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

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.

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.

W Polsce zmiany te są wprowadzane poprzez systematyczne zaostrzanie warunków technicznych [2]. Obniżane są kryteria dotyczące granicznego współczynnika przenikania ciepła U dla przegród zewnętrznych oraz minimalnego wskaźnika energii pierwotnej EP, odnoszącego się do rocznego zapotrzebowania na energię pierwotną do celów ogrzewania, wentylacji i przygotowania wody użytkowej.

Coraz ostrzejsze przepisy wywołują wzrost zainteresowania budownictwem energooszczędnym. W budynkach takich współczynnik przenikania ciepła U 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 U 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.

Literatura

1. Dyrektywa 2002/91/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 16 grudnia 2002 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (Dz.Urz. L 1 z 4.01.2003).
2. 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.).
3. Wytyczne projektowania, wykonania i odbioru instalacji z pompami ciepła, część 1: dolne źródła ciepła, wydanie 1/2013, PORT PC.
4. Pracownia Projektowa „Słowik”, Zakopane.

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

streszczenie

W artykule przedstawiono analizę nakładów inwestycyjnych i eksploatacyjnych zastosowania pomp ciepła do zabezpieczenia potrzeb cieplnych budynku mieszkalnego jednorodzinnego w Zakopanem. Analiza dotyczy budynku w standardzie energooszczędnym, spełniającego wymagania WT 2021 – przeznaczonego pod wynajem w okresie całorocznym.



abstract

The article presents an analysis of investment and operating usage of heat pumps to produce the required thermal needs of a single-family residential building in Zakopane. The analysis concerns buildings with an energy-saving standard that meets the requirements of WT 2021 – intended for rent all year long.


Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

 


[energia,budynki niskoenergetyczne,odnawialne źródła ciepła,pompy ciepła]

   24.09.2018
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

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

Wybrane dla Ciebie

 


Jakie korzyści masz z nagrzewnic z klasycznym 3-biegowym silnikiem »

nagrzewnica z 3 biegowym silnikiem

 



Jak działają panele fotowoltaiczne » Jak skutecznie pozbyć się odoru ze ścieków »
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
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