Ocena systemu ogrzewania2014 [tryb zgodnoœci]

2015-03-16
Charakterystyka ogólna
Ogrzewanie pomieszczeń ma na celu
utrzymanie wymaganej temperatury
wewnętrznej w chłodnych okresach
roku, wpływa na:
Systemy ogrzewania
Dr inż. Paweł Kędzierski
temperaturę powietrza
i tzw.
temperaturę promieniowania (średnią
temperaturę otaczających powierzchni)
Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa PW
Narodowa Agencja Poszanowania Energii S.A.
Audytor energetyczny KAPE 0142
Człowiek w stanie małej aktywności fizycznej
wydziela do otoczenia 100-125 W energii
cieplnej
Podstawowe procesy decydujące o przekazywaniu
ciepła od człowieka do otoczenia są
następujące:
• konwekcja oraz przewodzenie,
• promieniowanie,
• parowanie potu,
• oddychanie.
Przeciętne oddawanie ciepła przez normalnie
ubranego człowieka nie wykonującego
aktywnych czynności ruchowych
160
Strumień oddawanego ciepła, W
Higieniczne podstawy ogrzewania
140
120
odparowywanie
100
80
konwekcja
60
przewodzenie
40
promieniowanie i in.
20
0
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
Temperatura powietrza, ºC
Struktura bilansu ciepła oddawanego przez
człowieka do otoczenia (odzież normalna, stan
spoczynku, przeciętne wartości temperatury
i wilgotności względnej powietrza
w pomieszczeniu)
Sposób oddawania ciepła
Konwekcja i przewodzenie
Promieniowanie
Parowanie
Oddychanie
Inne
Razem
Strumień cieplny
W
45
45
17
6
6
119
udział %
38
38
14
5
5
100
Przeciętna ilość ciepła wydzielanego przez ciało
człowieka przy różnych poziomach aktywności
fizycznej
Aktywność fizyczna
Moc cieplna, W
Pozycja leżąca
83
Pozycja siedząca zrelaksowana
104
Pozycja stojąca zrelaksowana
126
Praca siedząca (np. w biurze, w domu, w szkole)
146
Lekki wysiłek w pozycji stojącej (np. zakupy, lekka
praca)
167
Średni wysiłek (np. sprzedawca, prace domowe,
praca przy maszynie)
209
Ciężki wysiłek
313
1
2015-03-16
Komfort cieplny
Podstawowe parametry komfortu
• Zestaw parametrów (zakres) komfortu
cieplnego to stan, w którym człowiek nie
odczuwa ani ciepła, ani chłodu
• Czynniki subiektywne: ubranie, płeć, wiek,
stan zdrowia, nawyki czy też
predyspozycje psychiczne
• Temperatura powietrza.
• Prędkość przepływu powietrza wokół
człowieka.
• Temperatura promieniowania (wynikowa).
• Wilgotność powietrza
Temperatura operacyjna
Właściwe warunki mikroklimatu wnętrz
zapewnia utrzymanie wymaganej
temperatury odczuwalnej i doprowadzenie
odpowiedniej ilości powietrza świeżego do
oddychania i usuwania zanieczyszczeń.
Temperatura operacyjna (odczuwalna)
(to) określa proporcje ciepła traconego
przez człowieka na drodze konwekcji
oraz promieniowania:
to = 0,5⋅( ti + τr ) [oC]
Wielkość temperatury odczuwalnej w naszej
strefie klimatycznej przyjmuje się
w granicach od 19oC do 20oC
Wymagania stawiane instalacjom
ogrzewczym
Nowoczesne instalacje ogrzewcze powinny:
• zapewniać równomierny, przestrzenny rozkład
temp. operacyjnej,
• umożliwiać regulację temperatury operacyjnej,
• zapewniać odpowiedni mikroklimat wnętrz,
• być wyposażone w grzejniki estetyczne i łatwe
do czyszczenia,
• być trwałe i charakteryzować się niskim
kosztem eksploatacji,
• być możliwie najmniej uciążliwe dla
środowiska naturalnego.
W bilansie cieplnym pomieszczenia należy
przewidzieć odpowiednią ilość ciepła na
pokrycie strat ciepła przenikającego przez
przegrody zewnętrzne, jak również do
podgrzania powietrza wentylacyjnego.
Klasyfikacja instalacji ogrzewczych
W skład każdej instalacji ogrzewczej
wchodzi: źródło ciepła, sieć przewodów
wraz z armaturą oraz odbiorniki ciepła.
Wyróżnia się:
• ogrzewanie miejscowe i
• ogrzewanie centralne
2
2015-03-16
Ogrzewanie centralne ze względu na
rodzaj nośnika ciepła dzieli się na:
•
•
•
•
ogrzewanie wodne nisko-, średnioi wysokotemperaturowe,
ogrzewanie parowe,
ogrzewanie powietrzne,
ogrzewanie cieczowe z czynnikiem
niezamarzającym.
Ogrzewanie centralne ze względu na
schemat instalacji dzieli się na:
•
•
•
•
•
instalacje pionowe z rozdziałem
dolnym,
instalacje pionowe z rozdziałem
górnym,
instalacje poziome układ
rozdzielaczowy,
instalacje poziome układ trójnikowy,
instalacje poziome układ pętli.
Ogrzewanie centralne ze względu na
sposób rozdziału czynnika dzieli się na:
•
•
instalacje dwururowe,
instalacje jednorurowe.
Ogrzewanie centralne ze względu na rodzaj
połączenia z atmosferą dzieli się na:
•
•
instalacje otwarte,
instalacje zamknięte.
Podział centralnego ogrzewania wodnego
Kryterium podziału
Charakterystyka
Rodzaj obiegu wody:
ogrzewanie pompowe
ogrzewanie grawitacyjne
Sposób połączenia z
atmosferą:
system zamknięty
system otwarty
Położenie głównych
przewodów
rozprowadzających:
rozdział dolny
rozdział górny
Materiał sieci
przewodów:
instalacje z
instalacje stalowe
tworzyw
sztucznych
Sposób podłączenia
odbiorników ciepła:
ogrzewanie
pętlicowe
rozdzielaczowe
dwururowe
mieszka
mikroprze
niowe
wodowe
instalacje z miedzi
jednoruro
we
Części składowe instalacji ogrzewczych
Konwencjonalne źródła ciepła
• Kotły (na paliwo stałe, gazowe, olejowe,
elektryczne)
• Wymienniki ciepła (sieć ciepłownicza)
• Pompy ciepła (zasilane en. elektryczną,
pozyskują ciepło z otoczenia i
umożliwiają jego wykorzystanie na
wyższym poziomie temperatury do celów
grzewczych)
3
2015-03-16
Niekonwencjonalne źródła ciepła
Można do nich zaliczyć:
• energię promieniowania słonecznego,
• energię wiatru,
• energię rzek i wód morskich,
• energię geotermalną,
• energię z biopaliw i
• energię jądrową.
Sieć przewodów
Stosuje się rury:
• stalowe ze szwem, gwintowane,
lekkie,
• miedziane,
• z tworzyw sztucznych.
Aby zmniejszyć transportowe straty ciepła
w przewodach instalacji ogrzewczych,
rurociągi izoluje się.
Grzejniki
• Grzejniki konwekcyjne oddają większą
część ciepła na drodze konwekcji (np.
grzejniki członowe żeliwne, grzejniki z rur
gładkich i ożebrowanych, grzejniki stalowe
płytowe, konwektory)
• Grzejniki promieniujące oddają ciepło
głównie na drodze promieniowania
(grzejniki płaszczyznowe)
Ze względu na proporcje ciepła emitowanego
do pomieszczenia na drodze konwekcji
i promieniowania, różnorodne konstrukcje
grzejników sklasyfikować można
następująco:
• Grzejniki płytowe,
• Grzejniki z ogniw żeliwnych,
• Grzejniki z wewnętrznymi kanałami
powietrznymi,
• Konwektory.
4
2015-03-16
Armatura, pompy i urządzenia
zabezpieczające
Wyróżniamy armaturę odcinającą i
sterująco-regulującą, zabezpieczającą,
uzbrojenie pomocnicze oraz inne
urządzenia zabezpieczające.
Armatura odcinająca to zawory i zasuwy:
proste, skośne, gwintowane, służy do
zamykania, otwierania i regulowania
przepływu, temperatury i ciśnienia nośnika
ciepła
Do armatury sterująco-regulującej zalicza
się: zawory redukcyjne, zawory
regulacyjne dwu-, trój- lub czterodrogowe,
podpionowe regulatory przepływu,
temperatury i różnicy ciśnień, regulatory
nadmiarowo-upustowe, ograniczniki
temperatury i różnicy ciśnień.
Centralne ogrzewanie wodne
• grawitacyjne
• pompowe
Do armatury zabezpieczającej należą
zawory bezpieczeństwa oraz zawory
zwrotne.
Do uzbrojenia pomocniczego zalicza się
urządzenia do odpowietrzania i
odwadniania instalacji oraz do
oczyszczania nośnika ciepła
Wady systemowe tradycyjnego układu
ogrzewczego
• pionowe rozregulowanie hydrauliczne i
cieplne spowodowane centralną regulacją
jakościową i niewielką statecznością
hydrauliczną instalacji
• nadmierne zyski ciepła od przewodów i
ochłodzenie wody zasilającej grzejniki,
spowodowane zaleceniem podwyższania
minimalnych średnic przewodów
5
2015-03-16
Wady systemowe tradycyjnego układu
ogrzewczego
• krążenie wody przez sieć odpowietrzającą
pracującą przy nadciśnieniu (mała
skuteczność zamknięć syfonowych)
• ubytki wody instalacyjnej powodujące
konieczność uzupełniania instalacji wodą
nieuzdatnioną, co skraca okres
eksploatacji instalacji
napowietrzanie wody w
naczyniu wzbiorczym
duże ubytki przez
odparowanie wody
ubytki wody przy odpowietrzaniu zbiornika
(zbiornik wadliwie
zabudowany)
krążenie wody przez
sieć odpowietrzającą
między pionami
zróżnicowane schłodzenie wody
zasilającej (rozregulowanie cieplne
instalacji)
zapowietrzanie się
grzejników na najwyższych
kondygnacjach
intensywne krążenie
wody tzw. "martwy
obieg"
pionowe rozregulowanie
hydrauliczne
znaczące i nieefektywne zyski
ciepła od przewodów prowadzonych po wierzchu ścian
ubytki wody przez
dławnice zaworów
Źródło ciepła
ubytki wody przez dławnice
pomp obiegowych
samoczynne zawory
odpowietrzające
Ogrzewanie powietrzne
zmniejszone średnice pionów
i gałązek, stosować φ10 mm
zawory bezdławicowe dwustawne z
głowicami termostatycznymi
hermetyczne (bezdławicowe)
pompy obiegowe (pożądana
regulacja obrotów pompy)
źródło ciepła o właściwej
charakterystyce regulacyjnej (hydraulicznej i
cieplnej)
przeponowe naczynie
wzbiorcze
Ogrzewanie powietrzne
Wady
• hałas
• gorszy pionowy rozkład temperatury
• mniej korzystny sposób przekazywania
ciepła
Zalety
• mniejsze wymiary i większa dowolność
prowadzenia przewodów,
• niższa temperatura nawiewu,
• większa moc źródła ciepła przy tej samej
powierzchni grzejnej,
• mniejsza bezwładność cieplna i
• większa możliwość regulacji temperatury oraz
strumienia objętości powietrza,
• możliwość zastosowania urządzeń do obróbki
powietrza.
Ogrzewanie przez promieniowanie
Zalety
• lepsze warunki higieniczne i
podwyższony komfort cieplny: niższa
temperatura powietrza, równomierny
rozkład temperatury w całym
pomieszczeniu, mniejsze konwekcyjne
ruchy powietrza unoszące kurz i
brudzące ściany,
• brak grzejników, większa estetyka
wnętrz, łatwość utrzymania czystości,
6
2015-03-16
Zalety (cd)
• obniżenie sezonowego zużycia ciepła
dzięki niższej temperaturze nośnika
ciepła,
• możliwość efektywnego zastosowania
niekonwencjonalnych, ekologicznych
źródeł ciepła jak kondensacyjny kocioł
gazowy czy pompa ciepła,
• właściwości samoregulacji (samoczynna
zmiana mocy cieplnej grzejnika w wyniku
zmiany temperatury wewnętrznej w
pomieszczeniu).
16
18 20
22 24 26°C
profil idealny
grzejniki konwekcyjne usytuowane
przy ścianach
zewnętrznych
j.w. lecz przy
ścianach
wewnętrznych
Pionowe rozkłady
temperatury wewnętrznej
dla tradycyjnych
systemów centralnego
ogrzewania
20°C
profil idealny
grzejniki sufitowe
20°C
profil idealny
ogrzewanie
powietrzne
20°C
profil idealny
ogrzewanie
podłogowe
Pionowy rozkład
temperatury wewnętrznej
dla ogrzewania
podłogowego
16
18 20
Ogrzewanie przez promieniowanie
Wady
• dużą bezwładność cieplną oraz
podwyższone wymagania w odniesieniu
do regulacji eksploatacyjnej,
• konieczność bardzo precyzyjnego
wymiarowania (obliczeń),
• ograniczanie mocy cieplnej grzejnika
(dywan, meble),
• brak możliwości późniejszych zmian
wielkości grzejnika,
• wyższe koszty inwestycyjne.
Najbardziej zbliżony do profilu idealnego jest
rozkład temperatury w pomieszczeniu
w przypadku ogrzewania podłogowego,
najmniej korzystny układ występuje dla
ogrzewania powietrznego.
Ogrzewanie płaszczyznowe oznacza
system ogrzewania, w którym ciepło do
pomieszczenia przekazywane jest przez
otaczające przegrody.
Wyróżnia się ogrzewania: sufitowe,
podłogowe lub ścienne
22 24 26°C
Regulacja instalacji ogrzewczych
• Regulacja wstępna zapewnia założony w
projekcie rozkład temperatury i strumieni
nośnika ciepła, w warunkach
obliczeniowych, moce dobranych
grzejników.
• Regulacja eksploatacyjna zapewnia
temperaturę wewnętrzną stosownie do
upodobań użytkowników mimo zmian
temperatury zewnętrznej.
Regulacja eksploatacyjna w zależności od
jej zasięgu może być:
• centralna,
• strefowa,
• miejscowa.
Ze względu na rodzaj korygowanej
wielkości regulacja eksploatacyjna może
być:
• jakościowa,
• ilościowa,
• mieszana.
7
2015-03-16
Dawne kryteria oceny systemu
ogrzewania
•
•
•
•
•
•
•
poziom komfortu cieplnego
koszt inwestycyjny i eksploatacyjny
estetyka i łatwość obsługi
efektywność energetyczna
niezawodność działania
poziom zaawansowania rozwiązań
wpływ źródła ciepła na środowisko
W praktyce ogólną sprawność systemu
ogrzewania określa się na podstawie
wartości średnich sezonowych
sprawności składowych, a więc:
• wytwarzania ciepła – przemiany energii
chemicznej paliwa w ciepło
• akumulacji ciepła w elementach
pojemnościowych (zbiornikach buforowych)
• dystrybucji (transportu) ciepła ze źródła do
odbiorników ciepła (miejsca wykorzystania)
• regulacji i wykorzystania ciepła – dopasowania
ilości dostarczanego ciepła do chwilowych
potrzeb cieplnych budynku/pomieszczenia
Sprawność systemu ogrzewania
Stosunek energii jaka byłaby rozpraszana
z pomieszczeń budynku w ciągu sezonu
ogrzewczego przy założeniu utrzymania
w nich określonej temperatury
wewnętrznej
do energii dostarczonej do systemu w ciągu
całego sezonu ogrzewczego.
Iloczyn współczynników sprawności.
Dyrektywa 2002/91/EC i Rozporządzenia
• nakładają obowiązek oceny systemu
ogrzewania budynku/lokalu mieszkalnego
• określają kompetencje osób uprawnionych
do dokonania oceny i sposób ich szkolenia
• precyzują metodykę obliczeń
i formę/wzór świadectwa
• są wprowadzane równolegle ze zmianami
w prawie budowlanym
Sporządzający świadectwo
Wartość współczynnika sprawności
• zbiera informacje dotyczące
zastosowanego systemu ogrzewania
(identyfikacja)
• określa i przypisuje wartości
współczynników sprawności
• czasem dokonuje również oceny
subiektywnej (np. określa stan techniczny
urządzeń)
• wykonuje obliczenia wskaźnika EP
(zapotrzebowania na energię pierwotną)
• wytwarzania zależy od konstrukcji
urządzenia produkującego ciepło, rodzaju
paliwa bądź źródła energii
• transportu zależy od odległości na jaką
przesyłane jest ciepło i stopnia izolacji
cieplnej instalacji (głównie sieci
przewodów)
8
2015-03-16
Wartość współczynnika sprawności
• akumulacji zależy od zastosowanych
zbiorników buforowych
• regulacji i wykorzystania zależy od
rodzaju instalacji i zastosowanych
urządzeń regulacyjnych (regulacja
centralna, strefowa, miejscowa)
Oceniane elementy systemu
ogrzewania
• sieć przewodów: stopień izolacji cieplnej,
lokalna sieć osiedlowa, ogrzewanie
mieszkaniowe, ogrzewanie miejscowe
• rodzaj instalacji: centralna (regulacja
pogodowa, strefowa, miejscowa);
miejscowa (np. elektryczne grzejniki
bezpośrednie); bezwładność regulacji
(piece akumulacyjne, odbiorniki
promieniujące, konwekcyjne lub
konwektorowe)
Elementy systemu ogrzewania
• źródło ciepła: nośnik energii (sieć
miejska, paliwo gazowe/płynne, węgiel,
biomasa, energia elektryczna, energia
odnawialna); rodzaj/konstrukcja źródła
(kocioł, wymiennik, pompa ciepła)
• odbiorniki ciepła: grzejniki (ogniwowe,
płytowe, konwektory, płaszczyznowe);
rodzaj czynnika grzewczego (woda,
powietrze, energia elektryczna)
Najważniejsze różnice
Audyt
przygotowanie
inwestycji
podstawa do uzyskania
premii termo
metody i koszt
termomodernizacji
wykonanie jednorazowe
wykonawca dowolny
Świadectwo
ocena „jak jest”
jakość techniczna oraz
koszty eksploatacji
uzasadnienie wielkości
czynszu lub ceny
sprzedaży
ocena powtarzana w
ustalonych okresach
wykonawca
upoważniony
Podsumowanie
• Dyrektywa = instrument realizacji celów
Unii (redukcja zużycia energii, redukcja
emisji CO2, wzrost bezpieczeństwa
energetycznego)
• Systematyka w zakresie klasyfikacji
energetycznej budynków/lokali
mieszkalnych
• Promocja systemów o wysokiej
efektywności energetycznej i źródeł
odnawialnych
9