Συστήματα Θέρμανσης και Ψύξης υψηλών αποδόσεων

Δημήτρης Μπόζης Δρ. Μηχανολόγος Μηχανικός Α.Π.Θ. Μελετητής Συστήματα Θέρμανσης και Ψύξης υψηλών αποδόσεων Θεσσαλονίκη, 2016

περιεχόμενα ελαχιστοποίηση της ζήτησης ελαχιστοποίηση φορτίων κτιρίου συστήματα διανομής- θερμοκρασίες διανομής θερμομονώσεις δικτύων αυτοματισμοί συστήματα διανομής μεταβαλλόμενης παροχής περιορισμός ζήτησης στο ΖΝΧ βοηθητική ενέργεια: αντλίες και ανεμιστήρες ανακτήσεις στα κυκλώματα αέρα economizing και free cooling ανακτήσεις στα κυκλώματα ψυκτικού μέσου αποθήκευση θερμότητας βιοκαύσιμα θερμικά ηλιακά συστήματα για θέρμανση χώρου και ΖΝΧ γιατηνψύξηχώρων συστήματα αντλιών θερμότητας μεπηγήτοναέρα συζευγμένα σε κλειστά κυκλώματα νερού γεωθερμικά συστήματα αντλιών θερμότητας κίνηση των αντλιών θερμότητας παραδείγματα 1

πρωτογενής ενέργεια και συντελεστές μετατροπής ΠΡΩΤΟΓΕΝΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑ : Η μορφή ενέργειας που συναντάται στη φύση και δεν έχει υποστεί μετατροπή. Είναι η ενέργεια που περιέχεται στα καύσιμα όπως τα συναντάμε στη φύση και που θεωρείται σαν εισερχόμενες ενεργειακές ροές στα συστήματα. Μπορεί να είναι μη ανανεώσιμη ή ανανεώσιμη. K.Eν.A.K. ΠΡΟΣΟΧΗ : Όταν 1 μονάδα ηλεκτρικής ενέργειας καταναλώνεται στο κτίριο αντιστοιχεί σε πρωτογενή ενέργεια 2,9 μονάδων. Όταν παράγεται στο κτίριο (πχφωτοβολταικά) αντιστοιχείσε 1,0 μονάδαπρωτογενούςενέργειας. 2

ελαχιστοποίηση της ζήτησης ελαχιστοποίηση φορτίων κτιρίου κέλυφος -θέρμανση μονώσεις στα αδιαφανή στοιχεία (πάχος και θέση της μόνωσης) θερμογέφυρες υαλοστάσια: χαμηλές θερμικές απώλειες - υψηλά ηλιακά κέρδη κουφώματα αερισμός: φυσικός ή μηχανικός? παθητικά ηλιακά συστήματα κέλυφος - ψύξη μονώσεις στα αδιαφανή στοιχεία ηλιοπροστασία -σκιάσεις υαλοστάσια : χαμηλές απώλειες αποτελεσματικές σκιάσεις κουφώματα αερισμός: φυσικός ή μηχανικός? φυσικός δροσισμός επιλογές φωτισμού με μικρά θερμικά κέρδη 3

ελαχιστοποίηση της ζήτησης επιλογή συστήματος διανομής θέρμανση προτιμώ συστήματα διανομής χαμηλών θερμοκρασιών (ιδανικά προσαγωγή 35-40 C) για : να έχω αποδοτικότερη παραγωγή θερμότητας να περιορίσω τις απώλειες της διανομής ΘΕΡΜΑΝΤΙΚΑ ΣΩΜΑΤΑ ΧΑΜΗΛΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ ΕΝΔΟΔΑΠΕΔΙΕΣ ΘΕΡΜΑΝΣΕΙΣ ΘΕΡΜΑΝΣΕΙΣ ΟΡΟΦΗΣ ΚΑΙ ΤΟΙΧΩΝ ΜΟΝΑΔΕΣ ΑΕΡΑ (FAN COILS - ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ) ψύξη προτιμώ συστήματα διανομής υψηλών θερμοκρασιών (προσαγωγή > 9 C εάν το επιτρέπουν οι απαιτήσεις αφύγρανσης) για: να έχω αποδοτικότερη παραγωγή ψύξης ΜΟΝΑΔΕΣΑΕΡΑ (FAN COILS -ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΕΣΜΟΝΑΔΕΣ) ΨΥΧΟΜΕΝΑΔΑΠΕΔΑ, ΨΥΧΟΜΕΝΕΣΟΡΟΦΕΣ, CHILLED BEAMS 4

ελαχιστοποίηση της ζήτησης θερμικές απώλειες δικτύων διανομής Θερμομονώνουμε σωληνώσεις και αεραγωγούς ώστε: να περιορίσουμε τις θερμικές απώλειες (θέρμανση) ή τα θερμικά κέρδη (ψύξη) να περιορίσουμε τον κίνδυνο από εγκαύματα στην επαφή με τα δίκτυα (θέρμανση) να αποφύγουμε την εφίδρωση στις εξωτερικές επιφάνειες (ψύξη) να περιορίσουμε τη μεταφορά θορύβων από τα ρευστά προς τους χώρους 5

ελαχιστοποίηση της ζήτησης ρύθμιση θερμοκρασιών διανομής βαλβίδες ανάμιξης ελέγχου βρόγχων(δίοδες, τρίοδες, τετράοδες) 6

ελαχιστοποίηση της ζήτησης αυτοματισμοί σε επίπεδο ζώνης θερμοστάτης χώρου Αισθητήρια (θερμοκρασίας, υγρασίας, ποιότηταςαέρα.) Διακόπτες (θερμοστάτες, υγροστάτες, αισθητέςπαρουσίας ) Ενεργοποιητές (κινητήρων, βαλβίδων, διαφραγμάτων.) Βαλβίδες και διαφράγματα 7

ελαχιστοποίηση της ζήτησης αυτοματισμοί σε επίπεδο ζώνης 8

ελαχιστοποίηση της ζήτησης αυτοματισμοί- εξοπλισμός 9

ελαχιστοποίηση της ζήτησης συστήματα διανομής μεταβαλλόμενης παροχής νερού βαλβίδες έλεγχου απόδοσης τερματικών μονάδων(δίοδες και τρίοδες) Διανομή μεταβαλλόμενης παροχής Διανομή σταθερής παροχής 10

ελαχιστοποίηση της ζήτησης συστήματα διανομής μεταβαλλόμενης παροχής αέρα(vav) 11

ελαχιστοποίηση της ζήτησης συστήματα διανομής μεταβαλλόμενης παροχής ψυκτικού μέσου VRF ήvrv απευθείας εκτόνωσης εξοπλισμός μικρά σε έκταση συστήματα (τα μεγάλα στήνονται με πολλαπλά μικρότερα) εκμεταλλεύεται πολύ καλά τους ετεροχρονισμούς θέρμανση/ ψύξη ταυτόχρονα απλότητα στην εγκατάσταση (ιδιαίτερα χρήσιμο σε ανακατασκευές) εξαιρετικά οικονομικό στη λειτουργία δεχειρίζεταινωπόαέρα(?) «κλειστό» σύστημα ως προς εναλλακτικούς προμηθευτές 12

ελαχιστοποίηση της ζήτησης στα συστήματα ΖΝΧ 13

βοηθητική ενέργεια αντλίες και ανεμιστήρες κίνηση υγρών : αντλίες / κυκλοφορητές κίνηση αέρα: ανεμιστήρες Δενξεχνώότιηενέργειαγιατηνκίνησηυγρώνκαιαέραστηδιανομήείναι: - ηλεκτρική, δηλαδή ενέργεια «υψηλής ποιότητας» - είναι σημαντική (ιδιαίτερα στις εγκαταστάσεις κλιματισμού) Μειώνω τη βοηθητική ενέργεια: - σχεδιάζοντας «άνετα» δίκτυα διανομής (σωληνώσεις και αεραγωγούς) - επιλέγοντας συστήματα διανομής μεταβαλλόμενης παροχής - επιλέγοντας αντλίες και ανεμιστήρες στα βέλτιστα σημεία λειτουργίας - εγκαθιστώντας κινητήρες υψηλής απόδοσης - χρησιμοποιώντας INVERTERS και κινητήρες EC 14

πλακοειδείς εναλλάκτες αέρα αέρα ανακτήσεις στα κυκλώματα αέρα απλός και σχετικά χαμηλού κόστους εξοπλισμός ανάκτηση αισθητής(και λανθάνουσας θερμότητας) αποδόσεις40 60 % αύξηση ισχύος ανεμιστήρων πολύμικρέςδιαρροέςαπότοέναρεύμαστοάλλο ογκώδεις κατασκευές ΠΡΟΣΟΧΗ:υπολογισμοίαπόδοσηςκαιαπωλειώνπίεσης/ πάγωμα/ διάφραγμα παράκαμψης 15

αναγεννητικοί εναλλάκτες αέρα τύπου τροχού(rotary wheel exchangers) ανακτήσεις στα κυκλώματα αέρα σύνθετος εξοπλισμός σχετικά υψηλό κόστος ανάκτηση αισθητής και λανθάνουσας θερμότητας αποδόσεις65 80 % αύξηση ισχύος ανεμιστήρων διαρροέςαπότοέναρεύμαστοάλλο ογκώδεις κατασκευές ΠΡΟΣΟΧΗ:υπολογισμοίαπόδοσηςκαιαπωλειώνπίεσης/ έλεγχος στροφών 16

ανακτήσεις στα κυκλώματα αέρα εναλλάκτες αέρα αέρα με στοιχεία νερού(coil to coil ή runaround coils recovery) απλός και σχετικά χαμηλού κόστος εξοπλισμός ανάκτηση αισθητής θερμότητας αποδόσεις40 60 % όχι διαρροές εφαρμοσιμότητα και σε ρεύματα που βρίσκονται σε απόσταση μεταξύ τους αύξηση ισχύος ανεμιστήρων μικρότερος όγκος ΠΡΟΣΟΧΗ: υπολογισμοί απόδοσης και απωλειών πίεσης/ πάγωμα πολυπλοκότερη διάταξη(κυκλοφορητές, δοχείοδιαστολής, έλεγχος, κλπ) 17

μικρές αυτόνομες μονάδες εναλλακτών αέρα- αέρα ανακτήσεις στα κυκλώματα αέρα 18

ανακτήσεις στα κυκλώματα αέρα μικρές αυτόνομες διατάξεις ανάκτησης 19

ανακτήσεις στα κυκλώματα αέρα γενικά διατάξεις ανάκτησης εφαρμόζονται όταν οι διαφορές θερμοκρασίας ή ενθαλπίας μεταξύ του απορριπτόμενου και του απαιτούμενου προς προσαγωγή ρευμάτων είναι σημαντική για μεγάλες χρονικές περιόδους κατά τη λειτουργία των συστημάτων οιποσότητεςαέραείναισημαντικές(>3000 m 3 /h ΚΕΝΑΚμέρισμανωπού> 60%) ληφθούν μέτρα ώστε να περιοριστεί η επί πλέον καταναλισκόμενη ηλεκτρική ενέργεια τοβασικόδενείναιηαπόδοσητηςανάκτησηςαλλάπόσοείναιαυτόπουθαανακτηθεί και εάν είναι μεγαλύτερο από το ηλεκτρικό που θα ξοδευτεί στους ανεμιστήρες HRV - διατάξεις ανάκτησης θερμότητας σχετικά ξηρό εξωτερικό κλίμα όλο το χρόνο - σημαντικά εσωτερικά λανθάνοντα φορτία το καλοκαίρι - το χειμώνα δεν ενδιαφέρει η σχετική υγρασία ή υπάρχουν σημαντικά λανθάνοντα φορτία ή η ύγρανση είναι ανέξοδη ή χαμηλού κόστους - υπάρχει ρύπανση του ρεύματος απόρριψης - χώροι πισίνας ΕRV -διατάξειςανάκτησηςενθαλπίας(θερμότηταςκαιυγρασίας) καλοκαίρι σχετικά υγρό εξωτερικό κλίμα και σημαντικά εσωτερικά λανθάνοντα φορτία χειμώνας με σχετικά ξηρό εξωτερικό κλίμα και χώρους με απαιτήσεις ρύθμισης της υγρασίας ενώ η ύγρανση είναι υψηλού κόστους 20

ανακτήσεις στα κυκλώματα αέρα απόδοσηεναλλάκτη= πραγματικήθερμότητα(ήυγρασία) πουανταλλάσσεται μέγιστη δυνατή προς εναλλαγή ε q ( ) ( ) m c T T m c T T s s ps 2 1 s pe 3 4 = = q C (T T ) C (T T ) s,max min 3 1 min 3 1 21

economizing καιfree cooling απλή διεργασία χωρίς επί πλέον κόστος εξοπλισμού εφαρμογή σε ψύξη με βάση διαφορά θερμοκρασίας ή ενθαλπίας προσοχή στην ολίσθηση των ανεμιστήρων προσοχή στην υπερπίεση στους χώρους 22

ανακτήσεις στα κυκλώματα ψυκτικού μέσου σε ψύκτες νερού και αντλίες θερμότητας ψύκτες με ανάκτηση από τον υπερθερμαντήρα(desuperheater) αντλίες θερμότητας που όταν λειτουργούν σε ψύξη παράγουν θερμό νερό σε κύκλωμα μικρής ισχύος από ανάκτηση(μερική ανάκτηση) ψύκτες και αντλίες θερμότητας με ολική ανάκτηση(ταυτόχρονα παράγουν ψύξη και θέρμανση-«τετρασωλήνια μηχανήματα») σεσυστήματα VRF VRV ταυτόχρονα θέρμανση και ψύξη στο ίδιο σύστημα παραγωγή θερμού νερού χρήσης όταν το σύστημα λειτουργεί σε ψύξη Εικόνα από fujitsu-general.com 23

αποθήκευση θερμότητας 24

αποθήκευση θερμότητας 25

στο υπέδαφος με κατακόρυφες γεωτρήσεις ή σε υπόγειες κοιλότητες αποθήκευση θερμότητας Πηγή: Göran Hellstörm UTES Experiences from Sweden Lund Univ. of Technology / Neo Sweden Ltd 26

συμβατικά καύσιμα και βιοκαύσιμα βιοκαύσιμα Προσοχή: τα βιοκαύσιμα μηδενίζουν τιςεκπομπέςco 2, όχι την πρωτογενή ενέργεια 27

θερμικά ηλιακά συστήματα ηλιακοί συλλέκτες απόδοση ηλιακών συλλεκτών Θέρμανση πισινών συλλέκτες από πλαστικό επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες με ή χωρίς κάλυμμα Θέρμανση Νερού Χρήσης επίπεδοι συλλέκτες Θέρμανση Χώρου επίπεδοι συλλέκτες συλλέκτες σωλήνων κενού Ψύξη(με απορρόφηση) συλλέκτες σωλήνων κενού συγκεντρωτικοί συλλέκτες 28

θερμικά ηλιακά συστήματα θέρμανση ΖΝΧ 29

θερμικά ηλιακά συστήματα θέρμανση χώρου και ΖΝΧ με συλλέκτες νερού 30

θερμικά ηλιακά συστήματα ηλιακή ψύξη 31

θερμικά ηλιακά συστήματα εργαλεία σχεδίασης και εκτίμησης αποδόσεων 1. αναλυτικές προσομοιώσεις συστημάτων το λογισμικό TRNSYS 2. ημέθοδοςτωνκαμπυλώνf (f chart method) απλή μέθοδος με τη χρήση γραφημάτων που προέκυψε από την παραμετρική διερεύνηση της απόδοσης τυπικών«πρότυπων» ηλιακών συστημάτων με το TRNSYS Για κάθε μήνα υπολογίζεται ο συντελεστής f (κάλυψη από τον ήλιο solar fraction) σα συνάρτηση δύο παραγόντων X και Υ (επίσης υπολογίζονται σε μηνιαία βάση) X = απώλειεςαναφοράςπεδίουσυλλεκτών Y = θερμικό φορτίο απορροφούμενη ηλιακή ενέργεια θερμικό φορτίο Στους υπολογισμούς των X και Υ εμπλέκονται: - έκταση, προσανατολισμός και κλίση πεδίου - θερμικά και οπτικά χαρακτηριστικά συλλεκτών - μηνιαίες τιμές των κλιματικών δεδομένων) Διορθωτικοί συντελεστές παίρνονται για άλλες παραμέτρους(μέγεθος αποθήκης, ροές υγρών κλπ) 32

συστήματα αντλιών θερμότητας λειτουργία για θέρμανση κτίριο λειτουργία για ψύξη κτίριο 33

Εφαρμογή σε μικρά και μεγάλα κτίρια Συνδυάζεται και με ψύξη αντλίες θερμότητας με πηγή τον αέρα Εξοπλισμός: αντλίες θερμότητας αέρα νερού Packaged ή Split Aερόψυκτα VRF-VRV Διανομή ενδοδαπέδια κυκλώματα και άλλα κυκλώματα μεγάλων επιφανειών Fan Coils Παράλληλη παραγωγή ZNX Μεγάλη διάδοση Κυρίως σε Γαλλία και Ιταλία Αποδόσεις SCOP και SEER 34

αντλίες θερμότητας συζευγμένες σε κλειστά κυκλώματα νερού παραγωγή ψύξης- θέρμανσης τοπικά και κεντρικά εφαρμόζεται σε κτίρια με πολλές ζώνες και διαφορετική θερμική συμπεριφορά εκμεταλλεύεται πολύ καλά τους ετεροχρονισμούς σχετικά καλός χειρισμός νωπού αέρα τοπική διανομή κάθε τύπου ψύξη/ θέρμανση παράλληλα σύστημα ανοιχτό σε ανάκτηση κάθε τύπου και σε εναλλακτικές πηγές ενέργειας(ηλιακά, γεωθερμία κλπ) Rooftop Κατακόρυφη Οριζόντια Console 35

γεωθερμικά συστήματα αντλιών θερμότητας αντλία θερμότητας διάταξη εναλλαγής θερμότητας με τη γη (γεωεναλλάκτης) «κινητήριος μηχανισμός» η ηλιακή ακτινοβολία! Ηθερμοκρασίατηςγηςσεβάθος μεγαλύτερο των 15 m παραμένει σταθερήκαιίσηπερίπουμετημέση ετήσια θερμοκρασία αέρα Ηλιακήακτινοβολία: 1500 kwh/m 2 /y Θερμορροή από το εσωτερικό τηςγης: 0.6kWh/m 2 /y Ενεργειακές απαιτήσεις κτιρίου γιαθέρμανση:100-150kwh/m 2 /y 36

γεωθερμικά συστήματα αντλιών θερμότητας Λειτουργία για Θέρμανση COP H QB Q = = 1+ E E P COP C QB Q = = 1+ E E P Η λειτουργία μιας αντλίας θερμότητας είναι αποδοτικότερη ενεργειακά όταν η διαφορά θερμοκρασίας πρωτεύοντος και δευτερεύοντος κυκλώματος είναι μικρότερη. Λειτουργία για Ψύξη θέρμανση : υψηλή θερμοκρασία γεωεναλλάκτη χαμηλή θερμοκρασία διανομής ψύξη: χαμηλή θερμοκρασία γεωεναλλάκτη υψηλή θερμοκρασία διανομής 37

γεωθερμικά συστήματα αντλιών θερμότητας WaterFurnace Ελλάδα WaterFurnace Ελλάδα κλειστός οριζόντιος γεωεναλλάκτης οριζόντια δίκτυα σωλήνων σε χάνδακες ή σκάμματα βάθους1,2 έως2,0 m. δίκτυα σωλήνων PE με αντιψυκτικό υγρό σε διάφορες διατάξεις (απλέςοδεύσεις, coils, συλλέκτες) ή δίκτυα σωλήνων χαλκού με ψυκτικό υγρό απευθείας συνδεδεμένα στην αντλία θερμότητας(συστήματα απευθείας εκτόνωσης- DX) www.footprintbuilding.co.uk Masser s.a. Belgium εφαρμόζεται κυρίως σε μικρές εγκαταστάσεις όπου υπάρχει διαθέσιμη έκταση κυρίως για θέρμανση 38

γεωθερμικά συστήματα αντλιών θερμότητας WWW/WaterFurnace.com WaterFurnace International κατακόρυφοιβρόχοισωλήνων(πολλαπλάu Tubes) σεβάθηέως100 m(200 m). Φάσεις κατασκευής: - γεωτρήσεις - βύθιση των σωλήνων - πλήρωση της γεώτρησης(grouting) / έλεγχοι πίεσης - δικτύωση/ πλήρωση με αντιψυκτικό υγρό(συνήθως) / σύνδεση με την αντλία θερμότητας εφαρμόζεται σε συστήματα μικρά και μεγάλα, για θέρμανση και ψύξη www.geothermalmagazine.eu WaterFurnace Ελλάδα Geotrainet Training Manual κλειστός κατακόρυφος γεωεναλλάκτης(πολλαπλοί βρόχοι U) WaterFurnace Ελλάδα 39

γεωθερμικά συστήματα αντλιών θερμότητας McQuay-GHP Design Manual, AG 31-008 ανοιχτά συστήματα (άντληση υπόγειου νερού) άντλησηνερούαπόπηγάδιήγεώτρησηκαιεπανέγχυσητουνερούστο υδροφόρο στρώμα με τη βοήθεια δεύτερου πηγαδιού ή γεώτρησης η αντλία θερμότητας τροφοδοτείται απευθείας με το αντλούμενο νερό ή μέσω εναλλάκτη θερμότητας εφαρμόζεται σε συστήματα όλων των μεγεθών, για θέρμανση και ψύξη. 40

γεωθερμικά συστήματα αντλιών θερμότητας δεδομένα. περιορισμοί και κανόνες- γενικά Geotrainet Training Manual μια περιοχή του υπεδάφους «ενεργοποιείται θερμικά» για: την απορρόφηση ή την απόρριψη θερμότητας θέρμανση μόνον ή ψύξη μόνον μεγάλη διαφορά θέρμανσης/ ψύξης υπόγεια νερά σε κίνηση την αποθήκευση θερμότητας θέρμανση και ψύξη στάσιμα ή καθόλου υπόγεια νερά πρέπεινα: μειώσω κατά το δυνατό τις απαιτήσεις να επιλέξω το καταλληλότερο σύστημα να σχεδιάσω τον γεωεναλλάκτη με τις μικρότερες διαστάσεις ενώ ταυτόχρονα θα είναι ενεργειακά αποτελεσματικός να κατασκευάσω το γεωεναλλάκτη για μεγάλη ζωή (θα ζήσει περισσότερο από το σύστημα) δενπρέπεινα: καταστρέψω υποδομές και δίκτυα να ρυπάνω με οποιονδήποτε τρόπο υπόγεια νερά ναρυπάνωτογείτονα 41

γεωθερμικά συστήματα αντλιών θερμότητας δεδομένα. περιορισμοί και κανόνες- οριζόντια κυκλώματα Προϋποθέσεις διαθέσιμη έκταση και χαμηλό κόστος εκσκαφών http://www.eauc.org.uk/ Αδειοδότηση στην Ελλάδα τυπικά απαιτείται (στις περισσότερες Ευρωπαϊκές χώρες απαιτείται μόνον σε εξαιρετικές περιπτώσεις) Περιορισμοί - μη τοξικό αντιψυκτικό υγρό (αιθυλενογλυκόλη, προπυλενογλυκόλη κλπ) - οι σωληνώσεις DX συστήματος να βρίσκονται επάνω από τον υδροφόρο ορίζοντα Έχωστομυαλό: σημαντική η επίδραση των συνθηκών κλίματος(ήλιος, θερμοκρασία αέρα, άνεμος, βροχή, χιόνι) απλή εναλλαγή θερμότητας με κινητήρια δύναμη την ηλιακή ακτινοβολία όσο πιο βαθιά οι σωλήνες τόσο λιγότερο«ηλιακό δυναμικό» εκμεταλλεύομαι αλλά βελτιώνω τις αποδόσεις στην ψύξη ησύνθεσητουεδάφουςκαιηυγρασίατουπαίζουντονσημαντικότερορόλο επιθυμώ ασκίαστες περιοχές που διαβρέχονται και εδάφη με υψηλή θερμική αγωγιμότητα που κατακρατούν υγρασία βελτιώνω το έδαφος γύρω από τους σωλήνες(άμμος, οργανικά, πρόβλεψη για διαβροχή) περιμένωειδικέςτιμέςφόρτισης10-50w/m 2 καιετήσιεςαπολαβέςγιαθέρμανση50-80kwh/m 2 42

Geotrainet Training Manual γεωθερμικά συστήματα αντλιών θερμότητας δεδομένα. περιορισμοί και κανόνες- κατακόρυφα κυκλώματα Προϋποθέσεις διαθέσιμη έκταση (πολλές φορές και κάτω από τη θεμελίωση) Αδειοδότηση απαιτείται Περιορισμοί - απαιτήσεις ως προς την κατασκευή των γεωτρήσεων (να μη διαταραχτούν οι υπόγειοι υδροφορείς) - μη τοξικό αντιψυκτικό υγρό - αποφυγή θερμικής ρύπανσης του γείτονα - ποτέ σε αρτεσιανό υδροφόρο έχωστομυαλό: απλή εναλλαγή θερμότητας με τη γη ή αποθήκευση θερμότητας οι γεωτρήσεις κοστίζουν: πρέπει να γνωρίζω τις θερμικές ιδιότητες του εδάφους ώστε να αποφύγω υπερδιαστασιολόγηση η πρώτη γεώτρηση μπορεί να μου δώσει σημαντικές πληροφορίες! επιθυμώ εδάφη με υψηλή θερμική αγωγιμότητα στην απλή εναλλαγή θερμότητας: υδροφορείς σε κίνηση στην αποθήκευση θερμότητας: ισοσκελισμένες απαιτήσεις Θέρμανσης- Ψύξης δίνω προσοχή στην κατασκευή των γεωτρήσεων για την προστασία των υδροφορέων περιμένω ειδικές τιμές φόρτισης 30-70 W/m 43

McQuay-GHP Design Manual, AG 31-008 γεωθερμικά συστήματα αντλιών θερμότητας δεδομένα. περιορισμοί και κανόνες- ανοιχτά κυκλώματα Προϋποθέσεις ύπαρξη εκμεταλλεύσιμου υδροφορέα Αδειοδότηση απαιτείται πρέπειναμάθω: πόσο νερό μπορώ να αντλήσω και από πιο βάθος(δοκιμαστική γεώτρηση) ποιαείναιηποιότητατουνερούπουθααντληθεί(ανάλυση) Περιορισμοί - απαιτήσεις ως προς την κατασκευή των γεωτρήσεων (να μη διαταραχτούν οι υπόγειοι υδροφορείς) -όσονερότραβώπρέπεινατορίξωπίσω -δενπρέπειναρυπάνωτονυδροφορέα και θερμικάτο γείτονα έχω στο μυαλό ότι η ενέργεια άντλησης επηρεάζει σοβαρά τον πραγματικό COP του συστήματος δίνω προσοχή: θααπαιτηθείεναλλάκτηςεάνηποιότητατουνερούδενείναικαλή η επανέγχυση του νερού στον υδροφορέα είναι τεχνικά δυσκολότερη από την άντληση η επανέγχυση πρέπει να γίνεται έτσι ώστε να μην επηρεάζεται θερμικά η άντληση απαιτείται διάταξη διαχείρισης νερού? (δεξαμενές, διαφορετικές αντλίες για επανέγχυση κλπ) επιθυμώαντλήσεις1 m 3 /h γιακάθε3,5 4,5kW 44

γεωθερμικά συστήματα αντλιών θερμότητας εργαλεία σχεδιασμού και υπολογισμών απόδοσης VDI 4640 Part 1/2/3/4 σχεδίαση εγκαταστάσεων μόνον θέρμανσης 30 kw EED Earth Designer Λογισμικό για σχεδίαση κάθε τύπου εγκατάστασης, ενεργειακούς υπολογισμούς και προσομοιώσεις και εξαιρετικό Handbook για όλες τις εφαρμογές της γεωθερμίας GLD Ground Loop Design 45

συστήματα αντλιών θερμότητας διάδοση Πωλήσειςαντλιώνθερμότητας 2006/07 στην Ευρώπη (Sanner B, 2011 in Geotrainet Training Manual for Designers) Πωλήσεις αντλιών θερμότητας στη Γερμανία (Sanner B, 2011 in Geotrainet Training Manual for Designers) 46

συστήματα αντλιών θερμότητας αντλίες θερμότητας με κινητήρες εσωτερικής καύσης Αντλίες Θερμότητας Αέρα Νερούκαι VRF - VRV Καύσιμο Φυσικό Αέριο LPG Βιοκαύσιμα? Κατανάλωση Ηλεκτρισμού Εξαιρετικά χαμηλή και ανάκτηση από το κύκλωμα ψύξης του κινητήρα Πηγή: GHP - SANYO 47

ΕΝΟΤΗΤΑ 3η Συστήματα Θέρμανσης και Ψύξης κτιρίων Παράδειγμα 1 Περιοχή F Ηλιακό Χωριό στη Λυκόβρυση Αττικής MEnS ΘΕΡΜΙΚΟ ΗΛΙΑΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΓΙΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΧΩΡΟΥ ΚΑΙ ΖΝΧ ΜΕ ΔΙΕΠΟΧΙΑΚΗ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ 162 m2 ΣΩΛΗΝΩΝ ΚΕΝΟΥ και ΔΙΕΠΟΧΙΑΚΗ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΔΕΞΑΜΕΝΗ ΝΕΡΟΥ 500 m3 Τόπος Λυκόβρυση Αττικής Κατασκευή 1985-1988 Κτίριο Λειτουργία Κατοικία από 1990 2 24 διαμερίσματα / 1700 m 90 ένοικοι Θερμικό Φορτίο 85 kw (50 W/m2) 48

Παράδειγμα 1 Περιοχή F Ηλιακό Χωριό στη Λυκόβρυση Αττικής 49

Παράδειγμα 1 Περιοχή F Ηλιακό Χωριό στη Λυκόβρυση Αττικής Πηγή: Εργαστήριο Κατασκευής Συσκευών Διεργασιών - Ενεργειακός Τομέας - Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΑΠΘ 50

Παράδειγμα 1 Περιοχή F Ηλιακό Χωριό στη Λυκόβρυση Αττικής ΗλιακήΚάλυψη ZNX: 91 % Ηλιακή Κάλυψη ΘΧ: 46% ΗλιακήΚάλυψηΣυνολική: 62 % ΕΤΗΣΙΕΣ ΡΟΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Στοιχεία την Περίοδο 1990-1991 Πηγή: Εργαστήριο ΚΣΔ Ενεργειακός Τομέας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΑΠΘ 51

ΕΝΟΤΗΤΑ 3η Συστήματα Θέρμανσης και Ψύξης κτιρίων Παράδειγμα 2 Σχολικό συγκρότημα Κλεάνθους - Κάτω Τούμπα Θεσσαλονίκης MEnS ΔΗΜΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΜΕΛΕΤΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗΣ & ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΌ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΣΤΟ ΣΧΟΛΙΚΟ ΣΥΓΚΡΟΤΗΜΑ ΕΠΙ ΤΗΣ ΟΔΟΥ ΚΛΕΑΝΘΟΥΣ 30, ΚΑΤΩ ΤΟΥΜΠΑ Κτίρια 4 σχολεία: 6450 m2 Γυμναστήριο: 930 m2 φορτίο θέρμανσης σχολεία: 610 kw Γυμναστήριο: 88 kw φορτίο ψύξης σχολεία: 35 kw Γυμναστήριο: 80 kw 52

Γεωεναλλάκτης 100 γεωτρήσεις απλού U - βάθος 100m Αντλίες Θερμότητας 3 x 150 kw νερού- νερού μόνον θέρμανση (σχολικές αίθουσες) 1 x 35 kw υδρόψυκτο VRF (αίθουσα εκδηλώσεων) 1 x 90 kw νερού - νερού θέρμανση / ψήξη (γυμναστήριο) 1 x 12 kw νερού- νερού παραγωγή ΖΝΧ (γυμναστήριο) Παράδειγμα 2 Σχολικό συγκρότημα Κλεάνθους- Κάτω Τούμπα Θεσσαλονίκης Διανομή Θερμαντικά σώματα (σχολικές αίθουσες) Κλιματιστικές Μονάδες (γυμναστήριο) Bοηθητική Λέβητας αερίου 750kW Φωτοβολταικά 567 m2 πολυκρυσταλλικά

Παράδειγμα 2 Σχολικό συγκρότημα Κλεάνθους- Κάτω Τούμπα Θεσσαλονίκης Το βασικό πρόβλημα διαστασιολόγησης του συστήματος θέρμανσης στα σχολεία: η πρωινή αναθέρμανση 54

Παράδειγμα 2 Σχολικό συγκρότημα Κλεάνθους- Κάτω Τούμπα Θεσσαλονίκης Αναμενόμενη ετήσια κατανάλωση ηλεκτρισμού από τα συστήματα θέρμανσης και Ψύξης : 90,1 ΜWh e Αναμενόμενηετήσιακατανάλωσηηλεκτρισμούγιαάλλεςχρήσεις: 74,2 MWh e Σύνολο (αναμενόμενηκατανάλωσηηλεκτρικήςενέργειας: Αναμενόμενηπαραγωγήηλεκτρικήςενέργειαςαπόφωτοβολταικά: ΑΝΑΜΕΝΟΜΕΝΗ ΕΤΗΣΙΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΠΡΩΤΟΓΕΝΟΥΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 164,3 MWh e 128,0 MWh e ΑΝΑΜΕΝΟΜΕΝΕΣΕΤΗΣΙΕΣΕΚΠΟΜΠΕΣ CO 2 55

ευχαριστώ! email: dmbozis@otenet.gr