Zapewnienie warunków higieniczno-cieplnych w budynkach. Graniczny wskaźnik EP

zobacz artykuł w formie pdf zobacz pdfa zobacz pdfazobacz pdfa

Nowe graniczne wartości dla wskaźników nieodnawialnej energii pierwotnej dla ogrzewania, wentylacji, chłodzenia, przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz oświetlenia dotyczą nowo projektowanych budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej. W sposób zasadniczy wpływają na świadomość przede wszystkim projektantów, ale też i inwestorów. Zmienia to zasadniczo podejście do procesu projektowania. Układy kształtowania mikroklimatu, zapewniając minimum higienicznego komfortu, powinny charakteryzować się bardzo niską energochłonnością.

Składniki cząstkowe wskaźnika EP

Wskaźnik energii odnawialnej obliczamy wg wzoru:

EP = EPW (wentylacja) + EPH (ogrzewanie + c.w.u.) + EPC (chłodzenie) + EPL (oświetlenie).

Graniczne wartości dla przykładowych budynków wynoszą odpowiednio:

* budynki mieszkalne jednorodzinne: EPW+H = 120 kWh/(m2 * rok) i EPC = 10 kWh/(m2 * rok),

* budynki użytkowe, np. handlowe: EPW+H = 65 kWh/(m2 * rok) i EPc = 25 kWh/(m2 * rok),

* budynki produkcyjnie: EPW+H = 110 kWh/(m2 * rok) i EPC = 25 kWh/(m2 * rok).

Oczywiście wysoka termoizolacyjność przegród budowlanych jest dziś powszechna, jednak dopiero w świetle nowych wymogów takie sprawy jak energia elektryczna pomocnicza, opory hydrauliczne i termoizolacyjność instalacji czy szczelność pneumatyczna budynku muszą być szczegółowo analizowane. A to ze względu na ich istotny wpływ na wartość końcową EP. Kilka miesięcy obowiązywania nowej ustawy to okres konsternacji czy wręcz bezradności wielu projektantów. A problem należy najpierw poznać.

Wykres

Szacunkowy udział poszczególnych składników EP dla przykładowego projektowanego obiektu biurowego z gazową kotłownią, wentylacją mechaniczną z rekuperatorem krzyżowym oraz układem chłodzenia z agregatem wody lodowej i przy założeniu komfortu na poziomie kategorii II powietrza z PN-EN 15251 (około 1-1,5 krotności wymian powietrza) przedstawia się następująco:

* straty wentylacyjne EPW = 42 kWh/(m2 * rok),

* ogrzewanie + c.w.u. EPH (bez wentylacji) = 40 kWh/(m2 * rok),

* energia pomocnicza wentylacji 29 kWh/(m2 * rok),

* energia pomocnicza pozostała 9 kWh/(m2 * rok).

Sumarycznie:

EPW+H = 120 kWh/(m2 * rok) > 65 kWh/(m2 * rok).

Dla potrzeb chłodzenia EPC = 39 kWh/(m2 * rok) > 25 kWh/(m2 * rok)!

Udział strat wentylacji z energii wentylatorów to aż 71 kWh i ma on największy udział w tych stratach. Sposobem na obniżenie wartości EP jest przede wszystkim ograniczenie udziału wentylacji oraz zastosowanie bardziej efektywnego źródła ciepła.

Zmniejszenie strat wentylacyjnych można zrealizować poprzez:

* ograniczanie jakości wentylacji (mniej powietrza), czyli pogorszenie warunków higienicznych,

* wyższą sprawność odzysku ciepła i wentylatorów oraz redukcję oporów hydraulicznych instalacji wentylacyjnej.

Zaniżanie strumienia powietrza świeżego, sprzeczne z wymogami zdrowotno-higienicznymi, może być niestety częstą metodą służącą poprawie jakości energetycznej obiektów. Sprzyja temu też tendencja inwestorów do ograniczania kosztów inwestycyjnych, a później także eksploatacyjnych.

Aby proces wentylacji mógł przebiegać z wysoką efektywnością, wymagane jest:

* zastosowanie urządzeń o wysokiej sprawności temperaturowej odzysku ciepła,

* zbilansowanie oraz kontrola przepływów powietrza,

* zapobieganie szronieniu wymienników – niestety roczna energia ochrony rekuperatora to w zależności od lokalizacji wartość od 1 do 3 kWh/(m3/h) i to przeważnie elektrycznej,

* optymalizacja organizacji powietrza w strefach użytkowych,

* projektowanie instalacji o niskich oporach.

Coraz częściej stosowane są gruntowe powietrzne wymienniki ciepła (GWC) jako elementy zwiększające komfort wewnątrz pomieszczeń, jak również efektywność energetyczną budynku dla układów wentylacyjnych. Aby jednak gruntowy wymiennik ciepła spełniał powyższe funkcje, powinien:

* zapewniać wymaganą wydajność energetyczną,

* nie powodować nadmiernego wzrostu energii wentylatorów (opory poniżej 100 Pa).

 Schemat

Rodzaje GWC

Wymienniki gruntowe występują w wersjach:

* przeponowych – rurowe i glikolowe,

* bezprzeponowych – żwirowe, płytowe.

Bezprzeponowy charakter wymiany energii jest energetycznie bardziej wydajny, zapewnia dodatkową wymianę gazową (dowilżanie zimą) oraz jest bezpieczny biologicznie – poprzez bezpośredni kontakt z mikroflorą gruntu. Może też wykorzystywać dodatkowe korzystne cechy niektórych materiałów, np. katalizującego gazy smogowe dolomitu jako podbudowy wymienników płytowych.

Wykres przedstawia przykładowe wartości temperatur zewnętrznych i powietrza za wydajnym energetycznie płytowym GWC w ciągu roku. Cechą szczególną jest wysoka stabilność wartości temperatury.

GWC jako dolne źródło

Jeśli GWC zapewni wymaganą wydajność energetyczną zimą, tzn. odpowiednią ilość powietrza o temperaturze zawsze dodatniej i to dla każdych warunków zimowych, możliwe staje się urzeczywistnienie idei jednego kompletnego układu o zminimalizowanych źródłach energii pomocniczej, spełniającego wszystkie wymagane funkcje kształtowania komfortowego mikroklimatu wewnętrznego, tzn.:

* dostarczania dużych ilości świeżego powietrza,

* ogrzewania zimą,

* chłodzenia – przede wszystkim „naturalnego” z wykorzystaniem energii chłodu zgromadzonej w gruncie.

Klimatyzacja z PPC

System energooszczędnej wentylacji, ogrzewania i chłodzenia (schemat) składa się z:

* wydajnego energetycznie GWC,

* centrali rekuperacyjnej z wysokoefektywnym odzyskiem ciepła (powyżej 80%),

* inwerterowej powietrznej pompy ciepła z ogrzewaniem lub chłodzeniem powietrznym i wodnym.

Sprawność energetyczna pompy ciepła uzależniona jest od entalpii powietrza za wymiennikiem rekuperacyjnym. Ta z kolei uzależniona jest od temperatury powietrza świeżego za GWC oraz od wewnętrznych zysków ciepła i wilgoci. Szczególnie zyski wilgoci w budynku mogą wpłynąć na realnie wysoką wydajność tych układów. Dla przykładu dla 4-osobowego domu jednorodzinnego o powierzchni 140 m2 i średniej emisji wilgoci na poziomie 11 kg/dobę roczna ilość energii grzewczej z tytułu tylko odzysku ciepła utajonego może dać dodatkową wartość około 10-11 kWh/m2! Normalnie energia ta jest prawie w całości tracona.

Należy jeszcze raz zaznaczyć, że odpowiednia wydajność energetyczna GWC gwarantująca stabilne parametry dolnego źródła jest tutaj kluczowa. Większość stosowanych obecnie GWC projektowanych do układów tylko wentylacyjnych nie osiąga wymaganych parametrów. Szczególnie gdy np. podczas długotrwałych mrozów konieczne będzie pobieranie przez GWC znacznych ilości powietrza w celu zapewnienia wymaganej mocy grzewczej.

Istnieją już na naszym rynku rozwiązania, czyli GWC oraz centrale klimatyzacyjne z pompą ciepła typu DC Inverter umożliwiające realizację instalacji dla funkcji wentylacji ogrzewania i chłodzenia o parametrach:

* odzysk ciepła na poziomie 83-95%,

* moc właściwa wentylatorów dla całej centrali SFP < 0,25 W/(m3 * h),

* sezonowa wydajność energetyczna SCOP > 4,6.

Ponieważ GWC działa na zasadzie magazynowania energii możliwe jest np. gromadzenie w nich dodatkowej energii pochodzącej z układów solarnych czy ciepła odpadowego procesów technologicznych itp. Z powyższych uwag widać wyraźnie, że projektowanie wielu obiektów powinno być poprzedzone analizą energetyczną inwestycji – łącznie z wszystkimi procesami technologicznymi, akumulacją budynku itd. Wówczas można osiągnąć kilka celów:

* spełnienie wszystkich wymagań dotyczących ochrony środowiska naturalnego, czyli niskie wartości EP,

* optymalizację kosztów inwestycyjnych,

* zapewnienie maksymalnego komfortu wewnętrznego dla całego roku,

* zminimalizowanie kosztów eksploatacyjnych.

W warunkach komercyjnych sprzyja to zwiększeniu konkurencyjności wobec innych rozwiązań. Energia grzewcza z efektywnej pompy ciepła ma mniejszy udział w energii pierwotnej niż z pozostałych tradycyjnych nośników. Efektywność pompy ciepła w omawianych układach rośnie wraz ze wzrostem strumienia powietrza wentylacyjnego, które jest tutaj nośnikiem energii grzewczej, dlatego ograniczanie strumienia nie ma sensu. Komfort higieniczny może iść zatem w parze z wymogami efektywności energetycznej. Podobnie jest dla okresu letniego chłodzenia.

Porównując zastosowanie powyższego układu do omawianego wcześniej w budynku biurowym zakłada się dodatkowo ograniczenie infiltracji do wartości n50 < 1 oraz przeprojektowanie instalacji wentylacyjnej jako niskosprężnej (np. poprzez wydzielenie kilku odrębnych „krótkich” układów z GWC).

Rozwiązanie pierwotne:

EPW = 42 kWh/(m2 * rok)

EPH = 40 kWh/(m2 * rok)

Energia pomocnicza = 38 kWh/(m2 * rok)

Układ hybrydowy:

EPW = 20 kWh/(m2 * rok)

EPH = 19 kWh/(m2 * rok)

Energia pomocnicza = 22 kWh/(m2 * rok)

Wskaźniki sumaryczne:

EPW+H = 61 kWh/(m2 * rok) < 65 kWh/(m2 * rok)

Dla okresu letniego większość energii chłodu dostarczana jest z gruntowego wymiennika ciepła, dlatego dla omawianego przykładu EPC = 9 kWh/(m2 * rok) < 25 kWh (m2 * rok).

W naszym kraju od kilku lat realizowane są inwestycje z wykorzystaniem wyżej wymienionej technologii. Są to obiekty zarówno użyteczności publicznej, takie jak hale sportowe, zakłady produkcyjne, pawilony handlowe, jak i domy mieszkalne, a nawet baseny kąpielowe.

Krzysztof Ćwik

Ilustracje z archiwum Pro-Vent Systemy Wentylacyjne.

GWC 

Fot. Montaż płytowego GWC w układzie Geo-Klimat.

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