W dotychczasowych publikacjach podano m.in. następujące informacje:
- gazowy kocioł kondensacyjny wyprodukował w ciągu roku 76,44 GJ,
- średnia w roku sprawność gazowego kotła kondensacyjnego wyniosła 99,2% (w odniesieniu do wartości opałowej gazu),
- zużycie gazu ziemnego wyniosło 2324 m3,
- koszt ciepła to 64,45 zł/GJ,
- obliczeniowa moc cieplna do centralnego ogrzewania wynosi 12 kW,
- zużycie ciepła na centralne ogrzewanie wyniosło 55 GJ,
- jednostkowe zużycie energii do c.o. to 144,3 kWh/(m2 a),
- zużywano ok. 86 l na osobę w ciągu doby,
- do przygotowania ciepłej wody użytkowej zużyto 10,38 GJ,
- średnia moc do przygotowania ciepłej wody użytkowej to 0,3 kW,
- jednostkowe zużycie energii do c.w.u. wyniosło 22,3 kWh/(m2 a).
Założenia podstawowe
Główną ideą przedsięwzięcia było maksymalne wykorzystanie gazu ziemnego za pomocą kotła kondensacyjnego. Żeby to osiągnąć, kocioł powinien pracować tylko z kondensacją. Cel ten zrealizowano poprzez zaprojektowanie instalacji centralnego ogrzewania z maksymalnymi temperaturami: tzco/tpco = 55/35°C. Powoduje to konieczność zwiększenia powierzchni grzejników 2,64 razy w porównaniu z instalacją o parametrach tzco/tpco = 80/60°C.
Ciepła woda użytkowa była ponadto podgrzewana w płytowym wymienniku przepływowym, w zależności od chwilowych potrzeb. Maksymalna możliwa do osiągnięcia temperatura c.w.u. wyniosła tcwmax = 55,0°C (przy maksymalnej temperaturze za kotłem tzkmax = 58°C). Jest to zgodne z obowiązującymi przepisami [5], a odbiorcy uznali temperaturę c.w.u. za właściwą.
Opis analizowanego obiektu
Przypomnijmy, że analizę przeprowadzono w rzeczywistym mieszkaniu znajdującym się w budynku trzykondygnacyjnym zlokalizowanym w II strefie klimatycznej (temperatura zewnętrzna obliczeniowa tzobl = -18°C) [6]. Powierzchnia całkowita mieszkania znajdującego się na kondygnacji środkowej Fm » 106 m2, a kubatura Ve » 500 m3. Ciepła woda użytkowa jest przygotowywana dla trzech osób.
Przeczytaj także: Dostawa ciepłej wody zasilanej gazowym kotłem kondensacyjnym >>
Przed modernizacją na potrzeby centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej (w sezonie ogrzewczym) zużyto w ciągu roku Bw = 4 Mg koksu. Paliwo miało wartość Kw = 5000 zł. Latem c.w.u. podgrzewano w pojemnościowym podgrzewaczu elektrycznym, a koszt energii Ke » 600 zł.
Dobrano jednofunkcyjny gazowy kocioł kondensacyjny o mocy Qnom = 20 kW. Kocioł gazowy został po stronie wodnej opomiarowany za pomocą licznika ciepła typu Multical Compact.
Przed kotłem zamontowano osobny gazomierz typu BK-G2,5M o wydajności nominalnej Qnom = 2,5 m3/h (Qmax = 4,0 m3/h; Qmin = 0,025 m3/h), który służy do rozliczeń z dostawcą gazu.
Poza kotłem kondensacyjnym instalacja gazowa zasila kuchenkę czteropalnikową z elektrycznym piekarnikiem. Gazomierz główny typu G4 o wydajności nominalnej Qnom = 4,0 m3/h (Qmax = 6,0 m3/h; Qmin = 0,04 m3/h) został zainstalowany wcześniej.
Pomiary zużycia gazu i wytwarzanego ciepła
Analizie poddano okres od 1 listopada 2012 do 31 października 2013 r. W tabeli 1 podano miesięczne wartości zużycia gazu ziemnego (Ho = 34,5 MJ/m3) i ilość wytwarzanego ciepła przez kocioł kondensacyjny, a także energii wykorzystanej do centralnego ogrzewania i ciepłej wody. Na podstawie tych danych wyliczono sprawność instalacji odbiorczych.
Na rys. 1 pokazano zużycie energii cieplnej w badanym okresie. Natomiast na rys. 2 przedstawiono sprawność kotła i instalacji w badanym obiekcie.
Na rys. 3 pokazano zależność sprawności całkowitej od zużycia energii gazu ziemnego, czyli pierwotnej. Na wykresie przedstawiono dwie funkcje opisujące tę zależność. Obie funkcje, wielomian i logarytmiczna, są niemal jednakowo dokładne w opisie zjawiska.
Z uwagi na prostotę opisu proponuje się używanie formuły w postaci:
Sterowanie dostawą ciepła
Ze względu na wysokie koszty układu pomiarowo-sterującego regulacja dostawy ciepła polegała w tym wypadku na wykorzystaniu programatorów czasowych umieszczonych na zasilaniu w energię elektryczną następujących urządzeń: kocioł, pompa obiegowa centralnego ogrzewania, pompa ciepłej wody użytkowej i pompa cyrkulacyjna. Użytkownicy programowali dostawę ciepła oraz pracę urządzeń w zależności od obecności w mieszkaniu w ciągu tygodnia.
Wskaźnik zużycia ciepła
Ocenę jakości budynku oraz ewentualnego ocieplenia stanowi wskaźnik zużycia ciepła do centralnego ogrzewania [7] definiowany zależnością:
W przypadku badanego obiektu wskaźnik ten wyniósł:
Ponadto wyznaczono wskaźnik zużycia ciepła w odniesieniu do całkowitego ciepła wytworzonego przez kocioł kondensacyjny (EK = 79,44 GJ):
Szczegółową analizę wskaźników rocznego zapotrzebowania na energię w budynkach wielorodzinnych (na podstawie danych statystycznych) przeprowadzono w publikacji [9]. Najciekawsze informacje dotyczą wartości eco w zależności od roku powstania budynków.
Wskaźnik ten zawiera się w zakresie: 88,8 > eco > 223,4 kWh/(m2 a) obiektów wybudowanych w latach od 2001–2011 (wartość najniższa) do roku 1945 (wartość najwyższa). Najbliższa otrzymana wartość (eco = 144,3 kWh/(m2 a)) odpowiada budynkom wybudowanym w latach 1991–2001 (eco = 155,3 kWh/(m2 a)). Jednak instalację badawczą wykonano w budynku z lat trzydziestych XX w.