Kompleksowa termomodernizacja z zagospodarowaniem OZE (2). Ciepło z węzła

Zobacz artykuł w wersji pdf pdfpdf

Obiekt               

Budynek jest jednokondygnacyjny, w całości niepodpiwniczony, z piętrem położonym nad świetlicą i posiada kotłownię dobudowaną do samego obiektu od strony wschodniej. Kubatura obiektu wynosi 3849 m3, w tym pomieszczeń ogrzewanych 2572 m3, przy czym powierzchnia użytkowa obiektu wynosi 1157 m2, w tym pomieszczeń ogrzewanych 844 m2. Do określenia mocy cieplnej niezbędnej dla przygotowania c.w.u. przyjęto zapotrzebowanie szczytowe w miesiącach letnich dla ok. 230 osób, zaś w sezonie grzewczym dla ok. 60 gości hotelowych. W kotłowni znajdowały się dwa żeliwne kotły typu EcaIVa/6, wodny i parowy, odpowiednio o mocy 158 i 137 kW. Kocioł parowy zasilał w parę technologiczną odbiorniki w kuchni oraz dodatkowo, poprzez wymiennik ciepła typu para-woda instalacyjna, zasilał instalację grzewczą budynku, wspomagając pracę kotła wodnego. Poza sezonem grzewczym pracował tylko kocioł parowy, zasilając odbiorniki kuchenne oraz przygotowując ciepłą wodę użytkową. W kotłowni znajdował się kolektor zasilający, rozdzielający strumień c.w. opuszczającej kotłownię na poszczególne gałęzie zasilające określone grupy grzejników, a także kolektor powrotny, zbierający strumienie wody powrotnej z poszczególnych gałęzi. Krążenie wody w systemie grzejnym wymuszała praca układu pomp obiegowych zlokalizowanych w pomieszczeniu kotłowni. Kotłownia nie posiadała żadnej automatyki sterowania jej pracą. Podstawowym paliwem stosowanym w tego typu kotłach był węgiel kamienny w sortymencie orzech. Obliczeniowe roczne zużycie paliwa określono na poziomie 300 t/a.

Węzeł energetyczny W ramach zrealizowanego projektu przewidziano dla budynku HOM-u budowę nowego węzła energetycznego, w skład którego wchodzą następujące źródła ciepła: pompy grzejne, kolektory słoneczne i kocioł olejowy, przewidziany w późniejszym okresie do zasilania gazem. W wyniku przeprowadzonej termorenowacji przegród budowlanych wskaźnik sezonowego zapotrzebowania ciepła z 41 kWh/(m2 * a) osiągnął wartość 27 kWh/(m2 * a). Zapotrzebowanie mocy grzejnej na cele centralnego ogrzewania określono w takim przypadku na 82 kW, zaś dla przyjętej ilości użytkowników na cele c.w.u. niezbędna jest moc 168 kW. Dla ogrzewania budynku przyjęto jako obliczeniową temperaturę pracy obiegów instalacji wewnętrznej centralnego ogrzewania 55/40 oraz 38/28oC dla ogrzewania podłogowego. Jako podstawowe źródło ciepła ogrzewania budynku zastosowano ustawiony równolegle układ dwóch pomp grzejnych, pracujących w systemie woda gruntowa-woda instalacyjna. Dolnym źródłem energii dla układu pomp grzejnych jest strumień wody gruntowej 20 m3/h, pobierany ze studni głębinowej o głębokości ok. 30 m, którego zrzut następuje do jednej z dwóch studni głębinowych, oddalonych o ok. 25 m od studni czerpalnej. Zastosowano dwie pompy grzejne rodzaju Vitocal 300, typu WW 232, dwustopniowe, o mocy grzejnej 43 kW każda. Czynnikiem roboczym w pompach grzejnych jest nowszej generacji czynnik R 407c, spełniający aktualne wymagania ekologiczne. Nominalne parametry pracy pomp grzejnych to temperatura wody grzejnej 35/20oC. Przy parametrach tych współczynnik efektywności energetycznej pompy grzejnej wynosi 5,79. Obieg wtórny, czyli górnego źródła ciepła pompy grzejnej, włączony jest poprzez płytowy wymiennik ciepła w obieg grzewczy kotła wodnego. W przypadku gdy pompa ciepła nie będzie w stanie wystarczająco podgrzać wody grzejnej instalacji centralnego ogrzewania, włączać się będzie kocioł wodny dla podniesienia parametrów wody grzejnej. Jako kocioł wodny zastosowano kocioł olejowo-gazowy (w początkowym etapie olejowy) typu Vitola 200 o mocy 63 kW z palnikiem wentylatorowym jednostopniowym typu Unit i regulatorem typu Vitatronic 150. Zastosowano płynną regulację temperatury wody grzejnej dla poszczególnych obiegów grzewczych z wykorzystaniem zaworu mieszającego z napędem elektrycznym sterowanym regulatorem KH 1. Zastosowana automatyka posiada możliwość dobowego i tygodniowego programowania pracy obiegu grzewczego i znacznie ułatwia obsługę oraz zwiększa komfort cieplny w ogrzewanym budynku. Jako zabezpieczenie zładu przyjęto przeponowe naczynie wzbiorcze typu 80N o pojemności całkowitej 80 dm3 oraz zawór bezpieczeństwa o średnicy nominalnej 20 mm, nastawiony na ciśnienie otwarcia 0,3 MPa. Obieg wody grzewczej w instalacji zapewniają pompy obiegowe, bezdławicowe, przewodowe, typu UPS. Wewnętrzną instalację centralnego ogrzewania wykonano z miedzianych rur oraz grzejników konwektorowych na parametry 50/35oC. Jednocześnie w sali jadalnej obiektu wykonano ogrzewanie podłogowe z wykorzystaniem rur z tworzywa sztucznego. W układzie przygotowania c.w.u. przewidziano zainstalowanie czterech podgrzewaczy pojemnościowych typu Vitocell-V-B 300, każdy o pojemności 500 dm3. Wspomniane podgrzewacze zaopatrzone są w dwie wężownice. Dolna wężownica podgrzewacza została podłączona do obiegu solarnego. Obieg solarny składa się z baterii złożonej z kolektorów słonecznych, połączonych szeregowo. Zastosowano 16 płaskich kolektorów słonecznych typu Vitosol 100 (każdy o powierzchni 2,5 m2). Czynnikiem obiegowym w układzie kolektorów słonecznych jest niskozamarzający płyn, który jest roztworem glikolu (o firmowej nazwie Tyfocor), przewidziany do pracy w zakresie temperatury od -35 do 200oC. Solarny obieg grzejny sterowany jest regulatorem typu Solatron-I. Z kolei górna wężownica podgrzewacza pojemnościowego podłączona jest do obiegu grzejnego kotła wodnego dla podniesienia temperatury wody użytkowej w przypadku, gdy obieg solarny nie będzie w stanie podgrzać wody użytkowej do temperatury ok. 45-50oC. Przewidziano także możliwość wykorzystania pompy grzejnej do podgrzewania wody użytkowej poprzez dwa płytowe wymienniki ciepła typu Vitotrans 100 o mocy do 100 kW. W wymienniku tym zimna woda, zanim wpłynie do podgrzewacza pojemnościowego, podgrzewana jest wstępnie wodą obiegu górnego źródła ciepła pompy grzejnej. Uzyskano w ten sposób trójźródłowy układ przygotowania c.w.u. Warto tu jeszcze wspomnieć o innym ważnym efekcie ekonomicznym. Ponieważ w okresie letnim ośrodek zużywa duże ilości wody użytkowej, przeto czerpaną wodę głębinową z własnego ujęcia przetrzymuje się w dwóch zasobnikach hydroforowych, każdy o pojemności 1000 dm3. Służą one również jako urządzenie buforowe dla pracy pomp grzejnych. Zastosowanie powyższego rozwiązania, wzbogaconego o układ uzdatniania wody do celów użytkowych i konsumpcyjnych, istotnie ogranicza pobór świeżej wody z miejskiego systemu wodociągowego, przyczyniając się do obniżenia kosztów eksploatacji obiektu.

Korzyści dla środowiska Korzyści dla środowiska z przeprowadzanego przedsięwzięcia termomodernizacyjnego obiektu wynikają zarówno z zamiany węgla kamiennego, jako paliwa kotłowego, na olej opałowy, a docelowo na gaz ziemny, jak i z wykonanej termorenowacji przegród budowlanych budynku, a także z wprowadzenia do źródła ciepła pomp grzejnych (zasilanych energią elektryczną z krajowego systemu elektroenergetycznego) i kolektorów słonecznych. Jak uprzednio wskazano, przyczyni się to łącznie do obniżenia rzeczywistego sezonowego zapotrzebowania ciepła scharakteryzowanego wskaźnikiem z 41 na 27 kWh/m3. Ponadto istotnemu obniżeniu podlegać będzie emisja zanieczyszczeń gazowych i pyłu. I tak emisja dwutlenku węgla zostanie obniżona o ok. 97%, a emisja pozostałych zanieczyszczeń gazowych i pyłu – praktycznie całkowicie. Jednocześnie prawie w całości wyeliminowane zostanie wytwarzanie stałych odpadów procesu spalania, przed modernizacją sięgających ok. 25 t/a.

Zakończenie  W niniejszym tekście przedstawiono koncepcję nowoczesnego układu węzła energetycznego, zrealizowaną dla obiektu szkoleniowo-hotelowego stanowiącego siedzibę HOM-u, dostarczającego ciepło na potrzeby grzewcze i przygotowania c.w.u. W ramach tego przedsięwzięcia, w miejsce wysłużonych kotłów (parowego i wodnego) zainstalowano nowe źródło ciepła w postaci układu kolektorów słonecznych, pomp grzejnych i nowoczesnego kotła wodnego z palnikami do pracy dwupaliwowej. Podstawowym źródłem ciepła dla produkcji c.w.u. jest układ kolektorów słonecznych zainstalowanych na dachu ośrodka, wspomagany przez układ dwóch pomp grzejnych zasilanych energią elektryczną z krajowego systemu elektroenergetycznego. Z kolei system grzewczy obiektu oparty jest na tych samych dwóch pompach grzejnych wspomaganych pracą kotła wodnego w okresie większego zapotrzebowania na ciepło. Cały układ źródła ciepła wraz automatyką i układem sterowania pochodzi od firmy Viessmann. Z przedstawionego opisu modernizacji źródła ciepła wynika, że w źródle tym nastąpił istotny spadek zużycia pierwotnej energii chemicznej zawartej w paliwie, gdyż wykorzystanie energii słonecznej i pracy pomp grzejnych istotnie ograniczyło zapotrzebowanie na wspomnianą pierwotną energię chemiczną. A zatem, w wyniku modernizacji źródła ciepła, wystąpił podwójny efekt ekologiczny: nie tylko zmniejszenie zużycia energii pierwotnej, ale jednocześnie zastąpienie, znacząco uciążliwego dla środowiska przyrodniczego, paliwa węglowego paliwem znacznie mniej uciążliwym – olejem opałowym, przy czym docelowo gazem ziemnym. Ponieważ dla zainstalowanych pomp grzejnych w ich dolnym źródle ciepła przewidziano wykorzystanie energii wód głębinowych czerpanych z najbliższego sąsiedztwa ośrodka, przeto przetrzymywanie pobranej wody w dwóch zasobnikach hydroforowych umożliwia, po zastosowaniu układu jej uzdatniania, wykorzystanie do celów użytkowych i konsumpcyjnych, co istotnie ograniczy pobór świeżej wody z miejskiego systemu wodociągowego, przyczyniając się do obniżenia kosztów eksploatacji obiektu. Wyprzedzająco w stosunku do modernizacji systemu grzewczego przeprowadzono termorenowację zewnętrznych przegród budowlanych, głównie przez docieplenie ścian i stropów, a także wymianę nieszczelnej stolarki okiennej na nowoczesną, o niskim współczynniku przenikania ciepła. Zatem przeprowadzona kompleksowa termomodernizacja siedziby Ośrodka, obejmująca, obok termorenowacji przegród budowlanych, zainstalowanie nowoczesnego układu źródła ciepła, poza oczywistym celem oszczędności energii ze względu na realizowaną w obiekcie funkcję szkoleniową, będzie również służyć promocji zastosowanego w tym obiekcie rozwiązania technicznego. Ponieważ w ramach modernizacji źródła ciepła wprowadzono nowoczesne urządzenia (kolektory słoneczne, pompy ciepła) tworzące wraz z kotłem wodnym system grzewczy, przewidziano zastosowanie dodatkowego specjalnego oprzyrządowania całego nowego węzła energetycznego, które pozwoli na ciągłe monitorowanie jego pracy, rejestrację efektów energetycznych oraz bieżącą kontrolę, a także wyciągnięcie ogólniejszych wniosków odnośnie pracy samego systemu. Oczekuje się, że wspomniane dodatkowe oprzyrządowanie wraz z programem monitorowania całego systemu grzewczego pozwoli na stosowną analizę pracy źródła ciepła, zarówno pod kątem efektów energetycznych, jak i finansowych, która dostarczy niezbędnych wskazówek odnośnie jego prowadzenia.

dr inż. Piotr Kubski

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij