Zapotrzebowanie na ciepło w budynkach niemal zero – energetycznych

5.4.1 Układ centralny instalacji c.o. i c.w.u. w budynku

Przeprowadzona symulacja uwzględnia budynek niemal zero energetyczny (nZEB) z wentylacją naturalną, do którego przyjęto architekturę oraz zapotrzebowanie na ciepło na cele c.w.u. takie same jak w budynku A3. Celem przeprowadzonej analizy zapotrzebowania ciepła dla budynków niemal zero – energetycznych jest wykazanie, że polepszenie parametrów termoizolacyjnych budynku nie powoduje zmniejszenia strat pochodzących od instalacji grzewczych w układzie centralnym, w szczególności dotyczy to strat od instalacji c.w.u. Porównano straty pochodzące od instalacji c.w.u. w budynku nZEB w układzie centralnym oraz zdecentralizowanym. Parametry techniczne budynku zestawiono w tabeli 5.8.

Lidia Grzegorczyk – praca doktorska 2019 Strona 61 z 118

Tabela 5.8. Parametry techniczne budynku niemal zero energetycznego (nZEB).

Lp. Charakterystyka budynku nZEB w układzie centralnym

1 Budynek wielorodzinny po 2020

2 Lokalizacja Projektowany Poznań

3 Powierzchnia ogrzewana Af (m²) 1) 2000

4 Liczba mieszkańców [os.] 60

Izolacyjność termiczna/ szczelność osłony zewnętrznej budynku

1. Ściana zewnętrzna [W/(m²K)] 0,20

5. Urządzenie regulacyjne instalacji c.o. ZT

6. Instalacja słoneczna termiczna NIE

7. Cyrkulacja c.w.u. TAK

8. Instalacja wentylacji mechaniczna

Objaśnienia: ¹⁾ Wybrane parametry przyjęto z budynku A3 (tabela 5.6), EC – elektrociepłownia, GK – grzejniki konwekcyjne, ZT – zawór termostatyczny

Tabela 5.9. Długości przewodów instalacji nZEB w układzie centralnym i zdecentralizowanym.

Źródło: Opracowanie własne. Objaśnienia: CT – układ centralny, ZDCT – układ zdecentralizowany,

1) wartości podawane w [m], ²⁾ rury instalacji poza osłoną izolacyjną budynku

Lidia Grzegorczyk – praca doktorska 2019 Strona 62 z 118

Przeprowadzono analizę zapotrzebowania na ciepło na cele c.o. w układzie centralnym i zdecentralizowanym. Na rysunku (5.16) przedstawiono obliczeniowe zapotrzebowanie na ciepło na cele c.o. dla budynku niemal zero energetycznego w układzie centralnym. Na rysunku (5.17) przedstawiono zużycie na ciepło na cele c.w.u. identyczne jak w budynku A3.

Celem analizy budynku nZEB w układzie centralnym jest wskazanie, że mimo polepszenia parametrów termoizolacyjnych budynku, obecny system instalacji c.w.u. jest niekorzystny z uwagi na straty ciepła pochodzące od instalacji c.w.u. W związku z powyższym, istnieje konieczność zmiany systemu z centralnego na zdecentralizowany.

Rys 5.16. Zapotrzebowanie na ciepła dla c.o. budynku nZEB w układzie centralnym.

Źródło: Opracowanie własne, na podstawie (tabeli 5.8)

Rys 5.17. Zużycie ciepła na c.w.u. w stosunku do zużycia ciepła końcowego, odczytanego na potrzeby walidacji z podlicznika dla budynku A3 (tabela 5.7).

Źródło: Opracowanie własne. Objaśnienia: (P) – Pomiar, (PW) – Pomiar z wodomierza.

W wyniku symulacji zapotrzebowania na ciepło na cele c.o. stwierdzono, że mimo przyjętych lepszych parametrów przenikania ciepła dla ścian zewnętrznych budynku zmiana nie wpłynęła na zmniejszenie strat instalacji c.w.u. wewnątrz budynku w układzie centralnym.

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Temperatura zewnętrzna [oC]

[kWh/(m2 ∙h)]

ηWtot,śr=51%

Lidia Grzegorczyk – praca doktorska 2019 Strona 63 z 118

Zmieniło się natomiast zapotrzebowanie na ciepło na cele c.o. (Rys.5.18). Jedną z przyczyn można upatrywać w lepszej izolacyjności budynku.

Rys 5.18 Końcowe zapotrzebowanie na ciepło dla c.o. i straty c.w.u. dla budynku nZEB (tabela 5.8).

Źródło: Opracowanie własne.

Wnioski

Głównym powodem uzyskanej niskiej sprawności sezonowej instalacji w układzie centralnym przygotowania c.w.u. są straty instalacji c.w.u. Wielkość tych strat jest zależna przede wszystkim od długości przewodów i ich izolacji (tabela 5.7). W instalacjach budynków wielorodzinnych oprócz przewodów c.w.u. występują również przewody cyrkulacyjne. Im bardziej rozległa instalacja, tym straty są większe w układzie centralnym. Poprawa parametrów termoizolacyjnych budynku nie wpłynęła na zmniejszenie strat instalacji c.w.u., na co wskazuje rysunek (5.18). Straty instalacji c.w.u. przewyższają zapotrzebowanie na ciepło na cele c.o.

o ponad 54%, które jednocześnie powodują przegrzewanie budynku.

5.4.2 Układ zdecentralizowany instalacji c.o. i c.w.u. w budynku

Przeprowadzono analizę zapotrzebowanie na ciepło na cele c.o. oraz c.w.u. w układzie zdecentralizowanym. Przyjęto parametry termoizolacyjne dla budynku nZEB jak w tabeli (5.10) jednak przyjęto układ zdecentralizowany wraz z wentylacją mechaniczną. Dane dotyczące zapotrzebowania na ciepło na cele c.w.u. przyjęto jak w tabeli (5.9). Straty pochodzące od instalacji c.w.u. w układzie zdecentralizowanym są znacząco mniejsze niż w układzie centralnym, ponieważ wynika to z mniejszej długości przewodów instalacji c.o. oraz c.w.u.

-4

Lidia Grzegorczyk – praca doktorska 2019 Strona 64 z 118

Tabela 5.10. Parametry techniczne budynku niemal zero energetycznego.

Lp. Charakterystyka budynku nZEB w układzie zdecentralizowanym

1 Budynek wielorodzinny po 2020

2 Lokalizacja Projektowany Poznań

3 Powierzchnia ogrzewana Af (m²) ¹⁾ 2000

4 Liczba mieszkańców [os.] 60

Izolacyjność termiczna/ szczelność osłony zewnętrznej budynku

1. Ściana zewnętrzna [W/(m²K)] 0,20

5. Urządzenie regulacyjne ZT

6. Instal. słoneczna termiczna NIE

7. Cyrkulacja c.w.u. NIE

8. Instalacja wentylacji mechaniczna

Objaśnienia: ¹⁾ Wybrane parametry przyjęto z budynku A3 (tabela 5.6), EC – elektrociepłownia, GK – grzejniki konwekcyjne, ZT – zawór termostatyczny

W dalszej analizie przedstawiono ten sam budynek nZEB, o tej samej kubaturze, jednak o zmienionym układzie instalacji ogrzewania z centralnego na zdecentralizowany oparty o mini węzły mieszkaniowe. (Rysunek 5.19).

Lidia Grzegorczyk – praca doktorska 2019 Strona 65 z 118

Rys 5.19 Źródło ciepła lokalne dla budynków niemal zero energetycznych oparte na miejskiej sieci cieplnej.

Źródło: Opracowanie własne.

Przez zmianę układu instalacji z centralnego na zdecentralizowany (Rysunek 5.19) jest możliwe osiągnięcie mniejszych strat instalacji wewnątrz budynku dla c.o. oraz c.w.u.

Wykazały to analizy, których wyniki przedstawiono na rysunkach (5.20) oraz (5.21).

Rys 5.20 Zużycie ciepła na c.w.u. w stosunku do zużycia ciepła końcowego dla budynku nZEB (tabela 5.10).

Źródło: Opracowanie własne. Objaśnienia: (P) – Pomiar, (PW) – Pomiar w oparciu o symulację.

ηWtot,śr=86%

Lidia Grzegorczyk – praca doktorska 2019 Strona 66 z 118

Rys 5.21 Końcowe zapotrzebowanie na ciepło dla c.o. i straty c.w.u. dla budynku nZEB (tabela 5.10).

Źródło: Opracowanie własne.

Przeprowadzona analiza pokazuje (Rysunek 5.21), że straty pochodzące od instalacji c.w.u. w układzie zdecentralizowanym są znacząco mniejsze niż w układzie centralnym.

Jednakże, analiza przeprowadzona metodą miesięczną dla budynków nZEB nie daje dokładnych pomiarów strat instalacji c.w.u. oraz c.o. tak, aby można je kontrolować. Dlatego też, konieczne jest zastosowanie dokładnej metody z godzinowym krokiem czasowym, które przeprowadzono w dalszej części analiz. W tabeli (5.11) zestawiono wyniki analiz dla budynku nZEB w układzie centralnym i zdecentralizowanym. Analizy wskazują, że znaczący udział strat instalacji ma istotne znaczenie w budynkach nZEB, a także sposób prowadzenia instalacji w budynku.

Tabela 5.11 Zestawienie przeprowadzonych analiz zapotrzebowania na ciepło dla c.o.

i c.w.u. dla nZEB.

nZEB Układ centralny Układ zdecentralizowany

QH,nd(Obl) [kWh/(m²rok)] 26 26

QH,K(Obl) [kWh/(m²rok)] 50 32

QW,nd(Obl) [kWh/(m²rok)] 28 28

QW,K [kWh/(m²rok)]¹⁾ 54 32

ΔQWstrat [kWh/(m²rok)] 26 4

Wskaźnik dł.rur L [m/m²] 0,307 0,195

ηH,tot 52% 81%

ηW,tot 51% 87%

Źródło: Opracowanie własne na podstawie analiz.

Z analiz wynika, że zmiana topologii instalacji w budynku z układu centralnego na zdecentralizowany polepszyła uzyskane sprawności dla instalacji c.w.u. oraz spowodowała zmniejszenie strat wynikających z dystrybucji c.w.u. Konieczne jest zatem kontrolowanie zysków oraz strat ciepła wynikających z przesyłu ciepłej wody użytkowej, zwłaszcza w budynkach nZEB, w których najmniejsze różnice w zapotrzebowaniu na ciepło dla c.o. oraz c.w.u. mogą wpłynąć na pogorszenie sprawności układu grzewczego budynków nZEB.

Lidia Grzegorczyk – praca doktorska 2019 Strona 67 z 118

6. Modelowanie budynków niemal zero –