Dnevi energetikov 2006

ENERGETSKO UČINKOVITA PREUREDITEV INŠTALACIJ

V STAVBAH

Mitja LENASSI

Lenassi inženiring, d. o. o.

Strojno inženirstvo in“sustainability design”

Strojno inženirstvo je razloženo kot “uporabna znanost pretvarjanja energije”.

Strojno inženirstvo služi potrebam in zahtevam sprejetih ekonomskih pravil in predvsem uporabnikom, ki pa se večinoma ne spogledujejo z moralnostjo razmerja energija/okolje.

Energetsko učinkovito načrtovanje, ki je sprejemljivo tudi za okolje, se imenuje “sustainability design”. Pomensko: “Oskrbeti današnje energetske potrebe brez zniževanja možnosti pokrivanja teh potreb v prihodnosti”.

V “sustainability design” se prepletajo trije osnovni elementi: okolje, ekonomija in družbeni sistem, ki se časovno neomejeno povežejo v zdravem stanju vzdrževan sistem.

“Energy Performance Building Directive” Evropska skupnost je leta 2002 sprejela smernico “Energy

Performance Building Directive” - EPDB 2002/91/EC. 

Namen evropske smernice: “Pospeševanje učinkovitosti izrabe energije v stavbah ob upoštevanju dejanskih lokalnih zunanjih klimatskih pogojev, ob doseganju ustreznih notranjih pogojev in spoštovanju kriterija stroški/učinkovitost”. 

Predpisuje pet zahtev, ki morajo biti vključene v zakonodajo posamezne članice: osnovni okvir metodologije za izračun energetske učinkovitosti stavbe uporaba najnižjih zahtev za energetsko učinkovitost novih stavb uporaba najnižjih zahtev za energetsko učinkovitost velikih obstoječih

stavb, ki so predmet prenove uvedba energetskega spričevala stavb redno pregledovanje kotlov in prezračevalno-klimatskih sistemov v

stavbah ter dodatno ugotovitev stanja učinkovitosti grelnih sistemov, v katerih so kotli starejši od 15 let

Pregled stanja zakonodaje v RS vezano na učinkovito rabo energije v stavbah

Pravilnik o toplotni zaščiti in učinkoviti rabi energije v stavbah (Uradni list RS, št. 42/02)

Pravilnik o racionalni rabi energije pri gretju in prezračevanju objektov ter pripravi tople vode (Uradni list RS, št. 31/84), ki ima več razveljavljenih členov

Pravilnik o prezračevanju in klimatizaciji stavb (Uradni list RS, št. 42/02 in 105/02)

Vsi trije pravilniki so naravnani predvsem in prvenstveno na varčevanje z energijo za ogrevanje in pripravo tople sanitarne vode. Ni pa zahtev za varčevanje z energijo, potrebno za hlajenje stavb, energijo za razsvetljavo, električne močnostne sisteme v stavbah.

Prvo priporočilo za energetsko učinkovitost inštalacij

Uporaba ameriškega standarda ANSI/ASHRAE/IESNA 90.1-2004: Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings (Energetski standard za stavbe z izjemo nizkih stanovanjskih stavb) 

Uporaba naprav s potrjenimi tehničnimi karakteristikami s strani organizacije EUROVENT - www.eurovent-certification.com

Najnižja zahtevana učinkovitost hladilnikov vode (1)

Tip hladilnika Velikost hladilne

moči

Najnižja zahtevana

učinkovitost

Postopek preverjanja

Zračno hlajen s prigrajenim kondenzatorjem, električno gnan

vse velikosti 2,80 COP 3,05 IPLV

Zračno hlajen brez kondenzatorja, električno gnan

vse velikosti 3,10 COP 3,45 IPLV

ARI 550/590

Vodno hlajen, z batnim kompresorjem, električno gnan

vse velikosti 4,20 COP 5,05 IPLV

ARI 550/590

< 528 kW 4,45 COP 5,20 IPLV

≥ 528 kW < 1.055 kW

4,90 COP 5,60 IPLV

Vodno hlajen, z vijačnim ali s spiralnim kompresorjem,

električno gnan

≥ 1.055 kW 5,50 COP 6,15 IPLV

ARI 550/590

< 528 kW 5,00 COP 5,25 IPLV

≥ 528 kW < 1.055 kW

5,55 COP 5,90 IPLV

Vodno hlajen, s centrifugalnim kompresorjem, električno gnan

≥ 1.055 kW 6,10 COP 6,40 IPLV

ARI 550/590

Najnižja zahtevana učinkovitost hladilnikov vode (2)

COP - "coefficient of performance" - predstavlja razmerje med pridobljeno hladilno energijo in vloženo pogonsko energijo v kW/kW.

IPLV - "integrated part-load value" - predstavlja COP-vrednosti pri 100-odstotni, pa tudi pri delnih obremenitvah (75-, 50- in 25-odstotni) ter se po standardu ARI 550/590 izračuna po enačbi:

IPLV = A*0,01 + B*0,42 + C*0,45 + D*0,12 Vrednosti A, B, C in D so izmerjene vrednosti COP pri 100-, 75-, 50- in 25-

odstotnih obremenitvah. Vrednost IPLV upošteva, da hladilnik vode največkrat vse leto deluje pod obremenitvijo, manjšo od 100-odstotne.

Tip hladilnika Velikost hladilne

moči

Najnižja zahtevana

učinkovitost

Postopek preverjanja

Zračno hlajen, absorpcijski, enostopenjski

vse velikosti 0,60 COP ARI 560

Vodno hlajen, absorpcijski, enostopenjski

vse velikosti 0,70 COP

Absorpcijski, dvostopenjski, indirektno gnan

vse velikosti 1,00 COP 1,05 IPLV

Absorpcijski, dvostopenjski, direktno gnan

vse velikosti 1,00 COP 1,00 IPLV

Število hladilnikov vode v odvisnosti od moči strojnice

Skupna hladilna moč strojnice

Število hladilnikov vode (agregatov)

≤ 1.055 kW 1

> 1.055 < 2.110 kW 2 enake moči

≥ 2.110 kW

najmanj 2 oziroma toliko kot potrebno, da ni nobeden

večji od 2.813 kW, vsi enake moči

Vrsta hladilnega kompresorja in absorpcijskega hladilnika glede na moč

Hladilna moč posameznega hladilnika

vode (agregata)

Vrsta električno gnanega hladilnika

vode - tip kompresorja

Vrsta hladilnika vode, gnanega s fosilnimi

gorivi

≤ 352 kW batni absorpcijski enostopenjski - direktno gnan

> 352 < 1.055 kW vijačni absorpcijski dvostopenjski - direktno gnan

≥ 1.055 kW centrifugalni absorpcijski dvostopenjski - direktno gnan

Razvrstitev hladilnikov vode v energetske razrede po EUROVENT (1)

Namesto ameriškega COP je naveden podatek EER

Vrednosti EER so razdeljene v razrede energetskeučinkovitosti od “A” do “G”, pri čemer predstavljapri vodno hlajenih posamezni razred: “A” EER > 5,05 “B” EER 4,65 5,05 “C” EER 4,25 4,65 “D” EER 3,85 4,25 “E” EER 3,45 3,55 “F” EER 3,05 3,45 “G” EER < 3,05

in pri zračno hlajenih: “A” EER > 3,1 “B” EER 2,9 3,1 “C” EER 2,7 2,9 “D” EER 2,5 2,7 “E” EER 2,3 2,5 “F” EER 2,1 2,3 “G” EER < 2,1

EER = Energy Efficency Ratio predstavlja količnik med dobljeno hladilnoenergijo in vloženo električno močjo, pri čemer te ne predstavlja samoenergija za pogon kompresorja, ampak je prišteta še energija za delovanjeavtomatike in varovanja ter predvsem izračunani vrednosti za pogon medijevpreko uparjalnika in kondenzatorja - zajeta odvisnost tlačnega padca prekoprenosnikov toplote.

Razvrstitev hladilnikov vode v energetske razrede po EUROVENT (2)

Dovoljena specifična poraba električne energije za pogon ventilatorja

Količina vtočnega zraka

CAV Constant Air Volume

VAV Variable Air Volume

< 9.400 l/s (33.840 m3/h)

1,9 kW / 1.000 l/s (0,527 kW / 1.000 m3/h)

2,7 kW / 1.000 l/s (0,750 kW / 1.000 m3/h)

9.400 l/s (33.840 m3/h)

1,7 kW / 1.000 l/s (0,472 kW / 1.000 m3/h)

2,4 kW / 1.000 l/s (0,667 kW / 1.000 m3/h)

Drugo priporočilo za energetsko učinkovitost inštalacij

Pri sistemih prezračevanja s količino zunanjega zraka enako ali večjo od 1.200 m3/h se mora (ni pa nujno, da tudi izplača) vgraditi sistem za zajemanje toplote.

Upoštevajoč kriterij “stroški/učinkovitost”: se pri količinah zunanjega zraka med 1.200 in 6.000 m3/h uporabi

prenosnike toplote s temperaturnim izkoristkom 45 % se pri količinah zunanjega zraka nad 6.000 m3/h uporabi prenosnike

z entalpijskim izkoristkom najmanj 50 % prezračevalno-klimatski sistemi naj bodo zasnovani in izdelani tako,

da nazivna električna moč elektromotorjev ventilatorjev nad vrednostjo 4,0 kW ne prekoračuje vrednosti 0,55 kW / 1.000 m3/h pri sistemih z nespremenljivim pretokom zraka (CAV) in ne več kot 0,75 kW / 1.000 m3/h pri sistemih s spremenljivim pretokom zraka (VAV)

Tretje priporočilo za energetsko učinkovitost inštalacij (1)

Investitor naj uvede “COMMISSIONING”, kizagotavlja:

da bodo strojno-inštalacijski sistemi izvedeni ter delujoči povsem tako, kot je bilo to z njegove strani zahtevano in nadalje s strani projektanta tudi zamišljeno

da je osebje, ki bo s sistemom upravljalo, ustrezno podučeno in usposobljeno 

“COMMISSIONING”, zajema: pripravo investitorjevih predpostavk in zahtev

pripravo opisnih in računskih izhodišč za načrtovanje z navedbo pričakovanih rezultatov delovanja naprav in sistemov

pripravo razpisnih pogojev

razdelitev odgovornosti med posameznimi izvajalci ter podizvajalci pred podpisi pogodb

preverjanje in potrjevanje delovanja naprav in sistemov skozi same faze načrtovanja ter samo izvedbo

podajanje kriterijev ocenjevanja za primopredajo in nadaljnje vzdrževanje ter sodelovanje pri usposabljanju osebja

spremljanje obratovanja strojno-inštalacijskega sistema preko vseh štirih letnih časov v uporabljani stavbi

Tretje priporočilo za energetsko učinkovitost inštalacij (2)

Namenski prezračevalni sistem zunanjega zraka - DOAS (Dedicated Outdoor Air System)

ZA PROTI

DOAS zagotavlja notranjo kakovost zraka (IAQ) popolnoma skladno z zahtevami ASHRAE Standard 62.2:2004.

Morebitno zvišanje začetnih stroškov zaradi postavitve vzporednega sistema prezračevanja.

Znižuje stroške za energijo v primerjavi z mešanim sistemom, ki zahteva preveč zunanjega zraka za doseganje termičnega ugodja v določenih situacijah in določenih prostorih.

Večji vzdrževalni stroški, ker ima stavba več sistemov.

Omogoča projektantu, da loči latentno (skrito) obremenitev od senzibilne (občutene) in tako zagotovi natančnejše nadziranje vlage v prostorih.

Zaradi prepletanja dveh sistemov v posameznem prostoru se lahko izjalovi učinek mešanja tokov na vseh mestih bivalnega območja.

Omogoča enostavno merjenje in uravnoteženje (nastavitev) potrebnih količin zunanjega zraka.

Skupna količina zraka obeh sistemov lahko prekorači vrednost enovitega sistema.

Nočno ohlajanje ZA PROTI

Energija, potrebna za kroženje zraka ponoči, je precej manjša od energije, potrebne za mehansko hlajenje podnevi.

Natančno nadziranje temperature mora biti zelo pazljivo, saj lahko povzroči prenizko temperaturo in s tem pritožbe uporabnikov v jutranjem času.

Mehansko nočno ohlajanje je zaradi nižjih zunanjih temperatur učinkovitejše. Prihranki so mogoči kljub temu, da se ponoči ustvarjena hladilna energija ne more 100-odstotno akumulirati v gradbeni konstrukciji.

Zaradi povečanega časa delovanja se oprema lahko hitreje iztroši, zvišajo pa se lahko tudi stroški vzdrževanja.

Obe različici potrebujeta samo minimalne spremembe osnovnega sistema, če sploh katere.

Navodila upravniku sistema morajo biti natančna, da bo razumel posledice takega načina delovanja.

Nočno ohlajanje lahko zagotovi boljše notranje okolje zaradi povečanega kroženja zraka ponoči - velja za različico z zunanjim kroženjem zraka.

Morebitna sprememba lastništva nepremičnine ali pa zamenjava upravnika sistema lahko povzroči neustrezno delovanje.

Uporabniki morajo biti o takem načinu delovanja ustrezno poučeni, da lahko razumejo in tudi dopustijo drugačno delovanje kot pri običajno delujočih sistemih.

Izpodrivno prezračevanje

ZA PROTI

Notranja kakovost zraka (IAQ) je višja kot pri siceršnjih prezračevalnih sistemih z mešanjem zraka.

Morebitna zapletenost kanalskega sistema za dovod zraka do poda.

Poraba energije je lahko nižja, ker omogoča daljšo uporabo prostega hlajenja.

Težko je zadovoljiti višje hladilne in ogrevalne potrebe.

Občutno višji investicijski stroški.

Količina zunanjega zraka vodenav odvisnosti CO2

ZA PROTI

CO2-vodenje znižuje porabo energije, saj preprečuje preveliko kondicioniranje zunanjega zraka.

Začetno zvišanje stroškov zaradi dodatnih tipal in regulacije.

Vzdržuje dejansko potrebno količino zunanjega zraka v odvisnosti od zasedenosti prostorov.

Dodatni vzdrževalni stroški.

Trenutno razvita tipala morda še niso povsem kos nalogi.

Spremenljivo vodenje vrtenja obtočnih črpalk

ZA PROTI

Spremenljivo vodenje vrtjajev črpalk zagotavlja "mehak" zagon in podaljšuje njihovo življenjsko dobo.

Spremenljivo vodenje vrtjajev črpalk zvišuje začetne stroške.

Spremenljivo vodenje vrtjajev črpalk in prehodni regulacijski ventili so samonastavljivi.

Spreminjanje nastavljene vrednosti razlike tlaka je mogoče zagotoviti samo z DDC-(Digital Direct Control)-vodenjem regulacijskih ventilov.

Sistemi s spremenljivim vodenjem vrtjajev črpalk so tišji.

Spremenljivo vodenje vrtjajev črpalke pri hladilnem stolpu odprte izvedbe zahteva dodatni način vzdrževanja polnila mokrega.

Spreminjanje nastavljene vrednosti razlike tlaka omogoča še dodatne prihranke in preprečuje nepotrebni nadtlak sistema.

Plinsko/oljno gnani absorpcijski hladilniki/kotli

ZA PROTI

Znižuje strošek za električno energijo.

Stroški zanj so okvirno še enkrat višji od stroškov za električni hladilnik.

Omogoča uporabo različnih virov energije, poleg plina lahko uporablja za delovanje tudi ELKO.

Velikost in teža zanj sta precej večji od primerljivega električnega.

Lahko se opusti posebni kotel za pripravo tople vode.

Količina odpadne toplote je občutno večja od električnega hladilnika: dvojna je pri enostopenjskem, 50 % večja pa pri dvostopenjskem.

Kot hladivo uporablja vodo in je zato okolju prijazen.

Posledično ustrezno večji hladilni stolp, cevovodi, obtočna črpalka in večja poraba sveže vode.

Omogoča razširitev sistema hladilne strojnice brez povečave električne moči.

Vzdrževalno osebje ne pozna tehnologije.

Ob ustreznem načrtovanju omogoča uporabo različnih virov energije.

Latentni hranilnik hladu - “banka ledu” -TES (Thermal Energy Storage)

ZA PROTI

Začetni stroški so lahko nižji, saj je hladilni sistem za proizvodnjo manjši, v obstoječih stavbah, ki se prenavljajo, pa sploh ni potreben. Potrebno dodatno hladilno moč je mogoče doseči s prigraditvijo TES-a.

Začetni stroški so lahko višji, če se hladilni sistem za proizvodnjo ustrezno ne zmanjša glede na običajno potrebnega brez TES-a.

Manjši hladilnik vode pomeni manjšo količino hladiva v sistemu in tako manjši negativni vpliv na okolje.

Energetsko uspešen TES zahteva večjo usposobljenost načrtovalca sistema.

Pri hladilnem sistemu s prigrajenim TES-om deluje hladilnik skoraj vedno blizu optimalnega izkoristka, kar lahko zniža letno porabo energije. Zaradi delovanja sistema pretežno v nočnem času je poraba energije, kljub temu da deluje z nižjo temperaturo uparjanja, nižja, saj je precej nižji tudi kondenzacijski tlak.

TES zahteva večji prostor od običajnega sistema hladilne strojnice.

Manjši negativni vpliv na okolje predstavlja posredno tudi uporaba "čistih" proizvodnih virov, saj so "umazani" lahko izključeni - neposreden vpliv na proizvodnjo toplogrednega plina CO2.

Obratovanje je zahtevnejše in potrebuje bolj usposobljenega vzdrževalca oziroma dodatno usposabljanje.

TES omogoča uporabo še drugih visoko učinkovitih tehnologij HVAC, ki ju predstavljata "Cold Air Distribution" in "Nighttime Heat Recovery".

TES pri prenovi stavbe ne zahteva povečanja električne priključne moči in povečanja transformatorske postaje.

Toplotne črpalke s toplotnim virom zemlja - GSHP (Ground-Source Heat Pumps)

ZA PROTI

Potrebujejo malo prostora za postavitev oziroma ni potreben poseben prostor za kotlovnico in hladilno strojnico.

Potrebna površina za namestitev zemeljskega prenosnika toplote.

Na prostem oziroma na vidnem območju okolice ni nameščene opreme.

Večji začetni stroški za zemeljski prenosnik toplote.

Ne potrebujejo prehodov skozi strehe, pohodnih površin na strehi ter arhitekturnih skrivanj.

Zahteva po dodatnem usklajevanju in nadziranju ter enovitem pristopu - največjo napako običajno predstavlja ločitev dimenzioniranja zemeljskega prenosnika toplote in ločeno dimenzioniranje celotnega sistema toplotnih črpalk - POTREBNO RAZUMEVANJE: Ne dimenzionira se zemeljski prenosnik, temveč sistem toplotnih črpalk z zemeljskim prenosnikom.

Obratujejo dokaj tiho.

Znižujejo obratovalne in vzdrževalne stroške.

Delujejo z enostavno regulacijo.

Zavzemajo manj prostora v dvojnem stropu.

Cevna zanka medija po stavbi praviloma ne potrebuje izolacije.

Instalacijski stroški (brez stroška za zemeljski prenosnik toplote) so nižji kot pri

Zajemanje deževnice

ZA PROTI

Zajemanje deževnice znižuje porabo sanitarne vode iz javnega omrežja in s tem povezane stroške.

Dodatni strošek za rezervoar in črpalko.

Voda je mehka in ne povzroča nabiranja "kamna", kar podaljšuje življenjsko dobo opreme in cevi.

Potreben prostor za rezervoar in črpalko.

Lahko zniža ali celo ukine potrebo po odvajanju meteorne vode.

Nastopajo dodatni stroški za vzdrževanje in obratovanje.

Potrebna morebitna uskladitev z lokalnim distributerjem.