Energia, a oszczędności

Materiały na konferencję „Realizacja inwestycji biomasowych – aspekty praktyczne”
Kraków, 8 września 2006 r.
Zapotrzebowanie na moc i energię
mgr inż. Maciej Surówka
Neutrino
Jednym z istotnych aspektów na etapie identyfikacji projektu związanego ze zmianą
sposobu ogrzewania lub też z termomodernizacją budynków jest ocena zapotrzebowania na
moc i energię.
Sam aspekt zapotrzebowania na moc winien być wykonany na etapie np. wstępnej oceny
projektu. Wieloletnia praktyka pokazuje, że często sama procedura doboru mocy jest
wykonywana nieprawidłowo.
Możemy wyróżnić kilka często spotykanych metod analizy zapotrzebowania na moc cieplną.
Możemy do nich zaliczyć:
• Metody pełne bilansowania mocy,
• Metody uproszczone bilansowania mocy,
• Metody wskaźnikowe,
• Tzw. metody porównawcze.
Przyjęty powyżej podział jest raczej umowny i pokazuje sposób dochodzenia do
zapotrzebowania na moc.
Metody pełne bilansowania mocy opierają się na obowiązujących przepisach i normach.
Zastosowanie tych metod daje nam najpełniejszą i najdokładniejszą informacje o
zapotrzebowaniu na moc.
Metody uproszczone bilansowania mocy opierają się również na obowiązujących
przepisach i normach, jednak z wykonaniem pewnych uproszczeń na etapie wykonywania
obliczeń. Uproszczenia winny pozwalać na skrócenie czasu obliczeń przy zachowaniu
stosunkowo dużej dokładności uzyskanego wyniku.
Kolejną grupą metod określania zapotrzebowania na moc są metody wskaźnikowe. Metody
te były stosunkowo często stosowane przy doborze mocy zamówionej dla budynków
podłączonych do lokalnych źródeł ciepła. Sama metoda opiera się na zastosowaniu wskaźnika
kubaturowego [W/m3] lub powierzchniowego [W/m2] dla budynku. Początki tej metody
wywodzą się z zastosowania jej dla uprzemysłowionych systemów budownictwa.
Po wyliczeniu zapotrzebowania na moc dla danej grupy budynków, można było określić
wskaźniki powierzchniowe i kubaturowe dla tego typu budynków. Obecnie analiza
wskaźnikowa dostarcza raczej informacji o energochłonności budynku, niż o prawidłowym
dobraniu zapotrzebowania na moc. Dobór mocy dzięki wskaźnikom najczęściej powoduje
spore przeszacowania.
Ostatnią grupą metod „obliczania” zapotrzebowania na moc, są tzw. metody porównawcze.
Metody te nie mają nic wspólnego z prawidłowym doborem mocy. W swojej praktyce
spotkałem się z dwoma podejściami przy doborze mocy nowego kotła.
Pierwsze podejście wychodziło z założenia, że moc nowego kotła winna być taka sama jak
moc starego kotła. Opierało się to na stwierdzeniu, że jeżeli wystarczyło mocy przed zmianą
kotła to wystarczy i po zmianie kotła. Oczywistą wadą tej metody był kompletny brak
jakiekolwiek oceny budynku.
Drugie z podejść, zakładało określenie mocy wszystkich grzejników w budynku i dobranie
mocy kotła do tych grzejników. Powszechnie występujące przeszacowanie mocy grzejników,
wpływa na nieprawidłowe dobranie mocy kotła.
Konferencja kończąca projekt GEF realizowany w imieniu Ministerstwa Środowiska
przez Fundację Partnerstwo dla Środowiska
Materiały na konferencję „Realizacja inwestycji biomasowych – aspekty praktyczne”
Kraków, 8 września 2006 r.
W celu zweryfikowania uzyskanych obliczeń zapotrzebowania na moc, możemy wykonać
pomiary mocy chwilowej. Warto to przedstawić na krótkim przykładzie.
Dla pewnego budynku wykonano obliczenia zapotrzebowania na moc grzewczą. Dodatkowo
obliczenia zapotrzebowania na moc grzewczą zostały zweryfikowane rzeczywistymi
pomiarami z wykorzystaniem ultradźwiękowego przepływomierza ciepła "Controlotron".
Warunki wykonywania pomiaru różniły się od warunków obliczeniowych (np. inne
temperatury zewnętrze i wewnętrzne). Dlatego dodatkowo konieczne było wykonanie
pomiarów temperatur wewnętrznych oraz zewnętrznych.
120,00
100,00
Moc [kW]
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
nr pomiaru
Wykres 1. Pomiar mocy chwilowej.
Zweryfikowanie wyników było możliwe dzięki ponownemu przeliczeniu zapotrzebowania na
moc dla warunków panujących w dniu pomiaru. Wyniki przedstawiono w tabeli 1.
Uzyskane wyniki i powstałe rozbieżności są w granicach błędów pomiarowych jak
i przyjętych wartości do obliczeń.
LP.
1
Warunki
W dniu pomiaru
Zapotrzebowanie na moc
Zapotrzebowanie na moc
[kW] (obliczeniowe)
[kW] (na podstawie pomiarów)
84,7
93,4
Tabela 1. Zapotrzebowanie na moc grzewczą.
Oczywiście konieczne były dalsze analizy przyczyn różnic powstałych pomiędzy wynikami.
Kolejnym aspektem jest ocena zapotrzebowania na energię.
Prawidłowa analiza zapotrzebowania na energię winna być wykonana na etapie identyfikacji
projektu. Podobnie jak w przypadku określenia zapotrzebowania na moc, przy wykonywaniu
obliczeń zapotrzebowania na energię stosowane są pewne metody obliczeniowe. Można tutaj
mówić głównie o metodach pełnych i uproszczonych.
Zastosowanie metod pełnych opiera się na dostępnych przepisach i normach. Ponieważ
obecnie możemy mówić o dwóch funkcjonujących normach w zakresie obliczenia
zapotrzebowania na energię (a od przyszłego roku nawet o trzech), dlatego też uzyskujemy
tutaj możliwość wyboru odpowiedniej normy.
Konferencja kończąca projekt GEF realizowany w imieniu Ministerstwa Środowiska
przez Fundację Partnerstwo dla Środowiska
Materiały na konferencję „Realizacja inwestycji biomasowych – aspekty praktyczne”
Kraków, 8 września 2006 r.
Osobnym zagadnieniem jest zastosowanie metod uproszczonych. Dominuje tutaj podejście
oparte na zastosowaniu uproszczonego sposobu przedstawionego w załączniku G,
PN-B-02025:2001.
Na ocenę zapotrzebowania na energię wpływa wiele czynników. Do podstawowych z nich
możemy zaliczyć:
• Użycie innych materiałów niż założono w dokumentacji,
• Problem starzenia się materiałów i zmiany ich parametrów,
• Błędy na etapie budowy budynku,
• Zmiana sposobu użytkowania budynków,
• Wykonane prace termomodernizacyjne,
• Inne parametry cieplno-wilgotnościowe niż wg obowiązujących przepisów,
• Problemy z wentylacją budynku (np. nadmierne przeszczelnienie budynku).
Dobrym przykładem jest ocena zapotrzebowania na energię dla DPS w Łyszkowicach.
Wykonanie obliczeń zapotrzebowania na energię pokazało powstanie rozbieżności pomiędzy
uzyskanymi wynikami, a rzeczywistym zużyciem. Jednym z powodów tego stanu były niższe
temperatury wewnętrzne podczas sezonu grzewczego. Dopiero uwzględnienie rzeczywistych
temperatur pozwoliło na zweryfikowanie obliczeń.
Zestawienia obu serii wyników przestawiono na wykresie 2.
1600
Zapotrzebowanie na energię [GJ/rok]
1400
Obliczenia
teoretyczne
Obliczenia
zgodne z normą (teoretyczne)
1200
Obliczenia z uwzględnieniem temperatur
Obliczenia
z uw zględnieniem
niższych
temperatur
rzeczywistych
w pomieszczeniach
(niższych
1000
niż wymagane przez normy)
800
600
400
200
0
Budynek dw orku
Budynek
mieszkalny męski
Budynek
mieszkalny
żeński
Budynek terapii
zajęciow ej
Budynek szatni
pracow niczej
Budynek
magazynow y
(spichlerz)
Budynek
gospodarczy
Budynek portierni
Wykres 2. Porównanie zapotrzebowań na energię dla DPS w Łyszkowicach
Kolejnym aspektem w zakresie oceny zapotrzebowania na moc i energię jest
przeanalizowanie zakresu możliwych prac termomodernizacyjnych. Warto tutaj przypomnieć
o podstawowej zasadzie, jaka jest na etapie poszukiwania potencjalnych oszczędności, która
brzmi:
„Cenniejsza jest energia w miejscu jej odbioru,
niż w źródle jej wytwarzania”
Konferencja kończąca projekt GEF realizowany w imieniu Ministerstwa Środowiska
przez Fundację Partnerstwo dla Środowiska
Materiały na konferencję „Realizacja inwestycji biomasowych – aspekty praktyczne”
Kraków, 8 września 2006 r.
Powyższa zasada oznacza, następującą kolejność termomodernizacji
• Termomodernizacja tzw. „skorupy budynku”,
• Modernizacja wewnętrznej instalacji c.o.,
• Modernizacja sieci przesyłowej,
• Modernizacja źródła ciepła.
Jednym z typowych błędów jest rozpoczynanie prac termomodernizacyjnych od modernizacji
kotłowni, bez szukania potencjału oszczędności energii w innych miejscach systemu
grzewczego.
Poszukując potencjału oszczędności energii, zawsze się zastanawiamy gdzie jest granica
pomiędzy maksymalizacją oszczędności, a zdrowym rozsądkiem. Pytanie to może dotyczyć
wyboru rozwiązania po stronie wytwarzania ciepła, sprowadzające się do kwestii jak
optymalnie wybrać rodzaj paliwa i technologii jego spalania. Ale można również zastanawiać
się, co zrobić po stronie odbioru ciepła i jak w sposób efektywny wykorzystywać
wyprodukowaną energię.
Oszczędzając energię powinniśmy zastanowić się nad dwoma aspektami:
• ekologicznym
• ekonomicznym
W aspekcie ekologicznym dążymy do maksymalnej oszczędności energii, gdzie koszty nie
wpływają w znaczący sposób na realizowane zadanie. Czasami za tymi przesłankami stoją
względy społeczne (np. zdrowie, itp.).
Drugim podejściem w oszczędzaniu energii jest podejście ekonomiczne, które traktuje
oszczędzanie energii jako inwestycje. Inwestor oczekuje, że włożony przez niego kapitał
zwróci się na tyle szybko, że będzie to konkurencyjne w stosunku do innych możliwych do
przeprowadzenia inwestycji (tzw. kosztu alternatywnego czyli koszt utraconych możliwości).
Ostatnią kwestią na etapie bilansowania mocy i energii jest ocena efektów wprowadzonych
prac. Warto tutaj zastanowić się nad częstym problemem zbyt małych realnych oszczędności
uzyskanych po wprowadzeniu projektu. Do podstawowych przyczyn powstawania tego efektu
możemy zaliczyć:
• Zbyt optymistyczne szacowanie potencjalnych oszczędności
• Błędy na etapie typowania prac termomodernizacyjnych
• Zmiana parametrów cieplno-wilgotnościowych
Jednym z typowych błędów powstających na etapie przygotowywania projektu jest zbyt
optymistyczne szacowanie potencjalnych oszczędności. Przeszacowanie może być
spowodowane np. brakiem doświadczenia w realizacji takich inwestycji lub też celowym
działaniem.
Kolejnym błędem jest nieprawidłowy wybór prac termomodernizacyjnych, które mogą
przyczynić się do zmniejszenia lub braku oszczędności. Przykładem może być taka wymiana
stolarki okiennej, która powoduje nadmierne przeszczelnienie budynku. Efektem tego
najprawdopodobniej będzie nadmierne wietrzenie, które spowoduje znaczne obniżenie
potencjalnych oszczędności. W skrajnym przypadku nastąpi zwiększenie zapotrzebowania na
energię.
Kolejnym parametrem wpływającym na poziom oszczędności energii jest zmiana
parametrów cieplno-wilgotnościowych po wprowadzeniu projektu. Występuje tutaj efekt
tzw. przejadania oszczędności. Część potencjalnych oszczędności energii jest pochłaniana w
związku ze zmianą tych parametrów (np. podniesienie się temperatur w pomieszczeniach w
stosunku do wcześniej występujących – efekt niedogrzania obiektów, obniża nam rzeczywiste
oszczędności energii).
Konferencja kończąca projekt GEF realizowany w imieniu Ministerstwa Środowiska
przez Fundację Partnerstwo dla Środowiska