systemu grzewczego jest ciepło sieciowe jak i energia elektryczna, zasilająca pompy ciepła. Wybór paliwa Energia elektryczna- sieć elektroenergetyczna systemowa– nie byłby w tym przypadku szczęśliwym rozwiązaniem ( chociaż nie miałby wpływu na wynik), ponieważ mógłby wskazywać, że jest to układ pompa ciepła – węzeł cieplny, czyli układ ( ekologiczny), w którym pierwszym urządzeniem jest pompa ciepła, a nie węzeł cieplny.

Definiując rodzaj paliwa dla tego układu należy wybrać system Konwencjonalny (rys. 2) pomimo, że jest pompa ciepła. Dlatego, że źródłem ciepła dla pompy ciepła jest energia konwencjonalna jaką jest ciepło sieciowe wytworzone w ciepłowni lub w elektrociepłowni , a nie ciepło pobrane z otoczenia. Stąd wskaźnik Uoze = 0, a wzory podane w rozporządzeniu MIiR do obliczenia Uoze dla pomp ciepła nie będą miały zastosowania – po prostu rozporządzenie nie przewidziało takiej sytuacji.

Jeżeli jednak zadaniem pomp ciepła jest odzysk ciepła pochodzącego z zysków wewnętrznych w celu dogrzania pomieszczeń, to wtedy układ będzie ekologiczny i wartość Uoze będzie dodatnia.

wezel_pompa
Rysunek 1. Konfiguracja źródła ciepła dla układu typu węzeł cieplny- pompa ciepła

 

baza
Rysunek 2. Wybór Konwencjonalnego rodzaju energii

Jeśli chodzi o urządzenia pomocnicze, to należy uwzględnić zarówno pompy obiegowe jak i wentylatory.

Do wytworzenia chłodu można stosować wieże chłodnicze współpracujące z tymi samymi pompami ciepła.

Podsumowanie

Przedstawione rozwiązanie warto poznać, ponieważ z pewnością będzie coraz częściej stosowane, choć wymaga ono zastosowania pomp ciepła o wysokiej sprawności, aby cały układ był opłacalny ekonomicznie.

Możliwość wykonania obliczeń, dla tak skomplikowanego przypadku potwierdza wielką siłę i uniwersalność programu ArCADia-TERMO.