załącznik nr 2 do PFU

1. Obliczenie zapotrzebowania na moc i ciepło na potrzeby przygotowania ciepłej
wody użytkowej
Jednostkowe zużycie ciepłej wody użytkowej dla obiektu Szpitala *
Lp.
1
Jednostka
odniesienia
(j.o.)
Rodzaj zakładu
Szpitale ogólne wielooddziałowe
łóżko
Jednostkowe zużycie ciepłej wody VCW o
temperaturze 55°C
dm3/j. o. x dobę
m3/j.o. x miesiąc
325
9,75
* ROZPORZADZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY z dnia 6 listopada 2008 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki
energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub cześci budynku stanowiacej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu
sporządzania i wzorów swiadectw ich charakterystyki energetycznej.
Założenie!
W związku z tym, iż Szpital posiada opomiarowanie zużycia ciepłej wody przyjmujemy zużycie
zgodnie z danymi rzeczywistymi!
1.1. Obliczanie zapotrzebowania na ciepło na potrzeby przygotowania ciepłej wody
użytkowej
Uwaga! modernizacja instalacji c.w.u. polega
słonecznych do wspomagania przygotowania c.w.u.
na
montażu
kolektorów
Charakterystyka systemu
Jednostka
Wartości dla
stanu
istniejącego
(1)
(2)
(3)
ciepło właściwe wody cw
kJ/kg*deg
gęstość wody ρ
jednostkowe dobowe zużycie ciepłej wody
Vcw1
jed.odniesienia - ilość łóżek L
jednostkowe dobowe zużycie ciepłej wody
Vcw2
jed.odniesienia - ilość obiadów L
4,19
kg/m3
1000
l/łóżko
106
łóżko
171
l/obiad
0
obiad
0
temperatura wody ciepłej w podgrzewaczu θcw
°
C
45
temperatura wody zimnej θ0
°
C
10
-
1,28
doba
365
kWh/rok
344 138,7
sprawność wytwarzania ciepła ηW,g
-
0,96
sprawność przesyłu ciepłej wody ηW,d
-
0,50
sprawność akumulacji ηW,s
-
0,67
sprawność sezonowa wykorzystania ηW,e
-
1
sprawność całkowita ηw,tot
-
0,32
roczne zapotrzebowanie ciepła końcowego QK,W
kWh/a
1 070 082,9
roczne zapotrzebowanie ciepła końcowego QK,W
GJ/a
3 852,3
współczynnik korekcyjny temp. kt
czas użytkowania tu,z
roczne zapotrzebowanie ciepła użytkowego
Qw,nd=Vcw*L*cw*ρ*(θcw-θ0)*kt*tuz/(1000*3600)
1
1.2. Obliczanie zapotrzebowania na moc na potrzeby przygotowania ciepłej wody użytkowej
Opis
Jednostka
Wartości dla
stanu
istniejącego
(1)
(2)
(3)
m /h
3
1,00
-
2,66
Średnie godzinowe zapotrzebowanie na c.w.u. w budynku
Vhśr =( L*Vcw)/(18*1000)
Wsp. godzinowej nierównomierności rozbioru c.w.u.
Nh = 9,32·L-0,244
Zapotrzebowanie na ciepło na ogrzanie 1 m3 wody
GJ/m
6
Qcwj = cw*ρ*(θcw-θ0)*kt/ηw,tot/10
Max. moc c.w.u.
qcwumax = Vhśr·Qcwj·Nh·106/3600
Średnia moc c.w.u.
śr
max
qcwu = qcwu
/Nh
3
0,58
kW
432,9
kW
162,9
2. Dobór instalacji solarnej dla potrzeb podgrzewu wody
2.1. Warunki nasłonecznienia w miejscu lokalizacji obiektu
Potencjał energii promieniowania słonecznego dla Zabrza przyjęto na podstawie danych stacji
aktynometrycznych Katowice-Pyrzowice zawartych w NASA's global satellite/analysis data z programu
obliczeniowego RETScreen.
Przyjęto kąt nachylenia 40-45°, kierunek południowy i południowo-zachodni. Dopuszcza się odchylenie od
kierunku południowego o max. ±10°
Wydruk danych aktynometrycznych z programu RETScreen
2
2.2. Założenia
Średnie dobowe zapotrzebowanie mocy dla podgrzewu c.w.u. wynosi:
Średnioroczny strumień energii słonecznej qSOL
Okres pracy instalacji:
Roczne zapotrzebowanie wody ciepłej dla potrzeb Szpitala wynosi :
Zapotrzebowanie na ciepło do podgrzewu tej ilości wody wynosi:
162,9
1 058,5
365
6 600
344 138,7
kW
kWh/m2 rok
dni
m3
kWh/rok
2.3. Dobór instalacji baterii kolektorów słonecznych
qKOL = qCW + qSTR
gdzie:
qCW =
na długości obiegu solarnego qSTR = 0,10 qCW
qKOL =
162,9 kW
16,3 kW
179,2 kW
Dla opisanego powyżej przypadku proponuje się rozwiązanie z zastosowaniem płaskich cieczowych
kolektorów słonecznych o sprawności zerowej min. η0 = 82% i sprawności tzw. połówkowej min. η0,05 =
60%. Dane takie zawarte są w certyfikacie energetycznym kolektora słonecznego.
Kolektory takie w połączeniu z odpowiednim schematem technologicznym posiadają średnią roczną
sprawność przetwarzania energii słonecznej równą ponad ηW = 60%
Założony stopień pokrycia solarnego ηP (potrzeb energii solanej dla c.w.u.) powinien wynosić od 30% do 50%.
Dla rozpatrywanego przypadku zakładamy stopień pokrycia solarnego
i sprawność przetwarzania energii słonecznej równą
Wymagana powierzchnia kolektorów słonecznych wynosi
FKOL = QW,nd × ηp / qSOL × ηW =
119 m2
Dobrano kolektory płaskie o powierzchni absorbera 122,2 m2, tj. 52 szt.
3
20 %
55 %
2.4. Rodzaj technologii i wymagana pojemność zasobników buforowych
Z uwagi na konieczność zmagazynowania energii cieplej, konieczne jest odpowiednie dobranie technologii
odbioru ciepła z kolektorów słonecznych i przekazanie jej do zasobników c.w.u., aby zapewnić na bieżąco
dostęp do ciepłej wody użytkowej. Proponowana technologia (poniżej uproszczony schemat) składa się ze
zbiorników buforowych łącznej pojemności min. 6.000 dm3 (zalecane 7.000 dm3).
Źródło. Program doboru kolektorów słonecznych T*SOL
Do podgrzewu 7.000 dm3 wody wymagana jest następująca ilości dostarczonego z instalacji kolektorów
słonecznych ciepła.
Q = M × ∆t × Cp
gdzie :
M - masa wody w zasobnikach solarnych / dm 3 /
∆t - wymagana wartość temperatury podgrzewu wody równa
Cp – współczynnik przeliczeniowy
Q=
7 000 kg
50 K
1,163 W/kg K
407,1 kWh
W okresie letnim, w miesiącach maj, czerwiec, lipiec, sierpień średnia dawka promieniowania słonecznego
dla danego rejonu wynosi – 145,1 kWh/m2 miesięcznie, tj. 4,72 kWh/m2 dziennie.
Dla proponowanej powierzchni kolektorów słonecznych, tj. 122,2 m2, średnia dobowa dawka promieniowania
słonecznego wynosi 311, 10 kWh przy średniej sprawności 50%, w okresie letnim otrzymujemy 463,60 kWh,
co powinno pokryć w dniach dobrego nasłonecznienia dobowe zapotrzebowanie ciepła dla podgrzewu takiej
ilości wody zmagazynowanej w zasobnikach buforowych w sezonie letnim. W okresie zimowym, kiedy
natężenie promieniowania słonecznego jest mniejsze, do podgrzewu ciepłej wody w zasobnikach przewiduje
się wykorzystanie ciepła z istniejącego węzła cieplnego.
4
2.5. Obliczenie wydajności systemu kolektorów słonecznych w ciągu roku
Dobrano system kolektorów słonecznych o powierzchni absorbera 122,2 m2 ze średnim całorocznym
współczynnikiem konwersji równym ηK = 0,60 wynosi :
Q = FKOL × QSL × ηK × ηP
Q=
85,5 MWh/rok
307,9 GJ/rok
Wymiennikownia solarna (zbiorniki, pompy, armatura) zamontowane będą w istniejącym budynku
wymiennikowni. Kolektory słoneczne posadowione będą na dachu budynku wymiennikowni (na konstrukcji
wsporczej), tak aby pola kolektorów nie były zacienione (kienieczna będzie przycinka drzew zgodnie z
załaczonym zdjęciem). Kolektory słoneczne zamontować na uchwytach montażowych dostarczanych przez
producenta kolektorów.
2.6. Rachunek ekologiczny i ekonomiczny zastosowania kolektorów słonecznych do
wspomagania podgrzewania wody użytkowej
Dane ekologiczne i bilans energetyczny zastosowania kolektorow słonecznych do wspomagania c.w.u.
pochodzą z symulacji (załaczniki do obliczeń) zastosowania kolektorów słonecznych z programu GetSolar.
Dobrana instalacja solarna pokrywa średnio 20% średniorocznego zapotrzebowania na energię do
podgrzewu c.w.u. W odniesieniu do miesięcy letnich instalacja solarna pozwala pokryć ponad 34%
zapotrzebowania na energię cieplną do podgrzewu c.w.u.
Uzysk energetyczny z takiej instalacji pozwala zaoszczędzić około 324 GJ energii rocznie, a redukcja emisji
CO2 do atmosfery 2 tony.
Przeciętny roczny zysk z kolektora wynosi 447 kWh/m2.
5