Do wzięcia pełen numer Rynku Instalacyjnego 7-8/2016

POBIERZ BEZPŁATNIE - wystarczy Założyć konto 

Współpraca pomp ciepła z turbinami wiatrowymi i panelami fotowoltaicznymi – aspekty energetyczne i ekonomiczne

Cooperation of heat pumps with wind turbines and photovoltaic cells – energy and economic aspects
Jesienią i zimą, kiedy możliwości wykorzystania energii słonecznej znacznie się zmniejszają, turbiny wiatrowe, ze względu na zwykle występującą w tym czasie wietrzną pogodę, wytwarzają znacznie więcej energii elektrycznej niż ogniwa fotowoltaiczne.
Jesienią i zimą, kiedy możliwości wykorzystania energii słonecznej znacznie się zmniejszają, turbiny wiatrowe, ze względu na zwykle występującą w tym czasie wietrzną pogodę, wytwarzają znacznie więcej energii elektrycznej niż ogniwa fotowoltaiczne.
Rys. redakcja RI

Współpraca pomp ciepła powietrze/woda z odnawialnymi źródłami energii wiatrowej i słonecznej pozwala znacznie ograniczyć koszty eksploatacji budynku związane z ogrzewaniem i przygotowaniem ciepłej wody. Jednak konieczność spełnienia wymagań prawnych w zakresie wykorzystania energii odnawialnej przez nowe budynki nie zawsze idzie w parze z efektami ekonomicznymi, tj. z kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi.

Dostępność energii wiatru oraz promieniowania słonecznego w Polsce jest zmienna [1]. Zależy od miejsca jej pozyskiwania w danym regionie Polski, od aktualnej pory roku, dnia i godziny. Badania i analizy [2, 3] pokazują, że aby osiągnąć wymagane przepisami niskie wartości zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną do przygotowania ciepłej wody i ogrzewania budynku mieszkalnego, konieczne jest wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, zwłaszcza takich jak energia słoneczna i wiatrowa.

W artykule:

• O korzyściach ekonomicznych wynikających ze współpracy pomp ciepła powietrze/woda z odnawialnymi źródłami energii wiatrowej i słonecznej
• Wyniki analizy lokalizacji odnawialnych źródeł energii w wybranych regionach Polski
• Zapotrzebowanie na energię elektryczną do napędu pompy ciepła
• Pokrycie przez OZE zapotrzebowania na energię elektryczną dla pompy ciepła

streszczenie

Artykuł przedstawia analizę doboru ogniw fotowoltaicznych i turbin wiatrowych dla pokrycia istotnej części zapotrzebowania na energię elektryczną do napędu sprężarkowej pompy ciepła, stanowiącej monowalentne źródło ciepła pracujące na cele grzewcze i przygotowania ciepłej wody użytkowej w mieszkalnym budynku niskoenergetycznym. Analizy prowadzono dla wybranych lokalizacji budynku w różnych regionach Polski przy uwzględnieniu zmiennego stopnia pokrycia, wynikającego z konieczności zapewnienia wymaganej przepisami (Warunki Techniczne 2017) jakości energetycznej budynku. Badania obejmowały analizy numeryczne prowadzone przy użyciu modelu opracowanego za pomocą programu MATLAB, bazując na referencyjnych danych meteorologicznych dotyczących typowych lat. Wyniki analiz pozwalają ocenić zakres korzyści wynikających z zastosowania energii odnawialnej do pokrycia części zapotrzebowania na energię końcową systemów ze sprężarkową pompą ciepła.



abstract

The article presents an analysis of the selection of photovoltaic cells and wind turbines to cover a substantial part of the demand for electricity to motive the heat pump, which is working as monovalent heat source for heating and domestic hot water purposes in residential low energy building. Analyzes were performed for selected building locations in different regions of Poland having regard to the variable degree of coverage resulting from the necessity of ensuring the energy quality of the building required by the regulations (Technical Terms 2017). Research included numerical analysis using a model developed using MATLAB software, based on reference meteorological data for typical years. The results of the analyzes allow us to evaluate the range of benefits from the use of renewable energy sources to cover a portion of the final energy requirement of systems with a heat pump.

Połączenie w jednym budynku instalacji wykorzystujących obydwa te rodzaje OZE zapewnia korzyści wynikające z ich wzajemnej komplementarności.

Jesienią i zimą, kiedy możliwości wykorzystania energii słonecznej znacznie się zmniejszają, turbiny wiatrowe, ze względu na zwykle występującą w tym czasie wietrzną pogodę, wytwarzają znacznie więcej energii elektrycznej niż ogniwa fotowoltaiczne.

Sytuacja zmienia się w miesiącach letnich, kiedy ogniwa generują o wiele więcej energii ze względu na dłuższy dzień i dużo większe natężenie promieniowania słonecznego.

Wykorzystanie turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu oraz ogniw fotowoltaicznych znajduje zastosowanie w budownictwie o niskim zapotrzebowaniu na energię.

Istotą takiego budownictwa [4, 5] są rozwiązania charakteryzujące się znacznym zakresem redukcji potrzeb energetycznych, pokrywanych głównie z wykorzystaniem energii odnawialnej. Dotyczy to zarówno biernego, jak i aktywnego sposobu ich wykorzystania.

Głównym celem budownictwa o niskim zapotrzebowaniu na energię jest osiągnięcie znacznego ograniczenia zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną, niezbędną do pokrywania potrzeb tych budynków związanych przede wszystkim z ogrzewaniem, wentylacją i przygotowaniem ciepłej wody użytkowej.

Prąd elektryczny wytworzony dzięki współpracy turbin wiatrowych i ogniw fotowoltaicznych może w znacznym stopniu pokryć zapotrzebowanie na energię elektryczną niezbędną do napędu sprężarkowej pompy ciepła [6], stanowiącej jedyne źródło zaopatrujące budynek w ciepło. Zastosowanie w takim układzie systemu opartego na sprężarkowej pompie ciepła [7, 8], napędzanej głównie energią elektryczną z odnawialnych źródeł energii, przyczynia się do zmniejszenia zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną i umożliwia osiągnięcie wymaganej niskiej wartości jednostkowego wskaźnika EPH+W, zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody.

Rys. 1. Lokalizacja wybranych miast, dla których przeprowadzono analizę [źródło: PN-EN 12831:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego]
Rys. 1. Lokalizacja wybranych miast, dla których przeprowadzono analizę [źródło: PN-EN 12831:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego]
Tabela 1. Założenia do analizy i symulacji
Tabela 1. Założenia do analizy i symulacji
Rys. 2. Moc turbiny wiatrowej (5 kW) w zależności od prędkości wiatru [źródło: http://blitzmann.com/turbiny-wiatrowe, dane techniczne i katalogi (dostęp 1.06.2017)]
Rys. 2. Moc turbiny wiatrowej (5 kW) w zależności od prędkości wiatru [źródło: http://blitzmann.com/turbiny-wiatrowe, dane techniczne i katalogi (dostęp 1.06.2017)]

Zgodnie z Warunkami Technicznym 2017 [9] wskaźnik EPH+W dla budynków wielorodzinnych osiąga wartość graniczną wynoszącą 85 kWh/(m2 rok). Natomiast współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej dla zasilania z sieci elektroenergetycznej wynosi 3,0 [9], wpływając niekorzystnie na ostateczny wynik EPH+W.

Współpraca instalacji korzystających z odnawialnych źródeł energii wiatrowej i słonecznej z pompą ciepła czerpiącą także z zasobów energii odnawialnej pozwala na znaczne ograniczenie kosztów eksploatacji budynku związanych z ogrzewaniem i przygotowaniem ciepłej wody oraz zmniejszenie wartości jednostkowego wskaźnika EPH+W przy zachowaniu ekonomicznej opłacalności, w odniesieniu do początkowych nakładów na takie rozwiązanie oraz dbałości o nasze środowisko.

Celem badań opisanych w artykule było przeprowadzenie analiz statycznych, w warunkach ustalonych (na podstawie skryptu obliczeniowego przygotowanego w programie MATLAB), poszczególnych wariantów doboru turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu i wielkości ogniw fotowoltaicznych zasilających sprężarkową pompę ciepła dla niskoenergetycznych budynków mieszkalnych zlokalizowanych w wybranych regionach Polski (rys. 1).

Analizy dotyczyły przede wszystkim oceny wpływu dobranych instalacji wiatrowych i fotowoltaicznych na jakość energetyczną budynku, uwzględniały także aspekty ekonomiczne związane z wybranymi instalacjami.

Założono, że w wyniku zastosowania właściwie dobranych wydajności źródeł korzystających z energii odnawialnej osiągnięte zostaną korzystne efekty w postaci wysokiej jakości energetycznej budynku oraz że taki dobór pozwoli na pokrycie w znacznym zakresie zapotrzebowania pompy na energię elektryczną przy zachowaniu korzystnej efektywności ekonomicznej rozwiązania.

Założenia do analizy

W celu przeprowadzenia analizy niezbędne było przyjęcie kilku założeń zestawionych w tab. 1. Moc dostarczana przez siłownię wiatrową zależy od prędkości wiatru (rys. 2) dla turbiny o pionowej osi obrotu [11] i mocy nominalnej 5 kW osiąganej przy prędkości 12 m/s.

Czytaj też: Czynniki robocze dolnych źródeł gruntowych pomp ciepła >>>

Literatura

1. Olczak P., Olek M., Dostępność energii promieniowania słonecznego dla wybranych miejsc w Polsce, „Energetyka w odsłonach: ochrona środowiska, logistyka, OZE, technika, finanse, bezpieczeństwo”, 2016, s. 207–222.
2. Knapik M., Analiza i wybór źródła grzewczego przygotowującego ciepłą wodę z wykorzystaniem energii odnawialnej, „Rynek Instalacyjny“ nr 9/2016, s. 36–38.
3. Jadwiszczak P., Nowe wymagania, jakim powinny odpowiadać budynki. Możliwość spełnienia wymagań EP, „Rynek Instalacyjny“ nr 4/2014, s. 20–26.
4. Feist W., Münzenberg U., Thumulla J., Podstawy budownictwa pasywnego, 2009.
5. Rylewski E., Energia własna, 2002.
6. Knapik M., Analysis of the possibility to cover energy demand from renewable sources on the motive power of the heat pump in low-energy building, E3S Web of Conferences 17, 00039, 2017.
7. Wojtas K., Sprężarkowa pompa ciepła jako alternatywne źródło ciepła w budynku (cz. 1), „Polski Instalator“ nr 3/2011, s. 40–44.
8. Wojtas K., Sprężarkowa pompa ciepła jako alternatywne źródło ciepła w budynku (cz. 2), „Polski Instalator“ nr 4/2011, s. 40–44.
9. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późn. zm.).
10. PN-EN 12831:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego.
11. http://blitzmann.com/turbiny-wiatrowe, dane techniczne i katalogi (dostęp 1.06.2017).
12. Narowski P.G., Dane klimatyczne do obliczeń energetycznych w budownictwie, „Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja“ nr 11/2006.
13. Budzyński K., Narowski P.G., Czechowicz J., Przygotowanie zbiorów zagregowanych danych klimatycznych dla potrzeb obliczeń energetycznych budynków, Ministerstwo Infrastruktury, 2004, na podstawie danych źródłowych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej.
14. EN-ISO 15927-4 Hygrothermal performance of buildings. Calculation and presentation of climatic data. Part 4: Data for assessing the annual energy for cooling and heating systems, 2003.
15. Narowski P.G., Metodyka wyznaczania klimatycznych warunków obliczeniowych dla instalacji ogrzewczych z uwzględnieniem dynamiki cieplnej budynków, praca doktorska, Politechnika Warszawska, 2001.
16. Powierzchnia dachu potrzebna pod instalację fotowoltaiczną [online], www.solaris18.blogspot.com (dostęp 15.10.2017).
17. Daikin, dane techniczne i katalogi (dostęp 19.04.2017).
18. PN-EN 15316-4-2:2008 Heating systems in buildings. Method for calculation of system energy requirements and system efficiencies. Part 4-2: Space heating generation systems, heat pump systems.
19. PN-90/B-01706:1992 Instalacje wodociągowe. Wymagania w projektowaniu.
20. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej (DzU 2015, poz. 376, z późn. zm.).
21. Bednarczyk A., Kulesza L., Wpływ cyrkulacji w instalacji c.w.u. na bilans energii tej instalacji, konferencja „Air&Heat – Water&Energy”, 2011, poster.
22. Taryfa dla energii elektrycznej na 2017 rok, PGE, 2017.
23. Wysokość cen referencyjnych według rozporządzenia Ministra Energii z dnia 24 marca 2017 r. w sprawie ceny referencyjnej energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii w 2017 r. oraz okresów obowiązujących wytwórców, którzy wygrali aukcje w 2017 r. (DzU 2017, poz. 634).
24. Taryfa dla gazu ziemnego E na 2017 rok, PGNiG, 2017.
25. Koszty montażu i eksploatacji instalacji fotowoltaicznej [online], www.solaris18.blogspot.com (dostęp 15.10.2017).
26. Cennik usług serwisowych kotłów gazowych [online], www.unitherm.pl (dostęp 15.10.2017).
27. Kowalik M., Boryca J., Halusiak B., Analiza wpływu cen gazu ziemnego i energii elektrycznej na koszty ogrzewania za pomocą 2-funkcyjnego kotła gazowego w budownictwie wielorodzinnym, „Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja“ nr 3/2013, s. 96–100.
28. Śnieżyk R., Dostawa ciepłej wody zasilanej gazowym kotłem kondensacyjnym, „Rynek Instalacyjny“ nr 5/2014, s. 76–80.

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!
   30.11.2017
Dostęp do pełnej treści tego artykułu jest BEZPŁATNY, wymaga jednak zalogowania.
Logowanie
zapomniałem hasła
Załóż konto
Jeśli nie masz jeszcze Konta Użytkownika - prosimy o wypełnienie formularza rejestracyjnego. Czas potrzebny na założenie Konta Użytkownika to max. 1 minuta.
Chcę założyć konto użytkownika
Dlaczego warto założyć konto użytkownika?
otrzymujesz bezpłatny dostęp do wielu przydatnych informacji: artykułów znanych ekspertów, przeglądów produktów, porad i raportów
co tydzień otrzymasz bezpłatny Newsletter informujący o nowych artykułach, produktach i wydarzeniach związanych z izolacjami i rynkiem budowlanym
będziesz miał możliość brania udziału w konkursach z cennymi nagrodami
utworzysz swój Profil, dzięki któremu będziesz mógł brać udział w dyskusjach na Forum, wymieniać się poglądami z innymi użytkownikami oraz pisać opinie i komentarze
będziesz otrzymywać powiadomienia o promocjach i rabatach w naszej Księgarni Technicznej oraz zniżkach w sklepach naszych partnerów biznesowych.
Jednocześnie zapewniamy Cię, iż podczas rejestracji nie zbieramy żadnych szczegółowych danych personalnych i teleadresowych. W każdej chwili możesz zmienić swoje dane lub zażądać usunięcia konta.
Przed założeniem Konta sugerujemy zapoznać się z regulaminem.

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Jak zrobić porządek z plątaniną kabli »
Tylko na święta! Atrakcyjne ceny na kamery termowizyjne »
Coraz większa liczba różnego typu urządzeń w instalacjach wymaga zwiększonej ilości rozprowadzanego okablowania zasilającego (...) czytaj dalej »


 


Wybierz wentylator do okapów kuchennych »

Wentylator znajduje zastosowanie w instalacjach, w których wymagane są małe i średnie wydajności(...) czytaj dalej »

 


Jeden sprawdzony sposób na zachowanie komfortowego klimatu w biurze » Nie trać ciepła - oszczędzaj nawet do 80% energii »
Kurtyny powietrzne to idealne rozwiązanie dla zachowania komfortowego klimatu w (...) czytaj dalej »

Rozpoczynaliśmy od konserwacji podręcznego sprzętu gaśniczego w
(...)
czytaj dalej »

 


Wybierz odpowiednią przepustnicę i oszczędzaj »

Metalowy, pływający pierścień jest usadowiony w rowku w korpusie przepustnicy (...) czytaj dalej »

 


Wszystko dla kominów w jednym miejscu »
Wpływ parametrów pracy wymiennika chłodu na jego wielkość i cenę »
Wszystkie nasze wyroby kominowe posiadają wymagane przepisami certyfikaty i dopuszczenia (...) czytaj dalej » Wymienniki płytowe uszczelkowe stosowane są w instalacjach chłodu od wielu lat i nie (...) czytaj dalej »

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.

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 »
Zapisz się na bezpłatny newsletter!
Najnowsze informacje na Twoją skrzynkę:

Bez wysiłku, prosto na Twoją skrzynkę:
- nowości techniczne i wydarzenia branżowe
- praktyczne porady ekspertów.
11/2017

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 11/2017
W miesięczniku m.in.:
  • - Pompy ciepła zasilane OZE
  • - Wentylacja pożarowa budynków
Zobacz szczegóły

Przeglądy produktów

DAB PUMPS POLAND Sp. z o.o. DAB PUMPS POLAND Sp. z o.o.
DAB oferuje innowacyjne rozwiązania technologiczne , zapewniające niezawodność, efektywność oraz optymalizację zużycia energii w...
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