Možnosti zosúladenia progresívnych systémov nízkoteplotného vykurovania a netradičných zdrojov energií prípadová štúdia Košice

Možnosti zosúladenia progresívnych systémov nízkoteplotného vykurovania a netradičných zdrojov energií – prípadová štúdia Košice

doc. Ing. Zuzana VRANAYOVÁ, PhD. Ing. František VRANAY, PhD. Ing. Anna Sedláková, PhD. Ústav budov a prostredia Stavebná fakulta TU v Košiciach

PREDPOKLADY PRE VYTVORENIE PREVÁDZKU INTELIGENTNÝCH BUDOV

A

CHARAKTER BUDOVY • Budova nízkoenergetická • Technológia IB si vyžaduje kvalitný riadiaci systém s programom s vysokými investičnými nákladmi. • Bolo by obtiažne a zbytočné túto technológiu preniesť do bežne sa vyskytujúcich budov.

POHĽAD NA PREVÁDZKU REÁLNEJ ADMINISTRATÍVNEJ BUDOVY PREHĽAD NÁKLADOV NA ENERGIE ZA ROK 5% 0%

1

vykurovanie

2

chladenie

3

elektrika

4

voda, kanál

5

plyn

.

. . .

.

38% 57% 0%

Prehľad nákladov za energie na prevádzku administratívnej budovy za rok vyjadrené percentuálne = rezervy úspor v prevádzke

SPOTREBA TEPLA NA VYKUROVANIE (GJ/rok)

ROK 1996

3 000

3 200

3 500

1997 - ZATEPLENIE OBJEKTU VÝMENA OKIEN

= 100 % = 55 %

2 500

1 080 360

500 0

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 MERANIA V ROKOCH

TERMOSTATIZÁCIA

= 38 %

TEPELNÉ ČERPADLO

= 12 %

2008 – KAPILÁRNE ROHOŽE 220

1 250

2007 – 1 500

1 630

1 670

1 490

1 000

1 460

1 500

1 520

2 000

1 930

2005 2 220

SPOTREBA TEPLA ( GJ )

VYUŽITIE TEPELNÉHO ČERPADLA V SYSTÉMOCH ZÁSOBOVANIA TEPLOM

PRIEBEH SPOTRIEB TEPLA NA VYKUROVANIE POČAS ROKOV 1996 - 2007

=

7%

VYUŽITIE TEPELNÉHO ČERPADLA V SYSTÉMOCH ZÁSOBOVANIA TEPLOM

UKÁŽKY ZO ZREALIZOVANÉHO LABORATÓRIA

STROJOVŇA S TEPELNÝM ČERPADLOM

VYUŽITIE TEPELNÉHO ČERPADLA V SYSTÉMOCH ZÁSOBOVANIA TEPLOM

Vykurovanie : RADIÁTORMI

E3

=

E2

+

Teplotný spád 60 / 50 °C

COP =

E1

E3 E1

= cca 3,0

!!!

E1

LEGENDA : 1 ● BUDOVA - vykurovanie 2 ● RADIÁTORY 3 ● SACIA STUDŇA (zdroj tepla a chladu),

5 1

2

E3

4 ● VSAKOVACIA STUDŇA, 5 ● TEPELNÉ ČERPADLO

2

VODA-VODA zdroj tepla

E2

3

Schéma súčasného spôsobu zásobovania teplom

4

E1 dodaná celková elektrická energia E2 teplo získané zo studne E3 teplo vyrobené – dodané do objektu

VYUŽITIE TEPELNÉHO ČERPADLA V SYSTÉMOCH ZÁSOBOVANIA TEPLOM

PRIEBEH VYKUROVACIEHO FAKTORU (COP) TEPELNÉHO ČERPADLA

LEGENDA :

6,2

Stropné COPØ=5,7

Priebeh COP v závislosti od teploty vykurovacej vody

Radiátory COPØ=3,6

Vykurovanie radiátormi 60/50°C Stropné vykurovanie kapilárnymi rohožami 35/30°C

3,0

COP vykurovací faktor (pomer tepelného výkonu k príkonu TČ)

+25°

35°C teplota vykurovacej vody

+60°C

Očakávaný nárast COP tepelného čerpadla je cca 75%

(Coefficient of Performance)

VYUŽITIE TEPELNÉHO ČERPADLA V SYSTÉMOCH ZÁSOBOVANIA TEPLOM

Vykurovanie : KAPILÁRNE ROHOŽE Teplotný spád 35 / 30 °C

E3

=

E2

+

COP =

E1 E1

E3 E1

= cca 5,0

!!!

LEGENDA : 1 ● BUDOVA - vykurovanie 2 ● KAPILÁRNE ROHOŽE 3 ● SACIA STUDŇA (zdroj tepla a chladu),

5

2 E3

4 ● VSAKOVACIA STUDŇA, 5 ● TEPELNÉ ČERPADLO

2

VODA-VODA zdroj tepla

1

E2

3

4

Schéma navrhovaného spôsobu zásobovania teplom

E1 dodaná celková elektrická energia E2 teplo získané zo studne E3 teplo vyrobené – dodané do objektu

VYUŽITIE TEPELNÉHO ČERPADLA V SYSTÉMOCH ZÁSOBOVANIA TEPLOM

Chladenie : KAPILÁRNE ROHOŽE

E3

=

Teplotný spád 18 / 20 °C

=

COP

E2

E 3 = E1

cca 16,0

!!!

LEGENDA : 1 ● BUDOVA - chladenie 2 ● KAPILÁRNE ROHOŽE 3 ● SACIA STUDŇA (zdroj chladu), 4 ● VSAKOVACIA STUDŇA,

5

2 E3

2 1

E2

3

4

Schéma navrhovaného spôsobu zásobovania teplom

E1 dodaná elektrická energia len na čerpaciu prácu cirkulačných čerpadiel E2 teplo získané zo studne E3 chlad vyrobený – dodaný do objektu

VYUŽITIE TEPELNÉHO ČERPADLA V SYSTÉMOCH ZÁSOBOVANIA TEPLOM

PRIEBEH TEPELNÝCH STRÁT OBJEKTU A VÝKONU TEPELNÉHO ČERPADLA

LEGENDA :

kW

82%

140

kW 145

Tepelná strata objektu Výkon TEPELNÉHO ČERPADLA Výkon dodaný tepelným čerpadlom

115

Výkon chýbajúci na vykurovanie

30

Výkon prebytočný na dodávku do siete Bod bivalencie (potreba = výkonu TČ)

-15°

-10° teplota vonkajšieho vzduchu

+13°C

DODANÁ ENERGIA VZTIAHNUTÁ NA POČETNOSŤ TEPLOT 50 000

0%

TČ 1 do siete OST do objektu

45 000 40 000

TČ 1 do objektu

35 000 30 000

100%

25 000 20 00046%

54%

15 000 0%

10 000 5 000

PRIEBEH VONKAJŠÍCH TEPLOT (°C)

13

11

9

7

5

3

1

-1

-3

-5

-7

-9

-1 1

-1 3

0 -1 5

DODANÁ ENERGIA (kWh)

VYUŽITIE TEPELNÉHO ČERPADLA V SYSTÉMOCH ZÁSOBOVANIA TEPLOM

PRIEBEH TEPELNÝCH STRÁT OBJEKTU A VÝKONU TEPELNÉHO ČERPADLA

priebeh činnosti TČ 02.02.2008 - Sobota

60.0

50.0

40.0 s tudna 2 s tudna 1 v y menik 1 v y menik 2 TC v y s tup TC v s tup UK v s tup UK v y s tup Teplota ex t

30.0

20.0

10.0

čas ( 0 - 24 hod )

0:00

23:00

22:00

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

3:00

2:00

1:00

0.0 0:00

teploty ( °C )

VYUŽITIE TEPELNÉHO ČERPADLA V SYSTÉMOCH ZÁSOBOVANIA TEPLOM

PRIEBEH NAMERANÝCH HODNOT PRI PREVÁDZKE VYKUROVANIA TEPELNÝM ČERPADLOM V OBJEKTE HONORS

VÝSLEDNÁ CENA 1kWh PODĽA PRODUKTU VRÁTANE DISTRIBÚCIE za rok 2008

14

VÝSLEDNÁ CENA 1 kWh bez DPH (SK)

VYUŽITIE TEPELNÉHO ČERPADLA V SYSTÉMOCH ZÁSOBOVANIA TEPLOM

CENA ELEKTRICKEJ ENERGIE PRE VYKUROVANIE TEPELNÝM ČERPADLOM ( PRE PODNIKATELOV SLOVENSKO )

MIDI

MINI

MAXI

12

10

MAXI MIDI 2

8

MIDI 1 MINI 2 MINI 1

6

MIKRO 4

2

0 0

50

100

150

200

250

300

350

ÚROVEŇ ODBERU ZA ROK (MWh/rok)

400

450

500

VYUŽITIE TEPELNÉHO ČERPADLA V SYSTÉMOCH ZÁSOBOVANIA TEPLOM

PODMIENKY UPLATNENIA KAPILÁRNYCH ROHOŽÍ V PROCESE VYKUROVANIA - CHLADENIA

1. MOŽNOSŤ ZABEZPEČENIA VYKUROVANIA – CHLADENIA JEDINÝM SYSTÉMOM 2. ODSTRÁNENIE TEPELNÝCH ŠOKOV V PRIESTORE VPLYVOM KOLÍSANIA TEPLÔT 3. CHLADENIE BEZ VYNÚTENEJ CIRKULÁCIE VZDUCHU, MINIMALIZÁCIA VÍRENIA PRACHU 4. ODOVZDÁVANIE TEPLA SA DEJE HLAVNE SÁLAVÝM SPÔSOBOM

SYSTÉM POD OMIETKOU

5. VYUŽITIE AKUMULÁCIE ENERGIE DO STAVEBNÝCH KONŠTRUKCIÍ STAVBY 6. MOŽNOSŤ NASADENIA PRI OBNOVE BUDOV 7. NAJVHODNEJŠIE VYUŽITIE JE U STAVIEB S KVALITNÝMI OBALOVÝMI KONŠTRUKCIAMI SYSTÉM FORMOU STROPNÝCH KAZIET

VYUŽITIE TEPELNÉHO ČERPADLA V SYSTÉMOCH ZÁSOBOVANIA TEPLOM

PODMIENKY UPLATNENIA TEPELNÝCH ČERPADIEL V SYSTÉME ZÁSOBOVANIA TEPLOM

1.

TEPELNÉ ČERPADLO VYUŽÍVA NÍZKOPOTENCIÁLNE TEPLO (ZEME, VODY, NA POHON SA VYUŽÍVA LEN 1/4 – 1/3 ELEKTRICKEJ ENERGIE

2.

SUBSTITUUJE FOSÍLNE PALIVÁ KTORÉ SÚ DOVÁŽANÉ ZO ZAHRANIČIA

3.

ZNIŽUJE TVORBU EMISÍÍ CO2 PRI VÝROBE TEPLA

4.

PRI NASADZOVANÍ DO ROZVODOV TEPLA JE VÝHODNEJŠIA KOOPERÁCIA S INÝM ZDROJOM INÝ ZDROJ ZABEZPEČÍ VYKRYTIE ŠPIČKOVÉHO VÝKONU -

5.

6.

VZDUCHU),

OŠETRENIE RIZÍK PRI MOŽNOM VÝPADKU TČ

EKONOMICKÉ BILANCIE VÝRAZNE OVPLYVŇUJE : 1.

ZDROJ TEPLA CHLADU (STUDŇA, ZEMNÝ VRT, ...)

2.

KVALITA OBALOVÝCH KONŠTRUKCIÍ OBJEKTU

3.

SYSTÉM VYKUROVANIA – CHLADENIA

4.

SADZBA ELEKTRICKEJ ENERGIE A ČASOVÝ REŽIM PREVÁDZKY

PRECHOD NA OBNOVITEĽNÉ ZDROJE SI VYNUCUJE STABILIZÁCIU CENY ENERGIE

SPOTREBA TEPLA NA VYKUROVANIE (GJ/rok)

3 200

3 000

VÝCHODZÍ STAV

= 100 %

1997 - ZATEPLENIE OBJEKTU VÝMENA OKIEN

= 55 %

1996 -

3 500

2 500

1 080 360

500 0

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 MERANIA V ROKOCH

G

F

E

D

C

TERMOSTATIZÁCIA

= 38 %

TEPELNÉ ČERPADLO

= 12 %

2008 – KAPILÁRNE ROHOŽE 220

1 250

1 630

1 670

2007 – 1 500

1 000

1 490

1 520

1 500

1 460

2 000

1 930

2005 2 220

SPOTREBA TEPLA ( GJ )

VYUŽITIE TEPELNÉHO ČERPADLA V SYSTÉMOCH ZÁSOBOVANIA TEPLOM

PRIEBEH SPOTRIEB TEPLA NA VYKUROVANIE A DOPAD NA EHB POČAS ROKOV 1996 - 2007

B

A

=

7%

ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ !

Ing. František VRANAY, PhD.

Stavebná fakulta TU v Košiciach [email protected]