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

Wykorzystanie ciepła odpadowego do zwiększenia efektywności energetycznej pompy ciepła powietrze/woda pracującej w warunkach klimatu górskiego

The use of the waste heat to increase the energy efficiency of an air-to-water heat pump operating in the mountain climate conditions
Autorzy między innymi opisują metodę obliczeniową zawartą w normie PN-EN 15316-4-2 [1] określającej sezonowy wskaźnik efektywności energetycznej pompy ciepła (SCOP).
Autorzy między innymi opisują metodę obliczeniową zawartą w normie PN-EN 15316-4-2 [1] określającej sezonowy wskaźnik efektywności energetycznej pompy ciepła (SCOP).
Rys. redakcja RI

Zastosowanie pompy ciepła powietrze/woda jako jedynego źródła ciepła dla budynku zlokalizowanego w Polsce, przy zachowaniu pewnych standardów instalacyjnych, jest w pełni możliwe oraz korzystne zarówno energetycznie, jak i finansowo. Stosowanie takiego rozwiązania w lokalizacjach o obniżonym przebiegu temperatury zewnętrznej w ciągu roku – na przykład w terenie górskim – wymaga starannych obliczeń. Ponadto warto szukać możliwości pozyskiwania energii odpadowej, np. z powietrza wentylacyjnego.

• Rzecz o założeniach do obliczeń wg normy PN‑EN 15316
• Opis metody obliczeń
• Analiza pracy pompy ciepła dla klimatu górskiego, w tym z wykorzystaniem energii odpadowej

streszczenie

W artykule przedstawiono opis metody obliczeniowej zawartej w normie PN-EN 15316-4-2 [1] służącej do określania sezonowego wskaźnika efektywności energetycznej pompy ciepła (SCOP). Dodatkowo zaproponowano metodę pozwalającą na uwzględnienie w procesie obliczeń pracy pompy ciepła na powietrzu wewnętrznym. Obliczono zmiany temperatury pomieszczenia w wyniku stale generowanych zysków ciepła odpadowego oraz pracy pompy ciepła. Oszacowano korzyści energetyczne i ekonomiczne związane z pracą urządzenia na powietrzu wewnętrznym z wykorzystaniem ciepła odpadowego. Przykładowe obliczenia wykonano dla rzeczywistej instalacji w lokalizacji wysokogórskiej.



abstract

The article describes the calculation method of the seasonal energy deficiency (SCOP) of heat pumps according to the standard PN-EN 15316-4-2 [1]. Additionally, a method of including in the calculation process the measurements of the heat pump’s operation with the indoor air has been proposed. The indoor temperature changes were calculated resulting from the constantly generated heat gains and from the heat pump operation. The energy and economical benefits of using the waste heat with the indoor air were assessed. Sample calculations were performed for an actual installation in a high mountain location.

Przy projektowaniu instalacji dla terenu górskiego konieczne jest dokonanie analizy pracy urządzenia w danych warunkach klimatycznych i jego poprawny dobór. Jedną z metod takich obliczeń proponuje norma PN‑EN 15316-4-2 [1] – umożliwiającą analizę instalacji z pompą ciepła pracującą na potrzeby ogrzewania oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej w kroku temperaturowym.

Wynikowa wartość wskaźnika sezonowej efektywności energetycznej pompy ciepła (SCOP) pozwala na zaobserwowanie korzyści i oszacowanie kosztów pracy takiej instalacji.

W artykule opisano główne parametry i założenia wspomnianej metody na przykładzie obliczeń wykonanych dla Schroniska PTTK Na Hali Szrenickiej (zarządzanego przez Sudeckie Hotele i Schroniska Sp. z o.o. w Jeleniej Górze), zlokalizowanego w Sudetach Zachodnich na wysokości 1195 m n.p.m.

Stosując metodę zawartą w normie PN‑EN 15316-4-2 [1], przeprowadzono obliczenia sezonowej efektywności energetycznej pompy ciepła (SCOP) pracującej na potrzeby ogrzewania oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej dla części apartamentów.
Dodatkowo, dokonując modyfikacji metody obliczeniowej, określono korzyści energetyczne wynikające z ewentualnego wykorzystania ciepła odpadowego, stale generowanego w przestrzeni strychu przez stacje przekaźnikowe telefonii komórkowych.

Norma PN‑EN 15316

Oznaczenia:

COP – wskaźnik efektywności pompy ciepła.

SCOP – sezonowy współczynnik efektywności pompy ciepła (z energią dla grzałki elektrycznej oraz energią pomocniczą dla nieaktywnych trybów pracy).

j – numer kroku (bin).

Nj – liczba godzin występowania danej temperatury zewnętrznej.

Θi,des – wewnętrzna temperatura obliczeniowa, °C.

Θe,j – zewnętrzna temperatura danego kroku bin, °C.

DHH,hlim,j – skumulowane stopniogodziny górnej granicy kroku bin, °Ch.

DHH,llim,j – skumulowane stopniogodziny dolnej granicy kroku bin, °Ch.

DHH,tot – skumulowane stopniogodziny całego analizowanego okresu, do górnej granicy końca sezonu grzewczego, °Ch.

QH,gen,out,j – zapotrzebowanie na energię do ogrzewania w kroku obliczeniowym, kWh.

QH,gen,out – całkowite zapotrzebowanie na energię użytkową do ogrzewania budynku, kWh, określane na podstawie bilansu energii zgodnie z PN-EN 13790 Energetyczne właściwości użytkowe
budynków. Obliczanie zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia.

thp,on – czas pracy urządzenia w trybie grzewczym (aktywnym), h.

Qhp,j – zapotrzebowanie na energię w kroku bin, kWh.

QPC,j – rzeczywista moc chwilowa pompy ciepła w kroku bin, kW.

th,aux – czas pracy urządzenia w trybie stand-by, h.

teff,j – czas trwania kroku obliczeniowego, h.

ttot – całkowity czas operacyjny produkcji c.w.u. (np. 8760 h), h.

QH,gen,out – całkowite zapotrzebowanie na energię użytkową do ogrzewania budynku, kWh.

QW,gen,out – całkowite zapotrzebowanie na energię użytkową do przygotowania c.w.u., kWh.

EH,hp,in – całkowita energia elektryczna pobrana na potrzeby pracy sprężarki pompy ciepła, kWh.

Wgen,aux,sc – całkowita energia elektryczna pobrana na potrzeby pracy wspomagającej grzałki elektrycznej, kWh.

Wgen,aux,sby – całkowita energia pomocnicza pobrana podczas pracy urządzenia w trybie stand-by, kWh.

Tstrych – temperatura powietrza na strychu, °C.

Te – temperatura powietrza zewnętrznego, °C.

Ti – temperatura powietrza strefy ogrzewanej, °C.

Qodpadowe – zyski ciepła odpadowego, kW.

Hiu – współczynnik przenoszenia ciepła pomiędzy strefą ogrzewaną a nieogrzewaną, W/K.

Hue – współczynnik przenoszenia ciepła pomiędzy strefą nieogrzewaną a otoczeniem, W/K.

Do analizy sezonowej efektywności energetycznej pompy ciepła powietrze/woda posłużono się metodą opisaną w normie PN‑EN 15316-4-2 [1]. W przeciwieństwie do opisanej we wcześniejszych artykułach [2, 3] normy PN‑EN 14825 [4], procedura obliczeń pozwala uwzględnić naprzemienną lub równoczesną pracę urządzenia na potrzeby grzewcze oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej. Ze względu na analizę kosztów eksploatacji bardzo istotne jest, że metoda wykorzystuje obliczone niezależnie zapotrzebowanie na energię użytkową do ogrzewania i przygotowania c.w.u. Pozwala to uwzględnić m.in. zyski ciepła oraz zapobiec przeszacowaniu zużycia energii, co przy sprawdzaniu korzyści wynikających z zastosowania odzysku ciepła jest zagadnieniem kluczowym.

Założeniem metody jest przyporządkowanie udziału potrzebnej do wytworzenia energii w zależności od długości trwania poszczególnych kroków obliczeniowych (najczęściej dzielonych co 1 K), czyli liczby godzin występowania danej temperatury zewnętrznej. Takie podejście uniemożliwia uwzględnienie dobowych zmian w rozbiorze i produkcji c.w.u., a zatem również obserwację okresowych niedoborów mocy urządzenia. Z drugiej jednak strony temperaturowy krok obliczeń pozwala na łatwe uwzględnienie czasu występowania poszczególnych temperatur powietrza zewnętrznego.

Proces obliczeń uwzględnia zmiany parametrów urządzenia wraz ze zmianą temperatury zewnętrznej, ewentualne straty ciepła (ze zbiorników oraz przewodów c.w.u.) oraz pracę pomocniczej grzałki elektrycznej. Rozpatruje się trzy warianty pracy grzałki: ze względu na przekroczenie minimalnej temperatury pracy pompy ciepła, niedostateczną temperaturę c.w.u. lub niewystarczającą moc urządzenia. Dane dotyczące mocy oraz COP pompy ciepła w poszczególnych krokach temperaturowych bin należy przyjmować na podstawie testów według PN‑EN 14511 [5], a jeżeli są dostępne – danych pomiarowych z testów wykonanych w warunkach pracy z obciążeniem częściowym zgodnie z PN‑EN 14825 [4]. Dla obliczeń pracy urządzenia na potrzeby produkcji c.w.u. możliwe jest również stosowanie danych według nieobowiązującej już normy PN‑EN 255-3 [6] lub w przypadku ich braku według PN‑EN 14511 [5] i procesu przeliczeń jak dla pracy na potrzeby centralnego ogrzewania.

W dalszej części artykułu opisano najważniejsze składowe procesu szacowania sezonowej efektywności energetycznej pompy ciepła z punktu widzenia przeprowadzonej analizy. Szczegółowy opis metody obliczeniowej zawarty jest w normie PN‑EN 15316-4-2 [1].

Literatura

1. PN‑EN 15316-4-2:2017 Charakterystyka energetyczna budynków. Metoda obliczania zapotrzebowania na ciepło przez instalację i sprawności układu. Część 4-2: Źródła ciepła w pomieszczeniach, instalacje z pompami ciepła.
2. Piechurski K., Szulgowska-Zgrzywa M., Obliczanie rocznej efektywności pomp ciepła powietrze/woda, „Rynek Instalacyjny” nr 6/2016, s. 35–40.
3. Piechurski K., Szulgowska-Zgrzywa M., Wpływ warunków klimatycznych i obciążenia cieplnego budynku na efektywność energetyczną pomp ciepła powietrze/woda z płynną regulacją mocy, „Rynek Instalacyjny” nr 10/2016, s. 21–26.
4. PN‑EN 14825:2014-02 Klimatyzatory, ziębiarki cieczy i pompy ciepła ze sprężarkami o napędzie elektrycznym, do grzania i ziębienia. Badanie i ocena w warunkach niepełnego obciążenia oraz obliczanie wydajności sezonowej.
5. PN‑EN 14511-1:2013 Klimatyzatory, ziębiarki cieczy i pompy ciepła ze sprężarkami o napędzie elektrycznym, do grzania i ziębienia.
6. PN‑EN 255-3:2000 Klimatyzatory, ziębiarki cieczy i pompy ciepła ze sprężarkami o napędzie elektrycznym. Funkcja grzania. Badanie i wymagania dotyczące oznakowania zespołów do ogrzewania pomieszczeń i ciepłej wody użytkowej.
7. Szulgowska-Zgrzywa M., Chmielewska A., Piechurski K., Danielewicz J., The analysis of the air-to-water heat pump operation with consideration of the actual profile of the domestic hot water demand, ASEE17 Conference, Wrocław 2017.
8. Biskupski J., Wykorzystanie ciepła odpadowego z rekuperatora do wspomagania pracy pompy ciepła w warunkach miejskich, „Rynek Instalacyjny” nr 3/2015, s. 26–28.
9. Olkowski T., Koniecko A., Przybylski Ł., Wykorzystywanie ciepła odpadowego ze schładzania mleka do ogrzewania wiejskiego budynku mieszkalnego, „Inżynieria Rolnicza” Z. 2(143), T. 1, 2013, s. 245–252.
10. PN-EN ISO 13789 Właściwości cieplne budynków. Współczynnik strat ciepła przez przenikanie. Metoda obliczania.

Czytaj też: Odzysk ciepła i chłodu z powietrza wentylacyjnego >>>

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!
Ten artykuł jest PŁATNY. Aby go przeczytać, wykup dostęp.
DOSTĘP ABONAMENTOWY
DOSTĘP SMS
Dostęp za pomocą SMS czasowo zawieszony







Reklamacje usługi prosimy zgłaszać przez formularz reklamacyjny
Masz już abonament - zaloguj się:
:
:
zapomniałem hasła
Nie posiadasz konta - kliknij i załóż »
Nie masz abonamentu - wykup dostęp:
Abonament umożliwia zalogowanym użytkownikom dostęp do wszystkich płatnych treści na naszym portalu.
Dostępne opcje abonamentowe:
Bezpłatny dostęp dla prenumeratorów magazynu (365 dni) - 0,00 zł
Dostęp do treści elektronicznych portalu rynekinstalacyjny.pl dla prenumeratorów miesięcznika "Rynek Instalacyjny", którzy mają opłaconą roczną prenumeratę papierową.
Bezpłatny dostęp dla prenumeratorów magazynu (730 dni) - 0,00 zł
Dostęp do treści elektronicznych portalu rynekinstalacyjny.pl dla prenumeratorów miesięcznika "Rynek Instalacyjny", którzy mają opłaconą 2-letnią prenumeratę papierową.
Pakiet: roczna prenumerata papierowa (10 numerów) + roczny dostęp do portalu - 130,00 zł
Prenumerata + dostęp do treści portalu
Pakiet: dwuletnia prenumerata papierowa (20 numerów) + dwuletni dostęp do portalu - 240,00 zł
Prenumerata + dostęp do treści portalu
Prenumerata edukacyjna - wersja papierowa + NOWOŚĆ: roczny dostęp do portalu - 90,00 zł
dla studentów: prenumerata + dostęp do treści portalu
Prenumerata elektroniczna (30 dni) - 18,00 zł
30-dniowy dostęp do wszystkich płatnych treści portalu
Prenumerata elektroniczna (365 dni) - 98,00 zł
Roczny dostęp do wszystkich płatnych treści portalu
Prenumerata elektroniczna (730 dni) - 180,00 zł
Dostęp dwuletni do wszystkich treści publikowanych w portalu
Bezpłatny dostęp dla prenumeratorów magazynu (30 dni) - 0,00 zł
Bezpłatny dostęp dla prenumeratorów magazynu (30 dni), tylko w ramach promocji redakcyjnych.
Regulamin korzystania z portalu RynekInstalacyjny.pl - zobacz regulamin
Uwagi prosimy zgłaszać na adres:
   22.09.2017
dr inż.  Małgorzata Szulgowska-Zgrzywa
dr inż.  Małgorzata Szulgowska-Zgrzywa
Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska więcej »
inż.  Krzysztof  Piechurski
inż.  Krzysztof  Piechurski
Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Wrocławska więcej »
mgr inż.  Agnieszka  Chmielewska
mgr inż.  Agnieszka  Chmielewska
Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Wrocławska więcej »
mgr inż.  Ewelina  Stefanowicz
mgr inż.  Ewelina  Stefanowicz
Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Wrocławska więcej »

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Jak odzyskać 40% ciepła z wody prysznicowej »

 



Jak działają panele fotowoltaiczne » Projektujesz istalacje gazowe? To rozwiązanie jest dla Ciebie »
czytam więcej » spróbuj już dziś »

 


Rodzaje i zastosowanie kluczy płaskich »

 



Poznaj zalety pompy woda-powietrze » Kto wyznacza nowe standardy w projektowniu instalacji? »
pompy ciepła innowacyjne projektowanie instalacji
czytam więcej » czytam więcej »

 


Poznaj sprawdzone metody na pomiar spalin w zamkniętym pomieszczeniu »

pomiar spalin

 



Jakie produkty pomogą ci w walce o czyste powietrze » Czy da się wykonać serwis pompy ciepła bez problemów? »
program czyste powietrze serwis pompy ciepła
 czytam więcej » czytam więcej »

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
4/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 4/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Smart Buldings
  • - Budynki niemal zeroenergetyczne
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