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

Wybór źródła ciepła i chłodu dla typowego budynku jednorodzinnego o niemal zerowym zużyciu energii (nZEB)

The choice of the heating and cooling system for a typical single-family building about nearly zero-energy (nZEB)
W artykule analiza wyboru źródła ciepła i chłodu dla typowego budynku jednorodzinnego o niemal zerowym zużyciu energii (nZEB) dla 10 rozwiązań technicznych odpowiedzialnych za zapewnienie warunków komfortu klimatycznego w obrębie budynku.
W artykule analiza wyboru źródła ciepła i chłodu dla typowego budynku jednorodzinnego o niemal zerowym zużyciu energii (nZEB) dla 10 rozwiązań technicznych odpowiedzialnych za zapewnienie warunków komfortu klimatycznego w obrębie budynku.
Fot. pixabay.com

Warianty źródeł ciepła i chłodu w domach jednorodzinnych o niemal zerowym zużyciu energii (nZEB) wykorzystujących do chłodzenia pasywnego, c.o. i podgrzewu c.wu. pompy ciepła z gruntowymi wymiennikami ciepła wykazują najmniejsze zapotrzebowanie na energię końcową i pierwotną oraz najniższe koszty eksploatacji, ale najwyższe koszty inwestycyjne i amortyzacji urządzeń. Z ekonomicznego punktu widzenia – z uwzględnieniem kosztów inwestycyjnych, eksploatacyjnych prostych i zdyskontowanych całkowitych – najkorzystniejsze są rozwiązania z zastosowaniem gazowych kotłów kondensacyjnych jako źródeł ciepła oraz chłodzenia zrzutowego z pompy ciepła c.w.u. lub chłodzenia pasywnego z gruntowych wymienników ciepła.

Zgodnie z dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków [1] budynek o niemal zerowym zużyciu energii to budynek o bardzo wysokiej charakterystyce energetycznej (określonej w załączniku I), obejmującej obliczoną lub zmierzoną ilość energii potrzebnej do zaspokojenia zapotrzebowania związanego z jego typowym użytkowaniem, wyrażoną poprzez zużycie energii pierwotnej w kWh/m2 na rok. Niemal zerowa lub bardzo niska ilość wymaganej energii powinna pochodzić w bardzo dużym stopniu ze źródeł odnawialnych, w tym wytwarzanej na miejscu lub w pobliżu, oraz wynikać z zastosowania wydajnych rozwiązań instalacyjno-konstrukcyjnych.

Określono tym samym minimalny standard nowo wznoszonych budynków, który ma w pełni obowiązywać od 1 stycznia 2019 roku dla obiektów zajmowanych przez władze publiczne i będące ich własnością, a od 1 stycznia 2021 roku dla wszystkich obiektów nowo budowanych [2].

Definicja ta nie precyzuje, czy projektowany obiekt powinien być samowystarczalny energetycznie, co oznacza, że dopuszczone jest bilansowanie energii produkowanej na miejscu i wyeksportowanej do sieci oraz dostarczanej z sieci, co jest zgodne z zapisami zamieszczonymi w normach [3 i 4].

Charakterystyka typowego budynku jednorodzinnego o prawie zerowym zużyciu energii

Jako typowy budynek jednorodzinny, szczegółowo opisany pod względem architektoniczno-konstrukcyjnym i sposobu użytkowania, przyjęto budynek referencyjny NAPE.

Zgodnie z [5] jest to obiekt dwukondygnacyjny niepodpiwniczony o powierzchni użytkowej Af = 149,8 m2, kubaturze Ve = 550,5 m3 oraz współczynniku kształtu Ae/Ve = 0,79 1/m. Użytkowany jest przez czteroosobową rodzinę (dwie osoby dorosłe i dwoje dzieci).

W celu przeprowadzenia analizy przyjęto następujące założenia dodatkowe:

  • Zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na cele ogrzewania i wentylacji Eu = 15 kWh/m2 rok.
  • Długość sezonu grzewczego wynosi 2500 h.
  • Budynek jest wyposażony w wentylację mechaniczną nawiewno-wywiewną z odzyskiem ciepła o nominalnym przepływie VN/VW = 260 m3/h pracującą w trybie ciągłym.
  • Ogrzewanie wodne centralne odbywa się za pomocą instalacji płaszczyznowych.
  • Chłodzenie – w zależności od wariantu, za pomocą dostarczanego powietrza wentylacyjnego i/lub z wykorzystaniem instalacji płaszczyznowych.
  • Pompa obiegowa instalacji płaszczyznowej pracuje przez cały rok: 8760 h.

Obliczenia przeprowadzono w autorskim arkuszu kalkulacyjnym (w MS Excel) zgodnie z rozporządzeniem w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej [6].

Roczne zapotrzebowanie na ciepło dla budynku

Zgodnie z założeniem obliczeniowe zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na cele ogrzewania i wentylacji Eu (tab. 1) przyjęto jako 15 kWh/m2 rok.

Tabela 1. Roczne zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na cele ogrzewania i wentylacji
Tabela 1. Roczne zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na cele ogrzewania i wentylacji

Obliczenia rocznego zapotrzebowania na ciepło użytkowe na cele przygotowania ciepłej wody użytkowej zgodnie z [6] przedstawiono w tab. 2.

Tabela 2. Roczne zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na cele przygotowania ciepłej wody użytkowej
Tabela 2. Roczne zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na cele przygotowania ciepłej wody użytkowej

Uwaga
W celu przeanalizowania wariantów opartych na wykorzystaniu pompy ciepła c.w.u. rozbito zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na cele przygotowania c.w.u. na dwa okresy:

a) sezon zimowy, tj. 2004 h – zapotrzebowanie na c.w.u. Qw,nd = 825,45 kWh/rok (22,9%),

b) poza sezonem zimowym, tj. 6756 h – zapotrzebowanie na c.w.u. Qw,nd = 2782,82 kWh/rok (77,1%).

Za sezon zimowy uznano okres, kiedy temperatura powietrza zewnętrznego jest niższa od 1°C.
Ilość ciepła pozyskanego przez próżniowe kolektory słoneczne wynosi Qw,nd = 1515,47 kWh/rok (42%).

Warianty źródeł ciepła oraz chłodu

W analizie uwzględniono dziesięć wariantów źródeł ciepła z możliwością schładzania budynku w okresie letnim i zestawiono je w tab. 3.

Tabela 3. Warianty źródeł ciepła z możliwością schładzania budynku w okresie letnim
Tabela 3. Warianty źródeł ciepła z możliwością schładzania budynku w okresie letnim

W dalszych obliczeniach w celu ochrony przed szronieniem wymiennika ciepła zlokalizowanego w centrali wentylacyjnej (rekuperatora) uwzględnia się podgrzew czerpanego świeżego powietrza do dodatniej wartości temperaturowej w okresie zimy.

Podgrzew można uzyskać za pomocą nagrzewnicy wstępnej elektrycznej (warianty 3, 4 i 9) lub z wykorzystaniem gruntowego wymiennika ciepła, np.:

  • GGWC – gruntowego glikolowego wymiennika ciepła wykorzystującego odwierty lub poziomy wymiennik ciepła od pompy ciepła (warianty 6 i 7),
  • GPWC – gruntowego powietrznego wymiennika ciepła (warianty 1, 2, 5 i 8),
  • GŻWC – gruntowego żwirowego wymiennika ciepła (wariant 10),

a także za pomocą układu sterowania w centrali wentylacyjnej polegającego na okresowej zmianie proporcji ilości powietrza wywiewanego do nawiewanego (wynoszącej podczas zwyczajnej pracy 1:1), co jest niezalecane w przypadku szczelnych obiektów o prawie zerowym zużyciu energii [7, 8].

Czytaj też: Definicja termomodernizacji a standard NZEB >>>

Z uwagi na specyfikę obecnie wznoszonych budynków o prawie zerowym zużyciu energii (o bardzo niskim zapotrzebowaniu na energię potrzebną do ich ogrzania) oraz znaczne przeszklenia w orientacji południowej (możliwy do osiągnięcia tzw. efekt letniego przegrzania budynku) zaleca się zastosowanie gruntowego wymiennika ciepła lub zapewnienie innej formy chłodzenia budynku w okresie letnim [7, 8].

W przypadku świadomego i systematycznego wykorzystywania zjawiska naturalnego nocnego przewietrzania budynku (otwierane okna) i/lub instalacji wentylacji mechanicznej w trybie przewietrzania w okresie letnim w połączeniu z właściwym zastosowaniem przegród zacieniających użytkownik może zrezygnować z zastosowania gruntowego wymiennika ciepła, jednak w niniejszej analizie proponuje się jego zastosowanie (warianty 1, 2, 5, 6, 7, 8, 10).

GWC pełni funkcję podgrzewu czerpanego powietrza świeżego w okresie zimowym, natomiast latem działa jak prosty układ chłodniczy, schładzając powietrze nawiewane i zapobiegając częściowo procesowi przegrzania budynku.

Inną formą chłodzenia obiektu w okresie letnim może być chłodzenie pasywne z wykorzystaniem dolnego źródła pompy ciepła z gruntowym wymiennikiem pionowym lub poziomym i instalacji ogrzewania płaszczyznowego, tj. płyty grzewczej, stropu aktywowanego termicznie czy instalacji ogrzewania podłogowego (warianty 6 i 7), a także chłodzenie zrzutowe, będące efektem podgrzewu c.w.u. w pompie ciepła c.w.u. z wykorzystaniem powietrza nawiewanego do budynku – rozwiązanie to jest jednak mało efektywne (warianty 3 i 9).

Ostatnią rozpatrywaną formą chłodzenia budynku jest chłodzenie aktywne za pomocą rewersyjnej pompy ciepła typu powietrze/woda (wariant 4).

Zastosowanie gruntowego wymiennika ciepła oraz chłodzenia pasywnego z wykorzystaniem instalacji płaszczyznowej i dolnego źródła ciepła gruntowej pompy ciepła zwiększa znacząco komfort użytkowy i termiczny panujący w środowisku wewnętrznym podczas okresu letniego. Należy mieć jednak na uwadze, że wyżej wymienione układy nie działają jak typowa klimatyzacja, tylko jak proste układy chłodnicze.

Dla wariantu nr 4 założono zapotrzebowanie na użytkowy chłód aktywny na poziomie Qc,nd = 1500 kWh/rok.

Literatura

1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (Dz.Urz. UE L 153/13).
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 14 listopada 2017 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2017, poz. 2285)
3. PN-EN 15316-1:2009 Systemy ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania zapotrzebowania na energię i sprawności systemów. Cześć 1: Wymagania ogólne.
4. PN-EN 15603:2008 Energetyczne właściwości użytkowe budynków. Całkowite wykorzystanie energii i definicja wskaźników energetycznych.
5. Kwiatkowski J., Mijakowski M., Sowa J., Jednorodzinny budynek referencyjny NAPE zdefiniowany na potrzeby oceny efektywności energetycznej systemów wentylacji w jednorodzinnym budynku mieszkalnym, Narodowa Agencja Poszanowania Energii S.A., Warszawa 2017.
6. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej (DzU 2015, poz. 376).
7. Radomski B., Projektowanie instalacji sanitarnych w budynkach pasywnych – studium przypadku, „Inżynier Budownictwa”, 142, 2016.
8. Radomski B., Projektowanie w budynkach pasywnych instalacji ziębniczej, przygotowania ciepłej wody użytkowej i wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej, „Inżynier Budownictwa”, 144, 2016.
9. Wskaźniki emisji i wartości opałowe paliwa oraz typowe lata meteorologiczne i statystyczne dane klimatyczne do obliczeń energetycznych budynków, Ministerstwo Infrastruktury, www.miir.gov.pl.

W artykule:

• Charakterystyka  typowego budynku jednorodzinnego o prawie zerowym zużyciu energii
• Roczne zapotrzebowanie na ciepło dla budynku
• Warianty źródeł ciepła oraz chłodu
• Obliczenia zużycia energii końcowej oraz pierwotnej
• Analiza ekonomiczna

streszczenie

W artykule przedstawiono analizę wyboru źródła ciepła i chłodu dla typowego budynku jednorodzinnego o niemal zerowym zużyciu energii (nZEB). Wytypowano 10 rozwiązań technicznych odpowiedzialnych za zapewnienie warunków komfortu klimatycznego w obrębie budynku, w tym rozwiązania bazujące na wykorzystaniu konwencjonalnych źródeł ciepła (m.in. kotły gazowe kondensacyjne) oraz źródeł odnawialnych (m.in. pompy ciepła). Przeprowadzono obliczenia zużycia energii użytkowej, końcowej i pierwotnej oraz analizę ekonomiczną uwzględniającą koszty inwestycyjne i eksploatacyjne, w tym amortyzacji oraz serwisu i napraw.



abstract

The article presents an analysis of the choice of heating and cooling systems for a typical single-family building with near zero energy consumption (nZEB). Ten technical solutions have been selected that are responsible for providing comfort climatic conditions within the building, including solutions based on the use of conventional heat sources (i.a. gas condensing boilers) and renewable sources (i.a. heat pumps). Useful, final and primary energy consumption were calculated. Economic analysis containing investment and operating costs, including depreciation as well as service and repairs were carried out.

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!


[warunki techniczne, przepisy, efektywność energetyczna, energia, budynek zeroenergetyczny, roczne zapotrzebowanie na ciepło]

   01.08.2018
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

 


Zdradzamy sposób na projektowanie instalacji najwyższej jakości »

projektowanie

 



Z jakiego powodu tworzywa sztuczne zdominowały rynek wod-kan » Jak bez problemowo przeprowadzić iniekcję mikropali, kotew i gwoździ gruntowych »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go dziś »

 


Czy można dobrze odseparować wodę kanalizacyjną od gruntowej »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jak zabezpieczyć wentylatory dachowe »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Przedłuż certyfikat HVAC bez wychodzenia z firmy »

szkolenia hvac

 



Czy łatwo zainstalować podwieszaną toaletę » Z jakego powodu ta pompa wyprzedza przyszłość »
podwieszana toaleta pompy ciepła
wiem więcej » wiem 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
10/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 10/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Ogrzewanie obiektów przemysłowych
  • - Wentylacja domów jednorodzinnych
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