Straty ciepła - monitoring

Straty ciepła w budynku wynikają z przenikania ciepła przez przegrody zewnętrzne oraz z podgrzewania napływającego z zewnątrz powietrza wentylacyjnego. Ilość ciepła straconego przez przegrody zależy głównie od pola powierzchni przegród, ich właściwości termoizolacyjnych (współczynniki U - dawniej K) oraz różnicy temperatur. Dlatego też na podstawie projektu, obmiarów lub badań ustalane są niezbędne parametry dla ścian, stropodachu, podłogi na gruncie, a także okien i drzwi zewnętrznych. Na fotografii termowizyjnej mocno zaznaczone żółte pasy na wysokości wieńców świadczą o nieprawidłowym wykonaniu izolacji termicznej.

Wielkość strat ciepła związanych z podgrzewaniem powietrza wentylacyjnego zależy od różnicy temperatur oraz ilości wymienianego powietrza. Konieczne jest więc ustalenie szczelności okien, a także rodzaju i stanu technicznego systemu wentylacji. Temperatura wewnętrzna ustalana jest dla każdego pomieszczenia indywidualnie, natomiast temperatura zewnętrzna jest średnią wieloletnią dla danego regionu Polski.

Zyski ciepła dzielimy na słoneczne i bytowe. Zyski słoneczne są wynikiem efektu szklarniowego w każdym pomieszczeniu posiadającym zewnętrzne przegrody przeszklone). Aby obliczyć zyski, dla wszystkich okien ustalana jest orientacja, zacienienie i zdolność przepuszczania promieniowania. Na podstawie lokalizacji obiektu określone są wieloletnie średnie natężenia promieniowania słonecznego. Zyski bytowe wynikają z istnienia dodatkowych źródeł ciepła związanych z użytkowaniem budynku. Ciepło to pochodzi od osób użytkujących budynek, urządzeń elektrycznych i gazowych oraz oświetlenia.

Obliczanie oszczędności energii

Obliczenie oszczędności energii wynikających z realizacji poszczególnych przedsięwzięć termomodernizacyjnych jest kluczowym elementem audytu. Oszczędność kosztów ogrzewania czyli różnica w opłatach za ogrzewanie przed i po zrealizowaniu usprawnienia wpływa na rentowność inwestycji. Obliczenia prowadzone są na podstawie bilansu cieplnego obiektu. Dla każdej inwestycji uwzględniana jest zmiana charakterystycznych parametrów - np. docieplenie ścian zmienia jej współczynnik U, zmiana kotła podnosi sprawność wytwarzania ciepła itd.

link - jak obliczyć rentowność projektów inwestycyjnych

Aby móc porównać wyniki, wszystkie obliczenia prowadzone są przy założeniu takich samych, standardowych warunków meteorologicznych i takich samych warunków panujących w pomieszczeniach (temperatury i zyski bytowe). Dzięki takim obliczeniom, dla każdego przedsięwzięcia określony jest nie tylko koszt, ale również zysk jaki ona przyniesie. Znajomość kosztów i zysków jest punktem wyjścia do podejmowania decyzji o realizacji jakiejkolwiek inwestycji.

W ocenie opłacalności przedsięwzięć termomodernizacyjnych szeroko wykorzystywanym miernikiem  jest (pomijając jego liczne wady w tym miejscu) okres zwrotu nakładów inwestycyjnych (np. porównując wielkość nakładów z planowanymi rocznymi oszczędnościami otrzymujemy okres spłaty dla różnych grubości dociepleń). Wygląda on następująco dla typowych działań termomodernizacyjnych:

	okres zwrotu nakładów [lata]	opis działania termomodernizacyjnego (zakładamy cenę ciepła do ogrzania mieszkania na 27,14 zł/GJ).
docieplenie ścian	3,7-4,2	Budynek murowany na 1,5 cegły, bez docieplenia. Współczynnik U dla SC 1,14 W/m2*K przed dociepleniem.Dodatkowa izolacja na ścianach od 6-16 cm. Współczynnik U po dodatkowej izolacji wyniesie od 0,452-0,226.
	3,7-4,2	Budynek - wielka płyta (lata 70-80). Współczynnik U dla WP 1,16 W/m2*K przed dociepleniem. Po dociepleniu  ścian izolacją 6-16 cm uzyskujemy współczynnik U 0,455-0,226.
docieplenie dachów i stropodachów	16,4	Dom jednorodziny. Współczynnik Qst przed zmianami 0,000032 MW/m2 i po zmianach Qn 0,000016.
	8,7	Dom wielorodzinny. Qst 0,00004, Qn 0,000016.
wymiana okien	9,3-35,8	Zakładając, że współczynnik przenikalności cieplnej przed wymianą wynosi 3,6 W/m2*K, po wymianie wyniesie od 1,1 do 3,0  W/m2*K.
	6,8-14,3	Zakładając, że współczynnik przenikalności cieplnej przed wymianą wynosi 4,5 (duża nieszczelność) W/m2*K, po wymianie wyniesie od 1,1 do 3,0  W/m2*K.
montaż ekranów zagrzejnikowych	4	Budynek nie ocieplony. Współczynnik U przed montażem 1,4 W/m2/*K, po montażu 1,1 W/m2*K.
	23,7	Budynek ocieplony. Współczynnik U przed montażem osłon 0,7 W/m2*K, po montażu - 0,6 W/m2*K.
zainstalowanie zaworów termostatycznych i podzielników ciepła	3,3	Montaż zaworów termostatycznych. Qst przed montażem 31 MW, po montażu 27,9 MW. Zakładana oszczędność mocy 10%.
	1,6	Montaż zaworów i podzielników. Zakładana oszczędność 20%.

Jak widać z zestawienia, tylko niektóre działania termomodernizacyjne moją sens ekonomiczny.

Scenariusze modernizacji ogrzewania węglowego

Dla budynków ogrzewanych niskosprawnymi urządzeniami węglowymi możliwe są następujące scenariusze modernizacji istniejącego ogrzewania:

1. podłączenie do systemu ciepłowniczego,
2. wybudowanie lokalnej kotłowni opalanej gazem:
   • lokalna kotłownia na gaz sieciowy,
   • kotłownia na gaz płynny lub olej, w sytuacji braku uzasadnienia ekonomicznego rozbudowy sieci gazowej ,
   • zamontowanie w każdym mieszkaniu indywidualnych ogrzewań etażowych bazujących gazie sieciowym,
3. wybudowanie lokalnej kotłowni opalanej węglem lub biomasą (nowoczesna, wysokosprawna, niskoemisyjna),
4. zamontowanie w każdym mieszkaniu indywidualnych ogrzewań elektrycznych.

Poniżej przedstawiono konieczne inwestycje i orientacyjne koszty zmiany sposobu zasilania w energię z ogrzewania węglowego dla modelowego budynku mieszkalnego czterokondygnacyjnego (15 mieszkań o łącznej powierzchni użytkowej 750 m2 i sumarycznym zapotrzebowaniu mocy cieplnej rzędu 60 kW):

ad 1. podłączenia do systemu ciepłowniczego

• podłączenie budynku do systemu ciepłowniczego,
• przygotowanie pomieszczenia na węzeł cieplny,
• zainstalowanie w bloku pionów ciepłowniczych (c.o. + c.w.u.) wraz z odgałęzieniami do poszczególnych mieszkań oraz liczników ciepła na wejściu do mieszkania,
• wykonanie w mieszkaniach instalacji odbiorczej c.o. i c.w.u.

instalacja wewnętrzna c.o. + c.w.u. wraz z licznikami	93,1 tys. zł
węzeł cieplny wraz z regulatorem pogodowym	28,0 tys. zł
przyłącze ciepłownicze do budynku	1,8 tys. zł
razem:	122,9 tys. zł

ad 2a. podłączenia do systemu gazowniczego (lokalna kotłownia gazowa)

• podłączenie budynku do systemu gazowniczego,
• przygotowanie pomieszczenia na kotłownię gazową wraz z wybudowaniem komina,
• zainstalowanie w bloku pionów c.o. i c.w.u. wraz z odgałęzieniami do poszczególnych mieszkań oraz liczników ciepła na wejściu do mieszkania,
• wykonanie w mieszkaniach instalacji odbiorczej c.o. i c.w.u.

instalacja wewnętrzna c.o. + c.w.u. wraz z licznikami	93,1 tys. zł
kotłownia wraz z regulatorem pogodowym	17,2 tys. zł
przyłącze gazowe do budynku	5,4 tys. zł
razem:	115,7 tys. zł

ad 2b. lokalna kotłownia olejowa lub na gaz płynny

• przygotowanie pomieszczenia na kotłownię olejową (na gaz płynny) wraz z wybudowaniem komina i budową zbiornika,
• zainstalowanie w bloku pionów c.o. i c.w.u. wraz z odgałęzieniami do poszczególnych mieszkań oraz liczników ciepła na wejściu do mieszkania,
• wykonanie w mieszkaniach instalacji odbiorczej c.o. i c.w.u.

instalacja wewnętrzna c.o. + c.w.u. wraz z licznikami	93,1 tys. zł
kotłownia gazowa wraz z regulatorem pogodowym	17,2 tys. zł
zbiornik oleju, gazu	6,0 tys. zł
razem:	116,3 tys. zł

ad 2c. podłączenia do systemu gazowniczego (indywidualne ogrzewania etażowe)

• podłączenie budynku do systemu gazowniczego,

• zainstalowanie w bloku pionów gazowniczych wraz z odgałęzieniami do poszczególnych mieszkań oraz liczników do pomiaru gazu na wejściu do mieszkania,

• zamontowanie w mieszkaniach dwufunkcyjnych kotłów gazowych (w odpowiednio do tego przygotowanych pomieszczeniach),

• przeprowadzenie gruntownego remontu pionów wentylacyjnych i przystosowanie ich do nowych warunków pracy,

• wykonanie w mieszkaniach instalacji odbiorczej c.o. i c.w.u.

koszty jak wyżej

ad 3. lokalna, nowoczesna kotłownia węglowa

• przygotowanie pomieszczenia na kotłownię wraz z pomieszczeniem na opał i odpad paleniskowy,
• zainstalowanie w bloku pionów c.o. i c.w.u. wraz z odgałęzieniami do poszczególnych mieszkań oraz liczników ciepła na wejściu do mieszkania,
• wykonanie w mieszkaniach instalacji odbiorczej c.o. i c.w.u.

instalacja wewnętrzna c.o. + c.w.u. z licznikami	93,1 tys. zł
kotłownia wraz z regulatorem pogodowym	18,0 tys. zł
razem:	111,1 tys. zł

Pewnym rozwiązaniem jest modernizacja istniejącego nieskosprawnego na bardziej sprawne źródła ciepła bazującego na węglu, w oparciu o bezobsługowe kotły, palniki retortowe, podajnik ślimakowy i zasobnik węgla lub w oparciu o nowoczesne kotły rusztowe z instalacją redukującą zanieczyszczenia.

ad 4. podłączenia do systemu elektroenergetycznego (indywidualne ogrzewania elektryczne)

• przygotowanie sieci i instalacji elektroenergetycznych do zwiększonego poboru mocy,
• wymiana liczników jednofazowych na liczniki trójfazowe, dwustrefowe,
• zamontowanie w mieszkaniach grzejników elektrycznych wraz z regulatorami temperatury lub zabudowa w istniejących piecach kaflowych grzałek elektrycznych z regulatorami temperatury.

instalacja wewnętrzna z licznikami	11,4 tys. zł
grzejniki elektryczne	37,5 tys. zł
przyłącze elektryczne	4,5 tys. zł
razem:	81,3 tys. zł

 

Odnawialne źródła energii, energia odpadowa

ENERGIA ODPADOWA. Pojęcie energii odpadowej związane jest z wszystkimi procesami, w trakcie których powstają zasoby energii o parametrach różniących się od parametrów otoczenia. Ponieważ o przydatności takiej energii decyduje poziom temperatury na jakim energia odpadowa jest dostępna w literaturze przedmiotu w użyciu jest pojęcie egzergia (a nie energia). W związku z czym można umownie wyróżnić źródła energii odpadowej o temperaturze powyżej 100 stopni C (technologiczne procesy wysokotemperaturowe - przy produkcji substancji chemicznych, obróbce metali, produkcji art. spożywczych np. piekarnie itd.), od 50-100 stopni C (procesy średniotemperaturowe np. procesy destylacji), od 20-do 50 stopni C (wody odpadowe, ścieki) i poniżej 20 stopni C (np. powietrze wentylacyjne). Chociaż ciepło z wentylacji należy do ostatniej kategorii, to jego przydatność w procesie racjonalizacji gospodarki cieplnej jest bardzo atrakcyjne (jest to wykorzystanie atrakcyjnego ciepła wewnątrzprocesowego). Straty wentylacji dla tradycyjnego budownictwa mieszkaniowego stanowią około 20-25% potrzeb cieplnych. W nowych budynkach o zwiększonej izolacyjności przegród budowlanych straty wentylacji stanowią nawet do 50% potrzeb cieplnych.

BIOMASA. Szacowane roczne zasoby na ternie Gminy Wrocław (zasoby na terenie gmin sąsiednich) wynoszą:

• słoma (30% uzysk słomy do energetycznego wykorzystania) - 36,2 TJ (67,8 TJ)
• plantacje energetyczne (wierzba krzewiasta, syberyjska, malwa) - 3,7 TJ (84,1 TJ)
• biogaz. We Wrocławiu działają: instalacja przy ul. Janowskiej, która wykorzystuje 90% wytworzonego biogazu (738 kW mocy cieplnej i 601 kW mocy elektrycznej); instalacja na Maślicach (moc elektryczna 480 kW)
• energia wiatru - Gmina Wrocław leży praktycznie poza granicą sfery możliwości wykorzystania energii wiatrowej.

POMPY CIEPŁA - uznawane za ciekawe, chociaż drogie rozwiązanie w zakresie ogrzewania budynków. Z kilku możliwych konfiguracji instalacji wykorzystującej pompy ciepła szersze zastosowanie wydają się mieć systemy biwalentne:

• równoległe - pompa ciepła pracuje jako jedyny generator ciepła do punktu dołączenia drugiego urządzenia grzewczego. Po przekroczeniu punktu dołączenia pompa pracuje równolegle z kotłem gzowym lub ogrzewaniem elektrycznym,
• alternatywne - pompa ciepła pracuje tylko do punktu przełączenia na drugie urządzenie grzewcze.

Przykładowo dla domku jednorodzinnego o pow. grzewczej 100 m2 (ceny netto):

projekt	2,0 tys. zł
pompa ciepła, kolektor gruntowy poziomy, węzeł cieplny c.o.	26,3 tys. zł
instalacja do przygotowania ciepłej wody użytkowej	1,6 tys. zł
razem:	29,9 tys. zł

KOLEKTORY SŁONECZNE - tylko systemy biwalentne np. kolektor połączony zasobnik ciepłej wody użytkowej z kotłem gazowym lub pompą ciepła. Przykładowo dla budynku jednorodzinnego zamieszkiwanego przez 4-5 osób.

• zestaw do całorocznego przygotowania ciepłej wody uyzytkowej i wspomagania ogrzewania - koszt zestawu wraz z montażem w euro 10 tys.
• zestaw do całorocznego przygotowania ciepłej wody użytkowej - koszt zestawu wraz z montażem w euro 4,6 tys.
• zestaw do wspomagania przygotowania ciepłej wody użytkowej -  koszt zestawu wraz z montażem 4 tys. euro.

Hewalex z Bestwinki pod Bielskiem. Najtańszy zestaw do ogrzewania wody dla czteroosobowej rodziny kosztuje w Hewaleksie niecałe 5 tys. zł (plus VAT). Chociaż jego efektywność uzależniona jest od pory roku, koszt instalacji szybko się zwraca (w ciągu 2 - 3 lat, w porównaniu do kosztów elektrycznego ogrzewania wody). - dane z 2006 r.

Aparel spod Łęczycy (własność Ergomu). Kompletny zestaw urządzeń gotowych do montażu w domku jednorodzinnym to wydatek rzędu 8,5 tys. zł. - dane 2006 r.

Okna

Podstawowym parametrem określającym jakość okien jest współczynnik przenikania ciepła - K:

• Dla pojedyncza tafli szkła w oknie  wynosi on 6W/m2K.
• Podwójne okna to około - 3W/m2K.
• Najlepsze okna np. z żelem krzemionkowym jako wypełnieniem osiągają współczynnik - 0,5 W/m2K.

Zapis symboliczny 6W/m2K oznacza, że jeśli różnica temperatur za oknem i wewnątrz pomieszczenia wynosi 1^oC, to przez 1m² okna przedostanie się 6W ciepła. Co oznacza, że gdy temperatura na zewnątrz wynosi np. -10^oC, a wewnątrz panuje 20^oC (różnica temp. 30^oC) - utrata ciepła osiągnie wartość:  30 * 6W = 180W.

W Finlandii do produkcji okien powszechnie stosuje się drewno. Jedynie 3% okien wytwarza się z PVC. Samo drewno wykorzystuje się w 30% produkowanych okien. Pozostałą część stanowią okna drewniano-aluminiowe. Rozwój i popularność tej właśnie technologii łatwo wytłumaczyć. Łączy ona bowiem zalety dwóch materiałów. Ościeżnica i ramiak wykonane z klejonego drewna zapewniają dobrą izolacyjność termiczną, trudną do uzyskania przy stosowaniu innych materiałów. Warstwowa budowa profili drewnianych zapewnia stabilność wymiarów. Wyeliminowano więc dotychczasową wadę - wypaczenie się profili z drewna litego.

Oszczędności energii a planowanie w miastach

Niewielkie kilkudziesięciotysięczne miasteczko Woking przoduje w Wielkiej Brytanii w oszczędzaniu energii. Roczne oszczędności kasy miejskiej wynoszą prawie mln funtów.  Jak to możliwe? o tym w artykule pt. Awangarda na prowincji.