Ετήσια απόδοση συστημάτων θέρμανσης

Ετήσια απόδοση συστημάτων θέρμανσης Παρουσίαση ASHRAE, 09.04.2013 Σωτήρης Κατσιμίχας, Δρ. Μηχανολόγος Μηχανικός Διευθύνων Σύμβουλος Θερμογκάζ Α.Ε.

Μελέτη θερμικών απωλειών 1 kw 3 kw 3 kw θερμαντικά σώματα 20 C κυκλοφορητής 3 kw 0 C λέβης Q = A U (Tεσ Τεξ) 1 kw

Απαιτ. θερμική ισχύς Θερμικές απώλειες κτηρίου Με συνθήκες σχεδιασμού Τεξ = 0 C και Τεσ = 20 C 10 kw 5 kw 0 0 5 10 15 20 Εξωτερική θερμοκρασία

Πηγή: ΤΟΤΕΕ 20701-3 Ώρες Κατανομή θερμοκρασιών χειμώνα κλιματικής ζώνης Β 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Εξωτερική θερμοκρασία Τεξ ( C)

Ώρες Απαιτ. θερμική ισχύς 12 10 8 X = 6 4 Ισχύς x ώρες = ενέργεια 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Εξωτερική θερμοκρασία Τεξ ( C)

Ενέργεια kwh ανά βαθμό K Κατανομή ενεργειακών αναγκών θέρμανσης 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Εξωτερική θερμοκρασία Τεξ ( C)

Απαιτ. θερμική ισχύς Θερμική ισχύς και υπερδιαστασιολόγηση 20 kw Ισχύς υπερδιαστασιολογημένου μονοβάθμιου λέβητα 10 kw 0 50% της ενέργειας 0 5 10 15 20 Εξωτερική θερμοκρασία Ενέργεια kwh ανά βαθμό K

Απαιτ. θερμική ισχύς Θερμική ισχύς και υπερδιαστασιολόγηση 20 kw Ισχύς υπερδιαστασιολογημένου μονοβάθμιου λέβητα 10 kw 0 0 5 10 15 20 Εξωτερική θερμοκρασία

Απαιτ. θερμική ισχύς Θερμική ισχύς και υπερδιαστασιολόγηση 20 kw Ισχύς υπερδιαστασιολογημένου μονοβάθμιου λέβητα 10 kw Απαιτούμενη θερμική ισχύς μετά την μόνωση 0 0 5 10 15 20 Εξωτερική θερμοκρασία

Απαιτ. θερμική ισχύς Θερμική ισχύς και υπερδιαστασιολόγηση 200 kw Ισχύς υπερδιαστασιολογημένου μονοβάθμιου λέβητα 100 kw 0 Απαιτούμενη θερμική ισχύς διαμερίσματος 0 5 10 15 20 Εξωτερική θερμοκρασία

Υπάρχον κτηριακό δυναμικό στην Ελλάδα - Κακή μόνωση - Υπερδιαστασιολογημένος λέβητας - Υπερδιαστασιολογημένα θερμαντικά σώματα - Σώματα εν σειρά (σε κάποιες περιπτώσεις) - Έλλειψη αυτοματισμών Υπάρχουσες συνήθειες λειτουργίας - Έλλειψη συντήρησης -Διακοπτόμενη λειτουργία -Υψηλές θερμοκρασίες νερού

Ρύθμιση θερμοκρασίας προσαγωγής στα υπάρχοντα κτήρια στην Ελλάδα 30 C 40 C 50 C 60 C 70 C 80 C 90 C Ελάχιστη δυνατή θερμοκρασία προσαγωγής για τα υπάρχοντα κτήρια στην Ελλάδα 30 C 40 C 50 C 60 C 70 C 80 C 90 C

Αντιστάθμιση καιρικών συνθηκών

Χρήση αντιστάθμισης 1 kw 3 kw 70 C 3 kw 20 C 3 kw 0 C Q = A U (Tεσ Τεξ) = 10 kw 1 kw

0,5 kw Χρήση αντιστάθμισης 1,5 kw 50 C 1,5 kw 20 C 1,5 kw 10 C Q = A U (Tεσ Τεξ) = 5 kw 0,5 kw

Χρήση αντιστάθμισης Χωρίς αντιστάθμιση 70 C ΔΤ = 60 Κ Τεξ = 10 C Με αντιστάθμιση 50 C ΔΤ = 40 Κ

Θερμοκρασία προσαγωγής σε C Αντιστάθμιση καιρικών συνθηκών 70 C 0 C Εξωτερική θερμοκρασία σε C back

Ρύθμιση θερμοκρασίας προσαγωγής στα υπάρχοντα κτήρια στην Ελλάδα 30 C 40 C 50 C 60 C 70 C 80 C 90 C Ελάχιστη δυνατή θερμοκρασία προσαγωγής για τα υπάρχοντα κτήρια στην Ελλάδα 30 C 40 C 50 C 60 C 70 C 80 C 90 C

Ρύθμιση θερμοκρασίας προσαγωγής στα υπάρχοντα κτήρια στην Ελλάδα 30 C 40 C 50 C 60 C 70 C 80 C 90 C Θερμοκρασία προσαγωγής με χρήση αντιστάθμισης για τα υπάρχοντα κτήρια στην Ελλάδα 30 C 40 C 50 C 60 C 70 C 80 C 90 C

Λέβητες Εκμετάλλευση ενέργειας καύσεως Συμβατικός λέβητας: CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O + H U ατμός 10,0 kwh/m 3 Λέβητας συμπυκνώσεως: CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O + H O υγρό 11,6 kwh/m 3

Ηo Ηu Ηc Πως βγαίνει το πάνω από 100% στους λέβητες συμπύκνωσης Συμβατικός λέβητας Λέβητας συμπυκνώσεως η = 9,2 kwh / 10,0 kwh = 92% η = 10,7 kwh / 10,0 kwh = 107%

Λειτουργία λέβητα Συμπύκνωσης Συμβατικός Νερό Καυσαέριο Καυσαέριο Νερό 150 100 50 Θερμοκρασίες σε C

Απαιτ. θερμική ενέργεια (kwh / K) Βαθμός απόδοσης λέβητα συμπυκνώσεως προσαγωγή 45 C 110% προσαγωγή 80 C Μέσος ετήσιος βαθμός απόδοσης 105% 100% 95% Βαθμός απόδοσης 0 5 10 15 20 Εξωτερική θερμοκρασία

Απαιτ. θερμική ενέργεια (kwh / K) Βαθμός απόδοσης λέβητα συμπυκνώσεως 110% προσαγωγή 45 C Μέσος ετήσιος βαθμός απόδοσης 105% προσαγωγή 65 C 100% 95% Βαθμός απόδοσης 0 5 10 15 20 Εξωτερική θερμοκρασία

Βαθμός απόδοσης καύσης συμβατικού λέβητα προσαγωγή 45 C προσαγωγή 80 C Μέσος ετήσιος βαθμός απόδοσης 95% 94% 93% 92% 91% 90% 89% Βαθμός απόδοσης 0 5 10 15 20 Εξωτερική θερμοκρασία

Βαθμός απόδοσης (%) Πηγή: VdZ Vereinigung der deutschen Zentralheizungswirtschaft Βαθμός απόδοσης λεβήτων στο μερικό φορτίο Λέβητας συμπύκνωσης αερίου Λέβητας συμπύκνωσης πετρελαίου Λέβητας χαμηλών θερμοκρασιών Παλαιός συμβατικός λέβητας, κατασκευής 1975 Χρήση του λέβητα (%)

Απαιτ. θερμική ισχύς Θερμική ισχύς και υπερδιαστασιολόγηση 200 kw Ισχύς υπερδιαστασιολογημένου λέβητα Συμπύκνωσης -αναλογικός 110% 100% 100 kw Συμβατικός - μονοβάθμιος 90% 80% 70% 0 Απαιτούμενη θερμική ισχύς διαμερίσματος 0 5 10 15 20 Εξωτερική θερμοκρασία

Αρχή λειτουργίας της αντλίας θερμότητας Α/Ν A/B. Θερμότητα από τον εξωτερικό αέρα αντλείται από τον εξατμιστή με την βοήθεια του ανεμιστήρα. Το ψυκτικό εκεί είναι ψυχρότερο από τον αέρα και η θερμότητα ρέει από τον αέρα προς το ψυκτικό. Αυτό απορροφά την θερμότητα και εξατμίζεται E/G. Θερμοί ατμοί εισέρχονται στον συμπυκνωτή και δίνουν την θερμότητά τους στο κύκλωμα θέρμανσης. Κύκλωμα θέρμανσης Ψυκτικό Εξωτερικός αέρας F. Το ψυκτικό μέσο, ως υγρό, περνάει από την εκτονωτική βαλβίδα. Η πίεσή του και η θερμοκρασία του πέφτει. Μετά εισέρχεται στον εξατμιστή. -5 0 D. Οι ατμοί του ψυκτικού εισέρχονται στον συμπιεστή και η πίεσή τους, καθώς και η θερμοκρασία τους ανεβαίνει

log p (πίεση) [MPa] Ενεργειακή ανάλυση του ψυκτικού κύκλου Απόδοση θέρμανσης Q c p H Τ H 3 2 p L T L 4 1 2 Άντληση θερμότητας Q 0 h (Ενθελπία) [kj/kg] Κατανάλωση ενέργειας P Λειτουργία θέρμανσης: COP = Coefficient of Performance = Q c / P Λειτουργία ψύξης: EER = Energy Efficiency Ratio = Q 0 / P

log p (πίεση) [MPa] Ενεργειακή ανάλυση του ψυκτικού κύκλου Απόδοση θέρμανσης Q c p H Τ H 3 2 p L T L 4 1 2 Άντληση θερμότητας Q 0 Κατανάλωση ενέργειας P h (Ενθελπία) [kj/kg] Λειτουργία θέρμανσης: COP = Coefficient of Performance = Q c / P Λειτουργία ψύξης: EER = Energy Efficiency Ratio = Q 0 / P

log p (πίεση) [MPa] Ενεργειακή ανάλυση του ψυκτικού κύκλου Απόδοση θέρμανσης Q c p H Τ H 3 2 p L T L 4 1 2 Άντληση θερμότητας Q 0 h (Ενθελπία) [kj/kg] Κατανάλωση ενέργειας P Λειτουργία θέρμανσης: COP = Coefficient of Performance = Q c / P Λειτουργία ψύξης: EER = Energy Efficiency Ratio = Q 0 / P

log p (πίεση) [MPa] Ενεργειακή ανάλυση του ψυκτικού κύκλου Απόδοση θέρμανσης Q c p H Τ H 3 2 p L T L 4 1 2 Άντληση θερμότητας Q 0 h (Ενθελπία) [kj/kg] Κατανάλωση ενέργειας P Λειτουργία θέρμανσης: COP = Coefficient of Performance = Q c / P Λειτουργία ψύξης: EER = Energy Efficiency Ratio = Q 0 / P

COP Αντλίας θερμότητας Α/Ν 6,0 5,0 4,0 COP 3,0 2,0 0 C 5 C 10 C 15 C 20 C Εξωτερική θερμοκρασία

COP Αντλίας θερμότητας Α/Ν 6,0 5,0 4,0 COP 3,0 2,0 1,0 0 C 5 C 10 C 15 C 20 C Εξωτερική θερμοκρασία 0,0

Απαιτ. θερμική ισχύς Θερμική ισχύς Α/Θ 20 kw Ανάγκες κτηρίου Κάλυψη από Α/Θ 10 kw 0 0 C 5 C 10 C 15 C 20 C Εξωτερική θερμοκρασία

Απαιτ. θερμική ενέργεια (kwh / K) Συχνότητα θερμικής ισχύος Α/Θ Ανάγκες κτηρίου Κάλυψη από Α/Θ 0 C 5 C 10 C 15 C 20 C Εξωτερική θερμοκρασία

Συνδυασμός αντλίας θερμότητας monoblock με λέβητα

Συνδυασμός αντλίας θερμότητας split με λέβητα Σύστημα θέρμανσης Σύστημα ψύξης Σύστημα ζεστού νερού Εξωτερική σύνδεση π.χ. Ηλιακά, Αέριο, Πετρέλαιο Εξωτερική μονάδα (Υβριδική μονάδα) Nibe: ACVM 10-270 Εσωτερική μονάδα

Απαιτ. θερμική ισχύς Θερμική ισχύς Α/Θ 20 kw 7 6 Ανάγκες κτηρίου Κάλυψη από Α/Θ 10 kw 5 4 3 2 1 0 0 0 C 5 C 10 C 15 C 20 C Εξωτερική θερμοκρασία

Θερμική Ενέργεια (kwh) COP Θερμ. ενέργεια / COP = ηλεκτρική. ενέργεια 3500 3000 / = 2500 2000 1500 1000 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 7 6 5 4 3 2 1 0 0 C 5 C 10 C 15 C 20 C Εξωτερική θερμοκρασία

Παραδείγματα Συγκρίσεις συστημάτων θέρμανσης με αντλίες θερμότητας

COP COP 6 Σύγκριση α/θ υψηλών και μέσων θερμοκρασιών 5 4 Tεξ = 7 C 3 2 1 0 4 25 35 45 55 65 75 ΑΘ Α/Ν μέγιστης θερμοκρασίας 65 C ΑΘ Α/Ν μέγιστης θερμοκρασίας 80 C 3,5 3 Tεξ = -7 C 2,5 2 1,5 1 0,5 0 25 35 45 55 65 75 Θερμοκρασία προσαγωγής ( C)

Μέσο ετήσιος συντελεστής απόδοσης SCOP Σύγκριση α/θ υψηλών και μέσων θερμοκρασιών 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 A/Θ μεγ. θερμ. 65 C A/Θ μεγ. θερμ. 80 C 1,5 1 0,5 0 80 C 70 C 60 C 50 C Μέγιστη θερμοκρασία προσαγωγής σωμάτων

Μέσο ετήσιος συντελεστής απόδοσης SCOP Σύγκριση α/θ σταθερών στροφών και inverter 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 Σειρά1 Σταθ. στροφών Inverter Σειρά2 1,5 1 0,5 0 75 C 65 C 55 C 45 C Μέγιστη θερμοκρασία προσαγωγής σωμάτων

Μέσο ετήσιος συντελεστής απόδοσης SCOP Η επιρροή της εξωτερικής θερμοκρασίας 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0-20 C -15 C -10 C -5 C 0 C 5 C Θερμοκρασία σχεδιασμού

Μέσο ετήσιος συντελεστής απόδοσης SCOP Σύγκριση α/θ με και χωρίς αντιστάθμιση 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 Σειρά1 Με αντιστάθμιση Σειρά3 Χωρίς αντιστάθμιση 1,5 1 0,5 0 65 C 55 C 45 C Μέγιστη θερμοκρασία προσαγωγής σωμάτων

Μέσο κόστος θερμικής kwh ( ) Σύγκριση α/θ με και χωρίς αντιστάθμιση 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 Σειρά1 Με αντιστάθμιση Σειρά3 Χωρίς αντιστάθμιση 0,02 0,01 0 65 C 55 C 45 C Μέγιστη θερμοκρασία προσαγωγής σωμάτων

COP Αντλίας θερμότητας Α/Ν 6,0 5,0 SCOP 4,0 3,0 COP 0 C 5 C 10 C 15 C 20 C Εξωτερική θερμοκρασία 2,0

COP Γεωθερμικής Αντλίας θερμότητας με οριζόντιο γεωεναλλάκτη 6,0 SCOP 5,0 4,0 COP 3,0 2,0 0 C 5 C 10 C 15 C 20 C Εξωτερική θερμοκρασία

COP Γεωθερμικής Αντλίας θερμότητας με κατακόρυφο γεωεναλλάκτη προσαγωγή 35 C SCOP 6,0 5,0 προσαγωγή 55 C 4,0 COP 3,0 0 C 5 C 10 C 15 C 20 C Εξωτερική θερμοκρασία 2,0

Διάγραμμα ροής ενέργειας ενός συλλέκτη άμεση ακτινοβολία 100 % αντανάκλαση στον απορροφητή αντανάκλαση στο γυαλί -20 % συναγωγή απώλειες ακτινοβολίας άνεμος, βροχή, χιόνι απώλειες συναγωγής διάχυτη ακτινοβολία απορρόφηση γυαλιού -10 % 70 % Απώλειες σωληνώσεων Χρήσιμη θερμότητα Ο συλλέκτης μετατρέπει τα 2/3 της ηλιακής ακτινοβολίας σε ωφέλιμη ενέργεια.

Αποδοτικότητα συλλεκτών [%] Αποδοτικότητα ηλιακών συλλεκτών Επίπεδος συλλέκτης Επίπεδος συλλέκτης Συλλέκτης κενού Ηλιακή ακτινοβολία 1000 W/m² Διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ συλλεκτών και περιβάλλοντος [K]

Ταμιευτήρας διαστρωμάτωσης Διακόπτης συντήρησης Διακόπτης Κυκλοφορητής Υψηλής απόδοσης κυκλοφορητής Αισθητήρας παροχής Αισθητήρας πίεσης Αισθητήρας θερμοκρασίας

Αποδοτικότητα συλλεκτών [%] Αποδοτικότητα των δύο τύπων συλλεκτών και περιοχές εφαρμογής Θέρμανση πισίνας Παραγωγή ζεστού νερού Θέρμανση 100 Ειδικές διεργασίες / ηλιακή ψύξη 80 Επίπεδοι συλλέκτες 60 Συλλέκτες κενού 40 20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ συλλεκτών και περιβάλλοντος [K]

Κατάταξη συστημάτων θέρμανσης και ζνχ κατά ΚΕΝΑΚ Υπάρχον κτήριο με το κέλυφος του κτηρίου αναφοράς 0 2 Ηλιοθερμικό σύστημα Α/Θ Γεωθερμική Α/Θ αέρα/νερού Λέβητας συμπύκνωσης Συμβατικός λέβητας Α+ Α Β+ Β+ Β Γ Παλαιός λέβητας Ηλεκτρική θέρμανσης Δ Ε Ζ Η Πρωτογενής ενεργειακή κατανάλωση / R R

Θέρμανση και κλιματική αλλαγή Εκπομπές CO 2 (kg/kwh) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Ηλεκτρική θέρμανση Λέβητας πετρελαίου Λέβητας υγραερίου Λέβητας φυσικού αερίου Αντλία Θερμότητας Α/Ν Γεωθερμική Α/Θ Ηλιοθερμικό σύστημα (50%) και Α/Θ

Το κόστος της θέρμανσης σήμερα 0,3 0,25 0,2 Κόστος θερμικής ενέργειας ( /kwh) Μέσες τιμές 0,15 0,1 0,05 0 Ηλεκτρική θέρμανση Λέβητας πετρελαίου Λέβητας υγραερίου Λέβητας φυσικού αερίου Αντλία Θερμότητας Α/Ν Γεωθερμική Α/Θ Ηλιοθερμικό σύστημα (50%) και Α/Θ

Ευχαριστώ για την προσοχή σας! Σωτήρης Κατσιμίχας, Δρ. Μηχανολόγος Μηχανικός Διευθύνων Σύμβουλος Θερμογκάζ Α.Ε.