Systemy klimatyzacji w budynkach o niewystarczającej mocy przyłączeniowej

Air conditioning systems in buildings without sufficient connected power
Tworzenie dzielnic biznesowych wpływa niekorzystnie nie tylko na infrastrukturę transportową, ale także na infrastrukturę elektroenergetyczną, która może być narażona na deficyt dostarczanej mocy
Tworzenie dzielnic biznesowych wpływa niekorzystnie nie tylko na infrastrukturę transportową, ale także na infrastrukturę elektroenergetyczną, która może być narażona na deficyt dostarczanej mocy
Fot. pixabay.com

Malejąca różnica pomiędzy mocą przyłączeniową a mocą pobieraną przez budynki biurowe jest coraz bardziej powszechna, zwłaszcza w starszych budynkach w centrach miast. Budynki te często wyposaża się w urządzenia zasilane elektrycznie do chłodzenia powietrza. Powoduje to deficyt mocy energetycznej i konieczność czerpania jej z magazynów chłodu lub spoza sieci energetycznej oraz poszukiwania rozwiązań niekonwencjonalnych, które umożliwią utrzymanie odpowiedniego standardu komfortu cieplnego w budynku bez rozbudowy infrastruktury na całym obszarze.

W artykule:

• Opis analizowanego budynku
• Opis proponowanych wariantów
• Najważniejsze parametry analizowanych wariantów

Od kilku lat nowo powstające budynki biurowe wyposażone są standardowo w system klimatyzacji. Może on być odpowiedzialny nawet za 30% mocy elektrycznej pobieranej w szczycie zapotrzebowania, jest więc znaczącym odbiornikiem energii elektrycznej. W budynkach, w których już na etapie planowania przewidywany jest taki system, nie ma problemu z obliczeniem zapotrzebowania na moc elektryczną. Obliczona moc maksymalna przedstawiana jest następnie we wniosku przyłączeniowym, a cała powstająca infrastruktura elektroenergetyczna przystosowana do pokrycia maksymalnego obciążenia. 

Niestety nowe budynki biurowe często skupione są w jednym miejscu. Tworzenie dzielnic biznesowych wpływa niekorzystnie nie tylko na infrastrukturę transportową (miejsca słynne z ciągłych utrudnień komunikacyjnych), ale także na infrastrukturę elektroenergetyczną, która może być narażona na deficyt dostarczanej mocy. Jeszcze inaczej wygląda sytuacja w budynkach już istniejących. Wiele budynków biurowych znajdujących się w centrach dużych miast liczy sobie znacznie więcej niż 30 lat.

Część z nich objęta jest opieką konserwatora, co znacząco ogranicza możliwość wykonania w nich większych prac remontowo-modernizacyjnych. Przykładem mogą być siedziby wszelkiego rodzaju władz, zarówno lokalnych, jak i państwowych. Z doświadczeń autorów wynika, że w większości tego typu obiektów istnieje problem z utrzymaniem parametrów komfortu w miesiącach letnich. Zazwyczaj jedynym systemem wentylacji jest w nich wentylacja naturalna, która w miesiącach letnich praktycznie nie funkcjonuje. Budynki takie zwykle nie mają klimatyzacji centralnej, a jedynie pojedyncze klimatyzatory typu split w poszczególnych pomieszczeniach, co bardzo często skutkuje przegrzewaniem, nierzadko ciasnych, pokoi biurowych.

Czytaj też: Do czego służy pompa do skroplin w klimatyzacji? >>

Zarządca budynku, decydując się na inwestycję w system klimatyzacji, często staje przed problemem niewystarczającej mocy przyłączeniowej. Infrastruktura doprowadzająca energię elektryczną do budynku projektowana była według innych wytycznych, na znacznie mniejszą moc elektryczną. Rozwój technologii komputerowych sprawił, że ze względu na coraz większą liczbę urządzeń budynki biurowe zużywają coraz więcej energii elektrycznej. Powoduje to zmniejszenie różnicy między mocą przyłączeniową a mocą pobieraną przez budynek. Zwiększenie mocy przyłączeniowej często nie jest możliwe, ponieważ może się wiązać z modernizacją infrastruktury energetycznej na bardzo dużym obszarze, a lokalny operator sieci dystrybucyjnej może nie mieć w planach tak dużych inwestycji. W ciągu ostatnich dziesięciu lat zapotrzebowanie na moc w sezonie letnim wzrosło średnio o 20%, a w miesiącach zimowych średnio o 10%. Dwukrotnie większy przyrost mocy w okresie letnim spowodowany jest głównie szerokim rozpowszechnieniem stosowania systemów klimatyzacji w budynkach.

Opis analizowanego budynku

Artykuł stanowi studium przypadku zastosowania systemu klimatyzacji centralnej w budynku o niewystarczającej mocy przyłączeniowej. Analizę przeprowadzono dla budynku biurowego wybudowanego w latach 50. ubiegłego wieku. Powierzchnia sześciokondygnacyjnego budynku wynosi około 23 tys. m2, jego kubatura prawie 76 tys. m3, a pracuje w nim blisko 900 osób. Nieocieplony budynek zbudowany jest z cegły dziurawki w konstrukcji słupowo-ryglowej. Funkcjonuje w nim wentylacja naturalna (grawitacyjna). Obecnie klimatyzowana jest jedynie mała część pokoi biurowych wyposażonych w klimatyzatory typu split.

Budynek zasilany jest w energię elektryczną z dwóch przyłączy niskiego napięcia o łącznej mocy przyłączeniowej równej 520 kW. Na potrzeby opracowania przeanalizowano godzinowe dane o poborze mocy elektrycznej przez wszystkie przyłącza. Dane obejmowały cały 2018 rok. Maksymalny pobór energii przyłącza pierwszego wyniósł w tym okresie 202,4 kW, drugiego zaś 131,2 kW. Maksymalny chwilowy pobór mocy obu przyłączy wyniósł 318,4 kW. Oznacza to, że minimalny zapas mocy wyniósł w 2018 roku ok. 200 kW. Ze względu na znaczenie budynku założono, że minimalny zapas mocy powinien stanowić 10% mocy przyłączeniowej, czyli 50 kW. W takim przypadku dyspozycyjny zapas mocy wyniósł w 2018 roku 150 kW. Na rys. 1 przedstawiono uporządkowany wykres zapotrzebowania na moc elektryczną.

Zapotrzebowanie analizowanego budynku na moc elektryczną
Rys. 1. Zapotrzebowanie analizowanego budynku na moc elektryczną

Maksymalne zapotrzebowanie na energię elektryczną występowało w miesiącach letnich. Na potrzeby analizy sporządzono dwa dobowe przebiegi poboru mocy elektrycznej obrazujące teoretyczny dzień, kiedy pobory mocy w każdej godzinie są poborami maksymalnymi, występującymi o tej godzinie w 2018 roku. Analogicznie stworzono dzień z najmniejszymi godzinowymi poborami mocy. Oba uzyskane przebiegi przedstawiono na rys. 2.

Dobowe przebiegi poboru mocy elektrycznej
Rys. 2. Dobowe przebiegi poboru mocy elektrycznej

Dla dnia „maksymalnego” nocny pobór mocy wynosi minimalnie 104,8 kW. Szczyt zapotrzebowania przypada na godziny 8–16 i wynosi ok. 320 kW.

Ze względu na znaczne przegrzewanie się pomieszczeń w miesiącach letnich, szczególnie na wyższych kondygnacjach, zarządca zdecydował się na analizę możliwości zastosowania centralnego systemu klimatyzacji we wszystkich pokojach biurowych znajdujących się w budynku. Obliczeń zapotrzebowania na energię do chłodzenia dokonano prostą metodą godzinową zgodnie z metodologią opracowaną w normie PN-EN-ISO 13790 Energetyczne właściwości użytkowe budynków. Obliczanie zużycia energii na potrzeby ogrzewania i chłodzenia. Metodologia ta zdaniem autorów pozwala na wystarczająco szczegółowe określenie zapotrzebowania na moc chłodniczą oraz obliczenie rocznego zużycia energii elektrycznej na potrzeby wytworzenia chłodu. Podstawowe założenia przyjęte do przeprowadzenia obliczeń zebrano poniżej:

  • wartości powierzchni przegród przyjęto zgodnie z planami sytuacyjnymi,
  • współczynniki przenikania ciepła oraz przepuszczalności promieniowania słonecznego przyjęto zgodnie z przeprowadzonym audytem energetycznym,
  • zyski od osób w pomieszczeniu: 85 W/os. w trakcie godzin pracy budynku, dla osób pracujących w pozycji siedzącej przy niskiej aktywności fizycznej,
  • zyski od oświetlenia: 4 W/m2 (oświetlenie LED),
  • zyski od urządzeń: 300 W/pokój w trakcie godzin pracy obiektu,
  • współczynnik jednoczesności przebywania osób w pomieszczeniach: 0,9,
  • temperatura wewnętrzna podczas okresu chłodniczego: 24°C (zalecenie zarządcy obiektu),
  • zmienna liczba wymian wentylacji naturalnej w obiekcie ze względu na różnicę temperatury pomiędzy temperaturą zewnętrzną i wewnątrz pomieszczeń,
  • natężenie promieniowania słonecznego zaczerpnięto z danych dla typowego roku meteorologicznego ze strony Ministerstwa Infrastruktury i Rozwoju, wygenerowanych z bazy Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej i uśrednionych dla okresu trzydziestu lat, dla stacji meteorologicznej Warszawa-Okęcie,
  • założono wymianę starych klimatyzatorów w pojedynczych pomieszczeniach i zamontowanie nowych jednostek wewnętrznych współpracujących z nową centralną instalacją chłodzenia budynku,
  • obliczeń dokonano dla wszystkich pomieszczeń biurowych w ­obiekcie.

Obliczeń dokonano z krokiem godzinowym w arkuszu kalkulacyjnym, na późniejszym etapie porządkując wyniki dziennie, miesięcznie oraz rocznie. Struktura rocznych zysków ciepła w budynku została przedstawiona na rys. 3.

Struktura rocznych zysków ciepła w budynku
Rys. 3. Struktura rocznych zysków ciepła w budynku

Maksymalne zapotrzebowanie na chłód wynosi 927 kW mocy chłodniczej. Suma godzinowego zapotrzebowania określa całkowitą energię potrzebną do chłodzenia, która wynosi 879 552 kWh, co przy pominięciu pracy instalacji chłodzenia w trakcie dni wolnych daje 628 251,5 kWh chłodu. Na rys. 4 przedstawiono uporządkowany wykres zapotrzebowania na chłód.

Zapotrzebowanie analizowanego budynku na chłód
Rys. 4. Zapotrzebowanie analizowanego budynku na chłód

Zapotrzebowanie na chłód w obiekcie występuje przez 2185 godzin, co stanowi 25% roku, a uporządkowany rozkład zapotrzebowania ma charakter liniowy. Połowa okresu chłodniczego cechuje się zapotrzebowaniem na moc niższym niż 400 kW, co jest średnim zapotrzebowaniem na moc w analizowanym budynku. Na potrzeby opracowania przeanalizowano dane godzinowe w celu utworzenia dnia o największym zapotrzebowaniu na moc chłodniczą. Dzień ten został utworzony z maksymalnych godzinowych zapotrzebowań na chłód. Przebieg zapotrzebowania na moc chłodniczą w takim dniu przedstawiono na rys. 5.

Przebieg zapotrzebowania na chłód w dniu o największym obciążeniu
Rys. 5. Przebieg zapotrzebowania na chłód w dniu o największym obciążeniu
Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

[chłód, klimatyzacja, magazynowanie energii, moc przyłączeniowa, systemy klimatyzacji w budynkach, chłodzenie powietrza, chłodzenie, sieć energetyczna]

   23.05.2019

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie



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 »

 


Zbliża się zima 100-lecia? Z jakim urządzeniem zaoszczędzisz najwięcej »

oszczednosc energii



O czym dowiesz się na międzynarodowym spotkaniu instalatorów »

Czy wiesz, na której platformie znajdziesz niezbędne narzędzia dla instalatora i dostaniesz 500zł »
 
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 »

 


 


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 »

 



Poznaj metody na oszczędność wody »

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

 


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
7-8/2021

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 7-8/2021
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowe kotły gazowe
  • - Retencja wód opadowych
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