Akademia Górniczo – Hutnicza Im. St Akademia Górniczo – Hutnicza Im. St. Staszica W Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Koncepcyjny projekt ogrzewania domu jednorodzinnego przy pomocy OŹE Mikołaj Traczyk

1. Pojęcie ogrzewania Ogrzewanie jest to proces dostarczania energii termicznej do ciała, pomieszczenia, w celu podniesienia lub utrzymania jego temperatury. Jest także szeroko rozumianym pojęciem, związanym z zapewnieniem odpowiednich warunków temperaturowych, zależnie od charakteru pomieszczenia i z uwzględnieniem zmian potrzeb klimatycznych w różnych okresach (czasowych lub funkcjonalnych).

2. Tradycyjne sposoby ogrzewania domów 2.1. Centralne ogrzewanie (CO) We współczesnym rozumieniu jest to dostarczenie ciepła do elementów grzejnych zlokalizowanych w docelowych pomieszczeniach za pomocą gorącej wody. Jednak zakres tego pojęcia jest szerszy - jest to dystrybucja ciepła po budowli, uzyskanego z przetworzenia paliwa w jednym, specjalnie przeznaczonym do tego pomieszczeniu, kotłowni, w tym przypadku piec nazywany jest kotłem centralnego ogrzewania, a elementy przekazujące ciepło w pomieszczeniach to grzejniki (kaloryfery). Do rozprowadzania ciepła wykorzystuje się wodę, parę wodną lub powietrze. Stosuje się systemy obejmujące jedno mieszkanie (centralne ogrzewanie etażowe), jeden budynek, kilka budynków, a nawet całe miasta. W instalacjach obejmujących jeden budynek woda może krążyć w wyniku zmian gęstości przy zmianach temperatury (CO grawitacyjne) lub jej przepływ jest wymuszany pompą. W większych instalacjach stosuje się wyłącznie systemy z wymuszonym obiegiem.

2.2. Ciepło z elektrociepłowni Ciepło z elektrociepłowni do budynku dostarczane jest rurociągami w postaci gorącej wody. Woda ta nie jest stosowana bezpośrednio do ogrzewania, lecz jej energia cieplna przekazywana jest do wewnętrznego obiegu grzewczego centralnego ogrzewania w wymienniku ciepła (rekuperatorze). W czasie przesyłu powstają duże straty ciepła (ogrzewana jest ziemia i atmosfera, a wykonanie instalacji przesyłowej wymaga wysokich nakładów, stąd mała popularność w budownictwie podmiejskim. 2.3. Ciepło pochodzące ze splania węgla Piec węglowy w wykonaniu tradycyjnym - tzw. piec izbowy, pozostaje w wielu gospodarstwach domowych głównym źródłem energii cieplnej. Jest kłopotliwy w eksploatacji, ponieważ: - wymaga dostarczenia ciężkiego paliwa (często po schodach), - wymaga nadzoru podczas palenia i wygaszania, - po rozgrzaniu emituje dużo ciepła, które po zgaszeniu paleniska stopniowo się zmniejsza. Po wieczornym "napaleniu" rano w pomieszczeniu jest już zimno.

3. Niekonwencjonalne metody ogrzewania 3.1. Ogniwa i systemy fotowoltaiczne Zainteresowanie systemami fotowoltaicznymi (PV) szybko wzrasta na Świecie ze względu na to, że przetwarzają one promieniowanie słoneczne bezpośrednio na energię elektryczną, bez ubocznej produkcji zanieczyszczeń, hałasu i innych czynników wywołujących niekorzystne zmiany środowiska. Efekt fotowoltaiczny został zaobserwowany przez francuskiego fizyka Edmonda Becquerela w 1839 r. Pierwszym poważnym zastosowaniem ogniw fotowoltaicznych było zasilanie satelitów w końcu lat pięćdziesiątych. Zapotrzebowanie na wysoce niezawodne i lekkie źródła energii dla zastosowań kosmicznych było siłą napędową rozwoju technologii fotowoltaicznej w jej początkowym okresie, a postęp techniczny w latach sześćdziesiątych pozwolił na wykorzystanie systemów fotowoltaicznych w zastosowaniach naziemnych.

Pomimo postępu, systemy fotowoltaiczne były zbyt drogie, by mogły być powszechnie zastosowane. Jednakże, wzrost cen energii wywołany kryzysem naftowym w połowie lat siedemdziesiątych, spowodował zwiększenie ich opłacalności. Od tego czasu koszt systemów fotowoltaicznych systematycznie spada, a liczba zainstalowanych systemów stale rośnie. Całkowita światowa produkcja modułów fotowoltaicznych osiągnęła 720 MW w 2003 roku, zwiększając się 30% w porównaniu z rokiem poprzednim. Średni roczny wzrost w ostatniej dekadzie wynosi 30% i jest to obok energii wiatrowej najdynamiczniej rozwijająca się technologia odnawialnych źródeł energii. Na lata następne przewiduje się dalszy wzrost produkcji i osiągnięcie 2,4GWp do roku 2010.[1]

3.1.1. Zastosowanie systemów fotowoltaicznych Przekrój domu jednorodzinnego z zamontowanym systemem fotowoltaicznym System jedno obiegowy

System dwu obiegowy System wielo obiegowy

3.2. Energia powstała ze spalania biomasy oraz urządzenia do jej wytwarzania 3.2.1. Ciepło z drewna - czysta i tania energia dla wszystkich Drewno jest ogólnie dostępne i bardzo tanie. Kotły niemieckiej firmy HDG Bavaria mogą spalać drewno i jego odpady w postaci kawałków, zrębków, trocin, wiórów, miału drzewnego, brykietów i innych. Sprawność urządzeń dochodzi do 90%. Źródłem drewna jako paliwa mogą być zasoby leśne (regionalne dyrekcje lasów państwowych i nadleśnictwa posiadają zorganizowaną ofertę w tym zakresie) oraz przemysł przetwórstwa drewna (tartaki, zakłady meblarskie, stolarnie itp.). Cena drewna opałowego dostępnego w nadleśnictwach waha się od 30 do 80 zł za 1 metr przestrzenny.

Można wyliczyć, iż przy komercyjnym zakupie drewna opałowego, roczny koszt ogrzewania przeciętnego domu jednorodzinnego o powierzchni użytkowej 150 m2, wraz z przygotowaniem c.w.u., nie powinien przekraczać 1000 zł. W zależności od zastosowanych rozwiązań, obsługa będzie wymagała załadunku paliwa od 1 do 3 razy w ciągu doby (przez ok. 10 min.) Dla większych obiektów, o zapotrzebowaniu na ciepło powyżej 40 kW, możliwe jest całkowite zautomatyzowanie procesu podawania paliwa (np. w postaci zrębków lub trocin). Wtedy kotłownia może pracować w trybie bezobsługowym nawet kilka tygodni. Należy tu nadmienić, iż efekt ekonomiczny jest tym większy, im większa jest moc źródła ciepła. Kotły grzewcze prezentowanej tu firmy mogą spalać drewno o zawartości wilgoci do 40%, czyli praktycznie świeżo ścięte. Specjalna, wzmocniona konstrukcja komór załadowczych jest odporna na zawilgocenie i korozję.

3.2.2. Urządzenia do spalania biomasy Przy wyborze systemu ogrzewania opartego o spalanie drewna należy brać pod uwagę zasadę pracy kotła (najefektywniejsza jest piroliza), trwałość konstrukcji (kocioł powinien być wykonany z wysokogatunkowej stali kotłowej - będzie przecież pracował w trudnych warunkach) oraz komfort obsługi. Przemyślane i trwałe konstrukcje zapewniają wysoką sprawność (rzędu 85-91% w zależności od modelu) i łatwość użytkowania. Nie bez znaczenia jest również sposób połączenia wszystkich elementów (kotła, zbiornika akumulacyjnego, podgrzewacza c.w.u. itp.), również włączenia kotła na drewno w istniejący układ np. z kotłem olejowym. Aby wybrać odpowiedni typ kotła i dokonać montażu niezbędna jest profesjonalna wiedza poparta doświadczeniem. Kocioł HDG Pellemaster

Kocioł typu EURO Bezobsługowe instalacje typu HDG Compact Przekrój kotła Bavaria

Przekrój kotłowni z zainstalowanym kotłem HDG Compact 3.2.3. Dobór paliwa Przekrój kotłowni z zainstalowanym kotłem HDG Compact Jako podstawowe paliwo dla instalacji HDG Compact służą tzw. zrębki. Świetnym paliwem są też trociny, wióry i drobne brykiety drzewne. Duża ilość kory nie jest tu żadnym problemem. Podobnie świeże zrębki - pomimo dużej zawartości wilgoci mogą być z powodzeniem stosowane bez utraty gwarancji. Choć pozornie jeszcze tego nie widać, paliwa tego jest pod dostatkiem - jest tanie i dostępne. Jako odpad powstaje w procesach produkcyjnych przemysłu drzewnego - stolarniach, tartakach, zakład produkcyjnych płyt wiórowych, fabrykach mebli. Obecnie nadleśnictwa coraz częściej wychodzą z ofertą taniego surowca (drewna) na potrzeby energetyczne - i tu jest to oferta bardzo atrakcyjna, gdyż na zrębki przeznacza się najgorsze sorty - gałęziówkę, trzebież, żerdzie, wiatrołomy. Bardzo dobrym dostawcą zrębków mogą być przedsiębiorstwa utrzymania dróg lub zieleni miejskiej.

3.2.4. Koszty inwestycji oraz eksploatacji Oczywiście - te wszystkie zalety nie mogą kosztować mało. Ale czy „dużo" to rzeczywiście dużo? W przypadku zastosowania kotłowni opartej o kotły HDG Compact należy liczyć się z wydatkiem ca 1,5 do 2 razy większym niż w przypadku kotłowni olejowej czy gazowej. Koszty eksploatacji są jednak drastycznie niższe, nawet 4-krotnie! Daje to zwrot różnicy w nakładach inwestycyjnych w ciągu 3 do 5 sezonów (firma PGK System wykonuje symulacje porównawcze dla konkretnych projektów) przy założeniu braku dotacji. Właśnie! Otóż biomasa (w tym oczywiście zrębki drzewne) jest absolutnym priorytetem na listach zadań wspieranych przez Narodowy i Wojewódzkie Fundusze Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, a także takich programów jak SAPARD. Jeśli uwzględnimy dotację na poziomie 30-50% (maksymalnie 70%) wówczas zwrot różnicy nakładów można osiągnąć po 2-3 sezonach grzewczych.

4. Projekt ogrzewania domu

Obliczenia wykonane przy pomocy programu Kan OZC 3.0

5. Projekt domu wykonany przy pomocy programu Solid Works 2001 Plus

Dziękuję za uwagę !