Možnosti zosúladenia progresívnych systémov nízkoteplotného vykurovania a netradičných zdrojov energií prípadová štúdia Košice doc. Ing. Zuzana VRANAYOVÁ, PhD. Ing. František VRANAY, PhD. Ing. Anna Sedláková, PhD. Ústav budov a prostredia Stavebná fakulta TU v Košiciach
PREDPOKLADY PRE VYTVORENIE A PREVÁDZKU INTELIGENTNÝCH BUDOV CHARAKTER BUDOVY Budova nízkoenergetická Budova nízkoenergetická Technológia IB si vyžaduje kvalitný riadiaci systém s programom s vysokými investičnými nákladmi. Bolo by obtiažne a zbytočné túto technológiu preniesť do bežne sa vyskytujúcich budov.
POHĽAD NA PREVÁDZKU REÁLNEJ ADMINISTRATÍVNEJ BUDOVY PREHĽAD NÁKLADOV NA ENERGIE ZA ROK 5% 0% 4 1 2 3 5 vykurovanie. chladenie. elektrika. voda, kanál. plyn. 38% 57% 0% Prehľad nákladov za energie na prevádzku administratívnej budovy za rok vyjadrené percentuálne = rezervy úspor v prevádzke
PRIEBEH SPOTRIEB TEPLA NA VYKUROVANIE POČAS ROKOV 1996-2007 SPOTREBA TEPLA ( GJ ) 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 SPOTREBA TEPLA NA VYKUROVANIE (GJ/rok) 3 200 2 220 1 930 1 520 1 460 1 490 1 670 1 630 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 MERANIA V ROKOCH 1997 - ZATEPLENIE OBJEKTU VÝMENA OKIEN 2005 - TERMOSTATIZÁCIA 2007 TEPELNÉ ČERPADLO 1 500 1 250 1 080 360 220 ROK 1996 = 100 % 2008 KAPILÁRNE ROHOŽE = 55 % = 38 % = 12 % = 7 %
UKÁŽKY ZO ZREALIZOVANÉHO LABORATÓRIA STROJOVŇA S TEPELNÝM ČERPADLOM VYUŽITIE TEPELNÉHO ČERPADLA V SYSTÉMOCH ZÁSOBOVANIA TEPLOM
Vykurovanie : RADIÁTORMI Teplotný spád 60 / 50 C E3 = E2 + E1 COP = = cca 3,0!!! 1 2 2 E1 E3 E1 3 4 Schéma súčasného spôsobu zásobovania teplom E3 E2 5 LEGENDA : 1 BUDOVA - vykurovanie 2 RADIÁTORY 3 SACIA STUDŇA (zdroj tepla a chladu), 4 VSAKOVACIA STUDŇA, 5 TEPELNÉ ČERPADLO VODA-VODA zdroj tepla E1 dodaná celková elektrická energia E2 teplo získané zo studne E3 teplo vyrobené dodané do objektu
PRIEBEH VYKUROVACIEHO FAKTORU (COP) TEPELNÉHO ČERPADLA 6,2 Stropné COPØ=5,7 Radiátory COPØ=3,6 35 C +25 teplota vykurovacej vody +60 C 3,0 COP LEGENDA : Priebeh COP v závislosti od teploty vykurovacej vody Vykurovanie radiátormi 60/50 C Stropné vykurovanie kapilárnymi rohožami 35/30 C vykurovací faktor (pomer tepelného výkonu k príkonu TČ) (Coefficient of Performance) Očakávaný nárast COP tepelného čerpadla je cca 75%
Vykurovanie : KAPILÁRNE ROHOŽE Teplotný spád 35 / 30 C 1 E3 = E2 + E1 COP = = cca 5,0!!! 2 2 E1 3 4 Schéma navrhovaného spôsobu zásobovania teplom E3 E2 5 E3 E1 LEGENDA : 1 BUDOVA - vykurovanie 2 KAPILÁRNE ROHOŽE 3 SACIA STUDŇA (zdroj tepla a chladu), 4 VSAKOVACIA STUDŇA, 5 TEPELNÉ ČERPADLO VODA-VODA zdroj tepla E1 dodaná celková elektrická energia E2 teplo získané zo studne E3 teplo vyrobené dodané do objektu
Chladenie : KAPILÁRNE ROHOŽE Teplotný spád 18 / 20 C 1 E 3 E 1 E3 = E2 COP = = cca 16,0!!! 2 2 E3 E2 3 4 5 LEGENDA : 1 BUDOVA - chladenie 2 KAPILÁRNE ROHOŽE 3 SACIA STUDŇA (zdroj chladu), 4 VSAKOVACIA STUDŇA, E1 dodaná elektrická energia len na čerpaciu prácu cirkulačných čerpadiel E2 teplo získané zo studne E3 chlad vyrobený dodaný do objektu Schéma navrhovaného spôsobu zásobovania teplom
PRIEBEH TEPELNÝCH STRÁT OBJEKTU A VÝKONU TEPELNÉHO ČERPADLA kw kw 82% 145 140 115 30-10 -15 teplota vonkajšieho vzduchu +13 C LEGENDA : Tepelná strata objektu Výkon TEPELNÉHO ČERPADLA Výkon dodaný tepelným čerpadlom Výkon chýbajúci na vykurovanie Výkon prebytočný na dodávku do siete Bod bivalencie (potreba = výkonu TČ)
PRIEBEH TEPELNÝCH STRÁT OBJEKTU A VÝKONU TEPELNÉHO ČERPADLA DODANÁ ENERGIA (k kwh) DODANÁ ENERGIA VZTIAHNUTÁ NA POČETNOSŤ TEPLOT 50 000 0% 45 000 40 000 35 000 30 000 100% 25 000 20 000 46% 54% 15 000 0% 10 000 5 000 0-15 -13-11 -9-7 -5-3 -1 1 3 5 7 9 11 PRIEBEH VONKAJŠÍCH TEPLOT ( C) TČ 1 do siete OST do objektu TČ 1 do objektu 13
PRIEBEH NAMERANÝCH HODNOT PRI PREVÁDZKE VYKUROVANIA TEPELNÝM ČERPADLOM V OBJEKTE HONORS 60.0 priebeh činnosti TČ 02.02.2008 - Sobota 50.0 40.0 30.0 20.0 studna 2 studna 1 vymenik 1 vymenik 2 TC vystup TC vstup UK vstup UK vystup Teplota ext 10.0 0.0 VYUŽITIE TEPELNÉHO ČERPADLA V SYSTÉMOCH ZÁSOBOVANIA TEPLOM 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 teploty ( C ) 23:00 0:00 čas ( 0-24 hod )
CENA ELEKTRICKEJ ENERGIE PRE VYKUROVANIE TEPELNÝM ČERPADLOM ( PRE PODNIKATELOV SLOVENSKO ) VÝSLEDNÁ CENA 1 kwh be ez DPH (SK) 14 12 10 8 6 4 2 0 MINI VÝSLEDNÁ CENA 1kWh PODĽA PRODUKTU VRÁTANE DISTRIBÚCIE za rok 2008 MIDI MAXI 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 ÚROVEŇ ODBERU ZA ROK (MWh/rok) MAXI MIDI 2 MIDI 1 MINI 2 MINI 1 MIKRO
PODMIENKY UPLATNENIA KAPILÁRNYCH ROHOŽÍ V PROCESE VYKUROVANIA - CHLADENIA 1. MOŽNOSŤ ZABEZPEČENIA VYKUROVANIA CHLADENIA JEDINÝM SYSTÉMOM 2. ODSTRÁNENIE TEPELNÝCH ŠOKOV V PRIESTORE VPLYVOM KOLÍSANIA TEPLÔT 3. CHLADENIE BEZ VYNÚTENEJ CIRKULÁCIE VZDUCHU, MINIMALIZÁCIA VÍRENIA PRACHU 4. ODOVZDÁVANIE TEPLA SA DEJE HLAVNE SÁLAVÝM SPÔSOBOM 5. VYUŽITIE AKUMULÁCIE ENERGIE DO STAVEBNÝCH KONŠTRUKCIÍ STAVBY 6. MOŽNOSŤ NASADENIA PRI OBNOVE BUDOV 7. NAJVHODNEJŠIE VYUŽITIE JE U STAVIEB S KVALITNÝMI OBALOVÝMI KONŠTRUKCIAMI SYSTÉM POD OMIETKOU SYSTÉM FORMOU STROPNÝCH KAZIET
PODMIENKY UPLATNENIA TEPELNÝCH ČERPADIEL V SYSTÉME ZÁSOBOVANIA TEPLOM 1. TEPELNÉ ČERPADLO VYUŽÍVA NÍZKOPOTENCIÁLNE TEPLO (ZEME, VODY, VZDUCHU), NA POHON SA VYUŽÍVA LEN 1/4 1/3 ELEKTRICKEJ ENERGIE 2. SUBSTITUUJE FOSÍLNE PALIVÁ KTORÉ SÚ DOVÁŽANÉ ZO ZAHRANIČIA 3. ZNIŽUJE TVORBU EMISÍÍ CO 2 PRI VÝROBE TEPLA 4. PRI NASADZOVANÍ DO ROZVODOV TEPLA JE VÝHODNEJŠIA KOOPERÁCIA S INÝM ZDROJOM - INÝ ZDROJ ZABEZPEČÍ VYKRYTIE ŠPIČKOVÉHO VÝKONU - OŠETRENIE RIZÍK PRI MOŽNOM VÝPADKU TČ 5. EKONOMICKÉ BILANCIE VÝRAZNE OVPLYVŇUJE : 1. ZDROJ TEPLA CHLADU (STUDŇA, ZEMNÝ VRT,...) 2. KVALITA OBALOVÝCH KONŠTRUKCIÍ OBJEKTU 3. SYSTÉM VYKUROVANIA CHLADENIA 4. SADZBA ELEKTRICKEJ ENERGIE A ČASOVÝ REŽIM PREVÁDZKY 6. PRECHOD NA OBNOVITEĽNÉ ZDROJE SI VYNUCUJE STABILIZÁCIU CENY ENERGIE
PRIEBEH SPOTRIEB TEPLA NA VYKUROVANIE A DOPAD NA EHB POČAS ROKOV 1996-2007 SPOTREBA TEPLA ( GJ ) 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 SPOTREBA TEPLA NA VYKUROVANIE (GJ/rok) 3 200 2 220 1 930 1 520 1 460 1 490 1 670 1 630 1996 - VÝCHODZÍ STAV = 100 % 1 500 1 250 1 080 360 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 MERANIA V ROKOCH 1997 - ZATEPLENIE OBJEKTU VÝMENA OKIEN 2005 - TERMOSTATIZÁCIA 2007 TEPELNÉ ČERPADLO 220 2008 KAPILÁRNE ROHOŽE = 55 % = 38 % = 12 % = 7 % G F E D C B A
ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ! Ing. František VRANAY, PhD. Stavebná fakulta TU v Košiciach frantisek.vranay@tuke.sk