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
Ciąg dalszy artykułu...

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

 


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