Analiza koncepcyjna rozwiązania systemu ogrzewania w budynku energooszczędnym

Conceptual analysis of heating systems in an energy-efficient building
Analiza koncepcyjna rozwiązania systemu ogrzewania w budynku energooszczędnym
Analiza koncepcyjna rozwiązania systemu ogrzewania w budynku energooszczędnym
Rys. Pracownia Projektowa „Słowik”, Zakopane

Budynki energooszczędne o bardzo dobrej izolacji cieplnej oraz niskim współczynniku projektowego obciążenia cieplnego wymagają szczególnego podejścia do kwestii doboru systemu grzewczego. Decydując się na rozwiązania oparte na pompach ciepła, koncepcje grzewcze należy porównać pod kątem efektywności energetycznej oraz nakładów inwestycyjnych i eksploatacyjnych.

W artykule:

• Opis analizowanego budynku
• Opisy analizowanych wariantowych rozwiązań technicznych wykorzystujących pompy ciepła typu solanka/woda, powietrze/woda oraz powietrze/powietrze
• Analiza nakładów inwestycyjnych i eksploatacyjnych - koszty inwestycyjne i eksploatacyjne

Unia Europejska na przestrzeni lat uchwaliła szereg regulacji prawnych dążących do ograniczenia zużycia energii w budynkach mieszkalnych. Największe zmiany wprowadziła dyrektywa w sprawie charakterystyki energetycznej [1] – zgodnie z jej postanowieniami budowane od 2021 r. budynki muszą charakteryzować się możliwe niskim zapotrzebowaniem na energię.

Coraz ostrzejsze przepisy wywołują wzrost zainteresowania budownictwem energooszczędnym. W budynkach takich współczynnik przenikania ciepła dla ścian zewnętrznych nie powinien przekraczać 0,15 W/(m2·K). Istotne jest również, aby w budynku nie została przekroczona graniczna wartość wskaźnika zapotrzebowania na energię pierwotną 70 kWh/(m2 rok). Na uzyskanie standardu energooszczędnego wpływają aspekty architektoniczne (bryła, konstrukcja, szczelność, usytuowanie pomieszczeń względem stron świata czy odpowiednia izolacja przegród) oraz wyposażenie techniczne. Zastosowanie znajdują tutaj rozwiązania grzewcze o wysokiej sprawności, korzystające w dużym stopniu z energii odnawialnej, z możliwością regulacji centralnej lub miejscowej i systemy wentylacyjne z odzyskiem ciepła.

Z punktu widzenia inwestora do podjęcia decyzji konieczne jest przeprowadzenie analizy kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych. W artykule przedstawiono koncepcję rozwiązania systemu ogrzewania i przygotowania c.w.u. dla budynku jednorodzinnego w standardzie energooszczędnym.

Opis analizowanego budynku

Analizie poddano budynek mieszkalny jednorodzinny zlokalizowany w Zakopanem, przeznaczony pod wynajem turystom w okresie całorocznym. Wykonany został w konstrukcji szkieletowej drewnianej. Jest to budynek wolnostojący, niepodpiwniczony, składający się z kondygnacji parteru oraz poddasza w kubaturze dachu. Lokalizacja budynku odpowiada V strefie klimatycznej (–24°C).

Tabela 1. Zestawienie współczynników przenikania ciepła U dla przegród zewnętrznych
Tabela 1. Zestawienie współczynników przenikania ciepła U dla przegród zewnętrznych

Zastosowane rozwiązania izolacyjne pozwoliły spełnić wymagania dla przegród zawarte w WT 2021. Projektowe obciążenie cieplne budynku wynosi 3,5 kW. Pełne zestawienie współczynników przenikania ciepła dla przegród zewnętrznych zamieszczono w tab. 1. W sąsiedztwie budynku nie ma dostępu do gazu ziemnego sieciowego.

Opis analizowanych rozwiązań technicznych wykorzystujących pompy ciepła

Biorąc pod uwagę energooszczędny charakter budynku, lokalizację i układ pomieszczeń, dla przedmiotowego budynku zaproponowano trzy warianty grzewcze:

  • wariant I – pompa ciepła typu solanka/woda z wymiennikiem gruntowym pionowym w układzie monowalentnym. Górne źródło ciepła stanowi ogrzewanie podłogowe o parametrach 35/28°C;
  • wariant II – pompa ciepła typu powietrze/woda w układzie biwalentnym alternatywnym. Górne źródło ciepła stanowi ogrzewanie podłogowe o parametrach 35/28°C;
  • wariant III – pompa ciepła powietrze/powietrze, elektryczne grzejniki panelowe i wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła. Na potrzeby ciepłej wody użytkowej przyjęto pompę ciepła powietrze/woda zintegrowaną z zasobnikiem o pojemności 220 dm3.

W pierwszych dwóch wariantach założono, że zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową będzie pokrywane przez pompę ciepła, która realizuje priorytetowy podgrzew c.w.u.

Czytaj też: Perspektywy dla polskiego ciepłownictwa >>>

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

Rozwiązanie techniczne zakłada wykonanie pompy ciepła solanka/woda z gruntowym pionowym wymiennikiem ciepła do pokrycia potrzeb grzewczych na cele c.o. i c.w.u. W wariancie tym założono system monowalentny, gdzie pompa ciepła w 100% pokrywa zapotrzebowanie na energię cieplną – w całym zakresie temperatur przyjętych do obliczeń.

  • Dobrano pompę ciepła SI 6TU o mocy grzewczej 6,1 kW, która pozyskuje ciepło z gruntu za pomocą pionowych sond zakończonych U-rurką.
  • Obliczenia doboru sondy gruntowej przeprowadzono przy założeniu, że na terenie objętym planowaną inwestycją znajduje się grunt gliniasty, wilgotny.
  • Zgodnie z wytycznymi [3] przyjęto wydajność cieplną 40 W/m długości sondy.

W celu zapewnienia wymaganej mocy dolnego źródła ciepła należy wykonać dwa odwierty pionowe o głębokości 50 m. Założono minimalny odstęp między pionowymi sondami 10 m.

Wykonanie odwiertów pod sondy pionowe ma na celu wprowadzenie na zadaną głębokość sond w postaci rurki typu U o średnicy ø 32×2 mm, wykonanej z PE 100-RC.

  • Instalacja dolnego źródła będzie wypełniona roztworem glikolu propylenowego o stężeniu odpowiadającym temperaturze krzepnięcia –15°C.
  • Pompa ciepła będzie współpracować z zasobnikiem buforowym o pojemności 200 dm3. Pozwoli on przejmować nadwyżki wyprodukowanego ciepła w momentach, gdy jej moc grzewcza nie jest identyczna z chwilowym zapotrzebowaniem.
  • Podgrzew wody użytkowej w zasobniku pojemnościowym będzie realizowany przez pracę zaworu trójdrogowego przełączającego. Gdy temperatura wody użytkowej spadnie poniżej dolnej granicy nastawy, pompa przejdzie w tryb grzania wody użytkowej przez przełączenie zaworu.

Wariant II: pompa ciepła typu powietrze/woda w układzie biwalentnym alternatywnym

Drugi wariant grzewczy zakłada wykonanie pompy ciepła powietrze/woda pracującej w układzie biwalentnym alternatywnym z wbudowaną grzałką elektryczną.

  • Dla pokrycia zapotrzebowania na ciepło budynku i potrzeb podgrzewu wody użytkowej przyjęto pompę ciepła LAW 6MIR o mocy grzewczej 5,6 kW.
  • Obliczenie temperatury punktu biwalencyjnego (rys. 1) sporządzono w oparciu o dane zawarte w karcie katalogowej urządzenia – deklarowana przez producenta graniczna temperatura pracy pompy ciepła wynosi –20°C. Poniżej tej temperatury pracę urządzenia grzewczego przejmie fabryczna grzałka elektryczna o mocy 4 kW. Ponieważ moc pompy ciepła jest zawyżona w stosunku do potrzeb cieplnych budynku, będzie ona pracować z buforem o pojemności 50 litrów w celu przejmowania wyprodukowanych nadwyżek cieplnych.
  • Pracą c.o. i c.w.u. sterować będzie trójdrogowy zawór przełączający.
Rys. 1. Wykres punktu biwalencyjnego dla pompy ciepła powietrze/woda; rys. archiwum autorów (D. Czernik, M. Korzec)
Rys. 1. Wykres punktu biwalencyjnego dla pompy ciepła powietrze/woda; rys. archiwum autorów (D. Czernik, M. Korzec)

Wariant III: pompa ciepła typu powietrze/powietrze, elektryczne grzejniki panelowe i wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła

Głównym źródłem ciepła w trzecim wariancie jest pompa ciepła powietrze/powietrze w postaci klimatyzatora kanałowego, składającego się z jednostki wewnętrznej i zewnętrznej.

  • Przyjęte urządzenie grzewcze będzie pracować na powietrzu recyrkulacyjnym.
  • Praca w układzie biwalentnym alternatywnym – klimatyzator kanałowy pracuje do określonej temperatury zewnętrznej, oznaczonej jako temperatura punktu biwalencyjnego (rys. 2).
  • Obliczenie temperatury punktu biwalencyjnego sporządzono w oparciu o dane zawarte w karcie katalogowej urządzenia.
  • Deklarowana przez producenta graniczna temperatura pracy urządzenia wynosi –20°C. Poniżej tej temperatury ogrzewanie w budynku przejmą elektryczne grzejniki panelowe.
Rys. 2. Wykres punktu biwalencyjnego dla klimatyzatora kanałowego; rys. archiwum autorów (D. Czernik, M. Korzec)
Rys. 2. Wykres punktu biwalencyjnego dla klimatyzatora kanałowego; rys. archiwum autorów (D. Czernik, M. Korzec)


Na potrzeby budynku przyjęto klimatyzator kanałowy MTI-12 o mocy 3,5 kW.

  • Ogrzane powietrze z klimatyzatora za pomocą skrzynki rozdzielczej rozprowadzone zostanie do pomieszczeń izolowanymi przewodami elastycznymi z powłoką antybakteryjną ø 125 mm – króćce przewodów będą zakończone anemostatem ø 125 mm.
  • Do ogrzewania elektrycznego przyjęto grzejniki panelowe VP10 z wbudowanymi termostatami.
  • Uzupełnieniem zaprojektowanego systemu grzewczego będzie wentylacja mechaniczna z wymiennikiem przeciwprądowym Airpack 170.
  • Rozprowadzenie powietrza do pomieszczeń odbywa się za pomocą rur elastycznych typu ­PE-FLEX. Przewody te zostały zastosowane na odcinkach między rozdzielaczami a skrzynkami rozprężnymi.
  • Dzięki zastosowaniu wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła projektowe obciążenie cieplne budynku w wyniku ograniczenia wentylacyjnych strat ciepła obniża się do 2,5 kW.
   24.09.2018

Komentarze

(1)
Marian Winsyk | 17.10.2018, 19:53
Udzielaj informacji w zakresie instalatorstwa.
   1 / 1   

Wybrane dla Ciebie

 


Jak uzyskać do 5000 zł za polecenie instalacji na gaz »

ogrzewanie na gaz


 

Który grzejnik wybrać? Aluminiowy czy stalowy »

grzejniki aluminiowe czy stalowe


 


Zaprojektuj niezawodne instalacje w budynku »

Czy wiesz, jakich błędów unikać przy instalacji? »

zawory antyskażeniowe
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


 Jak zapewnić skuteczny monitoring parametrów środowiskowych w pomieszczeniach medycznych »

izolacje w instalacji


 


Czy bezdotykowy design stanie się standardem? »

Jak zminimalizować stratę energii w układach wentylacyjnych »
armatura bezdotykowa
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Skróć czas montażu i uruchomienia układu mieszającego nawet o 50% »

uklad mieszający projektowanie



Jak zadbać o higienę w miejscach publicznych »

Na której platformie znajdziesz niezbędne narzędzia dla instalatora »
 
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Co zrobić kiedy nie możesz pozbyć się wody z wycieku »

wyciek z rury


 


Jaki wybrać płyn do instalcji w przemyśle spożywczym »

Od czego zacząć, gdy chcesz zabezpieczyć hale przemysłowe przed pożarem »
panele fotowoltaiczne ochrona przed pożarem
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Jak zabezpieczyć dylatację przed pożarem »

dyletacja

 



Do 77% oszczędności na zużyciu energii »

Z poradnika hydraulika - gdzie kupisz sprawdzony sprzęt »

cichy oszczedny klimatyzator hydraulik
jestem na bieżąco » korzystam z wiedzy »

 


Jakich elemntów potrzebujesz do projektu fotowoltaicznego »

alternatywne zrodla energii


 


Które pompy ściekowe mogą być stosowane na dużej głębokości » Upały dają się we znaki! Co lepsze? Centrala wentylacyjna czy rooftop? »
kanalizacja wentylatory
wiem więcej » poznaj dziś »

 


Czy pompa ciepła się opłaca »

alternatywne zrodla energii


 


Poznaj metody na oszczędność wody »

W czym tkwi sedno w projektowaniu instalacji grzewczej »
produkcja studni wodomierzowych
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Co osuszy powierzchnię do 80 m² »

osuszanie pomieszczeń


 

 


Ekspert Budowlany - zlecenia

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
10/2021

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 10/2021
W miesięczniku m.in.:
  • - Zmiany klimatyczne a ogrzewanie
  • - Rekomendacje dla central basenowych
Zobacz szczegóły

Bezpłatny newsletter

Mamy dla Ciebie prezent 


Wystarczy,

że zapiszesz się na newsletter,
a otrzymasz link do

e-book

" Kotły na biomasę i biopaliwa "

Zapisuję się »

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