Wzrasta świadomość Polaków dotycząca wyboru domu czy mieszkania. Coraz częściej nie tylko cena decyduje o wyborze ale również energooszczędne rozwiązania, które obniżają koszty użytkowania budynku. Wiele pracowni architektonicznych ma w swojej ofercie tego typu domy, a znani producenci materiałów budowlanych promują je w budownictwie.
Energia drożeje bez względu na zarobki nabywców. Koszty energii w ostatnich 10 latach wzrosły średnio o 6-8% rocznie. W 2000 roku cena gazu dla gospodarstwa domowego wynosiła 0,90 [zł/1m 3], a w już 2,41 [zł/1m3]. Prawdziwe problemy pojawią się jednak dopiero w najbliższych latach ze względu na uwolnienie cen energii, które ma nastąpić w naszym kraju w 2013 r. Zmiana ta ma wg. specjalistów spowodować wzrost cen o min. 30%. Dodatkowo analiza wykonana na przełomie lat 1957–2007 wykazała wzrost w skali światowej kosztów energii o 4000% przy jednoczesnym średnim wzroście wynagrodzeń jedynie na poziomie 200%.
W Polsce budynki zbudowane przed 1993 r zużywają znacznie więcej energii niż w krajach europejskich wybudowane w tych samych latach i jest to średnio 120–160 kWh/(m2·rok), natomiast w Niemczech zużycie to wynosi 55–100 kWh/(m2·rok). Sposobem ograniczania zużycia energii w budynkach jest zastosowanie odpowiedniej termoizolacji.
Energooszczędny dom to decyzja dla tych, którzy liczą się z pieniędzmi i nie chcą ich marnować przez długie lata
Standardowy dom w Polsce (150 -200m) rocznie zużywa od 120 – 160Kwh/m2, natomiast dom energooszczędny pozwala ograniczyć straty do poziomu 40 – 70Kwh/m2. Koszt budowy domu energooszczędnego, w zależności od wybranych rozwiązań, wynosi na ogół od kilku do ok. 12% kosztów obiektu standardowego. Wpływ na to ma: wykonanie solidnej izolacji ścian (podłóg, fundamentów i dachu), wyposażenie budynku w wentylację z rekuperatorem i gruntowym wymiennikiem ciepła oraz montaż specjalnych okien. Jest to jednak inwestycja, która się opłaca.
W domu jednorodzinnym o powierzchni 150 -200m można osiągnąć zmniejszenie zużycia energii od 10 000 do 16 000 kWh rocznie, co oznacza od 1800 do 6000zł oszczędności w zależności od wykorzystywanego paliwa.
Ważne jest odpowiednie dobranie grubości izolacji, która zależy od wartości współczynnika przenikania ciepła λ materiału izolacyjnego. Grubość izolacji dobiera się od 8 cm nawet do 20 cm w zależności od efektu jaki chce się uzyskać.
Przykład
Mamy ścianę konstrukcyjną z Silki i trzy grubości izolacji ze styropianu 5 cm 10 cm i 15 cm. Koszt budowy domu o powierzchni 200 m2 wynosi 500 tys. zł,
natomiast średnio koszt wykonania izolacji dla:
5 cm to 10 tysięcy
10 cm to 20 tysięcy
15 cm to 30 tysięcy.
Koszt ogrzewania domu za cały sezon grzewczy o grubości:
5 cm to 9 tys. zł/rok
10 cm to 7 tys. zł/rok,
15 cm to 4 tys. zł/rok.
Za 6 lat koszt ogrzewania plus koszt inwestycji będzie wynosił:
5cm to 10 tys. + 6·9 tys. = 64 tys. zł
10 cm to 20 tys. + 6·7 tys. = 62 tys. zł
15 cm to 30 tys. + 6·4 tys.= 54 tys. zł
Jeżeli wybierzemy trzecią opcję to zwrot inwestycji następuje po 6 latach, a wzrost cen o 10% rocznie skraca ten okres do 5 lat. Aczkolwiek każdy przypadek domu jest inny i szacunkowy wybór grubości izolacji nie zawsze jest trafny, dlatego najlepiej wykonać szczegółowe obliczenia i efektywniej dobrać izolację.
Literatura:
Izolacje nr 1/2011
Energooszczędność to wiele czynników — pozwól nam je pozbierać w całość i podarować je Tobie, firma Efektywniej zaproponuje najlepsze technologie i rozwiązania indywidualnie do Państwa domu.
Istotą budownictwa energooszczędnego jest maksymalizacja zysków energetycznych oraz ograniczenie strat ciepła. Można to osiągnąć poprzez:
Zapewnienie niskiego współczynnika przenikania ciepła dla wszystkich przegród zewnętrznych;
Szczelność przegród budowlanych i połączeń między przegrodami;
Zastosowanie wentylacji z odzyskiem ciepła;
Zastosowanie stolarki okiennej o niskim współczynniku przenikania ciepła.
Pozostaje pytanie czy można jeszcze w jakiś sposób zwiększyć zyski cieplne?
Oczywiście, że można. W budynkach mieszkalnych ich źródłem są urządzenia elektryczne, czynności gotowania, prania a także ciepło mieszkańców. Znaczący udział w zyskach ciepła stanowi również promieniowanie słoneczne, które dociera do budynku poprzez przegrody przeszklone. Poprzez właściwe usytuowanie budynku można nie tylko podnieść komfort poszczególnych wnętrz, ale również wspomóc pozyskiwanie darmowego ciepła na zasadzie promieniowania i konwekcji, zmniejszając zużycie energii. Dzięki temu można znacznie obniżyć rachunki za ogrzewanie w okresie zimowym.
Przykład
Analizując dom jednorodzinny, znajdujący się we Wrocławiu, w II strefie klimatycznej o kubaturze 176 m3 , powierzchni o regulowanej temperaturze 62,80 m2, ogrzewanym kotłem na biomasę o sprawności całkowitej wynoszącej = 0,59, zobaczmy jak zmienia się bilans energetyczny budynku w zależności od orientacji względem stron świata. Rzut parteru jest pokazany na rysunku 1.1. Przegrody przeszklone zajmują 12m2. Pozostałe parametry techniczne zostały zestawione w tabeli 1.1.
Tabela 1.1 Parametry techniczne budynku
Rodzaj przegrody budowlanej
Uc [W/m2K]
Ściana zewnętrzna
0,19
Dach
0,17
Podłoga na gruncie
0,35
Drzwi zewnętrzne
2,60
Stolarka okienna
1,70
Wszystkie obliczenia zostały wykonane w programie Arcadia Termo Pro 3.2. W tabeli 1.2 zamieszczono wyniki obliczeń.
Tabela 1.2 Zestawienie wyników obliczeń.
Położenie obiektu budowlanego [wejście]
EP
[kWh/m2rok]
EK [kWh/m2rok]
Całkowite koszty eksploatacyjne obiektu budowlanego [zł]
Południe [S]
101,48
317,70
2904,09
Południowy -wschód [SE]
102,95
325,05
2978,29
Wschód [E]
106,32
341,88
3148,31
Północny-wschód [NE]
108,11
350,80
3238,38
Północ [N]
108,46
352,57
3256,25
Północny-zachód [NW]
108,05
350,55
3235,80
Zachód [W]
106,55
342,99
3159,61
Południowy -zachód [SW]
103,32
326,85
2996,58
Z tabeli 1.2 oraz wykresu 1.1 wynika, że największe przeszklenia powinny znajdować się od strony południowej. Najmniej korzystne jest położenie największych przeszkleń od strony północnej.
Rys 1.1. Rzut parteru.
Dobrze zorientowany budynek na działce, w przypadku analizowanego domu, to oszczędności około 350 zł/rok.
Literatura:
Izolacje nr 2/2008; www.passive.de.
Twój dom może zastąpić cały świat. Cały świat nigdy nie zastąpi Ci domu.
A firma Efektywniej pomoże Państwu dobrać tą właściwą stronę świata
Projektując dom, wybierając z katalogu, a nawet już go budując warto sprawdzić, czy spełnia założenia budynku energooszczędnego. Dla każdego inwestora nie tylko powinno być ważne za ile wybuduje swój wymarzony dom ale ile później będą wynosić go miesięczne koszty utrzymania. Czy to będzie kwota 300 zł czy może 1300 zł, a doliczając do tego ratę kredytu tworzy się już ładna suma stałych opłat. W związku z tym trzeba zwrócić uwagę, czy uwzględnione są podstawowe kryteria energooszczędności:
zwarta bryła budynku;
bardzo dobra termoizolacyjność wszystkich przegród zewnętrznych;
buforowy układ pomieszczeń;
wentylacja mechaniczna z rekuperatorem;
bierne wykorzystanie energii słonecznej.
Na etapie projektowania budynku powinniśmy zwrócić uwagę na bryłę i kształt budynku. Nie od dziś wiadomo, że Im bardziej zwarta bryła budynku tym budynek bardziej energooszczędny. Idealnym kształtem (chodź trudnym do zrealizowania) jest kula bądź walec. Najlepsze są proste kształty i rozwiązania w projekcie i realizacji, ponieważ jest mniejsze prawdopodobieństwo pomyłki. Obrys domu powinien być zwarty i kompaktowy postawiony na planie kwadratu lub prostokąta, ponieważ wtedy straty ciepła są najmniejsze. Należy unikać domów o rozbudowanej formie, np. zaprojektowanych na planie krzyża lub litery H lub T. Takie budynki nie mogą być zbyt energooszczędne, ponieważ charakteryzują się ogromną powierzchnią ścian.
Dom energooszczędny to dom z płaskim, ewentualnie dwuspadowym dachem. Nie zaleca się wykonywania załamań, wykuszy, balkonów, lukarn, ogrodów zimowych czy tarasów, które pogarszają właściwości termoizolacyjne budynku. Są to strategiczne punkty- miejsca, gdzie powstają geometryczne mostki termiczne. Można przykładowo zastąpić ogród zimy większymi, aczkolwiek energooszczędnymi oknami, a zamiast lukarn zastosować okna połaciowe.
Istotnym chociaż często pomijanym elementem projektowania w budownictwie to zachowanie odpowiednich proporcji domu. Stosunek powierzchni po obrysie zewnętrznym do objętości budynku powinien być jak najmniejszy.
A/V= jak najmniejsze
Warto budować dom odpowiadający rzeczywistym potrzebom użytkownika, ale oczywiście nie znaczy to, że za mały.
Przykład
Dla 4 osobowej rodziny w 90 % przypadkach wystarczy dom o powierzchni 130 – 160 m2, którego średni koszt wybudowania wacha się w granicach 300-400 tys. złoty. Każdy dodatkowy m2 powierzchni ogrzewanej to koszt 2,5-3 tyś zł więcej, tzn. projektując dom o 20 m2 większy niż jest to konieczne, płacimy niepotrzebnie 50-60 tyś zł, a dom większy o 50 m2 to wydatek już ok. 120 tyś zł więcej. Dodatkowo garażu nie opłaca się budować w obrysie budynku, ponieważ każdy dodatkowy m 2 powierzchni nieogrzewanej kosztuje 2-2,5 tyś zł. Decydując się na garaż poza obrysem budynku oszczędzamy 20-30 tyś zł.
Przystosowanie budynku do oszczędzania energii powinno być standardem, a nie luksusem.
Firma Efektywniej obniży koszty Państwa rachunków.
Podczas planowania funkcji budynku powinno się brać pod uwagę charakterystykę cieplną pomieszczeń, grupując je w taki sposób, aby funkcje higieniczno sanitarne, które wymagają największej temperatury znajdowały się z dala od przegród zewnętrznych. Dzięki temu nie dopuścimy do stosunkowo dużych strat ciepła.
Natomiast dla pomieszczeń gospodarczych, klatek schodowych itp. najkorzystniejszą lokalizacją będzie północna część budynku. Pomieszczenia te, nie potrzebują doświetlenia, dzięki temu uniknie się przegród przezroczystych w tej części budynku. Ze względu na najniższą wymaganą temperaturę wśród wszystkich pomieszczeń w budynku, tworzą one swego rodzaju strefę bufora cieplnego. Duże powierzchnie przeszkleń powinny być grupowane na elewacjach południowych, co gwarantuje zyski promieniowania słonecznego. Po tej stronie powinien znajdować się salon, jadalnia oraz gabinet. Na rysunku 1 przedstawiono prawidłowy sposób rozmieszczenia pomieszczeń.
W domu energooszczędnym dąży się do tego, żeby budynek był podzielony na strefy o zróżnicowanej temperaturze Przecież nie w każdym pomieszczeniu musi być utrzymywana temperatura 20oC. W pokojach, kuchni, łazience zwykle wymaga się temperatury na poziomie 18-22oC. Z kolei w pomieszczeniach gospodarczych, spiżarniach, pralniach wystarczy tylko 12-15oC. Natomiast w garażu i składziku narzędzi ogrodniczych najwyżej 4-8oC.
W zależności od potrzeb można przecież czasowo je dogrzać np. elektrycznym grzejnikiem z termowentylatorem. Podstawowa zasada jest taka, żeby różnica temperatury pomiędzy sąsiadującymi pomieszczeniami nie przekraczała 8oC.
Wtedy ściany działowe mogą być tanie i stosunkowo cienkie. W przeciwnym razie należy je ocieplić lub zastosować przegrody o większej grubości i z materiałów o lepszej izolacyjności termicznej (U=0,3 W/(m2K)). Przykładem może być ściana oddzielająca kuchnię od garażu. Przy różnicy temperatury na poziomie 16-20oC ściana ta powinna charakteryzować się taką izolacyjnością, jak ściana zewnętrzna. To wszystko ma na celu ograniczenie do minimum strat energii cieplnej.
Najtańsza energia to jest ta, którą udaje się zatrzymać wewnątrz domu,
Firma Efektywniej pomoże Państwu zatrzymać tą dobrą energię.
Efektywnie dobrane okna to zapewnienie optymalnego bilansu energetycznego i ekonomicznego. Rachunek ekonomiczny zależy pośrednio od stron świata, parametrów klimatycznych i współczynników g oraz U i polega na:
Rachunek ekonomiczny = koszt montażu nowych okien + koszt eksploatacji
Najmniejsza wartość wynikająca z ostatniego wzoru daje nam najlepszy dobór okien.
Ważna jest również klasa energetyczności okien. Klasy energetyczne ustalane są na podstawie średniego rocznego bilansu energetycznego okien. Musimy sobie uświadomić, że okna są miejscem w którym dokonują się dwa różne procesy:
ciepło z wnętrza domu ucieka na zewnątrz (proporcjonalnie do współczynnika przenikania ciepła U [W/m2]).
energia słoneczna przenika do środka domu proporcjonalnie do wartości współczynnika g.
Podstawowymi parametrami wpływającymi na współczynniki są rodzaj i konstrukcja użytych profili (liczba komór, rodzaj użytego materiału, użycie i rodzaj wzmocnienia), a także parametry zastosowanego pakietu szklanego (użyte panele szyb, wypełnienie, ramka i jej uszczelniacze).
Wynik mierzony jest w kilowatogodzinach zyskiwanych\ traconych na każdym m2 okna w ciągu roku. Okna wykazujące dodatnią wartość bilansu (zysk energetyczny netto) uzyskują klasę A. Pozostałe otrzymują klasy w zależności od poziomu utraty ciepła na m2 wg następującej tabeli:
Rys. 1. Klasy okien pod względem energetyczności
Literatura: Profiokno 2/2011
Źle dobrane okna to bomba z opóźnionym zapłonem…
Firma Efektywniej dobierze Państwu tak okna żeby zapewnić najlepszy bilans energetyczny przy jak najniższych kosztach.
Dobór źródeł ciepła centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej do indywidualnych potrzeb.
Wybór źródła ciepła jest uzależniony od wielu czynników. Pierwszym jest możliwość podłączenia do lokalnej sieci ciepłowniczej czy gazu ziemnego. Drugim czynnikiem jest obsługa systemu. Tanim źródłem ciepła jest kocioł na paliwo stałe. Niestety wymaga on obsługi: magazynowania, przygotowania i dokładania np. węgla czy drewna. Nowoczesne kotły z automatycznym podajnikiem zmniejszają czas zajmowania się nimi. Zasobnik uzupełnia się co kilka dni.
Bezobsługowym źródłem ciepła o niskim koście eksploatacji są np. kocioł gazowy kondensacyjny lub pompa ciepła.
Nowoczesnym urządzeniem wykorzystywanym najczęściej do przygotowania ciepłej wody użytkowej są kolektory słoneczne. Ich opłacalność zależy od tego, jakie źródła ciepła mają wspomagać (kolektory wspomagają system przygotowania ciepłej wody użytkowej w około 70%). Im nośnik energii będzie tańszy, tym kolektory słoneczne będą zwracały się dłużej.
Przykład
Rozpatrzmy budynek wielorodzinny znajdujący się we Wrocławiu (II strefa klimatyczna). W budynku znajduje się 8 mieszkań. Cztery mieszkania na parterze oraz cztery mieszkania na piętrze. Budynek został wybudowany i oddany do użytkowania w 1980 roku. W budynku znajduje się kotłownia gazowa, wspólna dla wszystkich mieszkań, w której sprawność kotła wynosi = 0,56. Wszystkie obliczenia zostały wykonane w programie Arcadia Termo Pro 3.2.
Podstawowe dane techniczne budynku
Powierzchnia zabudowy
391,50
Kubatura budynku
2485,21
Powierzchnia ogrzewana:
1076,63
Ilość kondygnacji naziemnych:
3
Ilość użytkowników budynku:
32
Ilość mieszkań w budynku
8
Wysokość kondygnacji naziemnych
2,50 m
Współczynnik kształtu budynku
A/V=0,51
Ściana zewnętrzna
Uc =0,85 W/m2K
Dach
Uc =0,53 W/m2K
Podłoga na gruncie
Uc=0,61 W/m2K
Drzwi zewnętrzne
Uc=2,60 W/m2K
Stolarka okienna
Uc =2,60 W/m2K
Wariant I
Kotłownia gazowa, kocioł gazowy kondensacyjny 130 kW niskotemperaturowy. Zdecydowano się na kompleksową wymianę centralnego ogrzewanie (zakup kotła kondensacyjnego, grzejników, głowic termostatycznych, termostatów pokojowych oraz demontaż starej instalacji c.o.)
Całkowity koszt modernizacji wyniósł około 200 tysięcy zł.
Roczne oszczędności kosztów wyniosły około 27 tysięcy zł.
Czas zwrotu SPBT=7 lat.
Wariant II
Kotłownia z pompą ciepła. W tym wariancie również zdecydowano się na kompleksową wymianę centralnego ogrzewania (zakup pompy ciepła, grzejników, głowic termostatycznych, termostatów pokojowych oraz wykonanie odwiertów pionowych).
Całkowity koszt modernizacji wyniósł około 250 tysięcy zł.
Roczne oszczędności wyniosły około 17 tysięcy zł.
Czas zwrotu SPBT= 14 lat.
Wariant III
Podłączenie się do miejskiej sieci ciepłowniczej. Miejska sieć ciepłownicza zamianę kotłowni na węzeł kompaktowy finansuje w 100%. Również w tym wariancie zdecydowano się na kompleksową wymianę centralnego ogrzewania (zakup grzejników, głowic termostatycznych i termostatów pokojowych).
Całkowity koszt modernizacji wyniósł około 67 tysięcy zł.
Roczne oszczędności wyniosły około 47 tysięcy zł.
Czaszwrotu SPBT = 2 lata.
Porównując wybór różnych kotłowni najkorzystniejszym wariantem okazało się przyłączenie do miejskiej sieci ciepłowniczej. Należy pamiętać, że takie przyłączenie nie zawsze jest możliwe.
Najbardziej efektywne rozwiązanie dobiera się indywidualnie do każdego budynku. Metoda szczegółowa pozwala określić moc kotła, wielkość grzejników czy powierzchnię kolektorów słonecznych w taki sposób, aby był on adekwatny do ilości użytkowników, wielkości pomieszczeń i parametrów technicznych przegród zewnętrznych.
Literatura:
Własny dom nr 2/2011.
W dzisiejszych czasach to budownictwo ma służyć ludziom a nie odwrotnie. Pozwól inteligentnym technologiom zadbać o Twój komfort, zdrowie, portfel i środowisko!
Firma Efektywniej dobierze Państwu tak system ogrzewania i ciepłej wody użytkowej, żeby nie przepłacać i zawsze mieć ciepło i przytulnie w domu.
Wentylacja jest to proces wymiany powietrza z pomieszczenia na powietrze czerpane z zewnątrz przez zaprojektowane do tego celu elementy i urządzenia. W przypadku wentylacji naturalnej elementami i urządzeniami są:
nawiewniki,
nieszczelności stolarki budowlanej,
kanały wentylacyjne.
Mechanizmem wywołującym przepływ powietrza z jednego obszaru do drugiego jest różnica ciśnienia występująca między nimi. Źródłem zróżnicowania ciśnienia zarówno w przestrzeni budynku, jak i między wnętrzem budynku a otoczeniem zewnętrznym w przypadku wentylacji naturalnej są takie czynniki, jak:
różnica temperatury powietrza (siła wyporu),
wiatr (parcie dynamiczne).
Sprawność wentylacji jest bardzo ważna. Ponieważ jeżeli jest za mała to w okresie letnim możemy odczuwać uciążliwy napływ ciepła. Z kolei jeżeli jest za duża to w okresie zimowym niepotrzebnie ogrzewa się i usuwa (przez komin) mnóstwo ciepłego powietrza i płaci się za niewykorzystaną energię. Straty ciepła przez wentylację w starych budynkach stanowią od 45 do 65% ogólnych strat ciepła.
Nowoczesne rozwiązania wentylacyjne oferują różne technologie oszczędzania energii w budynkach mieszkalnych.
Jednym z nowoczesnych rozwiązań jest rekuperator, który posiada podwójne przewody wentylacyjne, z czego jeden dla powietrza usuwanego z pomieszczenia i drugi dla powietrza nawiewanego. Wymiennik ciepła pozwala odzyskać część ciepła z powietrza usuwanego z pomieszczeń poprzez przekazanie go na styku krzyżowego wymiennika ciepła, jak to jest widoczne na rysunku 1. Zastosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła może zapobiec nadmiernym stratą energii i odzyskać ok. 60-90% ciepła z powietrza wywiewanego w zależności od sprawności urządzenia, różnicy temperatury, wielkości domu itp. Jest to równoznaczne ze zmniejszeniem kosztów ogrzewania średnio o 25-40%.
Rys. 1 Zasada działania rekuperatora.
Wspomagając system wentylacji naturalnej możemy również zastosować nawiewniki okienne sterowane ręcznie lub ciśnieniowo. Zastosowanie nawiewników sterowanych ciśnieniowo umożliwia automatyczne ograniczenie maksymalnej wymiany powietrza. Dodatkowo pozwala okresowo obniżyć intensywność wymiany przez możliwość ręcznej regulacji. Możliwe do osiągnięcia oszczędności energii dzięki obniżeniu intensywności wymiany powietrza poprzez sterowanie ręczne wynoszą 5–20%.
Kolejna nowoczesny, „inteligentny” system sterowania wentylacją tzw. system BMS polega na dostarczeniu ilość powietrza jaka w danym momencie jest potrzebna i wymagana. Kiedy domowników nie ma w domu to wymiana powietrza utrzymana jest na minimalnym poziomie, natomiast gdy chociaż jedna osoba pojawi się w pomieszczeniu automatycznie zwiększa się przepływ powietrza. Szczytowy poziom wydajności wentylacji ma niewielki wpływ na średnią wielkość wymiany powietrza.
Rys 2. System BMS
Przykład:
Rozpatrujemy budynek o powierzchni 200 m2 pod względem doboru wentylacji.
Czas zwrotu (SPBT) poniesionych nakładów zależy od zastosowanych rozwiązań i urządzeń.
Czas zwrotu (SPBT) na wentylację naturalną wynosi 1,5–2,5 roku. Tego typu wentylacja jest jednak zależna od warunków atmosferycznych i nie gwarantuje w pełni właściwej jakości powietrza w pomieszczeniach.
Czas zwrotu nakładów poniesionych na:
wentylację mechaniczną wynosi 8–14 lat.
wentylację z wymiennikiem gruntowym wynosi 9–14 lat, a przypadku stosowania klimatyzacji SPBT = 7–9 lat.
wentylację z rekuperacją. Orientacyjnie koszt instalacji takiej wentylacji w domu jednorodzinnym wynosi 12–16 tys. zł, a czas zwrotu SPBT = 8–12 lat.
Bibliografia:
Energia i budynek, Izolacje
Budownictwo w Polsce pochłania około 40% całkowitej energii wyprodukowanej w naszym kraju. Głównie jest to energia do ogrzewania budynków (c.o.) i przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.). Na rysunku poniżej mamy typowy rozkład strat ciepła w budynku.
Rys. Typowy rozkład strat ciepła w budynku
W Polsce jest około 12,5 mln mieszkań, z czego około 88% to mieszkania wybudowane w okresie przed rokiem 1989. Około 4 mln mieszkań jest wybudowanych w technologii wielkopłytowej. W tym czasie przegrody ograniczające ogrzewaną kubaturę budynków projektowane były wg bardzo tolerancyjnych norm cieplnych. Prowadzi to do tego, że na ogrzanie budynku zużywamy kilkakrotnie więcej ciepła niż w krajach o podobnym klimacie.
Główne przyczyny nadmiernych strat ciepła z budynków w Polsce
Niedostateczna izolacja cieplna przegród stanowiących termiczną obudowę budynków – dotyczy to przede wszystkim ścian zewnętrznych, stropodachów /dachów, okien i drzwi balkonowych, stropów nad nieogrzewanymi piwnicami.
Niska sprawność instalacji grzewczej– instalacje c.o. są na ogół źle zaizolowane, rozregulowane i zarośnięte osadami. Nie mają możliwości regulacji temperatury w pomieszczeniach w zależności od warunków pogodowych. Dlatego bardzo trudno jest zapewnić parametry komfortu cieplnego w pomieszczeniach.
Brak pomiaru zużywanego ciepła – związane z tym rozliczanie się z dostawcą ciepła na podstawie liczby metrów kwadratowych ogrzewanej powierzchni użytkowej. Ceny jednostkowe opłat za ogrzanie 1m2 były ustalane przy założeniu bardzo wysokiego zużycia ciepła.
Liczne budynki w Polsce są źle zaizolowane cieplnie i wyposażone w zużyte i niesprawne instalacje c.o. i c.w.u. W tych budynkach pomimo dużego zużycia ciepła pomieszczenia są często niedogrzane. Znaczne zmniejszenie zużycia energii na ogrzewanie budynków jest w pełni możliwe i realne. Związane jest to z wprowadzeniem różnych usprawnień i modernizacji, które wymagają poniesienia pewnych, czasami nawet znacznych kosztów. Przy dobrym rozpoznaniu i wyborze metody postępowania, można wprowadzić niezbędne zmiany w taki sposób, że związane z tym koszty będą pokrywane z uzyskanych oszczędności. I to właśnie jest termomodernizacja.
W dzisiejszych czasach to budownictwo ma służyć ludziom a nie odwrotnie. Pozwól inteligentnym technologiom zadbać o Twój komfort, zdrowie, portfel i środowisko! Firma Efektywniej dobierze Państwu tak system ogrzewania i ciepłej wody użytkowej, żeby nie przepłacać i zawsze mieć ciepło i przytulnie w domu.
Wybór źródła ciepła jest uzależniony od wielu czynników. Pierwszym jest możliwość podłączenia do lokalnej sieci ciepłowniczej czy gazu ziemnego. Drugim czynnikiem jest obsługa systemu. Tanim źródłem ciepła jest kocioł na paliwo stałe. Niestety wymaga on obsługi: magazynowania, przygotowania i dokładania np. węgla czy drewna. Nowoczesne kotły z automatycznym podajnikiem zmniejszają czas zajmowania się nimi. Zasobnik uzupełnia się co kilka dni.
Bezobsługowym źródłem ciepła o niskim koście eksploatacji są np. kocioł gazowy kondensacyjny lub pompa ciepła.
Nowoczesnym urządzeniem wykorzystywanym najczęściej do przygotowania ciepłej wody użytkowej są kolektory słoneczne. Ich opłacalność zależy od tego, jakie źródła ciepła mają wspomagać (kolektory wspomagają system przygotowania ciepłej wody użytkowej w około 70%). Im nośnik energii będzie tańszy, tym kolektory słoneczne będą zwracały się dłużej.
Przykład
Rozpatrzmy budynek wielorodzinny znajdujący się we Wrocławiu (II strefa klimatyczna). W budynku znajduje się 8 mieszkań. Cztery mieszkania na parterze oraz cztery mieszkania na piętrze. Budynek został wybudowany i oddany do użytkowania w 1980 roku. W budynku znajduje się kotłownia gazowa, wspólna dla wszystkich mieszkań, w której sprawność kotła wynosi = 0,56. Wszystkie obliczenia zostały wykonane w programie Arcadia Termo Pro 3.2.
Podstawowe dane techniczne budynku
Powierzchnia zabudowy
391,50
Kubatura budynku
2485,21
Powierzchnia ogrzewana:
1076,63
Ilość kondygnacji naziemnych:
3
Ilość użytkowników budynku:
32
Ilość mieszkań w budynku
8
Wysokość kondygnacji naziemnych
2,50 m
Współczynnik kształtu budynku
A/V=0,51
Ściana zewnętrzna
Uc =0,85 W/m2K
Dach
Uc =0,53 W/m2K
Podłoga na gruncie
Uc=0,61 W/m2K
Drzwi zewnętrzne
Uc=2,60 W/m2K
Stolarka okienna
Uc =2,60 W/m2K
Wariant I
Kotłownia gazowa, kocioł gazowy kondensacyjny 130 kW niskotemperaturowy. Zdecydowano się na kompleksową wymianę centralnego ogrzewanie (zakup kotła kondensacyjnego, grzejników, głowic termostatycznych, termostatów pokojowych oraz demontaż starej instalacji c.o.)
Całkowity koszt modernizacji wyniósł około 200 tysięcy zł.
Roczne oszczędności kosztów wyniosły około 27 tysięcy zł.
Czas zwrotu SPBT=7 lat.
Wariant II
Kotłownia z pompą ciepła. W tym wariancie również zdecydowano się na kompleksową wymianę centralnego ogrzewania (zakup pompy ciepła, grzejników, głowic termostatycznych, termostatów pokojowych oraz wykonanie odwiertów pionowych).
Całkowity koszt modernizacji wyniósł około 250 tysięcy zł.
Roczne oszczędności wyniosły około 17 tysięcy zł.
Czas zwrotu SPBT= 14 lat.
Wariant III
Podłączenie się do miejskiej sieci ciepłowniczej. Miejska sieć ciepłownicza zamianę kotłowni na węzeł kompaktowy finansuje w 100%. Również w tym wariancie zdecydowano się na kompleksową wymianę centralnego ogrzewania (zakup grzejników, głowic termostatycznych i termostatów pokojowych).
Całkowity koszt modernizacji wyniósł około 67 tysięcy zł.
Roczne oszczędności wyniosły około 47 tysięcy zł.
Czaszwrotu SPBT = 2 lata.
Porównując wybór różnych kotłowni najkorzystniejszym wariantem okazało się przyłączenie do miejskiej sieci ciepłowniczej. Należy pamiętać, że takie przyłączenie nie zawsze jest możliwe.
Najbardziej efektywne rozwiązanie dobiera się indywidualnie do każdego budynku. Metoda szczegółowa pozwala określić moc kotła, wielkość grzejników czy powierzchnię kolektorów słonecznych w taki sposób, aby był on adekwatny do ilości użytkowników, wielkości pomieszczeń i parametrów technicznych przegród zewnętrznych.
Literatura:
Własny dom nr 2/2011.
W dzisiejszych czasach to budownictwo ma służyć ludziom a nie odwrotnie. Pozwól inteligentnym technologią zadbać o Twój komfort, zdrowie, portfel i środowisko! Firma Efektywniej dobierze Państwu tak system ogrzewania i ciepłej wody użytkowej, żeby nie przepłacać i zawsze mieć ciepło i przytulnie w domu.
Aktywny system słoneczny to instalacja, w której przemiana energii promieniowania słonecznego w energię użytkową zachodzi w odpowiednich elementach składowych, w sposób wymuszony działaniem urządzeń mechanicznych napędzanych dodatkową energią z zewnątrz. Zadaniem aktywnego systemu grzewczego jest pochłanianie i magazynowanie energii promieniowania słonecznego, a następnie w sposób kontrolowany rozprowadzenie jej do odbiorcy.
Do aktywnych systemów słonecznych należą:
termiczne kolektory słoneczne (następuje w nich konwersja fototermiczna) są to systemy przetwarzające energię słoneczną w ciepło,
ogniwa fotowoltaiczne (następuje w nich konwersja fotowoltaiczna) są to systemy przetwarzające bezpośrednio energię promieniowania słonecznego na energię elektryczną.
Kolektory słoneczne
Kolektory słoneczne najczęściej wykorzystywane są do podgrzewania centralnej wody użytkowej (CWU). W większości przypadków instalowane są one na powierzchniach dachów obiektów zaopatrywanych w ciepło. Zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową jest równomierne w ciągu całego roku, co sprzyja efektywnemu wykorzystaniu kolektorów słonecznych. Największa efektywność kolektorów przypada od kwietnia do września.
Rys.1.5. Efektywność kolektorów słonecznych
Słoneczna instalacja CWU może w prosty sposób zostać podłączona do istniejącej konwencjonalnych systemów wodnych i grzewczych. Już na etapie projektowania obiektów mieszkaniowych w wielu państwach uwzględnia się wyposażenie ich w instalacje słoneczne CWU. Słoneczne instalacje na stałe wpisały się w krajobraz państw basenu morza Śródziemnego – Grecja, Turcja, Izrael, Cypr, Włochy, Francja czy Hiszpania.
Kolektory są urządzeniami energetycznymi, które absorbują energię promieniowania słonecznego i przetwarzają w energię cieplną za pomocą pośredniczącego medium roboczego. W zależności od rodzaju medium kolektory dzielą się na powietrzne i cieczowe.
Rys.1.6 Budowa kolektora słonecznego.
W kolektorze cieczowym transformacja energii słonecznej w użyteczną formę energii cieplnej opiera się na wykorzystaniu właściwości cieplnych „czarnych” powłok. Szkło charakteryzuje się zdolnością przepuszczania promieniowania krótkofalowego do 3 co odpowiada długością fali promieniowania słonecznego. Zatem szklana pokrywa przepuszcza promieniowanie słoneczne. Umieszczony pod nią absorber pochłania promieniowanie i nagrzewa się. Rozgrzana płyta emituje promieniowanie cieplne o długościach fal ponad 3, które nie są przepuszczane przez szklaną pokrywę. Ponieważ szkoło nie przepuszcza promieniowania długofalowego, natomiast pochłania je dochodzi do utraty ciepła. Energia cieplna jest odbierana z absorbera rurociągiem cieczowym, w którym czynnik roboczy podgrzewa się do temperatury zależnej od intensywności napromieniowania słonecznego oraz od natężenia przepływu.
Do bardziej nowoczesnych, ale droższych konstrukcji, należą tubowe kolektory próżniowe. Kolektor składa się z kilku do kilkunastu szklanych rur o wysokiej próżni. W każdą rurę próżniową wbudowany jest absorber z zamocowaną rurką, w której nagrzewa się czynnik roboczy. Próżnia gwarantuje minimalne straty ciepła do otoczenia.
Zasada działania kolektorów powietrznych jest analogiczna do cieczowych. Docierająca energia słoneczna do powierzchni absorbera przemieniana jest w energię cieplną. Powietrze, które jest medium roboczym, przepływając wzdłuż powierzchni absorbera przejmuje od niego energię cieplną podwyższając swoją temperaturę. Kolektory słoneczne powietrzne budowane są jako płaskie lub cylindryczne . Absorber kolektora płaskiego stanowi płyta płaska lub falista. Częściej stosowane są płyty faliste, ponieważ zwiększa ona powierzchnię czynną absorbera bez powiększenia rozmiarów kolektora.
Najlepszym materiałem na płytę absorbera jest miedź, ponieważ charakteryzuje się bardzo dobrą przewodnością cieplną. Kolektory powietrzne cylindryczne, zwane też rurowymi, najczęściej wykonane są z dwóch rękawów z folii polietylenowej. Przezroczysty rękaw leży bezpośrednio na ziemi i spełnia rolę pokrywy, której zadaniem jest ochrona przed stratą ciepła. Wewnętrzny czarny rękaw spełnia rolę absorbera. Końce obu rękawów kolektora przymocowane są obustronnie do walców cylindrycznych.
Z jednej strony kolektora wentylator tłoczy powietrze do kanału wewnątrz czarnego rękawa i pomiędzy rękawy. Powietrze zasysane z otoczenia o określonej wilgotności pod wpływem wytworzonego ciśnienia przez wentylator ogrzewa się wstępnie, przejmując także ciepło od silnika elektrycznego. Energia promieniowania słonecznego padająca na wypełnione powietrzem rękawy przekształca się w absorberze w energię cieplną unoszoną przez powietrze. Powietrze nagrzewa się uzyskując 6-10 K.
Powietrzne aktywne systemy grzewcze mają szereg zalet w porównaniu z kolektorami cieczowymi:
nie występuje problem zamarzania lub wrzenia czynnika w kolektorze,
mniejsze zagrożenie korozją,
nośnik energii podgrzany w kolektorach może by wykorzystany bezpośrednio do ogrzewania bez pośrednich wymienników ciepła.
Nie są one jednak pozbawione wad, główne z nich to :
relatywnie wysokie koszty przetłaczania czynników,
wymagana duża objętość układu magazynującego,
Zasadniczymi elementami każdej słonecznej instalacji CWU są: kolektor energii promieniowania słonecznego, zbiornik magazynujący, układ transportujący podgrzany czynnik z kolektora do zbiornika , układ kontrolno-sterujący oraz pomocniczy podgrzewacz wody. Słoneczne systemy CWU budowane są w kilku podstawowych wariantach w zależności od sposobu transportowania czynnika z kolektorów do zbiornika magazynującego i od wzajemnego sprzężenia tych elementów oraz umieszczenia dodatkowego wspomagającego podgrzewacza konwencjonalnego.
Z uwagi na warunki klimatyczne lub dużą mineralizację wody sieciowej zachodzi konieczność zastosowania mieszanki niezamarzającej. W takim przypadku stosuje się instalacje z wydzielonym obiegiem pierwotnym. W przeciwieństwie do instalacji z obiegiem bezpośrednim, gdzie woda cyrkulująca w kolektorze pobierana jest bezpośrednio ze zbiornika magazynującego, energia odbierana z kolektora za pomocą pośredniego wymiennika ciepła oddawana jest wodzie. Wymiennik ten zazwyczaj umieszczony jest bezpośrednio wewnątrz zbiornika.
W naszej strefie klimatycznej najczęściej spotykane są słoneczne instalacje CWU z przepływem wymuszonym. Ze względu na możliwość występowania ujemnej temperatury otoczenia, są to prawie zawsze układy z wydzielonym obiegiem pierwotnym, w którym krąży mieszanka niezamarzająca. Na rysunku 7.7 przedstawiono budowę takiej instalacji oraz jej elementy składowe. Kolektory słoneczne umieszcza się zazwyczaj na południowych połaciach dachów budynków, rzadziej na stelażach umieszczonych bezpośrednio na gruncie. Magazynujący zbiornik umieszczony jest wewnątrz budynku, w pobliżu kotła centralnego ogrzewania.
Rys. 1.7. Schemat budowy słonecznej instalacji przygotowania CWU.
Mgr inż. Śliwiński Tomasz
Literatura:
Chocholski A., Czekalski D.: „Słoneczne instalacje grzewcze”, COIB, 1999
Ogniwa fotowoltaiczne (ogniwa PV ) są to urządzenia, w których następuje bezpośrednia konwersja energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną.
Efekt, w którym energia promieniowania elektromagnetycznego konwertowana jest bezpośrednio w energię elektryczną prądu stałego nazywa się efektem fotowoltaicznym. Konwersja odbywa się bezgłośnie, bez dodatkowych urządzeń mechanicznych oraz bez zanieczyszczenia atmosfery. Otrzymany w ten sposób prąd stały za pośrednictwem konwertorów może być przekształcony w prąd przemienny o żądanym napięciu i częstości. Ogniwa PV są idealnymi przetwornikami energii słonecznej, które w przyszłości mogą zdominować energetykę słoneczną.
Ogniwa fotowoltaiczne można podzieli na krzemowe oraz półprzewodnikowe. Najbardziej rozpowszechnione są ogniwa zbudowane z krzemu. Podstawowym parametrem charakteryzującym ogniwo jest jego sprawność czyli stosunek uzyskanej energii elektrycznej do energii promieniowania słonecznego padającego na ogniwo. Ogniwa z krzemu monokrystalicznego mają sprawność około 17%, a z krzemu polikrystalicznego około 14%. Największą sprawność, dochodzącą do 35%, osiągają ogniwa zbudowane z arsenku galu. Są jednak bardzo drogie i stosuje się je przede wszystkim w przemyśle kosmicznym.
Nominalna moc wyjściowa modułu ogniw – Wp (peak Watt), jest to moc uzyskana z danego modułu w warunkach standardowych (tempe. 25, natężenie promieniowania słonecznego 1000 W/). Zgodnie z teorią kwantową promieniowanie słoneczne niesie energię rozłożoną dyskretnie w postaci fotonów. Energia fotonu zależna jest od częstotliwości promieniowania. Największą energię niosą fotony o małej długości fali. Fotony docierające do struktury atomowej materii mogą wybić elektrony z orbit walencyjnych. W fotoogniwach wykorzystywany jest wewnętrzny efekt fotowoltaiczny. Polega on na wybiciu elektronów z orbit, dzięki czemu tworzą one nadmiarowy ładunek nośników prądu elektrycznego, wewnątrz ciała stałego o budowie krystalicznej.
Najpopularniejsze obecnie ogniwa fotowoltaiczne budowane są z krzemu monokrystalicznego. Pojedynczy atom krzemu ma orbitę walencyjną, po której krążą cztery elektrony. Do dopełnienia powłoki walencyjnej atom potrzebuje 4 elektronów. Możliwe jest to przy budowie przestrzennej sieci krystalicznej. Każdy atom otoczony jest ośmioma elektronami walencyjnymi. Przy braku swobodnych elektronów kryształ jest izolatorem elektrycznym. Jeżeli elektron walencyjny otrzyma energię dostateczną do wybicia go z sieci i przejścia na wyższy poziom energetyczny, staje się mobilny wewnątrz kryształu i kryształ zaczyna przewodzić prąd. W miejscu wybicia elektronu z powłoki walencyjnej powstaje dziura o ładunku dodatnim. Liczba dziur odpowiada liczbie elektronów swobodnych.
W przypadku braku działania bodźca następuje rekombinacja dziury, elektron i atom wracają do stanu niewzbudzonego. Domieszkując kryształ słabo atomami innych pierwiastków można utrudnić rekombinację. Przy domieszkach typu „p” ( positive ) liczba dziur przewyższa liczbę elektronów. Tego typu domieszki to bor, glin, gal, tal.
Atom akceptora ma trzy elektrony walencyjne, o jeden mniej niż krzem. Dzięki temu tworzy w sieci krystalicznej dziurę dodatnią. Może akceptować jeden elektron z sieci bez dostarczania dodatkowej energii z zewnątrz. Stosując antymon, fosfor, arsen lub bizmut, na orbicie zewnętrznej mamy łącznie dziewięć elektronów. Jeden z nich jest swobodny dzięki teku powstaje przewodnictwo typu „n” (negative ). W półprzewodnikach typu „n” liczba elektronów swobodnych znacznie przewyższa liczbę dziur, zaś w półprzewodnikach typu „p” jest odwrotnie. Ładunki większościowe tworzą dziury, zaś mniejszościowe – elektrony. Złączenie warstwy „n” z warstwą „p” daje w efekcie diodę półprzewodnikową. Polaryzacja odsuwa nośniki prądu od granicy warstw uniemożliwiając przepływ prądu w tym kierunku, podczas gdy przy polaryzacji przeciwnej ładunki przemieszczają się do granicy rozdziału, gdzie następuje ich rekombinacja i w efekcie przepływ prądu.
Rozróżnia się trzy podstawowe systemy fotowoltaiczne:
systemy wolnostojące,
systemy hybrydowe,
systemy dołączone do sieci.
Systemy wolnostojące korzystają jedynie z energii produkowanej w ogniwach PV. Taki system składa się z panelu fotowoltaicznego, akumulatora oraz urządzenia kontrolującego stopień naładowania akumulatora i odłączającego panel, gdy akumulator jest w pełni naładowany. Akumulatory powinny charakteryzować się dużą pojemnością, aby zapewnić dostarczenie energii w nocy oraz w okresach złej pogody.
Systemy hybrydowe są kombinacją panelu fotowoltaicznego i innego systemu wytwarzania energii. Systemy hybrydowe posiadają bardziej skomplikowany układ kontrolny niż wolnostojący, by zapewnić efektywne wykorzystanie różnych sposobów wytwarzania energii.
Systemy dołączone do sieci mogą mieć postać elektrowni, z dużą ilością paneli fotowoltaicznych, oddających energię do sieci energetycznej. Możliwości montażu systemów fotowoltaicznych na budynku zostały przedstawione na rysunku 1.1:
Rys. 1.1. Możliwości montażu systemów fotowoltaicznych.
Ogniwa fotowoltaiczne stosowane są :
w nawigacji, do zasilania morskich, śródlądowych i lotniczych znaków nawigacyjnych, do ładowania akumulatorów na jachtach dalekomorskich,
w rolnictwie i leśnictwie. Służą do zasilania elektrycznych urządzeń ochrony pastwisk i lasów, urządzeń nawadniających i osuszających,
w telekomunikacji, do zasilania radiowo-telekomunikacyjnych stacji przekaźnikowych, radiostacji w miejscach odosobnionych, przez telefonię komórkową,
w transporcie, do zasilania znaków na drogach i liniach kolejowych, w szczególności oznakowań odcinków dróg i torów będących w remoncie;
w wojsku, do zasilania elektrycznych urządzeń polowych,
w meteorologii, do zasilania odosobnionych stacji meteorologicznych;
w gospodarstwach domowych,
w medycynie, do zasilania polowych ambulatoriów medycznych w krajach trzeciego świata.
Przykłady zrealizowanych obiektów z instalacją fotowoltaiczną:
Budynek biurowy Doxford Solar Office
Rys. 1.2. Budynek biurowy Doxfor Solar Office.
Budynek znajduje się w Sunderland w Wielkiej Brytanii. Moduły PV zajmują 532 m2.
Budynek laboratoryjny ECN 31
Rys. 1.3. Budynek laboratoryjny ECN 31
Rys. 1.4. Budynek laboratoryjny ECN 31
Budynek znajduje się w Petent w Holandii. Panele elewacyjne dachu zajmują 360 m2 (48 kWp), żaluzje poziome 335 m2(33 kWp).
Mgr inż. Śliwiński Tomasz
Literatura:
Nowak H. wykłady z fizyki budowli 2010
Chocholski A., Czekalski D.: „Słoneczne instalacje grzewcze”, COIB, 1999
Promieniowanie słoneczne jest dominującym składnikiem bilansu energetycznego naszej planety. Prawie cała energia słoneczna generowana jest w jądrze Słońca, w skutek zachodzących tam procesów nuklearnych syntez jąder wodoru. Promieniowanie elektromagnetyczne emitowane z powierzchni Słońca rozchodzi się w przestrzeni kosmicznej we wszystkich kierunkach. W promieniowaniu słonecznym docierającemu do powierzchni Ziemi można wyróżnić trzy składowe:
promieniowanie bezpośrednie – pochodzi od widocznej tarczy słonecznej, a kierunek padania wyznaczany jest przez jej położenie,
promieniowanie rozproszone – powstaje na skutek wielokrotnego ugięcia przez atmosferę i jest emitowane przez całą sferę,
promieniowanie odbite – promieniowanie odbite od otoczenia związane jest z elementami krajobrazu i architektury.
Średnia gęstość strumienia promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię płaską określa się mianem stałej słonecznej, a jej wartość wynosi 1367 [W/m2] .
Kąt padania promieniowania słonecznego jest zależny od pozornego ruchu Słońca. Pozycja Słońca opisywana jest wysokością nad horyzontem oraz azymutem. Dla danej szerokości geograficznej parametry te zależą od pory roku oraz pory dnia.
Polska położona jest w strefie klimatu umiarkowanego między 49o a 54,5o szerokości geograficznej północnej. Usłonecznienie zależne jest od drugości dnia, zachmurzenia, przejrzystości atmosfery oraz lokalizacji. Obejmuje ono średnio około 18% roku, co dopowiada 1580 godzinom. Wartość napromieniowania całkowitego dla Polski wynosi około 3600 MJ/m2 na rok . W porze ciepłej (kwiecień – październik) na płaszczyznę poziomą pada 80-85% energii całorocznego promieniowania. Dla porównania pora chłodna (listopad – marzec) charakteryzuje się nie tylko niską dawką napromieniowania całkowitego, ale także zwiększonym udziałem promieniowania rozproszonego.
Rys. 1.1. Dostępność energii promieniowania słonecznego w Polsce.
Na rysunku 1.1 przedstawiono rozkład całkowitego promieniowania słonecznego w Polsce. Roczna gęstość promieniowania słonecznego w Polsce wynosi od 950 kWh/ (południowo zachodnia część Polski) do 1081 kWh/m2 (wschodnia część Polski) .
Mgr inż. Śliwiński Tomasz
Literatura:
Jastrzębska G.: „Odnawialne źródła energii i pojazdy proekologiczne”, WNT, 2008
Chocholski A., Czekalski D.: „Słoneczne instalacje grzewcze”, COIB, 1999
Jakość energetyczna budynku z definicji to zespół jego właściwości, od których zależy wielkość rocznego zapotrzebowania energii związanej z jego użytkowaniem i określona jest na podstawie cech ochrony cieplnej budynku oraz cech systemów ogrzewania, wentylacji i zapotrzebowania w ciepłą wodę użytkową. Jakość energetyczna budynku bezpośrednio wpływa na koszty użytkowania budynku. Ocenę jakości energetycznej dokonuje się w certyfikatach i audytach energetycznych. W tych drugich przygotowuje się rozwiązania technologiczne i termomodernizacje dzięki którym dąży się do poprawy parametrów związanych z ich jakością. [2]
Do budynków użyteczności publicznej, które wymagają termomodernizacji można zaliczyć budynki biurowe, szkolne, szpitalne, obiekty kultury i sportu, które zostały wybudowane kilkanaście lub kilkadziesiąt lat temu i swoimi cechami technicznymi i użytkowymi nie odpowiadają współczesnym wymaganiom. Dane statystyczne wskazują, że remontów modernizacyjnych wymaga w Polsce około 75% budynków użyteczności publicznej. Szczególnie ważne i potrzebne są takie usprawnienia, które umożliwią prawidłowe użytkowanie budynków przy znacznym zmniejszeniu zużycia wody, energii i odpadów. Budynki po modernizacji stają się nie tylko lepiej dostosowane do współczesnych wymagań użytkowych, ale także zapewniają lepsze warunki dla zdrowia i samopoczucia użytkowników oraz wyższą efektywność pracy, przy jednoczesnym zmniejszeniu oddziaływania na środowisko przyrodnicze. [1]
Te i inne korzyści są wspierane za pomocą systemu opisanego w Ustawie o wspieraniu przedsięwzięć termomodernizacyjnych z 18.12.1998 r. (Dz.U. nr 162, poz. 1121 z późniejszymi zmianami). Istotą tego systemu jest umorzenie 25% kredytu po spełnieniu następujących warunków [3]:
w wyniku przeprowadzonych przedsięwzięć zużycie ciepła zmniejszy się o co najmniej 25% (lub co najmniej 10%, jeśli jest modernizowany tylko system grzewczy, albo co najmniej 15%, jeśli system grzewczy został zmodernizowany w latach1985-2001),
kredyt spłaci się w okresie 10 lat z oszczędności w kosztach ciepła,
inwestor pokryje co najmniej 20% kosztów termomodernizacji ze środków własnych.
Powyższe warunki muszą być potwierdzone w audycie energetycznym opracowanym przed przystąpieniem do programu termomodernizacji budynku.
mgr inż. bud. Dominika Rembisz
Bibliografia:
[1] Termomodernizacja budynku broszura informacyjna z serii Przyjazny dom- program edukacyjno-informacyjny
[2] Robakiewicz Maciej: Ocena jakości energetycznej budynków Wymagania -Dane-Obliczenia, Biblioteka Fundacj Poszanowania Energii, Zrzeszenie Audytorów Energetycznych, Warszawa 2004
[3] Ustawie o wspieraniu przedsięwzięć termomodernizacyjnych z 18.12.1998 r.
Zmniejszenie zapotrzebowania na energię do ogrzewania budynku jest głównym celem stosowania systemów pasywnych. Przy zastosowaniu innowacyjnych rozwiązań materiałowych, konstrukcyjnych oraz instalacyjnych jest możliwe zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło a nawet osiągnięcie samowystarczalności energetycznej. Rozwiązania pasywne poprawiają nie tylko bilans cieplny budynków, wpływają również na ich wygląd, tworząc bardzo estetyczne i funkcjonalne rozwiązania. Pasywna energia słoneczna to termin odnoszący się do takiego wykorzystania promieniowania słonecznego, które nie wymaga żadnych działań ze strony użytkownika.
Systemy pasywne można podzielić na dwa podstawowe typy:
system zysków bezpośrednich
system zysków pośrednich
System zysków bezpośrednich.
System zysków bezpośrednich jest najprostszym pasywnym systemem grzewczym. Całkowicie przeszklona południowa ściana pomieszczenia umożliwia wnikanie promieniowania słonecznego do wnętrza, gdzie jest ono pochłaniane i magazynowane. Zmagazynowana energia jest częściowo przekazywana do powietrza wewnątrz budynku, co prowadzi do podnoszenia jego temperatury. Nieodłącznym elementem takiej instalacji jest okap. Jego zadaniem jest nie dopuszczenie do przegrzania się pomieszczeń w okresie letnim, a nie stanowiący przeszkody dla promieniowania słonecznego zimą .
Rys.1.1. Zasada działania systemu zysków bezpośrednich.
System zysków bezpośrednich wśród wszystkich systemów pasywnych ma największą sprawność chwilową. Wzrost temperatury pomieszczenia jest zgodny ze wzrostem promieniowania słonecznego. Wynikiem tego są bardzo duże wahania temperatury w ciągu dnia. Dzięki układom magazynującym o dużej pojemności i przewodności cieplnej jest możliwe zmniejszenie wahań temperatury. W systemach zysków bezpośrednich absorpcja promieniowania słonecznego zachodzi nie na powierzchni płaskiej skierowanej ku Słońcu, lecz we wnękach lub zagłębieniach budynku. Wynika to z dyfuzyjnego charakteru odbić promieniowania od ścian pomieszczenia. System zysków bezpośrednich jest na ogół uzupełnieniem słonecznych lub konwencjonalnych systemów grzewczych. System ten na szeroką skalę stosowany jest w produkcji rolnej. Szklarnia jest właśnie takim układem, gdzie elementem magazynującym energię jest podłoże gruntowe .
System zysków pośrednich.
Przypadkowe wahania temperatury w pomieszczeniu z systemem zysków bezpośrednich wpływają na dyskomfort cieplny człowieka. Sposobem zmniejszenia tych wahań z jednoczesną możliwością uzyskania przesunięcia okresu dostarczania energii do pomieszczenia na późniejsze godziny, jest odizolowanie od promieniowania słonecznego wnętrza budynku za pomocą układu magazynującego, w postaci grubej, masywnej ściany. Przejście regularnego zaburzenia temperatury przez taką ścianę związane jest z tłumieniem amplitudy zaburzenia i przesunięcia fazowego fali przenikającej na drugą stronę. Konstrukcja, która wykorzystuje ten efekt, charakteryzuje się istnieniem szczeliny wentylacyjnej między nasłonecznioną powierzchnią ściany a szybami osłaniającymi znana jest pod nazwą ściany Trombe’a .
Rys. 1.2. Zasada działania systemu zysków pośrednich ze ścianą Trombe’a.
W ścianie Trombe’a promieniowanie słoneczne przechodzi przez pokrycia szklane i jest absorbowane przez ciemną powierzchnię ściany akumulującej, powodując wzrost jej temperatury. Po otwarciu kanałów łączących ogrzewane pomieszczenie ze szczeliną między szybą a ścianą, może nastąpić przepływ powietrza przez szczelinę. Przepływ powietrza nastąpi gdy siła wyporu, która jest efektem rożnych gęstości powietrza w szczelinie i pomieszczeniu będzie dostatecznie duża, aby pokonać opory przepływu. Chłodne powietrze zasysane dolnym kanałem, powraca do pomieszczenia górnym po uprzednim ogrzaniu w szczelinie. W zależności od warunków klimatycznych grubość i pojemność cieplna przegrody dobierana jest indywidualnie.
Zakumulowana energia w ścianie jest przekazywana drogą przewodzenia w kierunku pomieszczenia z odpowiednim przesunięciem fazowym względem godzin operacji słonecznej. Natomiast poprzez zamykanie i otwieranie kanałów wentylacyjnych można regulować temperaturę pomieszczenia w godzinach dziennych. W ścianach Trombe’a często stosowane są zewnętrzne pokrywy izolacyjne. Ich zadaniem jest ochrona przegrody przed nadmiernymi stratami energii oraz zwiększenie zysków energii słonecznej. Dodatkową zaletą konstrukcji Trombe’a jest możliwość wykorzystania jej do celów klimatyzacyjnych w okresie letnim .
Kompromisem pomiędzy systemem zysków bezpośrednich i pośrednich jest system Balcomba. Jest to układ z całkowicie oszkloną weranda. Od strony południowej ogrzewane pomieszczenie ma masywną ścianę, której zadaniem jest magazynowanie energii, odizolowaną od otoczenia całkowicie oszkloną werandą.
Rys. 1.3. Zasada działania systemu Balcomba.
Weranda ogrzewana jest w sposób bezpośredni i charakteryzuje się dużymi wahaniami temperatury. Natomiast przestrzeń mieszkalna pozyskuje energię słoneczną w sposób pośredni. Konstrukcja ta jest najchętniej stosowana w naszej strefie klimatycznej, może być wykorzystywana przy termomodernizacji budynków już istniejących, podnosząc ich walory użytkowe i estetyczne.
Systemy pasywne z magazynowaniem energii w ścianie akumulacyjnej charakteryzują się dużymi wahaniami temperatur. Dodatkowo ściana akumulacyjna powinna być wykonana z materiału charakteryzującą się dużą przewodnością cieplną. Powyższych wad pozbawiony jest system Barra-Constantini. W tych systemach transport energii od kolektora do wnętrza pomieszczeń odbywa się za pośrednictwem przepływającego powietrza. Elementy magazynujące energię umieszczone są wewnątrz budynku, głównie w stropie. Powoduje to zwiększenie efektywności magazynowania, ponieważ energia zmagazynowana może być oddana tylko do pomieszczeń ogrzewanych, nie ma możliwości przekazania jej do otoczenia. Zewnętrzna ściana budynku, będąca pod oszkleniem jest odizolowana od bezpośredniego promieniowania słonecznego. Dzięki temu wahanie temperatury jest mniejsze, jest to dodatkowa zaleta tego systemu.
Mgr inż. Śliwiński Tomasz
Literatura:
Chwieduk D.: „Możliwości wykorzystania energii słonecznej na Lubelszczyźnie” PAN, 2010
Bilans energetyczny budynku można poprawić na trzech etapach. Na etapie pierwszym – rocznego zapotrzebowania budynku na energię użytkową (Q,nd), na etapie drugim – rocznego zapotrzebowania na energię końcową (QK) oraz na etapie trzecim – rocznego zapotrzebowania na energię pierwotną (Q P).
Poprawiając któryś z etapów wpływamy na wskaźniki rocznego zapotrzebowania na energię końcową oraz rocznego zapotrzebowania na energię pierwotną. Każdy z trzech etapów dzieli się na dwa podetapy, odpowiednio ogrzewania oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej. Ilustruje to rys. 1
Rys. 1. Metody poprawy bilansu energetycznego.
W etapie pierwszym na poziomie QH,nd poprawić możemy:
Qt,r – poprawiając współczynnik strat mocy cieplnej (Ht,r), poprzez docieplenie wszystkich przegród zewnętrznych budynku materiałem o niskim współczynniku przewodzenia ciepła.
Qve – Przez wentylację tracimy około 35% ciepła z budynku. Używając wentylacji mechanicznej z rekuperatorem o wysokiej sprawności poprawimy współczynnik strat ciepła przez wentylację (Hve).
Rekuperator składa się z wymiennika ciepła oraz dwóch wentylatorów – nawiewnego i wywiewnego. Świeże, zimne powietrze zasysane z zewnątrz przechodzi przez wymiennik ciepła, ogrzewając się od takiej samej ilości zużytego powietrza usuwanego z wnętrza budynku na zewnątrz. W ten sposób można odzyskać nawet 90% ciepła traconego przez wentylację .
Qsol – poprawiając zyski ciepła od promieniowania słonecznego. Jednym ze sposobów jest zastosowanie stolarki okiennej zlokalizowanej w większości na ścianach południowych z powłoką niskoemisyjną. Powłoka niskoemisyjna to cienka przeźroczysta warstwa pokrywająca szkło, która w sposób selektywny przepuszcza promieniowanie cieplne. Dzięki temu można uzyska maksymalne zyski ciepła z promieniowania słonecznego przy jednoczesnym ograniczeniu strat cieplnych. Powłoka ta przepuszcza wpadające do pomieszczenia wysokotemperaturowe promieniowanie słoneczne stanowiąc jednocześnie barierę dla niskotemperaturowego promieniowania z wnętrza pomieszczenia. Rozwiązanie takie gwarantuje największe zyski pochodzące od promieniowania słonecznego.
W etapie pierwszym na poziomie QW,nd poprawić możemy:
VCW – zmniejszając jednostkowe dobowe zużycie ciepłej wody użytkowej.
kt – najkorzystniej gdy temperatura wody na wypływie z zaworu czerpalnego wynosi 55o C.
W etapie drugim na poziomie QK,H poprawić możemy:
ηH,tot – średnią sezonową sprawność całkowitą systemu grzewczego budynku. Składa się ona z ηH,tot = ηH,g * ηH,s * ηH,d * ηH,e :
ηH,g – średnia sezonowa sprawność wytworzenia nośnika ciepła. Największą sprawnością charakteryzują się pompy ciepła, od 2,7 typu powietrze/woda do 3,8 typu woda/woda. Najmniejszą sprawnością charakteryzują się kotły węglowe wyprodukowane przed 1980 r. ich sprawność wynosi około 0,55. Sprawność wytwarzania ciepła została szczegółowa omówiona w rozdziale szóstym.
ηH,s – średnia sezonowa sprawność akumulacji ciepła w elementach pojemnościowych systemu grzewczego budynku. Największą sprawność osiągniemy nie posiadając zasobnika buforowego ηH,s = 1,0 . Najmniejszą sprawność ma bufor grzewczy umieszczony na zewnątrz osłony termicznej budynku , jego sprawność wynosi około 0,93. Sprawność akumulacji ciepła została szczegółowa omówiona w rozdziale szóstym.
ηH,d – średnia sezonowa sprawność transportu nośnika ciepła w obrębie budynku. Największą sprawność posiadają ogrzewanie elektryczne, piec kaflowy, kocioł gazowy oraz miniwęzeł i wynosi ona 1,0 . Najniższą sprawnością charakteryzuje się ogrzewanie centralne wodne z lokalnego źródła ciepła usytuowanego w ogrzewanym budynku, bez izolacji cieplnej na przewodach, armaturze i urządzeniach, które są zainstalowane w pomieszczeniach nieogrzewanych i wynosi ona około 0,88. Sprawność transportu ciepła została szczegółowa omówiona w rozdziale szóstym.
ηH,e – średnia sezonowa sprawność regulacji i wykorzystania ciepła w budynku. Największą sprawnością charakteryzują się grzejniki elektryczne bezpośrednie, ogrzewanie wodne z grzejnikami członowymi lub płytowymi w przypadku regulacji centralnej i miejscowej oraz ogrzewanie podłogowe lub ścienne w przypadku regulacji miejscowej i centralnej i wynosi ona od 0,98 do 0,99 .
W etapie drugim na poziomie QK,W poprawić możemy:
ηW,tot – średnią sezonową sprawność całkowitą systemu przygotowania ciepłej wody użytkowej. Składa się ona z ηW,tot = ηW,g * ηW,d * ηW,s * ηW,e :
ηW,g – średnia sezonowa sprawność wytworzenia nośnika ciepła z energii dostarczonej do budynku. Największą sprawnością charakteryzują się pompy ciepła, od 3,0 typu do 4,5 typu woda/woda. Najmniejszą sprawnością charakteryzują się przepływowe podgrzewacze gazowe z zapłonem płomiennym dyżurnym i wynosi ona od 0,16 do 0,74.
ηW,d – średnia sezonowa sprawność transportu ciepłej wody w obrębie budynku. Największą sprawność posiada miejscowe przygotowanie ciepłej wody bezpośrednio przy punktach poboru wody i wynosi ona 1,0. Najmniejszą sprawność posiadają instalacje duże, powyżej 100 punktów poboru ciepłej wody i wynosi ona 0,4. Sprawność transportu ciepłej wody została szczegółowa omówiona w rozdziale szóstym.
ηW,s – średnia sezonowa sprawność akumulacji ciepłej wody w elementach pojemnościowych systemu cieplej wody. Największą sprawność osiągniemy nie posiadając zasobnika ηH,s = 1,0. Najmniejszą sprawność posiadają zasobniki w systemie wg standardu z lat 1970 – tych i wynosi ona od 0,30 do 0,59. Sprawność akumulacji ciepłej wody została szczegółowa omówiona w rozdziale szóstym.
ηW,e – średnia sezonowa sprawność wykorzystania. Przyjmuje się 1,0.
W etapie trzecim na poziomie QP,H poprawić możemy:
wi – współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej na wytworzeni i dostarczenie nośnika energii końcowej do budynku. Najmniejszym współczynnikiem charakteryzuje się kolektor słoneczny termiczny i wynosi on 0,0. Największy współczynnik ma energia elektryczna z sieci elektroenergetycznej i wynosi on 3,0.
Mgr inż. Śliwiński Tomasz
Literatura:
Węglarz A.: „Dom energooszczędny”, Budujemy Dom nr 9/2009
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku stanowiącego samodzielną całość techniczno – użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej.
Interesującym projektem jest pawilon zaprojektowany na planowaną w roku 2012 w koreańskim mieście Josu (Yeosu) Wystawę Światową EXPO 2012. Hasłem przewodnim tej imprezy będzie „Siła i piękno oceanów”.
Ten odważny i nowatorski projekt „Water Cube” zaprojektowany przez holenderskie biuro architektoniczne MVRDV ma przedstawiać świat w formie sześciennej bryły i podkreślając różnorodność i potęgę oceanów. Ściany budynku będą wykonane ze szkła barwionego w masie o odcieniach błękitu, lazury i zieleni, będą również całkowicie wypełnione wodą i ukształtowane plastycznie na wzór mapy świata. Poszczególne zbiorniki wodne mają symbolizować morza i oceany, a umiejscowione między nimi przeszklone terraria to kontynenty. [1]
Rys. 5.1 Projekt pawilonu „Water Cube” na Wystawie Światowej EXPO 2012
zaprojektowany przez holenderskie biuro architektoniczne MVRDV. [1]
Wewnątrz pawilonu będzie znajdowała się ekspozycja biologicznej różnorodności mórz i oceanów. Wejście będzie tworzył podwodny przeszklony korytarz. Z holu będzie można wjechać przeszkloną windą na ostatnie piętro, w strefę Bieguna Północnego, z którego można będzie podziwiać nie tylko „morze północne”, ale i panoramę całej ekspozycji Światowej Wystawy EXPO. Przeszklony dach skonstruowany będzie z belek długości około 5 m zbiegających się w centrum obiektu. [1]
Wodę w ścianach budynku zbudowanych z różnej wielkości zbiorników będą utrzymywać grube przegrody przezroczyste, złożone z czterech warstw szkła. Kombinacja zbiorników wodnych i terrariów umiejscowionych jeden nad drugim, rozmieszczona będzie zgodnie z granicami wody i lądów. Wypełniająca zbiorniki świeża woda będzie nieustannie pompowana przez co, dzięki stałej cyrkulacji, ma zostać zapewniona odpowiednia temperatura. Dzięki temu szklane baseny, pełniące funkcję bufora termicznego będą chroniły wnętrze przed panującymi na zewnątrz o tej porze upałami. Dodatkowo na zewnątrz będą znajdowały się osłony kontrolujące dostęp promieni UV, a także baterie słoneczne, produkujące energię. Tak produkowana energia będzie zasilała pompy tłoczące wodę oraz oświetlenie pawilonu, dzięki temu będzie to budynek niskoenergetyczny. [1]
Osoby przebywające w środku budynku będą się czuły jak w ogromnym akwarium, do którego wnętrza docierać będzie błękitne światło przefiltrowane przez wodne ściany. Wewnątrz takiej konstrukcji będzie jednocześnie panował przyjemny mikroklimat chroniący przed suchym i gorącym powietrzem zewnętrznym.
mgr inż. bud. Dominika Rembisz
Bibliografia:
[1] Murator plus EXPO 2012 – elewacja z wody
Odpowiedni dobór pompy ciepła (moc sprężarki, skraplacza i parowacza) jest sprawą bardzo istotną. Ocenę termodynamiczną pompy ciepła (p.c.) przeprowadza się na podstawie współczynnika wydajności. Dla p.c. jest to stosunek energii cieplnej oddanej do środowiska ogrzewanego Qk do energii napędowej urządzenia N: εp = Qk / N . Większość producentów pomp ciepła podaje wartości współczynnika wydajności bardzo wysokie. Jest to prawdą ale tylko po części, ponieważ współczynnik wydajności p.c. może być aż tak wysoki, ale tylko chwilowo (wysoka temperatura źródła dolnego) ale nie w perspektywie całorocznej. Poniżej przedstawię kilka przykładów.
Na początku wyjaśnijmy sobie jak działa sprężarkowa pompa ciepła. Na dobrą sprawę nie różni się ona niczym od klasycznego układu ziębniczego. Wyposażona jest w sprężarkę, skraplacz, parownik i zawór rozprężny. W zamkniętym układzie termodynamicznym krąży czynnik roboczy będący nośnikiem energii cieplnej.
Schemat ideowy pompy ciepła
Gorący czynnik chłodniczy dostaje się do skraplacza (2). Tutaj pobrane ciepło oddawane jest czynnikowi chłodzącemu (powietrze / woda). Przekazywanie ciepła można podzielić na trzy części. W pierwszej części odprowadzane jest ciepło przegrzania (ciepło jawne). W drugiej części, czynnik oddaje ciepło w stałej temperaturze (ciepło utajone) i ulega skropleniu i w trzeciej części ochładza się do pożądanej temperatury, niższej od temperatury skraplania, a następnie spływa do zbiornika (3). Tutaj zostaje zdławiony od wysokiego do niskiego ciśnienia parowania i dostaje się do parownika (4), w którym pobiera ciepło. Czynnik chłodniczy opuszczając parownik (stan gazowy) dostaje się do sprężarki (1). W sprężarce czynnik roboczy jest sprężany do ciśnienia skraplania po czym gorący czynnik chłodniczy dostaje się do skraplacza i obieg powtarza się.
Poprzez czynnik chłodniczy powietrze/woda rozumie się przekazanie ciepła do środowiska ogrzewanego. W taki sposób pompa ciepła dostarcza „energię cieplną” np. w celu ogrzewania domu oraz przygotowania c.w.u.
Przykład
Aby lepiej zrozumieć działanie p.c. i zachodzące w niej przemiany spróbujemy dobrać pompę ciepła do poniższego przykładu.
Dom jednorodzinny znajdujący się pod Wrocławiem o parametrach:
U ścian zewnętrznych = 0,25 W/m2K
U dachu – 0,14 W/m2K
U okien – 1,00 W/m2K
U drzwi zew. – 2,00 W/m2K
Dom o powierzchni 218,50 m2 i kubaturze V=973 m3. Temperatura wewnątrz 20,38 °C.
Po zbilansowaniu budynku otrzymano zapotrzebowanie na moc do ogrzewania i przygotowania c.w.u. wynoszącą 11,2 kW ( w tym c.w.u. 1,5 kW).
Powiedzmy, że rodzina zdecydowała się na zakup pompy ciepła typu powietrze-woda do ogrzewania i przygotowania c.w.u. w budynku. Spróbujemy policzyć ilość energii niezbędnej do pracy pompy ciepła w dwóch miesiącach: dla stycznia i dla lipca (tylko c.w.u.).
Średnia temperatura dla miesiąca styczeń we Wrocławiu na podstawie stacji meteorologicznej wynosi – 0,40°C. Spróbujmy dobrać pompę ciepła dla takich danych.
Średnia temperatura powietrza dla danego miesiąca
-0,40
°C
Temperatura ciepłej wody w zbiorniku
+55,0
°C
Ilość ciepła Q
12,0
kW
Czynnik roboczy
R 407 A
Temperatura źródła dolnego
-9,40
°C
Temperatura źródła górnego
+70,0
°C
Moc parownika
12,0
kW
Moc skraplacza
22,1
kW
Moc sprężarki
10,1
kW
COP
1,19
bezwym.
Dla powyższych danych współczynnik wydajności pompy ciepła typu powietrze woda wynosi zaledwie COP = 1,19.
Poniżej znajduje się wykres log p – h
Wykres log p – h , dla miesiąca styczeń
Zobaczmy jak sprawa wygląda dla miesiąca lipiec.
Średnia temperatura dla miesiąca lipiec we Wrocławiu na podstawie stacji meteorologicznej wynosi + 16,0°C. Spróbujmy dobrać pompę ciepła dla takich danych.
Średnia temperatura powietrza dla danego miesiąca
+16,0
°C
Temperatura ciepłej wody w zbiorniku
+55,0
°C
Ilość ciepła Q
2,0
kW
Czynnik roboczy
R 407 A
Temperatura źródła dolnego
+7,0
°C
Temperatura źródła górnego
+70,0
°C
Moc parownika
2,0
kW
Moc skraplacza
3,05
kW
Moc sprężarki
1,05
kW
COP
1,90
bezwym.
Wykres log p – h dla miesiąca lipiec
Wg naszych wyliczeń efektywność pompy ciepła w dalszym ciągu nie przekracza COP <2,0.
Zobaczmy jak sprawa wygląda dla jeszcze wyższej temperatury zewnętrznej wynoszącej 30 °C (temperatura chwilowa powietrza zewnętrznego).
Średnia temperatura powietrza dla danego miesiąca
+30,0
°C
Temperatura ciepłej wody w zbiorniku
+55,0
°C
Ilość ciepła Q
2,0
kW
Czynnik roboczy
R 407 A
Temperatura źródła dolnego
+21,0
°C
Temperatura źródła górnego
+70,0
°C
Moc parownika
2,0
kW
Moc skraplacza
2,71
kW
Moc sprężarki
0,71
kW
COP
2,82
bezwym.
Na podstawie obliczeń widać, że reklamowana przez większość sprzedawców wysoka efektywność pompy ciepła (COP> 3,0) rzadko jest osiągana. W naszych obliczeniach udało się osiągnąć wysoki współczynnik efektywności COP = 2,82 ale tylko przy pewnych założeniach zewnętrznych (temp. powietrza zewnętrznego = +30,0 °C, temperatura ciepłej wody użytkowej = +55,0 °C.