W związku z drastycznym wzrostem cen nośników energii, bardzo interesującym tematem stały się zagadnienia związane z efektywnością i oszczędzaniem energii na ogrzewanie i wentylację. Nareszcie oprócz ochrony środowiska teraz również i aspekt finansowy znajduje się w centrum zainteresowania inwestora względnie użytkownika. Dlatego też oszczędza się nie tylko przy zużywaniu ciepła, lecz również przy jego wytwarzaniu. Ważne jest przy tym, aby poznać obustronne wpływy, co pokazuje przykład w niniejszym artykule.

Projekt
     Obliczenia zostały przedstawione dla hali produkcyjnej urządzeń wentylacyjnych i systemów odzyskiwania ciepła na Słowacji. Hala ta ma 120 m długości, 38 m szerokości i (na środku) 8 m wysokości. Produkcja odbywa się (co najmniej) na dwie zmiany przez 6 dni w tygodniu. W hali wykonywane są typowe prace obróbki metali, takie jak tłoczenie, spawanie, montowanie itd. Dlatego też konieczna jest skuteczna wymiana powietrza, wynosząca przynajmniej 15 m³/m²h. Obowiązują przy tym następujące warunki ramowe:

• minimalna temperatura zewnętrzna: -18°C,
• zalecana temperatura pomieszczenia: 18°C,
• temperatura powietrza odprowadzonego: 20oC,
• cena gazu ziemnego: 42,7 EUR/MW,
• cena energii elektrycznej: 83,7 EUR/ MW.

W tych warunkach zapotrzebowanie ciepła cyrkulacyjnego w całej hali wynosi 200 kW. Obliczone na tej podstawie 5,8 W na m³ objętości hali potwierdza wysoką jakość izolacji budynku, pierwszy warunek do oszczędzania energii.
     Dominuje przy tym zapotrzebowanie ciepła do wentylacji wynoszące 868 kW.

Możliwości oszczędzania
     Na podstawie wykorzystania obiektu i jego specyfiki, a także wymagań, istnieje kilka możliwości w zakresie oszczędności energii:

• dzięki dobrej izolacji potrzeba przepływu ciepła może zostać zredukowana. Zostało to uwzględnione przy konstrukcji hali. Następnie ważna jest równomierna temperatura wewnątrz hali, aby przez zbyt duże rozwarstwienie temperaturowe nie zwiększać strat ciepła;
• poprzez zastosowanie odzysku ciepła można w znacznym stopniu zredukować zapotrzebowanie na ciepło. Dodatkowo ważne jest efektywne rozprowadzenie strumieni, aby zminimalizować przepływ powietrza. Powietrze zewnętrzne musi dotrzeć tam, gdzie jest ono potrzebne – do pomieszczeń bytowych;
• oszczędzanie energii, a tym samym kosztów jest również możliwe przy produkcji ciepła; zamontowanie kotła z odzyskiwaniem ciepła pozwala zaoszczędzić ok. 14% energii pierwotnej. Przy tym spaliny zostają znacznie schłodzone poprzez niższą temperaturę czynnika grzewczego, przez co częściowo kondensuje powstała w czasie spalania para wodna. Wydajność kotła wzrośnie przez uwalniającą się energię parowania do ponad 100%, co zresztą nie jest magią, lecz bazuje na niezbyt szczęśliwie zdefiniowanej wartości opałowej. Efekt ten jest szczególnie skuteczny przy gazie ziemnym jako paliwie.

Rozwiązanie
     Na podstawie wstępnego badania Drezdeńskiego Instytutu Techniki Cieplnej (ILK Dresden) [1], w którym przebadano 5 różnych systemów chłodniczych i grzewczych hal, wybrano następujące rozwiązanie: wytwarzanie ciepła o mocy 500 kW w kotle z odzyskiem ciepła. Decydujące znaczenie dla wydajności jak i inwestycji ma wybór temperatury powrotnej i różnicy temperatur czynnika grzewczego na wlocie i wylocie. Z jednej strony wzrasta kondensacja a przez to dodatkowo nadające się do wykorzystania ciepło z niską temperaturą powrotną (patrz diagram na rys. 1), z drugiej zaś strony maleje moc grzejnika z temperaturą dopływową. Potrzebny był więc kompromis, który został osiągnięty za pomocą parametrów czynnika grzewczego nagrzewnicy wodnej 50/30°C. Dzięki temu osiągnięto średnią sprawność kotła wynoszącą 107,5%. Jednocześnie zwiększona inwestycja w większe urządzenie do ogrzewania powietrza utrzymała się w rozsądnych granicach.

Do wentylacji i ogrzewania zostało zainstalowanych 8 zdecentralizowanych urządzeń dachowych z odzyskiem ciepła (rys. 2). Pod względem zużycia energii te skuteczne urządzenia z przepływem powietrza wynoszącym po 8000 m³/h mają istotne zalety takie jak:

• w czasie cyrkulacji powietrza świeżego, dzięki zintegrowanemu płytowemu wymiennikowi ciepła, zostaje odzyskana energia; współczynnik odzysku ciepła wynosi 63%;
• poza godzinami pracy, a więc bez wentylacji, hala ogrzewana jest urządzeniami w trybie okresowym. Dlatego też nie potrzebne są żadne dodatkowe urządzenia grzewcze, ani statyczne powierzchnie grzewcze;
• rozdział powietrza, a tym samym ciepła, następuje poprzez automatycznie sterowany nawiewnik wirowy, który zapewnia, że świeże powietrze zewnętrzne dotrze tam, gdzie jest ono potrzebne. W ten sposób zostanie jednocześnie zminimalizowane rozwarstwienie temperaturowe, a tym samym utrata ciepła w hali.

Rentowność
(...)

Ekologia
(...)

Pełna treść artykułu dostępna jest w wydaniu
Chłodnictwo & Klimatyzacja nr 6/2009.

Zamów http://e-czasopisma.net/24-wydania-2009