1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΠΟΦΑΣΕΩΝ Διπλωματική Εργασία Ενεργειακή Επιθεώρηση σε Νοσοκομειακή Μονάδα Παπασταματίου Ηλίας Επιβλέπων: κ. Ιωάννης Ψαρράς Καθηγητής Ε.Μ.Π.
2 Περιεχόμενα Παρουσίασης Περιγραφή του κτιρίου Ενεργειακή Μελέτη Αποτελέσματα μετρήσεων με καταγραφικό εξοπλισμό Προτάσεις δράσεων ενεργειακής βελτιστοποίησης Συμπεράσματα - Προοπτικές
3 Περιγραφή του Κτιρίου (1/3) Κατανομή χρήσης χώρων Περιοχή: Αθήνα, Μεσόγειων 24 Αμπελόκηποι 58% 16% 26% Ιατρεία Χώροι Αναμονής Ασθενών- Κοινόχρηστοι χώροι Έτος κατασκευής: 1978 Διοικητικές Υπηρεσίες Χώρος Εμβαδόν (σε m 2 ) Υπόγειο, Ισόγειο 323 1 ος Όροφος 249 2 ος, 3 ος, 4 ος, 5 ος Όροφος 323 6 ος Όροφος 232 Δώμα 41 Σύνολο 2.460 Ισόγειο: Υποδοχή, Αίθουσες διδασκαλίας και κατάρτισης φοιτητών και ιατρών. 1 ος όροφος: Εξωτερικά ιατρεία, Διαβητολογικά και Κοινωνικής Ιατρικής. 2 ος όροφος: Εξωτερικά ιατρεία Τμήματος Αύξησης και Ανάπτυξης. 3 ος, 4 ος, 5 ος όροφος: Διοικητικές / Οικονομικές υπηρεσίες και το σωμάτιο «Ανοιχτή Αγκαλιά». 6 ος όροφος: Εξωτερικά ιατρεία της μονάδας εφηβικής υγείας της Ιατρικής Σχολής Αθηνών
4 Περιγραφή του Κτιρίου (2/3) Κύριες εξωτερικές όψεις Εσωτερικές όψεις
5 Περιγραφή του Κτιρίου (3/3) Καταναλισκόμενες μορφές ενέργειας Ηλεκτρισμός Πετρέλαιο Κίνησης Συμπιεστές 4 x Bristol 3 Hp Πύργος Ψύξης Fan-coils Κυκλοφορητές Φωτισμός Μηχ. Ανελκυστήρων Δικτυακοί Servers Ηλεκτρ. Υπολογιστές 2 x Λέβητες Thermostahl 140.000 Kcal/h 2 x Boilers 1.000 Lt
Αλλαγές 1978-2010 6 Ενεργειακή μελέτη (1/6) Χρησιμοποιήθηκαν Τιμολόγια 3ετίας 2008, 2009, 2010 ΔΕΗ και καταναλώσεων πετρελαίου Δεδομένα από την καταγραφή εξοπλισμού Δυσκολίες Καταγραφής Ενιαίο τιμολόγιο για όλο το Νοσοκομείο Απουσία μελέτης Θερμομόνωσης Αναμονή Έγκρισης Δ.Σ. Ενοποίηση χώρων για την δημιουργία ιατρείων, γραφείων κτλπ Διπλοί υαλοπίνακες στις κύριες όψεις, 2009 Πύργος Ψύξεως, 2003 Συμπιεστές κλιματιστικής μονάδας, 2006 Λέβητες και Καυστήρες, 2009
kwh Έτη 7 Ενεργειακή μελέτη (2/6) Τιμολόγια Ηλεκτρισμού Συνολικές kwh / έτος Σταθερή ετήσια κατανάλωση 250.000 kwh + 15.000 kwh θερινούς μήνες 2010 2009 2008 248.120 257.490 295.365 220.000 240.000 260.000 280.000 300.000 Συνολικές kwh / μήνα kwh Πρόβλημα 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 2008 2009 2010 + 40.000 kwh τον Ιούλιο και Αύγουστο του 2008 Χημικός Καθαρισμός στο δίκτυο των συμπιεστών 10.000 0
Έτη + 20.000 Lt το 2008 & 2009 8 Ενεργειακή μελέτη (3/6) Τιμολόγια Πετρελαίου 11/2009 - Νέοι Λέβητες, EFF= 92 % 2010 2009 20.505 45.500 11/2009 Νέοι Καυστήρες, Ηλεκτρονική Έναυση 2008 41.100 0 10000 20000 30000 40000 50000 Lt 1978 2010
9 Ενεργειακή μελέτη (4/6) Κόστος ενεργειακής κατανάλωσης κτιρίου βάσει τιμολογίων ΔΕΗ και Πετρελαίου σε /έτος 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 75339,02 67855,18 50377,79 2008 2009 2010 Ηλεκτρική Ενέργεια ( ) Πετρέλαιο ( ) Σύνολο ( ) 1 η Φορά το 2010 το κόστος του πετρελαίου είναι χαμηλότερο από αυτό της ηλεκτρικής ενέργειας Ηλεκτρική Ενέργεια Πετρέλαιο ( ) ( ) Σύνολο ( ) 2008 33.081 34.774 67.855 2009 29.686 45.653 75.339 2010 28.606 21.772 50.378 Μείωση του συνολικού κόστους ενέργειας του 2010 από τα έτη 2009 (-25.000 ) & 2008 (-17.000 ) λόγω μείωσης πετρελαίου
10 Ενεργειακή μελέτη (5/6) Εκτίμηση Καταναλώσεων ανά είδος χρήσης και ανά όροφο 1. Κατανομή Ενέργειας Φωτισμού ανά όροφο 2. Κατανομή Ενέργειας Κλιματισμού ανά όροφο ΣΤ' Όροφος Ε' 16% Όροφος 11% Δ' Όροφος 9% Yπόγειο 10% Ισόγειο 11% A' Όροφος 15% Γ' Όροφος 2% Β' Όροφος A' 3% Όροφος 2% Δ' Όροφος 2% Ισόγειο 17% Ε' Όροφος 3% ΣΤ' Όροφος 8% Yπόγειο 63% Γ' Όροφος 10% Β' Όροφος 18% 1 ος, 2 ος, 6 ος : Ιατρεία, κατανάλωση 17 % 3 ος, 4 ος, 5 ος : Γραφεία, κατανάλωση 10% Υπόγειο: Κεντρικός Κλιματισμός, κατανάλωση 63% 1 ος, 2 ος, 3 ος,4 ος, 5 ος : Fan-coil, κατανάλωση 2% 6 ος : Κλιματιστικά A/C, κατανάλωση 8 % 3. Κατανομή Ενέργειας Ηλεκτρικών Συσκευών ανά όροφο Ε' Όροφος 8% Δ' Όροφος 9% Γ' Όροφος 29% ΣΤ' Όροφος 5% A' Όροφος 24% Yπόγειο 19% Ισόγειο 1% 1 ος και 3 ος Όροφος: μεγαλύτερη κατανάλωση λόγω server (24%, 26%) Ακολουθεί το Υπόγειο 19% λόγο ανελκυστήρων Β' Όροφος 5%
11 Ενεργειακή μελέτη (6/6) Εκτίμηση Καταναλώσεων ανά είδος χρήσης και ανά όροφο Φωτισμός 16% Ε' Όροφος 7% ΣΤ' Όροφος 8% Ηλεκτρικές Συσκευές 51% Είδος Χρήσης Κλιματισμός 33% kwh Φωτισμός 36.489 Κλιματισμός 77.729 Ηλεκτρικές Συσκευές 117.746 Σύνολο 231.964 Δ' Όροφος 7% Γ' Όροφος 17% Β' Όροφος 6% A' Όροφος 15% Yπόγειο 32% Ισόγειο 8% Υπόγειο: κατανάλωση 32% -> Κλιματισμός 1 ος, 3 ος : κατανάλωση 15%,17% -> Server Η πραγματική κατανάλωση βάσει τιμολογίων 2010 ανήλθε στις 240.000 kwh (-3,75%)
12 Υπολογισμός Συντελεστή Θερμοπερατότητας (1/2) Εξωτ. τοιχοποιία 26 cm (Υαλοβάμβακας 4cm) Εξωτ. τοιχοποιία 24 cm (Διογκ. Πολυστερίνη 3 cm) Εξωτ. τοιχοποιία 20 cm (χωρίς μόνωση) Όψη - Προσανατολισμός Σύνολο (m 2 ) Προς Μεσογείων - Βόρεια 251,38 Προς Αγίου Θωμά - Ανατολική 343,71 Προς τον ακάλυπτο - Δυτική 300,00 Σύνολο 895,09
13 Υπολογισμός Συντελεστή Θερμοπερατότητας (2/2) Συντελεστής θερμοπερατότητας δομικών υλικών (U) α/α Δομικό στοιχείο Επιφάνεια Aj (m 2 Uj (W/m 2 K) Umax (Ζώνη Β) (W/m 2 K) 1 Εξωτερικοί τοίχοι 26 cm 453,99 0,65 0,5 2 Εξωτερικοί τοίχοι 24cm 358,24 0,86 0,5 3 Εξωτερικοί τοίχοι 20 cm 87,86 1,78 0,5 4 7 8 Δίδυμος Υαλοπίνακας, 6mm αέρα Δάπεδο σε επαφή με το έδαφος Οριζόντιες επιφάνειες και οροφές που χωρίζουν θερμαινόμενο χώρο από τον ελεύθερο αέρα 325,53 3,3 3,00 323 3,48 0,45 282 0,31 0,45 * Λαμβάνοντας υπόψη τις θερμογέφυρες (παραδοχή) U m = n j=1 Aj Uj b n j=1 Aj U m = 1,87 W/m 2 K * Εκτός Ορίων U m.max = 1,111 W m 2 K Βάση κανονισμού για την Ζώνη Β από τον λόγο F/V
Αποτελέσματα με καταγραφικό εξοπλισμό (1/5) 14 Θερμοκάμερα Εξωτερική Θερμογράφηση, 11/3/2011 ( Εξ. Θερμ: 9 ο C, Εσ. Θερμ. 22 ο C 24 ο C) Κύριες όψεις προς Λεωφ. Μεσογείων & Αγίου Θωμά
15 Αποτελέσματα με καταγραφικό εξοπλισμό (2/5) Θερμοκάμερα 2. Εξωτερική Θερμογράφηση, 15/3/2011 ( Εξ. Θερμ: 16 ο C, Εσ. Θερμ. 22 ο C 24 ο C) Εξωτερική Θερμογράφηση, 11/3/2011 ( Εξ. Θερμ: 9 ο C, Εσ. Θερμ. 22 ο C 24 ο C) 1. 3. Όψη προς τον ακάλυπτο χώρο Όψεις οροφής
16 Αποτελέσματα με καταγραφικό εξοπλισμό (3/5) 2. Θερμοκάμερα Εσωτερική Θερμογράφηση, 15/3/2011 ( Εξ. Θερμ: 16 ο C, Εσ. Θερμ. 22 ο C 24 ο C) 1. 3. Όψη τοιχίου 1 ου Ορόφου (Διαβητολογικό) Όψη γωνίας ιατρείου του 6 ου Ορόφου Όψη σωληνώσεων νερού στο Υπόγειο
17 Αποτελέσματα με καταγραφικό εξοπλισμό (4/5) Αναλυτής Καυσαερίων Νοσοκομείο Παίδων Α. & Π. Κυριακού, Μεσογείων 24 Ισχύς Λέβητα Thermostahl LD 140 Riello Guilliver RG4S 140.000 kcal/h (Αριστερά) 140.000 kcal/h (Δεξιά) Ημερομηνία 27-04-11 Ώρα 12:12:40 12:21:40 Είδος Καυσίμου Diesel Κίνησης Επιτρεπτά Όρια Θερμ.Καυσαερίων 186 o C 129 o C 180-280 Θερμ. Χώρου 25.8 o C 27.5 o C Οξυγόνο - O 2 5.6 % 4.5 % CO 2 11.4 % 12.2 % 10 % SMOKE (Brigon scale 0-9) 3 1 0-1 CO 5 ppm 11 ppm < 60 ppm NO 61 ppm 61 ppm < 65 ppm NOx 64 ppm 64 ppm < 65 ppm Περίσσεια αέρα λ 36,6% 27,4% Απώλειες Καυσαερίων 7.1 % 4.2 % < 11 % Βαθμός Απόδοσης EFF (N) 92.9 % 95.8 % Δυσλειτουργία στο σύστημα ψεκασμού πετρελαίου Άριστος Βαθμός Απόδοσης Έλεγχος συστήματος καύσης
Αποτελέσματα με καταγραφικό εξοπλισμό (5/5) 18 Αναλυτής Ηλεκτρικής Ενέργειας Σύνδεση στην κεντρική παροχή Χ.Τ., 23-30/5/2011, Μέγιστη Εξ. Θερμ: 25-29 ο C Πέμπτη 26/5/2011 Φορτίο Βάσης Νοσοκομείου 20:00-6:00, καθημερινές και όλο το Σ/Κ Από 21 kw -> 40 kw, ανά 20λεπτο Κατανάλωση + 19 kw λόγο λειτουργίας συμπιεστών χωρίς φορτίο Σάββατο 28/5/2011 Φυσιολογική λειτουργία Συμπιεστών Άριστος Συντελεστής Ισχύος & Αρμονικές Ρεύματος και Τάσης
19 Δράσεις Βελτιστοποίησης (1/5) Κριτήρια Επιλογής Καθαρή Παρούσα Αξία (ΚΠΑ) Εσωτερικός Βαθμός Απόδοσης (ΕΒΑ) Έντοκη Περίοδος Αποπληρωμής (ΕΠΑ) Εφαρμογή για συσκευές Android Investment Calculator (IC_NPV) Υπολογίζει την ΚΠΑ ΚΠΑ = Κ + Ν i=1 Fi 1 + d i + YA N (1 + d) Ν Αξιολογεί την επένδυση
20 Δράσεις Βελτιστοποίησης (2/5) Φωτισμός Αντικατάσταση Ballast με ηλεκτρονικά Αντικατάσταση λαμπτήρων με Τ5 Εξοικονόμηση 25% Διπλάσια διάρκεια ζωής λαμπτήρων Ρύθμιση Φωτεινότητας Σύνδεση σε B.M.S. Δυνατότητα σύνδεσης πολλών λαμπτήρων Εξοικονόμηση 28% Εγκατάσταση Αισθητήρων Κίνησης Περιορισμός Άσκοπης χρήσης φωτισμού στους διαδρόμους, στις κουζίνες, στο λεβητοστάσιο και στα φωτοτυπικά
21 Δράσεις Βελτιστοποίησης (3/5) Κτιριακό κέλυφος Εξωτερική Θερμομόνωση σε όλο το κέλυφος Εξωτερική Θερμομόνωση σε τμήμα του κελύφους (δύο κύριες όψεις) Θα εναρμονιστεί το κτίριο με τον κανονισμό της ΤΟΤΕΕ (Umax = 0,5W/m 2 K) Τοιχία U πριν U μετά 26 cm 0,65 0,3 24 cm 0,86 0,34 20 cm 1,78 0,43 Μεγάλο αρχικό κόστος κεφαλαίου Μικρότερο αρχικό κόστος κεφαλαίου Αντικατάσταση παλαιών υαλοπινάκων (όψης προς τον ακάλυπτο) με διπλά τύπου 4-12-4 με αέρα (2,8 W/m 2 K) Μικρό οικονομικό όφελος από την προκύπτουσα εξοικονόμηση ενέργειας Υψηλό κόστος αρχικής επένδυσης
22 Δράσεις Βελτιστοποίησης (4/5) Θέρμανση / Ψύξη Εγκατάσταση Φυσικού αερίου Μικρό αρχικό κεφάλαιο Μείωση κόστους 20 % στην τιμή του καυσίμου Μείωση ετήσιου κόστους 11 % Συνεχής παροχή καυσίμου Χρήση υπάρχοντος εξοπλισμού Εγκατάσταση Ηλιακών Συλλεκτών για το ΖΝΧ Μικρό αρχικό κεφάλαιο Εξοικονόμηση 3.000 Lt πετρελαίου (15%) Μείωση ετήσιου κόστους 8% Χρήση υπάρχοντος εξοπλισμού Εγκατάσταση Χρονοδιακόπτη για τη λειτουργία του συστήματος ψύξης Ελάχιστο αρχικό κεφάλαιο Εξοικονόμηση 35.400 kwh (15%) Μείωση ετήσιου κόστους 8,2% Χρήση υπάρχοντος εξοπλισμού
23 Δράσεις Βελτιστοποίησης (5/5) Εγκατάσταση Φωτοβολταϊκών γεννητριών στο δώμα ισχύος 9,6 kwp Απόσβεση Επένδυσης σε 6,2 έτη Ευνοϊκοί όροι δανειοδοτησης Σταθερό Οικονομικό όφελος για 25 έτη Σχεδόν μηδενικό κόστος συντήρησης Πλέον αποδοτική αξιοποίηση χώρου 48 Φ/Β των 200 Wp, 88 m 2 Συνολική ετήσια παραγωγή: 13.500 kwh
Σύνοψη Προτάσεων Προτεινόμενη Δράση Αρχικό Κόστος ( ) Ετήσιο Όφελος ( ) ΚΠΑ ( ) ΕΒΑ (%) ΕΠΑ (έτη) Φωτισμός (Ν=10) 24 Αντικατάσταση Ballast με ηλεκτρονικά Αντικατάσταση λαμπτήρων T8 με Τ5 Εγκατάσταση αισθητήρων κίνησης Εξωτερική θερμομόνωση όλου του κελύφους Εξωτερική θερμομόνωση τμήματος του κελύφους Αντικατάσταση παλαιών υαλοπινάκων Εγκατάσταση Φυσικού Αερίου Εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών για ΖΝΧ Εγκατάσταση χρονοδιακόπτη στο σύστημα ψύξης Εγκατάσταση Φ/Β γεννητριών στο Δώμα 6.200 1.052 1.923 11 7,15 15.800 1.178-6.704 < 0 22,76 1.470 315 962 17 4,14 Κτιριακό κέλυφος (Ν=25) 35.804 2.551 150 5 24,8 23.804 1.491-2.790 3,8 32,8 5.150 142-3.149 < 0 >50 Θέρμανση / Ψύξη (Ν=10) 6.064 5.330 35.093-1,2 4.395 3.907 25.774-1,1 150 4.074 31.308 - << 1 έτος Λοιπές δράσεις (Ν=25) 35.180 (Μεταβλητή) 46.420 12 6,2
25 Συμπεράσματα Βελτιωτικές δράσεις χαμηλού κόστους στην θέρμανση/ψύξη θα προσφέρουν σημαντικότατη εξοικονόμηση ενέργειας και μεγάλο οικονομικό κέρδος Βελτιωτικές δράσεις στο φωτισμό θα προσφέρουν σημαντική εξοικονόμηση. Η επένδυση σε Φ/Β γεννήτριες είναι βιώσιμη και άκρως συμφέρουσα Το κτιριακό κέλυφος δεν παρέχει επαρκή μόνωση Οριακά βιώσιμη η δράση ολικής εξωτερικής θερμομόνωσής του Η συνεισφορά του ανθρώπινου παράγοντα στη βελτίωση της ενεργειακής αποδοτικότητας είναι καθοριστική
26 Προοπτικές Διεξοδική μελέτη θερμομόνωσης Ανάπτυξη της πρωτότυπης εφαρμογής Investment Calculator Αναγκαία η επιθεώρηση σε όλες τις Νοσοκομειακές Μονάδες
Ευχαριστώ πολύ για την προσοχή σας 27 Ηλίας Μ. Παπασταματίου Ενεργειακή Επιθεώρηση Νοσοκομειακής Μονάδας Επιβλέπων Καθηγητής: κ. Ι. Ψαρράς