docCiepłownictwo i ogrzewnictwo Wykład 1
download 
Reklamacja Transkrypt
Ciepłownictwo i ogrzewnictwo Wykład 1
Konferencja Energetyka komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości „Energy Manager – zawód przyszłości. Kształcenie inżynierów Energetyków na Uniwersytecie Zielonogórskim” 2016.04.08 Instytut Inżynierii Środowiska, Park Naukowo-Technologiczny dr inż. Piotr Ziembicki email: [email protected], [email protected] WYZWANIA WSPÓŁCZESNOŚCI Rozwój cywilizacyjny, postęp techniczny to ogromna szansa na szczęśliwe i dostatnie życie, ale też zagrożenia dr inż. Piotr Ziembicki wzrost zapotrzebowania na energię, wyczerpywanie się paliw kopalnych, emisja zanieczyszczeń (spalanie paliw kopalnych), skażenie wód, zanieczyszczenie powietrza (komunikacja), efekt cieplarniany. TO WYZWANIA WSPÓŁCZESNEGO ŚWIATA – WYZWANIA DLA… gospodarki energetycznej – Energy Managera, energetyki komunalnej. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 2 GOSPODARKA ENERGETYCZNA Racjonalizacja gospodarki energetycznej może być dokonana przez: zmianę struktury wykorzystania energii pierwotnej poprzez: zmniejszanie zużycia poprzez: dr inż. Piotr Ziembicki zwiększenie udziału energii alternatywnych (OŹE) w ogólnym bilansie energetycznym, racjonalizację wykorzystania istniejących metod produkcji i dystrybucji ciepła, wdrażanie technologii energooszczędnych, prowadzenie termomodernizacji, promowanie i wspieranie technologii pozwalających na zmniejszenie zużycia energii pierwotnej, modernizację procesów technologicznych w przemyśle (wprowadzanie procesów bardziej efektywnych energetycznie). Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 3 GOSPODARKA ENERGETYCZNA Efektem wzrostu znaczenia i zmian gospodarki energetycznej w jednostkach osadniczych będzie: dr inż. Piotr Ziembicki ogromny wzrost zatrudnienia w sektorze efektywności energetycznej i technologii OŹE (szczególnie w energetyce słonecznej), wzrost znaczenia planowania energetycznego na poziomie jednostek osadniczych (m.in. rola samorządu terytorialnego), zwiększanie nakładów na efektywność energetyczną budownictwa mieszkalnego, użyteczności publicznej i przemysłu, powstawanie nowych programów finansowania inwestycji – wzrost znaczenia umiejętności pozyskiwania środków na inwestycje, powstanie nowego zawodu „Energy Manager”. Jednostki samorządu terytorialnego będą zmuszone do starannego opracowywania projektów założeń do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 4 WYZWANIA PRZYSZŁOŚCI Pakiet 3 x 20 zakłada wzrost o 20% udziału odnawialnych źródeł energii w ogólnym bilansie energetycznym (do 2020 roku). To oznacza konieczność: dr inż. Piotr Ziembicki przeprojektowania istniejących źródeł ciepła oraz uzupełnienia o instalacje kolektorów słonecznych i pomp ciepła, wspierania architektów w projektowaniu budynków pasywnie wykorzystujących energię słoneczną, doradztwa na rzecz samorządów terytorialnych w zakresie kreowania polityki energetycznej gmin, miast i wsi. ZADANIA DLA ENERGETYKI KOMUNALNEJ I ENERGY MANAGERA. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 5 WYZWANIA PRZYSZŁOŚCI Pakiet 3 x 20 zakłada redukcję emisji gazów cieplarnianych o 20% do 2020 r. 70% całego potencjału redukcji emisji pochodzi z poprawy wydajności energetycznej i wykorzystania niskoemisyjnych źródeł energii. Wynika z tego konieczność: dr inż. Piotr Ziembicki zmian w technologiach produkcji i dystrybucji ciepła i energii elektrycznej, optymalizacji systemów chłodzenia budynków, wykorzystania odnawialnych źródeł energii (OŹE). GOSPODARKA NISKOEMISYJNA - ZADANIA DLA ENERGETYKI KOMUNALNEJ I ENERGY MANAGERA. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 6 WYZWANIA PRZYSZŁOŚCI Pakiet 3 x 20 zakłada wzrost efektywności energetycznej o 20%. Dyrektywy UE wymagają aby do 2020 r. wszystkie nowe budynki były niemal zero energetyczne, a budynki państwowe do 2018 r. Oznacza to konieczność: dr inż. Piotr Ziembicki uwzględnienia specjalnych wymagań dla instalacji grzewczych, wentylacyjnych i przygotowania ciepłej wody użytkowej w budynku, szczegółowej analizy źródła ciepła oraz doboru optymalnego rozwiązania uwzględniającego aspekty środowiskowe oraz zyski ciepła. ZADANIA DLA ENERGETYKI KOMUNALNEJ I ENERGY MANAGERA. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 7 FINANSOWANIE PRZEDSIĘWZIĘĆ Perspektywa finansowania na lata 2014-2020 UE to prawie 350 mld zł dla Polski. Po raz pierwszy jednymi z podstawowych celów będą: dr inż. Piotr Ziembicki efektywność energetyczna w budownictwie i przemyśle, gospodarka niskoemisyjna (CO2), odnawialne źródła energii. Szacuje się, że poziom finansowania tych inwestycji ze środków UE to ok. 60 mld zł. Dodatkowe wsparcie stanowić będą programy finansowane przez NFOŚiGW. WSPARCIE DYSCYPLINY ENERGETYKA KOMUNALNA. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 8 ENERGETYKA KOMUNALNA Aspekty techniczne gospodarki energetycznej dr inż. Piotr Ziembicki Nowoczesne systemy wytwarzania i przesyłania energii (ciepło, chłód, energia elektryczna), Odnawialne źródła energii – systemowe oraz przeznaczone dla budownictwa, Sieci i węzły ciepłownicze, w tym systemy hybrydowe cieplno-chłodnicze, Instalacje wewnętrzne – grzewcze, chłodnicze, klimatyzacyjne i inne, Efektywność energetyczna w budownictwie i przemyśle. Technologie informatyczne w zarządzaniu energią, Kompleksowe projektowanie systemów oparte na komputerowym modelowaniu i symulacji (BIM). Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 9 ENERGETYKA KOMUNALNA Nowoczesna Energetyka komunalna to nowoczesne, innowacyjne metody badawcze i projektowe dr inż. Piotr Ziembicki modelowanie procesów, technologii i instalacji, symulacja komputerowa energetyki budynków, wspomaganie komputerowe projektowania (systemy CAD, BIM – Building Information Modelling), nowoczesne metody obliczeniowe wykorzystujące dedykowane oprogramowanie np. MATLAB. Przy Centrum Budownictwa Zrównoważonego i Energii) działa jedno z najnowocześniejszych laboratoriów symulacyjnych w Polsce. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 10 dr inż. Piotr Ziembicki A jak to wygląda w praktyce? Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 11 ANALIZY SYMULACYJNE W kontekście wyzwań rynku energetycznego podjęto się przygotowania i realizacji projektu badawczo-wdrożeniowego Tytuł projektu Wytwarzanie chłodu z ciepła sieciowego w Zielonej Górze. Zespół badawczy składa się ze specjalistów w obszarze energetyki i ciepłownictwa, a także w zakresie symulacji komputerowej. Ośrodki naukowe i przemysłowe realizujące projekt badawczy dr inż. Piotr Ziembicki Kierownik Projektu Badawczego – dr inż. Piotr Ziembicki, Koordynator Projektu – Ryszard Francuz. Uniwersytet Zielonogórski, Elektrociepłownia „Zielona Góra” S.A., EDF Polska S.A., Park Naukowo – Technologiczny UZ (laboratorium symulacji komputerowej). Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 12 ANALIZY SYMULACYJNE Koncepcja projektu badawczo–wdrożeniowego była oparta na trzech podstawowych kierunkach prac, które były wzajemnie powiązane i realizowane w ścisłej koordynacji. Pierwszym z nich były prace badawcze prowadzące do: Drugim kierunkiem prac była dr inż. Piotr Ziembicki opracowania projektu węzła cieplno-chłodniczego opartego o zarekomendowany w drodze badań agregat sorpcyjny (zrealizowany). realizacja inwestycji pilotażowej polegającej na wdrożeniu zarekomendowanych rozwiązań w wybranym rzeczywistym budynku w Zielonej Górze (zrealizowany). Trzecim zadaniem jest opracowanie i wykonanie stanowiska badawczego (opomiarowanie węzła cieplno-chłodniczego) oraz szczegółowe i wielokryterialne przebadanie zaprojektowanych i wdrożonych rozwiązań (w trakcie realizacji). Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 13 ANALIZY SYMULACYJNE Centrum Przyrodnicze w Zielonej Górze istniejący budynek przemysłowy zaadoptowany do nowej funkcji, węzeł cieplno-chłodniczy na poziomie parteru w II części obiektu, zasilany z miejskiej sieci ciepłowniczej, budynek wyposażony w instalacje dr inż. Piotr Ziembicki zimnej wody, centralnego ogrzewania, ciepła technologicznego (zasilania nagrzewnicy centrali wentylacyjnej), kanalizacji sanitarnej i deszczowej, ciepła woda użytkowa przygotowywana w podgrzewaczach elektrycznych, Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 14 MODEL SYMULACYJNY BUDYNKU Prawidłowe zaprojektowanie węzła cieplno-chłodniczego wymaga wykonania bilansu ciepła i chłodu dla tego obiektu. Na potrzeby projektu badawczego wykonanie obliczeń przy wykorzystaniu tradycyjnych metod opisanych w obowiązujących przepisach i PN jest niewystarczające. W celu uzyskania możliwości dogłębnej analizy obiektu należy dr inż. Piotr Ziembicki znać charakterystykę energetyczną budynku, profil jego wykorzystania, rozumieć sposób pracy źródła ciepła i chłodu, a także instalacji grzewczej i chłodniczej. Rozwiązaniem tego problemu jest przeprowadzenie identyfikacji systemu (jakim jest budynek) poprzez zbudowanie komputerowego modelu symulacyjnego. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 15 MODEL SYMULACYJNY BUDYNKU dr inż. Piotr Ziembicki Model symulacyjny budynku Centrum Przyrodniczego wykonano w programie Design Builder. Konstrukcję i gabaryty budynku odwzorowano w oparciu o przekazaną dokumentację budowlaną, przy wykorzystaniu mechanizmów oprogramowania, pozwalających na tworzenie trójwymiarowego modelu obiektu. Model jest dokładnym odwzorowaniem rzeczywistego budynku Centrum Przyrodniczego, przy czym jego wyposażenie w instalacje oraz charakterystyka funkcjonowania są sparametryzowane, co oznacza możliwość szerokiego wariantowania obliczeń symulacyjnych. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 16 MODEL SYMULACYJNY BUDYNKU dr inż. Piotr Ziembicki Model budynku – DesignBuilder (EnergyPlus) Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 17 MODEL SYMULACYJNY dr inż. Piotr Ziembicki Wyniki symulacji – bilans ciepła i chłodu. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 18 AGREGAT CHŁODNICZY Z wykresu i histogramu rocznego obciążenia chłodniczego wynika, że przez prawie 90% trwania okresu letniego zapotrzebowanie chłodu nie przekracza 30 kW, co stanowi 35% obliczeniowej mocy maksymalnej (86,4 kW). 69% 64% 57% % 46% 34% 23% 21% 10% dr inż. Piotr Ziembicki 11% 4% 0% 0% -90 -80 0% 0% 0% -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 Zapotrzebowanie na moc chłodniczą [kW] Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 19 AGREGAT CHŁODNICZY Symulacja komputerowa pozwoliła stwierdzić, że w planowanym w budynku Centrum Przyrodniczego powinna zostać zainstalowana chłodziarka o mocy nominalnej Pozwoli ona pokryć zapotrzebowane na chłód przez ponad 95% czasu pracy instalacji klimatyzacyjnej w budynku. Pierwotnie zaprojektowano chłodziarkę o mocy chłodniczej dr inż. Piotr Ziembicki QCHnom = 50 kW, QCHnom = 200 kW, EFEKT? PRAWIE 3-krotnie NIŻSZE KOSZTY INWESTYCYJNE ORAZ NIŻSZE KOSZTY EKSPLOATACYJNE Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 20 dr inż. Piotr Ziembicki WDROŻENIE WYNIKÓW ANALIZ Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 21 ANALIZA ENERGETYCZNA OSIEDLA dr inż. Piotr Ziembicki System ekspercki jest zintegrowaną, wielomodułową aplikacją komputerową stworzoną przy wykorzystaniu ,,środowiska R'' (project R) oraz gotowego silnika obliczeniowego EnergyPlus. Koncepcja systemu została oparta na integracji wielu narzędzi obliczeniowych w celu stworzenia jednolitego systemu komputerowego, wspieranego bazami wiedzy opartymi na badaniach przeprowadzonych w trakcie realizacji niniejszego zadania. Celem systemu eksperckiego jest analiza energetyczna zadanego budynku lub grupy budynków oraz dokonanie rekomendacji źródła energii w oparciu o emisję CO2 oraz koszty inwestycyjne wyznaczone w oparciu o wskaźniki zawarte w bazach wiedzy. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 22 ANALIZA ENERGETYCZNA OSIEDLA Analiza pojedynczego budynku Analiza grupy budynków dr inż. Piotr Ziembicki wbudowany agregat mikrokogeneracyjny, wpięcie budynku do istniejącego systemu ciepłowniczego ze scentralizowanym źródłem ciepła, źródło energii wbudowane w obiekt (kotłownia gazowa lub olejowa), źródło energii wbudowane w każdym budynku oddzielnie (kotłownia gazowa lub olejowa), mikrosieć ciepłownicza z grupowym źródłem energii w postaci kotłowni gazowe lub olejowej, mikrosieć ciepłownicza z grupowym źródłem energii w postaci agregatu mikrokogeneracyjnego, wpięcie grupy budynków do istniejącego systemu ciepłowniczego ze scentralizowanym źródłem ciepła. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 23 ANALIZA ENERGETYCZNA OSIEDLA dr inż. Piotr Ziembicki System ekspercki jest oparta na bazach wiedzy. Wszelkie dane dotyczące budynków, instalacji, źródeł energii, kosztów eksploatacyjnych stanowią bazy wiedzy oparte o stworzone w oparciu o badania naukowe i doświadczenie praktyczne. Jednocześnie system ekspercki umożliwia dowolną korektę zawartych w bazach wiedzy danych, zarówno na poziomie analizy budynku jak również w celu uzupełnienia funkcjonalności oprogramowania. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 24 ANALIZA ENERGETYCZNA OSIEDLA dr inż. Piotr Ziembicki Dane wejściowe do systemu eksperckiego. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 25 ANALIZA ENERGETYCZNA OSIEDLA Na podstawie wprowadzonych do programu danych dotyczących budynku dr inż. Piotr Ziembicki podstawowe wymiary budynku, ilość segmentów, kondygnacji, procentowego udziału okien w powierzchni poszczególnych przegród program ekspercki genereruje pliku *.idf, na podstawie którego EnergyPlus przeprowadza symulację energetyczną. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 26 ANALIZA ENERGETYCZNA OSIEDLA dr inż. Piotr Ziembicki Wynikiem analizy przeprowadzanej przez system ekspercki jest lista rekomendacji źródeł energii dla pojedynczego budynku lub dla grupy budynków, która może być szeregowana pod względem obu kryteriów jednocześnie, tzn. emisji CO2 i szacowanych kosztów inwestycyjnych lub z uwzględnieniem tylko jednego kryterium. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 27 dr inż. Piotr Ziembicki A co na to Instytut Inżynierii Środowiska UZ? Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 28 KIERUNKI KSZTAŁCENIA Inżynieria Środowiska stacjonarnych i niestacjonarnych I, II i III stopnia, 7 semestrów (3,5 roku) + 3 semestry (1,5 roku), tytuł zawodowy inżyniera oraz magistra inżyniera, dwie specjalności: Energetyka Komunalna - profil praktyczny dr inż. Piotr Ziembicki Urządzenia sanitarne, Zaopatrzenie w wodę, unieszkodliwianie ścieków i odpadów. stacjonarnych i niestacjonarnych I-go stopnia, 8 semestrów (4 lata), tytuł zawodowy inżyniera. dwie specjalności: Komunalna energetyka cieplna, Źródła odnawialne i nowoczesne technologie energetyczne. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 29 ENERGETYKA KOMUNALNA CZEGO PRZEDE WSZYSTKIM UCZYMY? przedmioty techniczne, specjalistyczne, np.: DO CZEGO PRZYKŁADAMY MNIEJSZĄ WAGĘ? dr inż. Piotr Ziembicki Energooszczędne instalacje grzewcze, Konwencjonalne źródła ciepła, Systemy ciepłownicze, Sieci wodociągowe i kanalizacyjne, Ochrona środowiska w energetyce, Odnawialne źródła energii, Komputerowe techniki obliczeniowe i symulacyjne… matematyka, fizyka, mechanika techniczna. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 30 ENERGETYKA KOMUNALNA KARIERA ZAWODOWA? dr inż. Piotr Ziembicki przedsiębiorstwa związane z produkcją i przesyłem ciepła i energii elektrycznej, firmy projektowe, wykonawcze i konsultingowe w zakresie energetyki komunalnej, jednostki administracji terytorialnej i centralnej, spółdzielnie mieszkaniowe i firmy zarządzające nieruchomościami, przedsiębiorstwa i zakłady gospodarki komunalnej, firmy budowlano - instalacyjne, firmy audytorskie w zakresie energetyki oraz budownictwa, własna działalność gospodarcza. Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 31 ENERGETYKA KOMUNALNA DLACZEGO WARTO? dr inż. Piotr Ziembicki ponieważ po ukończeniu kierunku Energetyka komunalna absolwenci uzyskują jeden z najlepiej opłacanych zawodów w Polsce, wykształcenie techniczne gwarantuje zatrudnienie – inżynier zawsze będzie potrzebny! Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 32 ENERGETYKA KOMUNALNA KONTAKT: Instytut Inżynierii Środowiska Park Naukowo-Technologiczny Uniwersytetu Zielonogórskiego dr inż. Piotr Ziembicki zapraszamy na strony internetowe: www.iis.uz.zgora.pl facebook: https://www.facebook.com/Instytut.Inzynierii.Srodowiska.UZ zapraszamy na strony internetowe: www.pnt.uz.zgora.pl Konferencja „Energetyka Komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości” 33 Dziękuję za uwagę! Konferencja Energetyka komunalna – teraźniejszość i wyzwania przyszłości „Energy Manager – zawód przyszłości. Kształcenie inżynierów Energetyków na Uniwersytecie Zielonogórskim” 2016.04.08 Uniwersytet Zielonogórski, Instytut Inżynierii Środowiska dr inż. Piotr Ziembicki email: [email protected], [email protected]
