Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Analiza techniczno-ekonomiczna wyboru pomp ciepła dla zaspokojenia potrzeb cieplnych w budynku jednorodzinnym

The technical-economic analysis of the heat pump selection for the single family building heat demands protection
Artykuł przedstawia analizę techniczno-ekonomiczną opłacalności zastosowania pomp ciepła do zabezpieczenia potrzeb cieplnych w budynku jednorodzinnym. Dla każdego rozwiązania zaproponowano schemat technologiczny.
Artykuł przedstawia analizę techniczno-ekonomiczną opłacalności zastosowania pomp ciepła do zabezpieczenia potrzeb cieplnych w budynku jednorodzinnym. Dla każdego rozwiązania zaproponowano schemat technologiczny.
Rys. redakcja RI

Przeprowadzona analiza wskazuje, że mimo iż nakłady inwestycyjne w przypadku instalacji z pompami ciepła przewyższają koszty budowy kotłowni na paliwa konwencjonalne, pompy ciepła mogą być korzystnym ekonomicznie rozwiązaniem alternatywnym, zwłaszcza tam, gdzie nie ma dostępu do sieci gazowej

Wymagania prawne w Polsce i w krajach Unii Europejskiej są ukierunkowane na coraz większe wykorzystywanie energii ze źródeł odnawialnych. Dyrektywy UE określają zasady, zgodnie z którymi państwa członkowskie muszą zapewnić osiągnięcie co najmniej 20-proc. udziału energii odnawialnej w zużyciu energii ogółem w UE do 2020 roku [1, 2].

Z punktu widzenia inwestora najważniejszą kwestią jest wybór takiego sposobu zasilania budynku w ciepło oraz podgrzewania ciepłej wody użytkowej, który zapewni najniższe koszty eksploatacyjne.

Do podjęcia właściwej decyzji konieczne jest przeprowadzenie szczegółowej analizy kosztów inwestycyjnych, przyszłej eksploatacji, aspektów ochrony środowiska oraz możliwości lokalizacyjnych dla danego źródła ciepła z uwzględnieniem magazynu paliwa. W artykule przedstawiono analizę zastosowania pomp ciepła do ogrzewania budynku jednorodzinnego.

Opis analizowanego budynku

Jest to budynek wolnostojący, parterowy i niepodpiwniczony. Wykonany został w technologii tradycyjnej, jest murowany i bardzo dobrze izolowany cieplnie.

  • Powierzchnia użytkowa ogrzewana wynosi 162,5 m2, a projektowe obciążenie cieplne 8,9 kW.
  • Budynek zamieszkują trzy osoby.
  • Przewidziane jest w nim ogrzewanie podłogowe o parametrach czynnika grzewczego 35/28°C.
  • Miejscowość nie ma dostępu do gazu ziemnego sieciowego.
  • Budynek zlokalizowany jest w IV strefie klimatycznej.

Analiza ma na celu pokazanie rozwiązań technicznych zastosowania w budynku jednorodzinnym pomp ciepła typu solanka/woda i powietrznej oraz wybór rozwiązania najkorzystniejszego pod względem nakładów inwestycyjnych i kosztów eksploatacji.

Opis analizowanych rozwiązań technicznych wykorzystujących pompy ciepła

Analizie techniczno-ekonomicznej poddano trzy rozwiązania wykorzystujące pompy ciepła.

  • I wariant – pompa ciepła typu solanka/woda z wymiennikiem gruntowym poziomym w układzie monowalentnym;
  • II wariant – pompa ciepła typu solanka/woda z wymiennikiem gruntowym pionowym w układzie monowalentnym;
  • III wariant – pompa ciepła powietrzna w układzie biwalentnym alternatywnym, współpracująca z kominkiem z płaszczem wodnym.

Przy założeniu, że zapotrzebowanie na moc cieplną na cele c.w.u. we wszystkich analizowanych wariantach pokrywane będzie przez pompę ciepła, która realizuje priorytetowy podgrzew c.w.u., wykonano obliczenia w celu doboru pozostałych urządzeń technologicznych i zabezpieczających.

Wariant I: pompa ciepła typu solanka/woda z wymiennikiem gruntowym poziomym

Na rys. 1 przedstawiono rozwiązanie technologiczne zakładające wykorzystanie pompy ciepła typu solanka/woda pracującej w układzie monowalentnym z wymiennikiem gruntowym poziomym do pokrycia zapotrzebowania na ciepło na cele c.o. i przygotowania c.w.u.

Rys. 1. Schemat technologiczny zastosowania pompy ciepła typu solanka/woda z wymiennikiem gruntowym poziomym w układzie monowalentnym w budynku jednorodzinnym [1]. Oznaczenia: 1 – przeponowe naczynie wzbiorcze c.w.u. typu DD 12 dm3, 10 barów; 2 – przeponowe naczynie wzbiorcze c.o. typu NG 35 dm3, 6 barów; 3 – przeponowe naczynie wzbiorcze typu S 12 dm3, 10 barów; 4 – zasobnik ciepłej wody SEW-1 – 288 dm3; 5 – zasobnik buforowy SPU‑1 – 200 dm3 (rozdzielający); 6 – zawór bezpieczeństwa podgrzewacza wody typu SYR 2115 3/4”; 7 – pompa obiegowa serii MAGNA 25–60 typu H = 2,7 msw, Q = 1,4 m3/h; 8 – filtr skośny siatkowy DN 32; 9 – pompa cyrkulacji STAR-Z NOVA C; 10 – filtr skośny siatkowy DN 15; 11 – studnia z rozdzielaczem 5-sekcyjnym NEW BRADO z rotametrami; 11 – pięć wymienników poziomych HDPE 32×3 L = 125 m; BWS – pompa ciepła solanka/woda BWS‑1-10; WPM-1 – sterownik pompy ciepła WPM-1 z modułem obsługowym BM; SPF – czujnik temperatury wody w zasobniku; SAF – czujnik temperatury wody w zbiorniku buforowym; AF – czujnik temperatury zewnętrznej; WF – czujnik temperatury wody zasilania instalacji c.o.; TM – termomanometr 0–120°C, 0–0,6 MPa; M – manometr 0–0,6 MPa
Rys. 1. Schemat technologiczny zastosowania pompy ciepła typu solanka/woda z wymiennikiem gruntowym poziomym w układzie monowalentnym w budynku jednorodzinnym [1]. Oznaczenia: 1 – przeponowe naczynie wzbiorcze c.w.u. typu DD 12 dm3, 10 barów; 2 – przeponowe naczynie wzbiorcze c.o. typu NG 35 dm3, 6 barów; 3 – przeponowe naczynie wzbiorcze typu S 12 dm3, 10 barów; 4 – zasobnik ciepłej wody SEW-1 – 288 dm3; 5 – zasobnik buforowy SPU‑1 – 200 dm3 (rozdzielający); 6 – zawór bezpieczeństwa podgrzewacza wody typu SYR 2115 3/4”; 7 – pompa obiegowa serii MAGNA 25–60 typu H = 2,7 msw, Q = 1,4 m3/h; 8 – filtr skośny siatkowy DN 32; 9 – pompa cyrkulacji STAR-Z NOVA C; 10 – filtr skośny siatkowy DN 15; 11 – studnia z rozdzielaczem 5-sekcyjnym NEW BRADO z rotametrami; 11 – pięć wymienników poziomych HDPE 32×3 L = 125 m; BWS – pompa ciepła solanka/woda BWS‑1-10; WPM-1 – sterownik pompy ciepła WPM-1 z modułem obsługowym BM; SPF – czujnik temperatury wody w zasobniku; SAF – czujnik temperatury wody w zbiorniku buforowym; AF – czujnik temperatury zewnętrznej; WF – czujnik temperatury wody zasilania instalacji c.o.; TM – termomanometr 0–120°C, 0–0,6 MPa; M – manometr 0–0,6 MPa

W wariancie tym założono system monowalentny, gdzie pompa ciepła pokrywa w 100% zapotrzebowanie na energię cieplną, w całym zakresie przyjętych do obliczeń temperatur zewnętrznych i wewnętrznych.

  • Dla zabezpieczenia zapotrzebowania na ciepło budynku i potrzeby podgrzewu ciepłej wody użytkowej dobrano pompę ciepła typu BWS-1-10 o wydajności cieplnej 10,8 kW i wydajności chłodniczej 8,5 kW.
  • Zaprojektowana pompa ciepła typu solanka/woda zasilana jest z dolnego źródła – gruntu poprzez wymiennik gruntowy poziomy. Taki wymiennik ciepła jest jedną z najprostszych form wykorzystywania energii zgromadzonej w gruncie.

Zmiany temperatury warstw przypowierzchniowych mają istotny wpływ na wielkość strumienia cieplnego, a głębokość i struktura gruntu na pozyskaną ilość ciepła. Stąd obliczenia doboru wymiennika gruntowego poziomego przeprowadzono, zakładając, że wydajność dolnego źródła wynosi średnio 17 W/m2 dla warstwy gruntu zwięzłego, wilgotnego, przy pracy sprężarki Tsp = 2400 h/rok (ogrzewanie i podgrzew c.w.u.) [3, 4].

  • W celu zapewnienia wymaganej mocy dolnego źródła ciepła należy wykonać poziomy wymiennik gruntowy z rur polietylenowych o średnicy 32×3 mm (rury HDPE 100 RC PN 16 32×3).
  • Wymiennik zaprojektowano w postaci pięciu obwodów po 125 m każdy, odstęp między przewodami wynosi 0,8 m.
  • Wymiennik należy ułożyć na głębokości 1,9 m, poniżej strefy przemarzania. Wymagana minimalna powierzchnia kolektora poziomego wynosi 500 m2.
  • Zaprojektowano studzienkę zbiorczą z rozdzielaczem pięciosekcyjnym łączącym wszystkie obiegi, w wersji z rotametrami. Do połączenia rozdzielacza z pompą ciepła dobrano rury HDPE 100 RC PN 16 40×3,7.
  • Po przeprowadzeniu próby szczelności całą wewnętrzną instalację dolnego źródła należy zaizolować otuliną o grubości 19 mm typu AC.
  • Po wykonaniu wszystkich robót ziemnych i instalacyjnych dolne źródło będzie wypełnione płynem termalnym na bazie glikolu propylenowego o stężeniu 40%.
  • Parametry zastosowanego płynu: temperatura krystalizacji –15°C, temperatura wrzenia 103°C, pH 8,0–9,5, ciężar właściwy 1,02 g/cm3, lepkość (20°C) 3,15 mPa · s.

Dla pokrycia zapotrzebowania na ciepło na potrzeby przygotowania c.w.u. dobrano zasobnik ciepłej wody SEW-1W-300 o pojemności 288 dm3. Po stronie dolnego źródła dobrano naczynie wzbiorcze typu S 12 o pojemności 12 litrów. Zawór bezpieczeństwa o średnicy 15 mm i ciśnieniu otwarcia 3 bary jest fabrycznie na wyposażeniu pompy ciepła.

Przy projektowaniu wymiennika gruntowego poziomego należy przestrzegać zachowania wymaganych odległości pomiędzy przewodami [3] i prawidłowego doboru powierzchni wymiennika, tak żeby w okresie wiosenno-letnim grunt mógł się całkowicie zregenerować.

Na podstawie przeprowadzonych badań eksploatacyjnych kilkuletniej pracy wymiennika gruntowego poziomego [4], przy stosunkowo małej powierzchni czynnej dolnego źródła ciepła, wynoszącej 253 m2, w stosunku do potrzeb grzewczych budynku (obciążenie cieplne 9 kW) i zbyt małych odstępach między sekcjami wymiennika spiralnego, wynoszących 0,1 m, zaobserwowano coroczne wychładzanie się gruntu dolnego źródła ciepła na głębokości 1,9 m, spowodowane pracą pompy ciepła.

Praca gruntowego poziomego wymiennika ciepła wpłynęła na okresową zmianę parametrów agrotermicznych gleby.

Dla badanego przypadku opóźnienie okresu wegetacji nad poziomym wymiennikiem pompy ciepła wynosiło około dwa tygodnie i było spowodowane późniejszym rozmarzaniem gruntu zaobserwowanym na poziomie 0,05 m [4].

Czytaj też: Układy hybrydowe jako odpowiedź na wymagania WT2017 i WT2021 >>>

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!
   09.05.2017

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Jakie są korzyści z montażu stropów z rekuperacją w salach operacyjnych »

rekuperacja w salioperacyjnej

 



10 pytań o sterowanie ogrzewaniem grzejnikowym » Oszczędzaj nawet do 63% na zużyciu wody »
sterownik do pompy wodnej
czytam więcej » spróbuj już dziś »

 


Czy automatyzacja klimatyzacji musi być droga »

automatyzacja klimatyzacji

 



Poznaj zalety pomp nowej generacji » 5 powodów, dla których warto zainwestować w pompę ciepła »
pompy woda powietrze pompy ciepła
czytam więcej » czytam więcej »

 


Polecamy sprawdzone metody na pomiar spalin w zamkniętym pomieszczeniu »

pomiar spalin

 



Jakie produkty pomogą ci w walce o czyste powietrze » Serwis pompy ciepła bez problemów - jak to zrobić »
program czyste powietrze serwis pompy ciepła
czytam więcej » czytam więcej »

 


Co proponuje nowoczesna klimatyzacja »

wentylacja

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
5/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 5/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - OZE w zakładach WOD-KAN
  • - Filtry antysmogowe do central
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl