efektywne podgrzewanie ciepłej wody użytkowej po sezonie grzewczym

Efektywne podgrzewanie ciepłej wody użytkowej

poza sezonem grzewczym

Sprawność źródła ciepła w sezonie grzewczym i poza sezonem grzewczym

Porównanie kosztów podgrzewanie wody użytkowej po sezonie grzewczym

Emisje zanieczyszczeń w trybie podgrzewania wody użytkowej

Wydanie 1/2017

25.05.2017

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

2

Struktura wydatków gospodarstw domowych

w Polsce (dane GUS, n = 37.181)

Źródło: „Budżety gospodarstw

domowych w 2013 r.”, Główny

Urząd Statystyczny 2014

Edukacja

1,2%

Kieszonkowe

1,6%

Napoje alkoholowe,

wyroby tytoniowe

1,6%

Hotele, restauracje

2,9%

Inne wydatki

4,1%

Wyposażenie prowadzenie

gospodarstwa domowego

4,7%

Łączność

5,1%

Zdrowie

5,1%

Odzież i obuwie

5,1%

Inne towary i usługi

5,8%

Kultura i rekreacja

6,5%

Transport

9,6%

Ogrzewanie, energia

elektryczna, media

20,8%

Żywność i napoje

24,9%

Wydatki na energię i media stanowią jedną

z największych części budżetów domowych

zgodnie z danymi GUS. Większą ich część

zajmują wydatki na ogrzewanie domu

oraz podgrzewanie ciepłej wody

użytkowej.

3

Struktura zużycia energii dla gospodarstw

domowych w Polsce (dane GUS, n = 4.576)

Według danych GUS, podgrzewanie ciepłej wody użytkowej powoduje blisko 15%

całkowitego zużycia energii w domu. Trzeba pamiętać, że są to dane określone na

podstawie bilansów zebranych z ponad 4,5 tys. domów. Statystycznie standard

energetyczny budynków w Polsce nie jest najwyższy. Według badań CATI CEM i Instytutu

Ekonomii Środowiska (2016) 40% domów jest całkowicie pozbawionych izolacji cieplnej,

a w dalszych 23% izolacja jest „symboliczna” (5÷8% cm). Udział energii potrzebnej dla

podgrzewania wody będzie zdecydowanie wyższy w nowych energooszczędnych

budynkach. Zastosowanie wysokosprawnego systemu podgrzewania wody będzie więc

szczególnie ważne w projektowanych domach lub też poddawanych termomodernizacji.

Źródło: „Zużycie energii w gospodarstwach domowych w 2012 r.”, Główny Urząd Statystyczny 2014

4

Przykładowy bilans energii domu

jednorodzinnego o standardzie WT 2017

Udział ciepła potrzebnego dla podgrzewania wody użytkowej w energooszczędnym domu

z pompą ciepła i rekuperatorem, spełniającego wymagania warunków WT 2017, może

wynosić około ¼ całkowitej ilości energii (łącznie z zasilaniem wyposażenia domu).

Widoczny jest wysoki udział ciepła dla podgrzewania wody w miesiącach letnich.

kWh

Źródło: Powierzchnia ogrzewana 220 m2, zużycie dzienne ciepłej wody 300 litrów,

wyposażenie domu wyłącznie zasilane energią elektryczną (brak gazu ziemnego)

5

Udział ciepła dla podgrzewania

ciepłej wody użytkowej

Udział ciepła niezbędnego do podgrzewania wody użytkowej w przykładowym domu

jednorodzinnym spełniającym Warunki Techniczne WT 2017 wyniósł 24% w całkowitym

bilansie energii ( poprzedni slajd). Biorąc pod uwagę jedynie bilans ciepła (ogrzewanie

pomieszczeń CO oraz podgrzewanie wody użytkowej CWU), udział ciepła dla rocznego

podgrzewania wody CWU wyniesie tu 35%.

Przez 5 miesięcy V-IX spoza sezonu grzewczego, gdy potrzeby ogrzewania występują

sporadycznie tylko w okresach przejściowych, udział ciepła zużywanego dla podgrzewania

wody znacząco wzrasta do blisko 90% (w przykładowym budynku 86%). Im wyższy jest

udział ciepła dla podgrzewania wody tym niższa będzie sprawność źródła ciepła. Obniżenie

sprawności poza sezonem grzewczym będzie zależeć od standardu technicznego źródła.

Cały rok Pora ciepła Sezon grzewczy

220 dni 145 dni

6

Podgrzewanie ciepłej wody użytkowej (CWU)

po sezonie grzewczym

W trakcie sezonu grzewczego źródło ciepła pracuje przez przeważającą część doby na

potrzeby ogrzewania budynku. W razie potrzeby podgrzania wody CWU, następuje

chwilowe przełączenie trybów pracy – z ogrzewania domu CO na podgrzewanie wody CWU.

Podgrzewanie wody CWU po sezonie grzewczym wiąże się ze sporadycznym włączaniem

źródła ciepła w ciągu doby. Stanowi to zasadniczą różnicę wpływającą istotnie na sprawność

pracy źródła ciepła w tym okresie.

7

Skąd wynikają znaczące różnice w sprawności

źródeł ciepła w trybie podgrzewania CWU?

Sprawność pracy źródeł ciepła jakimi są różnego

rodzaju kotły grzewcze, a także pompy ciepła,

podgrzewacze przepływowe, bojlery itd., jest zależna

od bardzo wielu czynników. Pomiędzy źródłami ciepła

występują różnice już w samych sprawnościach

maksymalnych. Jest to zależne przede wszystkim od

konstrukcji urządzenia.

Dodatkowo występują znaczące często różnice

w sprawnościach uzyskiwanych w różnych trybach

pracy przez to samo źródło ciepła. Starsze urządzenia

mogą się cechować „przyzwoitą” sprawnością w

głównym trybie pracy – ogrzewania budynku. Jednak

przy niższym obciążeniu, także poza sezonem

grzewczym, ich sprawność może ulegać znaczącemu

obniżeniu. Nowoczesne źródła ciepła potrafią

utrzymywać wysoką sprawność pracy w szerokim

zakresie obciążeń cieplnych.

75%

50%

8

Praca kotła na cele ogrzewania budynku

i podgrzewania ciepłej wody użytkowej

Ciepło wytwarzane przez kocioł w sezonie grzewczym jest na bieżąco wykorzystywane

i oddawane albo do instalacji grzewczej, albo do wody użytkowej. Czas trwania sezonu

można średnio przyjąć na 220 dni. Woda użytkowa jest potrzebna dłużej, nawet przez

365 dni, a więc obciążenie cieplne kotła poza sezonem grzewczym będzie znacznie

mniejsze. Ciepło gromadzone wówczas w kotle będzie w dużej mierze tracone do otoczenia

kotła i do komina.

Ciepła woda użytkowa

365 dni/rok

Ogrzewanie budynku

220 dni/rok

9

Porównanie kotła stojącego i kotła wiszącego

- ciężar i pojemność wodna

Kotły stojące opalane paliwami stałymi cechują się zdecydowanie wyższym ciężarem

korpusu i większą pojemnością wodną w porównaniu do gazowych kotłów wiszących.

Charakter pracy kotła stojącego jest „pojemnościowy”, podczas gdy kotła wiszącego

„przepływowy”. Odgrywa to szczególne znaczenie w okresie eksploatacji po sezonie

grzewczym, gdy praca kotła jest wymagana sporadycznie w ciągu dnia, zwykle 23 razy

dziennie, w połączeniu z pojemnościowym podgrzewaczem wody użytkowej.

Kocioł węglowy 25 kW

Ciężar korpusu kotła: 250 kg

Pojemność wodna: 70 dm3

Kocioł gazowy 25 kW

Ciężar wymiennika ciepła

spaliny/woda spalania: 4 kg

Pojemność wodna: 7 dm3

10

Porównanie warunków rozruchu kotła

w trybie pracy podgrzewania wody CWU

Doprowadzenie temperatury wody w kotle do wymaganego poziomu (aby podgrzewać

wodę w podgrzewaczu do 4555 oC) wiąże się z koniecznością podgrzania samej wody

kotłowej i korpusu kotła (stal, izolacja cieplna). W przypadku kotła stojącego na paliwo stałe

wymagane będzie doprowadzenie ok. 6 kWh ciepła, co przy mocy grzewczej 24 kW może

zająć około 15 minut. W przypadku kotła wiszącego taki sam przyrost temperatury (T = 45

K) wymaga doprowadzenia znacznie mniejszej ilości ciepła (ok. 0,4 kWh) w krótkim czasie.

Kotły kondensacyjne nie muszą utrzymywać minimalnej temperatury dyżurnej jak znaczna

część kotłów stałopalnych pozbawionych możliwości samoczynnego zapłonu.

35 oC

80 oC

6 kWh

15 min. 20 oC

65 oC

0,4 kWh

1 min.

11

Analiza kosztów podgrzewania

ciepłej wody użytkowej

i emisji zanieczyszczeń

Koszty eksploatacyjne i emisje zanieczyszczeń

przy podgrzewaniu ciepłej wody użytkowej

12

Koszty podgrzewania wody

zł brutto (dla 145 dni)

Porównanie kosztów podgrzewania wody

użytkowej poza sezonem grzewczym (145 dni)

Ilość ciepłej wody 300 l/dzień 10/45 oC, potrzeby cieplne (145 dni): 1900 kWh. Najniższe

koszty podgrzewania wody poza sezonem grzewczym może zapewnić połączenie kotła

kondensacyjnego z kolektorami słonecznymi (jeszcze niższe uzyskano by oczywiście przy

rzadziej stosowanym połączeniu pompy ciepła z kolektorami słonecznymi)

Opis założeń dla kalkulacji kosztów

podgrzewania ciepłej wody użytkowej

13

Założenia dla porównania kosztów

podgrzewania ciepłej wody użytkowej

Rodzaj

paliwa/energii Założenia dla kalkulacji kosztów

Drewno Cena paliwa: drewno 220 zł/m.p., pelety 800 zł/t (standardowe /ceny rynkowe

z transportem). Sprawności kotłów poza sezonem grzewczym 70% (pelety)

i 50% (drewno).

Energia elektryczna Cena energii uśredniona dla taryfy 2-strefowej G12w (dane Tauron) równa

0,475 zł/kWh. Efektywność COP pompy ciepła powietrze/woda poza sezonem

grzewczym przyjęta jako 4,5 – wyższa niż dla pompy ciepła solanka/woda 3,5

z uwagi na wyższe temperatury dolnego źródła ciepła (powietrze w porze

ciepłej będzie mieć wyższe temperatury niż grunt szczególnie po sezonie

grzewczym).

Węgiel Cena paliwa: ekogroszek 760 zł/t, miał 477 zł/t (dane GUS). Sprawność kotła

węglowego poza sezonem grzewczym: 50% na miał i 65% na ekogroszek.

Gaz ziemny Cena paliwa: gaz ziemny GZ50 od 1,70 do 1,87 zł/m3 wg taryfy W-3, zależnie

od rocznego zużycia gazu (wyższa cena dla kotła kondensacyjnego z uwagi

na niższe zużycie gazu). Sprawność kotła poza sezonem grzewczym:

stałotemperaturowego 60%, niskotemperaturowego 80%, kondensacyjnego

98%. Pokrycie potrzeb cieplnych dla wody użytkowej przez instalację solarną

w okresie V-IX (145 dni) zakładane na 70%.

14

(kg/145 dni)

CO2

Dwutlenek węgla CO2 nie jest sam w sobie zanieczyszczeniem, a naturalnym produktem

spalania paliw. Jest uznawany za gaz wpływający na ocieplenie klimatu, stąd dąży się

redukcji jego emisji. Spalenie paliwa do postaci CO2 oznacza, że jest ono całkowite, czyli

wykorzystano w pełni energię zawartą w paliwie. W przypadku urządzeń elektrycznych

miejscowa emisja CO2 jest zerowa (emisję powoduje spalenie paliwa w elektrowni).

W przypadku drewna często traktuje się spalanie jako bez emisyjne, uznając że ilość CO2

wyemitowana w trakcie spalania jest równa ilości CO2 zaabsorbowanej przez drzewo

w ciągu jego życia.

Porównanie emisji dwutlenku węgla (CO2)

- poza sezonem grzewczym (145 dni)

Ilość ciepłej wody 300 l/dzień,

podgrzewanie 10/45 oC, potrzeby

cieplne (145 dni): 1900 kWh

Wskaźniki emisyjności według

KOBIZE (Krajowy Ośrodek

Bilansowania i Zarządzania

Emisjami)

15

(kg/145 dni)

CO

Porównanie emisji tlenku węgla (CO)


Tlenek węgla CO jest wynikiem nie całkowitego spalania paliwa. Powodem jest głównie

niedokładne zmieszanie paliwa z powietrzem, stąd wyższe emisje CO mają miejsce przede

wszystkim w przypadku paliw stałych. Gaz ziemny może być bardzo dokładnie mieszany

z powietrzem zanim jeszcze dotrze do komory spalania kotła, stąd też emisja CO jest w jego

przypadku śladowa. Dla urządzeń elektrycznych lokalna emisja zanieczyszczeń jest zerowa.

Znaczne obniżenie emisji CO można uzyskać przy wykorzystaniu energii odnawialnej,

na przykład poprzez zastosowanie kolektorów słonecznych.







Emisjami)

16

(kg/145 dni)

Pył zawieszony

Porównanie emisji pyłu zawieszonego


Powszechnie znany problem złej jakości powietrza jest w największej części wynikiem

spalania paliw stałych w małych źródłach ciepła, np. kotłach, czy piecach kaflowych.

Problem smogu jest szczególnie widoczny w sezonie grzewczym, ale także poza nim emisje

zanieczyszczeń pozostają wysokie, szczególnie w przeliczeniu na ilość wytwarzanego ciepła

(wobec niskiej sprawności kotłów na paliwa stałe poza sezonem grzewczym). Dla urządzeń

elektrycznych emisje lokalne są zerowe, ale także globalne pozostaną niskie, ponieważ

skuteczność oczyszczania spalin w elektrowniach jest zdecydowanie wyższa niż

paleniskach domowych

(gdzie w zasadzie nie

stosuje się w ogóle

oczyszczania spalin)







Emisjami)

17

(kg/145 dni)

SO2/SOx

Porównanie emisji tlenków siarki (SO2/SOx)


Związki siarki są silnie toksyczne i wpływają bezpośrednio na zdrowie człowieka oraz stan

środowiska naturalnego (m.in. kwaśne deszcze). Powodem ich emisji jest przede wszystkim

zawartość siarki w paliwie, co dotyczy w szczególności węgla. Śladowe emisje SO2/SOx

powoduje spalanie drewna, czy tym bardziej gazu ziemnego. W przypadku urządzeń

elektrycznych emisja tlenków siarki będzie miała miejsce w miejscu wytwarzania energii,

ale będzie ona śladowa. Elektrownie, czy elektrociepłownie wyposażane są od dawna

w skuteczne instalacje odsiarczania spalin.







Emisjami)

18

(kg/145 dni)

NO2/NOx

Porównanie emisji tlenków azotu (NO2/NOx)


Związki azotu są silnie toksyczne i oddziałują w szerokim zakresie negatywnie na zdrowie

człowieka. Przyczyniają się także do rozwoju efektu cieplarnianego i smogu. Ich emisja jest

wynikiem zawartości azotu w paliwie i powietrzu do spalania oraz mechanizmów samego

procesu spalania. Najwyższe emisje azotu powstają przy spalaniu paliw stałych, ale także

zauważalne są przy spalaniu „czystego” paliwa jakim jest gaz ziemny. Znaczny wpływ

odgrywa tutaj konstrukcja palnika i temperatura spalania, która dla ograniczenia takiej emisji

powinna być obniżana. Lokalna emisja tlenków azotu dla urządzeń elektrycznych jest

zerowa.







Emisjami)

19

Podsumowanie – efektywne i ekologiczne

sposoby podgrzewania ciepłej wody użytkowej

Pompa ciepła

Gazowy kocioł kondensacyjny. Instalacja solarna

Podgrzewanie wody użytkowej za pomocą kondensacyjnego

kotła gazowego pozwala uzyskać niskie koszty eksploatacyjne

i jednocześnie minimalne emisje zanieczyszczeń. To także

rozwiązanie komfortowe w użytkowaniu. Klasę efektywności

przy zastosowaniu kolektorów słonecznych można zwiększyć

do poziomu A+ i dodatkowo obniżyć koszty eksploatacyjne oraz

emisje zanieczyszczeń.

Podgrzewanie wody użytkowej za pomocą pomp ciepła

zapewnia najniższe koszty eksploatacyjne i lokalnie (w miejscu

zabudowy) zerowe emisje zanieczyszczeń. Możliwe jest

zastosowanie pomp ciepła wody użytkowej w wbudowanym

zasobnikiem lub pomp ciepła 2-funkcyjnych powietrze/woda

lub solanka/woda. Wysoki udział energii odnawialnej w bilansie

energetycznym pozwala uzyskiwać klasę A+, a nawet A++

w trybie podgrzewania ciepłej wody użytkowej.

Chłodzenie

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

Ogrzewanie

Energia odnawialna

Kotły gazowe

Kotły olejowe

Pompy ciepła

Kolektory słoneczne

Systemy wentylacji

efektywne podgrzewanie ciepłej wody użytkowej po sezonie grzewczym

Education