efektywne podgrzewanie ciepłej wody użytkowej po sezonie grzewczym
Post on 22-Jan-2018
312 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Efektywne podgrzewanie ciepłej wody użytkowej
poza sezonem grzewczym
Sprawność źródła ciepła w sezonie grzewczym i poza sezonem grzewczym
Porównanie kosztów podgrzewanie wody użytkowej po sezonie grzewczym
Emisje zanieczyszczeń w trybie podgrzewania wody użytkowej
Wydanie 1/2017
25.05.2017
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl
2
Struktura wydatków gospodarstw domowych
w Polsce (dane GUS, n = 37.181)
Źródło: „Budżety gospodarstw
domowych w 2013 r.”, Główny
Urząd Statystyczny 2014
Edukacja
1,2%
Kieszonkowe
1,6%
Napoje alkoholowe,
wyroby tytoniowe
1,6%
Hotele, restauracje
2,9%
Inne wydatki
4,1%
Wyposażenie prowadzenie
gospodarstwa domowego
4,7%
Łączność
5,1%
Zdrowie
5,1%
Odzież i obuwie
5,1%
Inne towary i usługi
5,8%
Kultura i rekreacja
6,5%
Transport
9,6%
Ogrzewanie, energia
elektryczna, media
20,8%
Żywność i napoje
24,9%
Wydatki na energię i media stanowią jedną
z największych części budżetów domowych
zgodnie z danymi GUS. Większą ich część
zajmują wydatki na ogrzewanie domu
oraz podgrzewanie ciepłej wody
użytkowej.
3
Struktura zużycia energii dla gospodarstw
domowych w Polsce (dane GUS, n = 4.576)
Według danych GUS, podgrzewanie ciepłej wody użytkowej powoduje blisko 15%
całkowitego zużycia energii w domu. Trzeba pamiętać, że są to dane określone na
podstawie bilansów zebranych z ponad 4,5 tys. domów. Statystycznie standard
energetyczny budynków w Polsce nie jest najwyższy. Według badań CATI CEM i Instytutu
Ekonomii Środowiska (2016) 40% domów jest całkowicie pozbawionych izolacji cieplnej,
a w dalszych 23% izolacja jest „symboliczna” (5÷8% cm). Udział energii potrzebnej dla
podgrzewania wody będzie zdecydowanie wyższy w nowych energooszczędnych
budynkach. Zastosowanie wysokosprawnego systemu podgrzewania wody będzie więc
szczególnie ważne w projektowanych domach lub też poddawanych termomodernizacji.
Źródło: „Zużycie energii w gospodarstwach domowych w 2012 r.”, Główny Urząd Statystyczny 2014
4
Przykładowy bilans energii domu
jednorodzinnego o standardzie WT 2017
Udział ciepła potrzebnego dla podgrzewania wody użytkowej w energooszczędnym domu
z pompą ciepła i rekuperatorem, spełniającego wymagania warunków WT 2017, może
wynosić około ¼ całkowitej ilości energii (łącznie z zasilaniem wyposażenia domu).
Widoczny jest wysoki udział ciepła dla podgrzewania wody w miesiącach letnich.
kWh
Źródło: Powierzchnia ogrzewana 220 m2, zużycie dzienne ciepłej wody 300 litrów,
wyposażenie domu wyłącznie zasilane energią elektryczną (brak gazu ziemnego)
5
Udział ciepła dla podgrzewania
ciepłej wody użytkowej
Udział ciepła niezbędnego do podgrzewania wody użytkowej w przykładowym domu
jednorodzinnym spełniającym Warunki Techniczne WT 2017 wyniósł 24% w całkowitym
bilansie energii ( poprzedni slajd). Biorąc pod uwagę jedynie bilans ciepła (ogrzewanie
pomieszczeń CO oraz podgrzewanie wody użytkowej CWU), udział ciepła dla rocznego
podgrzewania wody CWU wyniesie tu 35%.
Przez 5 miesięcy V-IX spoza sezonu grzewczego, gdy potrzeby ogrzewania występują
sporadycznie tylko w okresach przejściowych, udział ciepła zużywanego dla podgrzewania
wody znacząco wzrasta do blisko 90% (w przykładowym budynku 86%). Im wyższy jest
udział ciepła dla podgrzewania wody tym niższa będzie sprawność źródła ciepła. Obniżenie
sprawności poza sezonem grzewczym będzie zależeć od standardu technicznego źródła.
Cały rok Pora ciepła Sezon grzewczy
220 dni 145 dni
6
Podgrzewanie ciepłej wody użytkowej (CWU)
po sezonie grzewczym
W trakcie sezonu grzewczego źródło ciepła pracuje przez przeważającą część doby na
potrzeby ogrzewania budynku. W razie potrzeby podgrzania wody CWU, następuje
chwilowe przełączenie trybów pracy – z ogrzewania domu CO na podgrzewanie wody CWU.
Podgrzewanie wody CWU po sezonie grzewczym wiąże się ze sporadycznym włączaniem
źródła ciepła w ciągu doby. Stanowi to zasadniczą różnicę wpływającą istotnie na sprawność
pracy źródła ciepła w tym okresie.
7
Skąd wynikają znaczące różnice w sprawności
źródeł ciepła w trybie podgrzewania CWU?
Sprawność pracy źródeł ciepła jakimi są różnego
rodzaju kotły grzewcze, a także pompy ciepła,
podgrzewacze przepływowe, bojlery itd., jest zależna
od bardzo wielu czynników. Pomiędzy źródłami ciepła
występują różnice już w samych sprawnościach
maksymalnych. Jest to zależne przede wszystkim od
konstrukcji urządzenia.
Dodatkowo występują znaczące często różnice
w sprawnościach uzyskiwanych w różnych trybach
pracy przez to samo źródło ciepła. Starsze urządzenia
mogą się cechować „przyzwoitą” sprawnością w
głównym trybie pracy – ogrzewania budynku. Jednak
przy niższym obciążeniu, także poza sezonem
grzewczym, ich sprawność może ulegać znaczącemu
obniżeniu. Nowoczesne źródła ciepła potrafią
utrzymywać wysoką sprawność pracy w szerokim
zakresie obciążeń cieplnych.
75%
50%
8
Praca kotła na cele ogrzewania budynku
i podgrzewania ciepłej wody użytkowej
Ciepło wytwarzane przez kocioł w sezonie grzewczym jest na bieżąco wykorzystywane
i oddawane albo do instalacji grzewczej, albo do wody użytkowej. Czas trwania sezonu
można średnio przyjąć na 220 dni. Woda użytkowa jest potrzebna dłużej, nawet przez
365 dni, a więc obciążenie cieplne kotła poza sezonem grzewczym będzie znacznie
mniejsze. Ciepło gromadzone wówczas w kotle będzie w dużej mierze tracone do otoczenia
kotła i do komina.
Ciepła woda użytkowa
365 dni/rok
Ogrzewanie budynku
220 dni/rok
9
Porównanie kotła stojącego i kotła wiszącego
- ciężar i pojemność wodna
Kotły stojące opalane paliwami stałymi cechują się zdecydowanie wyższym ciężarem
korpusu i większą pojemnością wodną w porównaniu do gazowych kotłów wiszących.
Charakter pracy kotła stojącego jest „pojemnościowy”, podczas gdy kotła wiszącego
„przepływowy”. Odgrywa to szczególne znaczenie w okresie eksploatacji po sezonie
grzewczym, gdy praca kotła jest wymagana sporadycznie w ciągu dnia, zwykle 23 razy
dziennie, w połączeniu z pojemnościowym podgrzewaczem wody użytkowej.
Kocioł węglowy 25 kW
Ciężar korpusu kotła: 250 kg
Pojemność wodna: 70 dm3
Kocioł gazowy 25 kW
Ciężar wymiennika ciepła
spaliny/woda spalania: 4 kg
Pojemność wodna: 7 dm3
10
Porównanie warunków rozruchu kotła
w trybie pracy podgrzewania wody CWU
Doprowadzenie temperatury wody w kotle do wymaganego poziomu (aby podgrzewać
wodę w podgrzewaczu do 4555 oC) wiąże się z koniecznością podgrzania samej wody
kotłowej i korpusu kotła (stal, izolacja cieplna). W przypadku kotła stojącego na paliwo stałe
wymagane będzie doprowadzenie ok. 6 kWh ciepła, co przy mocy grzewczej 24 kW może
zająć około 15 minut. W przypadku kotła wiszącego taki sam przyrost temperatury (T = 45
K) wymaga doprowadzenia znacznie mniejszej ilości ciepła (ok. 0,4 kWh) w krótkim czasie.
Kotły kondensacyjne nie muszą utrzymywać minimalnej temperatury dyżurnej jak znaczna
część kotłów stałopalnych pozbawionych możliwości samoczynnego zapłonu.
35 oC
80 oC
6 kWh
15 min. 20 oC
65 oC
0,4 kWh
1 min.
11
Analiza kosztów podgrzewania
ciepłej wody użytkowej
i emisji zanieczyszczeń
Koszty eksploatacyjne i emisje zanieczyszczeń
przy podgrzewaniu ciepłej wody użytkowej
12
Koszty podgrzewania wody
zł brutto (dla 145 dni)
Porównanie kosztów podgrzewania wody
użytkowej poza sezonem grzewczym (145 dni)
Ilość ciepłej wody 300 l/dzień 10/45 oC, potrzeby cieplne (145 dni): 1900 kWh. Najniższe
koszty podgrzewania wody poza sezonem grzewczym może zapewnić połączenie kotła
kondensacyjnego z kolektorami słonecznymi (jeszcze niższe uzyskano by oczywiście przy
rzadziej stosowanym połączeniu pompy ciepła z kolektorami słonecznymi)
Opis założeń dla kalkulacji kosztów
podgrzewania ciepłej wody użytkowej
13
Założenia dla porównania kosztów
podgrzewania ciepłej wody użytkowej
Rodzaj
paliwa/energii Założenia dla kalkulacji kosztów
Drewno Cena paliwa: drewno 220 zł/m.p., pelety 800 zł/t (standardowe /ceny rynkowe
z transportem). Sprawności kotłów poza sezonem grzewczym 70% (pelety)
i 50% (drewno).
Energia elektryczna Cena energii uśredniona dla taryfy 2-strefowej G12w (dane Tauron) równa
0,475 zł/kWh. Efektywność COP pompy ciepła powietrze/woda poza sezonem
grzewczym przyjęta jako 4,5 – wyższa niż dla pompy ciepła solanka/woda 3,5
z uwagi na wyższe temperatury dolnego źródła ciepła (powietrze w porze
ciepłej będzie mieć wyższe temperatury niż grunt szczególnie po sezonie
grzewczym).
Węgiel Cena paliwa: ekogroszek 760 zł/t, miał 477 zł/t (dane GUS). Sprawność kotła
węglowego poza sezonem grzewczym: 50% na miał i 65% na ekogroszek.
Gaz ziemny Cena paliwa: gaz ziemny GZ50 od 1,70 do 1,87 zł/m3 wg taryfy W-3, zależnie
od rocznego zużycia gazu (wyższa cena dla kotła kondensacyjnego z uwagi
na niższe zużycie gazu). Sprawność kotła poza sezonem grzewczym:
stałotemperaturowego 60%, niskotemperaturowego 80%, kondensacyjnego
98%. Pokrycie potrzeb cieplnych dla wody użytkowej przez instalację solarną
w okresie V-IX (145 dni) zakładane na 70%.
14
(kg/145 dni)
CO2
Dwutlenek węgla CO2 nie jest sam w sobie zanieczyszczeniem, a naturalnym produktem
spalania paliw. Jest uznawany za gaz wpływający na ocieplenie klimatu, stąd dąży się
redukcji jego emisji. Spalenie paliwa do postaci CO2 oznacza, że jest ono całkowite, czyli
wykorzystano w pełni energię zawartą w paliwie. W przypadku urządzeń elektrycznych
miejscowa emisja CO2 jest zerowa (emisję powoduje spalenie paliwa w elektrowni).
W przypadku drewna często traktuje się spalanie jako bez emisyjne, uznając że ilość CO2
wyemitowana w trakcie spalania jest równa ilości CO2 zaabsorbowanej przez drzewo
w ciągu jego życia.
Porównanie emisji dwutlenku węgla (CO2)
- poza sezonem grzewczym (145 dni)
Ilość ciepłej wody 300 l/dzień,
podgrzewanie 10/45 oC, potrzeby
cieplne (145 dni): 1900 kWh
Wskaźniki emisyjności według
KOBIZE (Krajowy Ośrodek
Bilansowania i Zarządzania
Emisjami)
15
(kg/145 dni)
CO
Porównanie emisji tlenku węgla (CO)
- poza sezonem grzewczym (145 dni)
Tlenek węgla CO jest wynikiem nie całkowitego spalania paliwa. Powodem jest głównie
niedokładne zmieszanie paliwa z powietrzem, stąd wyższe emisje CO mają miejsce przede
wszystkim w przypadku paliw stałych. Gaz ziemny może być bardzo dokładnie mieszany
z powietrzem zanim jeszcze dotrze do komory spalania kotła, stąd też emisja CO jest w jego
przypadku śladowa. Dla urządzeń elektrycznych lokalna emisja zanieczyszczeń jest zerowa.
Znaczne obniżenie emisji CO można uzyskać przy wykorzystaniu energii odnawialnej,
na przykład poprzez zastosowanie kolektorów słonecznych.
Ilość ciepłej wody 300 l/dzień,
podgrzewanie 10/45 oC, potrzeby
cieplne (145 dni): 1900 kWh
Wskaźniki emisyjności według
KOBIZE (Krajowy Ośrodek
Bilansowania i Zarządzania
Emisjami)
16
(kg/145 dni)
Pył zawieszony
Porównanie emisji pyłu zawieszonego
- poza sezonem grzewczym (145 dni)
Powszechnie znany problem złej jakości powietrza jest w największej części wynikiem
spalania paliw stałych w małych źródłach ciepła, np. kotłach, czy piecach kaflowych.
Problem smogu jest szczególnie widoczny w sezonie grzewczym, ale także poza nim emisje
zanieczyszczeń pozostają wysokie, szczególnie w przeliczeniu na ilość wytwarzanego ciepła
(wobec niskiej sprawności kotłów na paliwa stałe poza sezonem grzewczym). Dla urządzeń
elektrycznych emisje lokalne są zerowe, ale także globalne pozostaną niskie, ponieważ
skuteczność oczyszczania spalin w elektrowniach jest zdecydowanie wyższa niż
paleniskach domowych
(gdzie w zasadzie nie
stosuje się w ogóle
oczyszczania spalin)
Ilość ciepłej wody 300 l/dzień,
podgrzewanie 10/45 oC, potrzeby
cieplne (145 dni): 1900 kWh
Wskaźniki emisyjności według
KOBIZE (Krajowy Ośrodek
Bilansowania i Zarządzania
Emisjami)
17
(kg/145 dni)
SO2/SOx
Porównanie emisji tlenków siarki (SO2/SOx)
- poza sezonem grzewczym (145 dni)
Związki siarki są silnie toksyczne i wpływają bezpośrednio na zdrowie człowieka oraz stan
środowiska naturalnego (m.in. kwaśne deszcze). Powodem ich emisji jest przede wszystkim
zawartość siarki w paliwie, co dotyczy w szczególności węgla. Śladowe emisje SO2/SOx
powoduje spalanie drewna, czy tym bardziej gazu ziemnego. W przypadku urządzeń
elektrycznych emisja tlenków siarki będzie miała miejsce w miejscu wytwarzania energii,
ale będzie ona śladowa. Elektrownie, czy elektrociepłownie wyposażane są od dawna
w skuteczne instalacje odsiarczania spalin.
Ilość ciepłej wody 300 l/dzień,
podgrzewanie 10/45 oC, potrzeby
cieplne (145 dni): 1900 kWh
Wskaźniki emisyjności według
KOBIZE (Krajowy Ośrodek
Bilansowania i Zarządzania
Emisjami)
18
(kg/145 dni)
NO2/NOx
Porównanie emisji tlenków azotu (NO2/NOx)
- poza sezonem grzewczym (145 dni)
Związki azotu są silnie toksyczne i oddziałują w szerokim zakresie negatywnie na zdrowie
człowieka. Przyczyniają się także do rozwoju efektu cieplarnianego i smogu. Ich emisja jest
wynikiem zawartości azotu w paliwie i powietrzu do spalania oraz mechanizmów samego
procesu spalania. Najwyższe emisje azotu powstają przy spalaniu paliw stałych, ale także
zauważalne są przy spalaniu „czystego” paliwa jakim jest gaz ziemny. Znaczny wpływ
odgrywa tutaj konstrukcja palnika i temperatura spalania, która dla ograniczenia takiej emisji
powinna być obniżana. Lokalna emisja tlenków azotu dla urządzeń elektrycznych jest
zerowa.
Ilość ciepłej wody 300 l/dzień,
podgrzewanie 10/45 oC, potrzeby
cieplne (145 dni): 1900 kWh
Wskaźniki emisyjności według
KOBIZE (Krajowy Ośrodek
Bilansowania i Zarządzania
Emisjami)
19
Podsumowanie – efektywne i ekologiczne
sposoby podgrzewania ciepłej wody użytkowej
Pompa ciepła
Gazowy kocioł kondensacyjny. Instalacja solarna
Podgrzewanie wody użytkowej za pomocą kondensacyjnego
kotła gazowego pozwala uzyskać niskie koszty eksploatacyjne
i jednocześnie minimalne emisje zanieczyszczeń. To także
rozwiązanie komfortowe w użytkowaniu. Klasę efektywności
przy zastosowaniu kolektorów słonecznych można zwiększyć
do poziomu A+ i dodatkowo obniżyć koszty eksploatacyjne oraz
emisje zanieczyszczeń.
Podgrzewanie wody użytkowej za pomocą pomp ciepła
zapewnia najniższe koszty eksploatacyjne i lokalnie (w miejscu
zabudowy) zerowe emisje zanieczyszczeń. Możliwe jest
zastosowanie pomp ciepła wody użytkowej w wbudowanym
zasobnikiem lub pomp ciepła 2-funkcyjnych powietrze/woda
lub solanka/woda. Wysoki udział energii odnawialnej w bilansie
energetycznym pozwala uzyskiwać klasę A+, a nawet A++
w trybie podgrzewania ciepłej wody użytkowej.
Chłodzenie
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl
Ogrzewanie
Energia odnawialna
Kotły gazowe
Kotły olejowe
Pompy ciepła
Kolektory słoneczne
Systemy wentylacji
top related