Źródła ciepła

Co lepsze, pompa ciepła czy kocioł gazowy?

Na często zadawane pytanie, pompa ciepła czy kocioł gazowy, nie ma prostej odpowiedzi, ponieważ zależy ona od konkretnych warunków i możliwości. Można jednak pokusić się o odpowiedź przy pewnych założeniach brzegowych. Oto one:

Sprawność produkcji ciepła

• Sprawność dostarczania ciepła przez kocioł gazowy zmienia się, zależnie od temperatur zasilania oraz powrotu wody grzewczej wychodzącej z oraz powracające do kotła, w niewielkim zakresie. Dla przykładu kocioł kondensacyjny pracujący na wysokich parametrach tj. 80/50 stopni Celsjusza będzie miał 87% sprawność, a ten sam kocioł, przy niskich parametrach tj. 37/30 stopni Celsjusza osiągnie 98% sprawność. Temperatura zewnętrzna nie ma zatem bezpośredniego, ani dużego wpływu na sprawność kotła kondensacyjnego.

Jeśli masz pytanie z zakresu inżynierii, a nie znajdujesz zadowalającej odpowiedzi, lub potrzebujesz drugiej opinii, to konsultacje mogą pomóc.

• Sprawność pompy ciepła zależy silnie od warunków, w jakich pracuje. Im większa różnica temperatur pomiędzy miejscem, z którego ciepło pobiera, a do którego oddaje, tym mniejsza sprawność, czyli wyższy cena za pozyskanie ciepło. W takiej sytuacji spada również moc pompy, co oznacza, że wymaga ona wspomagania przez inne źródło ciepła np. grzałki elektryczne. Dla przykładu pompa ciepła korzystająca z powietrza zewnętrznego jako źródła będzie miała sprawność przy +12 stopniach Celsjusza na zewnątrz, grzejąc wodę do 35C, na poziomie COP=5,2 czyli 520%, a ta sama pompa przy -12 stopniach Celsjusza na zewnątrz, grzejąc wodę do 45C ma COP=1,8 tj. 180%.

Żywotność urządzeń

• Oczekiwana żywotność kotła będzie krótsza niż pompy ciepła. Wynika to z faktu, że w kotle gazowym dochodzi do spalania paliwa, wytwarzania spalin oraz kondensatu. To opiera się o szereg zjawisk fizycznych i reakcji chemicznych, do których dochodzi w komorze spalania, układzie spalinowym, odprowadzeniu kondensatu. Nie pozostaje to bez wpływu na żywotność urządzania. Producenci określają ją na około 15 lat, dla koła kondensacyjnego i 20 lat przy pompie ciepła.
• Poprawnie działający układ z pompą ciepła będzie niemalże bezobsługowy, a kocioł gazowy wymaga opieki i okresowych przeglądów. Wynika to z faktu, że pompa ciepła nie spala i nie przetwarza żadnego paliwa, dlatego w jej wnętrzu nie odkładają się np. osady — produkty przemian chemicznych. W kotle trzeba je okresowo czyścić. Dobrze działający kocioł kondensacyjny pozostawiony bez fachowego przeglądu na przykład przez 5 lat będzie w zasadzie nadawał się już do gruntownego remontu. Pompa ciepła po takim zaniedbaniu może nadal pracować, a jest to nawet możliwe, że zachowa się w jako takiej formie.
• Pompa ciepła wykorzystuje energię elektryczną do „pompowania” ciepła do budynku, daje tym samym możliwość zużycia prądu wyprodukowanego przez fotowoltaikę, do celów ogrzewania. Kocioł gazowy nie ma takiej możliwości.

Nasze rozwiązania lubimy prezentować w najprzydatniejszej dla Inwestorów formie, a mianowicie projektów wykonawczych. 

• Pompa ciepła pracując w trybie rewersyjnym (chłodzi, zamiast grzać), może dostarczyć do budynku, na przykład w lecie, chłód zamiast ciepła. Oznacza to, że jest ona w stanie, po odpowiednim przygotowaniu instalacji wewnętrznych do jego odbioru (np. przez chłodzenie powierzchniowe), uczestniczyć w chłodzeniu budynku. Kocioł gazowy nie daje takiej możliwości.

Możliwości urządzenia

• Praca w nieoptymalnych warunkach, na przykład przy niskim odbiorze ciepła przez budynek, drastycznie skróci żywotność głównego elementu pompy ciepła, jakim jest sprężarka. Dzieje się tak dlatego, że pompa jest zmuszana do wyłączenia, zanim osiągnie prawidłowe parametry pracy oraz ponownie załączana po krótkiej przerwie (tzw. taktowanie). Prowadzi to do przegrzewania głowicy sprężarki, a w konsekwencji przedwczesnego jej zużycia. Konstrukcja kotła gazowego sprawa, że jest on mniej wrażliwy na uszkodzenia spowodowane przez krótkie cykle pracy.
• Kocioł gazowy jest gotowy do pracy w pełnym spektrum swoich możliwości niezależnie od warunków. To znaczy, że może szybko dostarczyć dużą ilość ciepła, podgrzewając wodę jednocześnie do wysokiej temperatury, na przykład przy intensywnym przygotowywaniu ciepłej wody użytkowej. Szczególnie odczuwalne jest to w sytuacji gdy użytkownicy korzystają z kąpieli jednocześnie lub jeden po drugim. Pompa ciepła dostarcza ciepło spokojniej i najsprawniej przy niskich temperaturach wody grzewczej.

Cena za gaz i prąd

• Jeżeli lokalnie dostępny jest gaz przewodowy (ziemny), to nadal ekonomicznie wartym rozważenia będzie korzystanie z kotła gazowego kondensacyjnego, ponieważ relacja ceny urządzeń do kosztu energii pozostaje korzystna. Obowiązuje to nadal (na rok 2023) dla odbiorców indywidualnych, ponieważ zakładamy, że korzystają oni z cen regulowanych przez Urząd Regulacji Energetyki, a więc niższych niż rynkowe. Dla odbiorców przemysłowych, czyli firm, ta zależność nie będzie już taka oczywista i zależy mocno od faktycznego zużyci oraz stawek za energię. Stan aktualny obiektu należy na bieżąco śledzić. Polecamy to robić przy pomocy EnobCRM, czyli uporządkowanego systemu do oszczędzania ciepła i energii. Reasumując, kocioł kondensacyjny będzie tańszy w zakupie od równoważnego rozwiązania z pompą ciepła (przeciętnie cena całkowita zakupu rozwiązania z pompą ciepła będzie około trzykrotnie wyższa od kotłowni gazowej). Ponadto, różnica w cenie dostarczonego ciepła jest na tyle niewielka, że przy obecnych cenach, że należy zakładać jak wyżej.

To, co znajduje się powyżej to krótkie podsumowanie zalet i wad, jakie posiadają pompa ciepła czy kocioł gazowy. Nie wyczerpuję ono w żadnym wypadku bogatego wachlarza możliwości konfiguracji źródeł ciepła dla budynków.

przez Mpiekar2016

Jak odzyskiwać ciepło z chillera wody lodowej?

W ostatnim okresie zajmowaliśmy się projektem odzyskania ciepła z pracy urządzeń klimatyzacyjnych, potocznie zwanych chillerami. To zespoły, które dostarczają chłodną wodę, kosztem energii elektrycznej, wyrzucając z siebie spore ilości ciepłego powietrza. To z kolei tworzy okazję do ujar

zmienia traconego strumienia energii i zawrócenia go do ponownego wykorzystania w obiekcie.

Oczywiście, z ciepła odpadowego warto korzystać wyłącznie wtedy, gdy temperatury na zewnątrz są niskie, ale to nie jedyne kryterium. Bowiem na halach produkcyjnych często występuje podciśnienie, które jest powodowane pracą działającej tam wentylacji wywiewnej. Takie połączenie tworzy wymarzoną wręcz okazję do podniesienia efektywności energetycznej obiektu, czyli odzyskania np. 120MWh ciepła z chillerów z jednoczesną kompensacją podciśnienia w hali produkcyjnej.

Kiedy odzysk ciepła z obiektów i procesów technicznych, a kiedy magazynowanie ciepła?

Łatwiej to oczywiście powiedzieć niż zrobić, bowiem na drodze do sukcesu w takim przedsięwzięciu stają różnorodne przeszkody, natury czysto technicznej. Co bowiem zrobić w odzyskiem ciepła w lecie? Jak zapobiegać wykropleniu wilgoci w kanałach? Czy podciśnienie nie zaszkodzi chillerom?

Co jednak jest najważniejsze przy tego rodzaju projekcie? Otóż czas zwrotu inwestycji w taki odzysk ciepła, w rzeczywistych warunkach tego zakładu przemysłowego, to zaledwie 6 miesięcy, a oczekiwany okres funkcjonowania nowej instalacji będzie bardzo długi, praktycznie nieograniczony. Oczywiście wynik poprawy efektywności energetycznej będzie już wkrótce widoczny w EnobCRM.

przez Mpiekar2016

Czy gaz w nowych budynkach się opłaca?

Kiedy za oknem ciepło, a początek czerwca wreszcie dał nam takie dni, łatwo zapomnieć o zimie. Patrząc jednak na to, co nas niechybnie czeka za kilka miesięcy, to właśnie w sezonie grzewczym zużyjemy znaczną część ciepła i energii. Takie myślenie jest w sposób oczywisty zgodne z intuicją. Chociaż jak zapewne widziałeś w Ciepło i energia w budynkach udział ogrzewania ustawicznie spada, obecnie w nowych budynkach wynosi około 30-40 kWh/(m2*rok), a w przypadku niewiele tylko starszych budynków, był on bliższy 80-100 kWh/(m2*rok).

Co wskaże na konkretną ścieżkę oszczędności na cieple i energio oraz niedomagania gospodarowania nią w obiekcie?

Z ogrzewaniem i energią do tego potrzebną bywa jednak bardzo różnie. W niedawnym czasie skonfrontowałem się z dwoma jakże odmiennymi przypadkami. Pierwszy z nich to nowoczesny biurowiec, którego główne straty ciepła pochodzą od nowoczesnych, energooszczędnych, trójszybowych okien. Jest ich w nim bardzo dużo, a właściwie to niewiele jest tam zwyczajnych ścian. Jego sezonowe straty ciepła oscylują w okolicy 20 kWh/(m2/rok), co i tak jest dwukrotnie lepszym wynikiem niż to, na co wskazałem w poprzednim akapicie. Drugi to istniejący obiekt sakralny, którego ogrzewanie pochłania około 200 kWh/(m2/rok). Wniosek z ich analizy mam taki, że cokolwiek nie zrobimy w przypadku tego drugiego budynku, gdy chodzi o źródła ciepła czy instalacje, to i tak nawet nie zbliżymy się do tego pierwszego obiektu. Kluczem do oszczędności jest to, co już nie raz tutaj podkreślałem, niezużywanie, a dopiero później tania energia.

Porównanie na przykładzie

Spójrzmy zatem bliżej na przykład tego pierwszego obiektu. Porównałem cenę inwestycji w ogrzewanie oparte na systemie wodnym wraz z kotłownią gazową, czyli powiedziałbym klasyka, z układem grzewczym i chłodzącym opartym o pompy ciepła powietrze/powietrze i co się okazało? Otóż ten drugi układ jest nie tylko tańszy w inwestycji, ale biorąc pod uwagę stosunkowo wysoką sprawność pomp (COP podczas grzania jest około 2,5) to również w kosztach eksploatacji. Różnica na niekorzyść gazu to 30% rocznego kosztu za ciepło, a sama inwestycja na starcie jest tańsza o solidne 15%. Zmierzam do tego, że aby w ogóle móc o takich oszczędnościach dyskutować, to zapotrzebowanie obiektu musi być rozsądnie niskie. Nie da się tego zrobić dla obiektu numer dwa, bo potrzebuje on 10 razy więcej ciepła w odniesieniu do każdego metra kwadratowego swojej powierzchni.

Pełna tabela, dla różnych budynków, wraz z komentarzem odnośnie sposobu korzystania, w formacie PDF lub XLSX?

Tym samym zamyka się dla niego droga korzystania z najlepszych rozwiązań technicznych. Najtańsza, w ogólnym rozrachunku jest i będzie wysoka efektywność energetyczna samego obiektu. Co dla wielu osób nadal jest przeciw ich intuicji, to źródła ciepła dla obiektu oraz instalacje mają paradoksalnie drugorzędne znaczenie.

Jeżeli masz nadal wątpliwości, to wyśmienicie. Sprawdź to, o czym mówię, korzystając z dowolnej porównywarki cen energii w internecie. Osobiście używałem Enerad, który jest dosyć przejrzysty, a znajdziesz go po samej nazwie bez trudu. Tam wybierz taryfy dla przedsiębiorstw (te dla osób prywatnych nie mają obecnych cen rynkowych) i porównaj koszt za kWh dla gazu i prądu. Następnie podziel oczekiwane zużycie ciepła odpowiednio przez 0,9 dla gazu i 2,5 dla prądu (z powietrzną pompą ciepła) lub jeżeli wolisz, to zajrzyj od razu na wyniki, które zestawiłem w tabeli poniżej. Zwróć uwagę na moje podkreślenia i wykrzykniki.

To między innymi miałem na myśli, pisząc, że gaz przy dzisiejszych cenach i stanie techniki grzewczej  przestaje być optymalnym wyborem.

przez Mpiekar2016

Cudowne źródła ciepła, przełom w ogrzewaniu?

Mamy ostatnio do czynienia z prawdziwym wsypem różnych pomysłów na tanie wytwarzanie ciepła, głównie w Internecie. Nie odwołamy się w tym miejscu do linków do każdego z przykładów, ponieważ nie należą im się te dodatkowe kliknięcia. Pierwszy z brzegu przykład polega w uproszczeniu na wprawieniu dużej masy w ruch i zasilaniu silnika elektrycznego, który ją napędza energią, którą dostarcza prądnica, z nią samą połączona. Czytając poprzednie zdanie, to sami mamy wrażenie masła-maślanego, ale tak to właśnie miało działać. Taki obieg zamknięty, jak mogłoby się wydawać. Inny pomysł to kolejna już wariacja na temat urządzeń grzewczych elektrycznych opartych o nieco inne procesy generowania ciepła niż tradycyjna grzałka, czyli drut oporowy. W tym przypadku chodził o efekt mikrofalowy - znany z popularnych kuchenek.

Nowe, cudowne technologie

Każdemu z tych internetowych odkryć towarzysz spore zaciekawienie czytelników, połączone zazwyczaj z „a to widziałeś?” W komplecie bywa link i jakiś film na youtube. No cóż. „Nowe” technologie, z naciskiem na cudzysłów wokoło słowa nowe, zwykły pojawiać się ostatnio jak grzyby po deszczu. Większość z tych, które bywają zwodnicze, można rozpoznać już na pierwszy rzut oka po tym, że przyjmują takie uczone, mądre nazwy. Ma to na celu przyozdobić je niezasłużonym nimbem naukowości. Naga prawda jest jednak taka, że niezmiennie pozostają one osadzone w obszarze zjawisk fizycznych ograniczonych brutalnie przez rzeczywistość, czyli perpetuum mobile – nie istnieje.

Poprawność doboru pompy ciepła albo przedyskutowanie możliwości zastosowania hybrydowych źródeł ciepła?

Chodzi mi o odróżnienie urządzeń działających na naukowych podstawach od pomysłów, które w swoim założeniu mają udawać te pierwsze, ale tak naprawdę są zwodnicze. Jedno, czego nie zmienią żadne zabiegi, to zasady fizyki, które nadal, uparcie obowiązują. Każdy z tych pomysłów, reklamowany jako cudowna technologia, musi mieć i faktycznie ma deficyt energii, czyli daje jej mniej, niż pobiera. W tym też niczym nie różni się od zwykłej grzałki, czy czajnika, których sprawność jest w pobliżu jedności, czyli 99%.

Dużą natomiast zmiana, którą odczytujemy już jako pewną jest to, że czas innych źródeł energii, oprócz prądu elektrycznego, w Europie się kończy. Stąd różne pomysły na wykorzystanie właśnie energii elektrycznej jako podstawowego źródła ogrzewania. Urządzenia, które faktycznie dokładają do układu więcej energii niż prąd, który pobierają do swojej obsługi, to pompy ciepła i działają na zupełnie innej zasadzie. Europa będzie więc podążać ścieżką wytwarzania i magazynowania energii oraz zużywania jej w postaci prądu elektrycznego, zamiast gazu o węglu nie wspominam już w ogóle. Tyle że w dużej skali, czyli całego kontynentu.

przez Mpiekar2016

Jaki magazyn energii?

Magazyn to zapas energii, z którego chcemy bądź wręcz musimy później skorzystać. Wyzwaniem jest zakumulowanie energii pozyskanej w lecie, kiedy mamy jej nadmiar, a wykorzystanie w zimie, kiedy jest deficyt. Pomysły są różne, na przykład magazyny energii elektrycznej, a więc akumulatory, pompy ciepła rozgrzewające obiekty o znacznej masie np. grunt znajdujący się pod budynkiem. Poza wykorzystaniem wirtualnego magazynu w sieci elektroenergetycznej, który wydawał się najbardziej oczywisty i do niedawna całkiem dostępny, nie ma łatwej możliwości magazynowania energii przez czas dłuższy niż kilka dni czy tygodni, a o pół roku można w ogóle zapomnieć.

Energia elektryczna

Potrzeba magazynowania stała się z racji konfliktu i rosyjskiej agresywnej polityki tematem bardzo na czasie. Kryzys energetyczny podkreślił też nowe definicje, o których wcześniej nikt nawet nie rozmawiał. Oprócz magazynu ciepła lub energii, jest także autokonsumpcja, czyli maksymalizacja zużycia, bez oddawania jej do sieci. Warto w tym miejscu zaznaczyć, że sieć elektro-energetyczna jako taka nie jest prawdziwym magazynem.

Jak sprawdzić opłacalność inwestycji w nowoczesną technologię grzewczą? ; Analizy przedprojektowe efektywności energetycznej?

Właśnie w kierunku ograniczenia jej wykorzystanie, czyli zwrotu do sieci, poszły zmiany w polskim prawie, które weszły w życie z początkiem kwietnia 2022 roku tj. zastąpienie net-metteringu przez net-billing. Chodzi o rozliczanie nadprodukcji energii na przykład z instalacji fotowoltaicznych. W tym pierwszym była możliwość wysyłania do wirtualnego magazynu w sieci, a później otrzymania z powrotem na przykład 70% (80% dla osób prywatnych) energii wyprodukowanej przez prosumenta. W drugim rozliczenie sprzedaży, a później zakupu, odbędzie się po różnych cenach. Poza wykorzystaniem wirtualnego magazynu w sieci elektroenergetycznej, który wydawał się najbardziej oczywisty, magazyny energii elektrycznej, a więc akumulatory umożliwiają magazynowanie na krótko, rzędu kilka dni czy tygodni.

Ciepło

Tutaj mówimy o pozyskaniu oraz zmagazynowaniu ciepła, z myślą o późniejszym wykorzystaniu. Interesującą opcją jest zawsze pozyskanie go z najwyższą możliwą sprawnością. Szczególnym przykładem takiego schematu będzie układ pomp ciepła, pracujący i ładujący bufor w ciągu ciepłego okresu dnia, a przekazujący energię do obiektu w czasie zimnej nocy.

Schemat ideowy takiego rozwiązania znajdziesz poniżej. Jak łatwo zauważysz, opiera się on na wykorzystaniu więcej niż jednej pompy ciepła, do piętrzenia temperatury oraz magazynowaniu go w zbiorniku akumulacyjnym. Układ zaczyna skutecznie działać, gdy pojemność takiego magazynu jest wystarczająco duża w odniesieniu do dobowego zapotrzebowania obiektu na ciepło. Dla przykładu zbiornik o pojemności 4m³ pozwoli zmagazynować około 100kWh energii.

Korzyść bierze się z podwyższonej sprawności pomp ciepła, które pobiorą energię z dolnego źródła, na przykład powietrza, w najlepszych, dostępnych aktualnie warunkach. Dodatkową zaletą jest także obecność samego bufora, która tworzy możliwość kierowania do niego i magazynowania, ciepła odpadowego pochodzącego również z innych procesów, które aktualnie pracują w obiekcie. Jak zawsze, cała sztuka polega na tym, aby zawracać i korzystać wielokrotnie z ciepła i energii, płacąc za nią tylko raz.

Dobowy magazyn ciepła i energii. Pozwala korzystać z tańszego źródła lub magazynować nadmiar ciepła pochodzący z odzysku, do wykorzystania np. w nocy.

Nie mniej ciekawym zagadnieniem jest magazynowanie ciepła w długim okresie czasu poprzez zakumulowanie energii pozyskanej na przykład w lecie, kiedy mamy jej nadmiar, a wykorzystanie w zimie, kiedy jest deficyt. Pomysły są różne, na przykład pompy ciepła rozgrzewające obiekty o znacznej masie np. grunt znajdujący się pod budynkiem.

Bilansowanie

Odpowiedź moim zdaniem leży jednak gdzie indziej, a mianowicie w efektywnym projektowaniu zasobów i gospodarowaniu nimi. Jak powtarzał Ginter Schlagowski, którego miałem przyjemność i zaszczyt poznać i od którego wiele się nauczyłem, „ciepła do ogrzewania [w budynku pasywnym – bo o tym rozmawialiśmy] potrzeba tak mało, że nawet nie opłaca się go mierzyć”. Wiedział, o czym mówi, bo poświęcił znaczną część życia na zgłębianiu możliwości podniesienia efektywności energetycznej, ze szczególnym uwzględnieniem budynków.

przez Mpiekar2016