Ενεργειακή Βαθµονόµηση Κτιρίων µε Χρήση Μοντέλων Βαθµοηµερών Θέρµανσης

Transcript

1 ΙΗΜΕΡΙ Α ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ. Η ΘΕΣΗ ΤΟΥΣ ΣΤΟ ΝΕΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΤΟΠΙΟ ΤΗΣ ΧΩΡΑΣ ΚΑΙ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ Λάρισα, 29/11-2/12/2007 Ενεργειακή Βαθµονόµηση Κτιρίων µε Χρήση Μοντέλων Βαθµοηµερών Θέρµανσης Α. ΤΖΑΧΑΝΗΣ*, Β. ΚΑΜΠΑΝΑΣ * Τµήµα Μηχανολογίας, Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα (T.E.I) Λάρισας. 1

2 Σκοπός της µελέτης Ενεργειακή επιθεώρηση σε υφιστάµενο κτίριο. Εκτίµηση των παραµέτρων ενεργειακής απόδοσης του κτιρίου στη διάρκεια µιας θερµαντικής περιόδου. Συσχετισµός τοπικών κλιµατικών δεδοµένων, θερµικών φορτίων κτιρίου και χρόνου λειτουργίας της εγκατάστασης θέρµανσης. Ανάπτυξη µιας απλής µεθοδολογίας ενεργειακής βαθµονόµησης κτιρίου µε βάση τις ΒΗ θέρµανσης και την κοινοτική οδηγία ( Directive 2002/91 EC ). ιατύπωση προτάσεων για παρεµβάσεις Eξ.Εν.σε υφιστάµενα κτίρια. 2

3 Ενεργειακές ανάγκες κτιρίου σε συνάρτηση των βαθµοηµερών (DD),των κατασκευαστικών στοιχείων και του βαθµού απόδοσης της εγκατάστασης ΚΘ. Q mo = ( UA ) η tot DD mo, όπου ( UA ) = U A + U A + tot κ k k gnd gnd ρ C p V η = Θερµότητα που προσάγετα ι σε χώρους θερµανσης Ώρες καυστήρα x Ροή καυσίµου x Θερµογόνος δύναµη 3

4 Βαθµοηµέρες θέρµανσης (DD).Προσεγγίσεις βιβλιογραφίας. Σταθερής βάσης : 1) Ε. Βαζαίος [5]. Σε πίνακα κατά ζώνη (tb =18ºC). ιαφορετικά: DD = { N Τ + (, ,00387 DD 0,5 10 DDa ) N exp [( Τ + 11,11) / 9,02] } + b 0 a b 2) Recknagel Sprenger [3]. DD = z ( t t ) am Μεταβλητής βάσης [4]: DD mo i + ( t ) [ t t ( τ )] dτ bal = bal 0 t bal = θερµοκρασία ισορροπίας κτιρίου. Η θερµοκρασία περιβάλλοντος κατά την οποία τα εσωτερικά θερµικά κέρδη αντισταθµίζουν τις απώλειες δηµιουργώντας σταθερό ισοζύγιο ενέργειας. 4

5 Σχέσεις υπολογισµού της θερµοκρασίας ισορροπίας του κτιρίου [3]. Ηλιακά και εσωτερικά θερµικά κέρδη: Q gain = ( UA) ( t t ) tot i bal Q = Q + Q + Q + gain sol lit occ Q equ Q sol = A g SC SF G shade C SC= συντελεστής σκίασης SF= συντελεστής σκίασης πλαισίων ανοιγµάτων G shade = συντελεστής σκίασης εµποδίων CN = δείκτης καθαρότητας ουρανού PPSS=ώρες ηλιοφάνειας του µήνα [h] SHGF = συντελεστής ηλιακού θερµικού κέρδους [W/m²] N PPSS 24 i= 1 SHGF i 5

6 Μεθοδολογικές Προσεγγίσεις (Περίοδος ) Επιλογή κτιρίου. Συλλογή στοιχείων: Κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του κτιρίου (V tot = 3086,5 m 3, A tot = 976,9 m², A δαπ = 1102m 2 ) Οριοθετήθηκαν οι συντελεστές θερµοπερατότητας των δοµικών στοιχείων του κτιριακού κελύφους. Υπολογίσθηκε ο όρος ( UA ) tot = 1,9 kw/ºk. Συλλογή και επεξεργασία κλιµατολογικών παραµέτρων: Θερµοκρασία περιβάλλοντος. Ηµερήσιες και µέσες µηνιαίες τιµές. Ηλιακή ακτινοβολία και ώρες ηλιοφάνειας. Λειτουργικά στοιχεία κτιρίου. Εσωτερικά θερµικά κέρδη. 6

7 Στοιχεία συστήµατος θέρµανσης: Ανάλυση καυσαερίων. Προσδιορισµός του ΒΑ καύσης. Μέτρηση ροής καυσίµου και καταγραφή ωρών λειτουργίας καυστήρα. Μέτρηση ροής θερµότητας στα θερµαντικά σώµατα µε χρήση θερµιδοµετρητών. 7

8 Αποτελέσµατα ανάλυσης καυσαερίων. Αναλυτής: IMR 1400 DATE TIME :15:50 Oil light CO 2 max ρ= 0,84 kg/m 3 15,5 % Ref. O 2 3 % Gas. Temp. 268 o C Room Temp. 19 o C O 2 5,3 % CO 2 11,6 % CO 2 ppm NO 75 ppm SO 2 9 ppm Ex. Air 1,34 Losses 12,6 % Efficiency 87,4 % 8

9 Βαθµός απόδοσης της εγκατάστασης Ενδείξεις Θερµιδοµετρητών ( Q ) η = h = 71,6 % Ωρες καυστήρα x Ροή καυσίµου x Θερµογόνος δύναµη (Q) Με η C = 87,4% προκύπτει η D = 15,8% Solar gains Electricity Q sol Q i Internal gains Q g Used gains Heat recovery Q V Ventilation loss Energy input for heating Q η C Q = o Q Heat output from the heat generation plant Q o Q η = h Q Net heating requirement Q h Q T Q G Transmission loss Ground loss Boundary of the building Heat loss Q l Technical loss Non recovered distribution loss Energy balance associated with a building CEN Standard pren ISO ( Formerly EN832 ) 9

10 Θερµοκρασίες ισορροπίας και βαθµοηµέρες. Month N D J F M A t bal [o C] 17,04 16,98 17,22 17,01 16,90 16,87 10

11 Μήνας Βαθµοηµέρες Λάρισας ( ) Μετ. Βάση DD (t bal ) Βαζαίος (t base =18 o C) Βαζαίος (t base =20 o C) Recknagel (t i = 18 o C) Recknagel (t i = 20 o C) Νοέ εκ Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Σύνολο ΒΑΘΜΟΗΜΕΡΕΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΟΠΩΣ ΠΡΟΚΥΠΤΟΥΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΜΕΘΟ ΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΒΑΘΜΟΗΜΕΡΩΝ ΚΑΙ ΩΡΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Κ.Θ. ΚΤΙΡΙΟΥ ΟΠΩΣ ΠΡΟΚΥΠΤΟΥΝ ΑΠΟ ΩΡΟΜΕΤΡΗΤΗ Variable Base ΒΑΘΜΟΗΜΕΡΕΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΩΡΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΤΙΑΣ Κ.Θ Β/Η ΒΑΖΑΙΟΥ tεσ = 18 C Β/Η ΒΑΖΑΙΟΥ tεσ = 20 C Recknag el ti = 18 C Recknag el ti = 20 C ΕΝ ΕΙΞΗ ΩΡΟΜΕΤΡΗΤΗ ΘΕΡΜΑΝΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟ ΟΣ N-02 D-02 J-03 F-03 M-03 A-03 11

12 ιαφορές βαθµοηµερών Λάρισας (Μεταξύ των µοντέλων µεταβλητής βάσης, σταθερής βάσης και πίνακα κλιµατικής ζώνης) Degree Days Variable Base DD (tbal) Vaseos (tbase = 20 C) Recknagel (ti = 20 C) Vaseos (tbase = 18 C) Recknagel (ti = 18 C) N-02 D-02 J-03 F-03 M-03 A-03 Heating period

13 Πρόβλεψη vs. Μέτρηση ενεργειακής κατανάλωσης. (Πρόβλεψη µε χρήση των µοντέλων βαθµοηµερών και χρήση της εξίσωσης (1). Μέτρηση µέσω ενδείξεων θερµιδοµετρητών). Q mo = ( UA) η tot DD mo ( 1 ) Month Predicted vs. Measured Heating Energy Consumption in kwh Variable Base Κατανάλωση Ενέργειας [kwh]. Πρόβλεψη µοντέλων Βαθµοηµερών. Vaseos t base = 18 o C Vaseos t base = 20 o C Recknagel t i = 18 o C Recknagel t i = 20 o C Κατανάλωση από θερµιδόµετρα [kwh] Nov , , , , , ,7 Dec , , , , , ,8 Jan , , , , , ,0 Feb , , , , , ,5 Mar , , , , , ,0 Apr ,5 8280, ,7 7197, , ,2 Total 90032, , , , , ,2 13

14 Μηνιαίες καταναλώσεις δευτερογενούς θερµαντικής ενέργειας του κτιρίου σε kwh Energy Consumption in kwh Variable Base Vaseos tbase= 18 C Vaseos tbase= 20 C Recknagel ti = 18 C Recknagel ti = 20 C Measured Consumption N-02 D-02 J-03 F-03 M-03 A-03 Heating period

15 Συµπεράσµατα Τα µοντέλα ΒΗ σταθερής βάσης παρέχουν ικανοποιητική ικανότητα πρόβλεψης της ενεργειακής κατανάλωσης του κτιρίου. Αποκλίσεις από τη µέτρηση κατά τη θερµαντική περίοδο, προέκυψαν σε 6,7% (t base =18 C) και +8,3% (t base =20 C ). Αντίθετα, το µοντέλο µεταβλητής βάσης προέβλεψε κατά 21,5 % µικρότερη κατανάλωση σε σχέση µε τη µέτρηση. Η απόκλιση αυτή θα ήταν µικρότερη αν η θέρµανση του κτιρίου διέθετε σύστηµα αντιστάθµισης. 15

16 Συµπεράσµατα (συνέχεια) Οι ΒΗ σταθερής βάσης κρίνονται απαραίτητες για τον καθορισµό της ενεργειακής ταυτότητας ενός κτιρίου στη φάση της σύνταξης της πολεοδοµικής µελέτης. Για το σκοπό αυτό κρίνεται επίσης αναγκαία η ύπαρξη ενός τυπικού µετεωρολογικού έτους κάθε περιοχής. Εκεί θα υπάρχουν, µεταξύ άλλων, πρότυπες τυπικές ΒΗ για την ενεργειακή και µόνο µελέτη και την αρχική βαθµονόµηση. Η ενεργειακή βαθµονόµηση κατά τη λειτουργία του κτιρίου θα ακολουθεί µε τις επικρατούσες συνθήκες, ενώ η αναγωγή στις τυπικές συνθήκες θα πραγµατοποιείται µε εφαρµογή συντελεστή αναγωγής. 16

17 Η ενεργειακή βαθµονόµηση του κτιρίου. Ετήσια κατανάλωση ενέργειας ανά m 2 µικτής επιφάνειας Πρωτογενής ενέργεια Πρόβλεψη :q F = 135,78 kwh / m 2 a Μέτρηση :q F = 145,48 kwh / m 2 a ευτερογενής ενέργεια Πρόβλεψη :q Η = 97,22 kwh / m 2 a Μέτρηση : q Η = 104,16 kwh / m 2 a Ενεργειακή ταυτότητα κτιρίου Σύµφωνα µε την οδηγία ( Directive 2002/91 EC ), το κτίριο βρίσκεται στην κλίµακα µεταξύ C και D κατά την λειτουργία. 17

18 18

19 19

20 20

21 21

22 22

23 23

24 24

25 Tiroler Energieausweis Bis spätestens 2006 sieht eine neue EU-Richtlinie bei Neubau, Kauf oder Miete eines Objekts die Erstellung eines Energieausweises vor. Gebäude werden, ähnlich der Kennzeichnung von Elektrogeräten, je nach Energieverbrauch von "A" bis "G" kategorisiert werden. Wobei Gebäude der Wärmeschutzklasse "A" einen sehr geringen Verbrauch, Gebäude der Klasse "G" einen sehr hohen Verbrauch aufweisen. Die Wärmeschutzklassen A: > 30 kwh B: > 50 kwh C: > 70 kwh D: > 90 kwh E: > 120 kwh F: > 160 kwh G: über 160 kwh 25

26 Greece : Η βαθµονόµηση πήρε αναβολή µέχρι το

27 Βιβλιογραφία [1] J.A. Duffie and W.A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Processes, Second Edition, John Wiley and Sons, Inc. [2] T.H. Kuehn, J.W. Ramsey, J.L. Threlkeld, Thermal Environmental Engineering, Prentice Hall, Inc [3] Recknagel Sprenger, Heizung und Klimatechnik, 59 th Edition, M. Giourdas [4] ASHRAE, Handbook of Fundamentals. American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Atlanta, USA, [5] E. Vaseos, Solar Energy Application for Space Heating (in Greek). [6] K.T. Papakostas, Estimation of Energy Consumption for Space Heating using the variable base method, 8 th Nat. Conference, Inst. of Solar Technology, [7] A. Tzachanis and C. Sdravopoulou, Calculation of the total Solar Irradiation using Computer Simulation. Proceedings of the second IASTED International Conference Power and Energy Systems (Euro PES), 2002 [8] V. Kampanas, DD Concepts and Estimation of Energy Consumption in Buildings, TEI of Larissa, Dept. Mech. Eng., final project,

28 28