Racjonalizacja gospodarki ciepłem w zespole budynków Politechniki Częstochowskiej jako przykład efektywności wykorzystania i poszanowania energii w budynkach użyteczności publicznej Robert Sekret Profesor

Wydział Inżynierii i Ochrony Środowiska Katedra Ogrzewnictwa, Wentylacji i Ochrony Atmosfery Zakład Ogrzewnictwa i Wentylacji Zakład Procesów Cieplnych i Ochrony Atmosfery Zakład Technik Numerycznych Działalność prowadzona jest w zakresie: projektowania, eksploatacji i modernizacji systemów: ogrzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyj-nych pracujących w oparciu o konwencjonalne, odnawialne i odpadowe źródła energii; racjonalnego gospodarowania energią, oceny energetycznej i audytingu energetycznego dla po-trzeb eksploatacji budynków i systemów zaopatrzenia w ciepło, chłód i elektryczność.

Według IEA, zapotrzebowanie na energię wzrośnie o 54% do roku 2025. Dwa oblicza energii Energia jest niezbędnym czynnikiem rozwoju ekonomicznego, społecznego i kulturowego ludzkości. Procesy związane z wywarzaniem, przesyłem, dystrybucją i użytkowaniem różnych postaci energii, z uwagi na swój charakter i skalę, są najbardziej uciążliwymi procesami dla środowiska naturalnego prowadzonymi przez człowieka. Według IEA, zapotrzebowanie na energię wzrośnie o 54% do roku 2025.

Populacja światowa i zapotrzebowanie na energię 1850 - 2050 Populacja światowa - wskaźnik wzrostu 6 Zapotrzebowanie energii - wskaźnik wzrostu 140 Konwencjonalne źródła energii Efektywność wykorzystania energii oraz nisko-egzergetyczne źródła energii Odnawialne źródła energii 1890 1930 1970 2010 2050 2090 Lata

Zużycie węgla kamiennego Nowe technologie węglowe. Energetyka jądrowa? Indywidualne kierunki oszczędzania energii

Wykres rozpływu energii wyrażonej w procentach energii pierwotnej w polskim systemie elektroenergetycznym Każdej jednostce zaoszczędzonej przez użytkownika energii użytecznej (przetworzonej z energii elektrycznej) odpowiada pięć jednostek zaoszczędzonej energii chemicznej paliwa, a każdej jednostce zaoszczędzonej u użytkownika energii elektrycznej - ponad trzy jednostki zaoszczędzonej energii chemicznej paliwa.  Celem Unii Europejskiej jest realizacja do 2020 r. hasła: „Trzy razy dwadzieścia procent” („3 x 20%”): 20 procent mniej CO2, 20 procent więcej energii odnawialnych i 20 procent więcej efektywności energetycznej.

Dyrektywy UE Wspieranie produkcji energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii (2001/77/WE) Celem tej dyrektywy jest zwiększenie udziału odnawialnych źr. energii w produkcji energii elektrycznej. Połączenie produkcji ciepła i energii elektrycznej (2004/8/WE) Dyrektywa ta ma na celu zwiększenie efektywności energetycznej oraz bezpieczeństwa energetycz-nego poprzez promocję i rozwój kogeneracji. Efektywność energetyczna w budownictwie (2002/91/WE) Celem tej dyrektywy jest wspieranie efektywności energetycznej w budownictwie. Promocja efektywności usług energetycznych i efektywności zużycia energii przez odbiorców końcowych (2006/32/WE) Najważniejszym celem tej dyrektywy jest doprowadzenie do bardziej efektywnego zużycia energii przez użytkowników końcowych, poprzez wspieranie rozwoju sprawnie działającego, uzasadnionego ekonomicznie i konkurencyjnego rynku opłacalnych kosztowo sposobów podnoszenia efektywności energetycznej.

Struktura wykorzystania energii w Europie według sektorów

Struktura wykorzystania energii

Struktura wykorzystania energii budynek: TYP - typowy, LOW - niskoenergetyczny, PAS – pasywny; normy: NIE – niemieckie, SWE - szwedzkie Zmiany wymagań oraz strukturas zużycia energii końcowej w budynkach według norm szwedzkich i niemieckich [kWh/m2a], www.cepheus.de

Struktura wykorzystania energii Porównanie struktury strat (-) i zysków (+) ciepła budynku tradycyjnego i pasywnego na przykładzie budynku Hannover Kronsberg, Passivhaus Institut www.passiv.de

Zarządzanie energią w zespołach budowlano-instalacyjnych Termin "zarządzanie energią" jest używany w celu określenia co zrobić, aby obniżyć ilość energii potrzebnej w działalności, co obniża koszty, zwiększa poziom komfortu i minimalizuje wpływ na środowisko jednocześnie nie pogarszając jakości. Aby zarządzać zużyciem energii potrzebne jest połączenie działań na czterech płaszczyznach: technicznej, organizacyjnej, intelektualnej, ludzkiej-behawioralnej. Wybrane narzędzia wykorzystywane przy zarządzaniu energią: monitoring rozszerzony, analiza i wnioskowanie statystyczne, LCC (Life Cycle Cost) LCA (Life Cycle Assessment) analiza wrażliwości.

Łańcuch konwersji energii

SYSTEMY BUDOWLANO - INSTALACYJNE O NISKIM ZUŻYCIU EGZERGII

Efektywność energetyczna, ekonomiczna i ekologiczna racjonalizacji gospodarki ciepłem w obiektach Politechniki Częstochowskiej Termomodernizacja wybranych budynków Politechniki. Modernizacja lokalnej kotłowni. Modernizacja lokalnej sieci cieplnej. Instalacja kolektorów słonecznych . budynek Politechniki przy ulicy J. H. Dąbrowskiego dom studencki DS-5 dom studencki DS-7 dom studencki DS-2 budynek kotłowni 1 2 3 4 5

Efektywność energetyczna, ekonomiczna i ekologiczna racjonalizacji gospodarki ciepłem w obiektach Politechniki Częstochowskiej Modernizacja lokalnej kotłowni zasilającej w ciepło budynki Politechniki Modernizacja systemu przesyłu i dystrybucji ciepła na potrzeby c.o i c.w.u. Termomodernizacja budynków Politechniki Instalacja kolektorów słonecznych skojarzona z systemem zaopatrzenia w ciepło Moc kotłów 2,2 MW Długość sieci 1450 m Kubatura budynków 18777 m3 Powierzchnia kolektorów 336 m2 Wariant Opis SPBT, lat Planowane koszty całkowite, N, zł Efekt energetyczny, % Efekt ekonomiczny, zł/rok 1 Kotłownia na biomasę 14,7 7136000 75 485399 2 Kotłownia węglowa 12,1 6430000 58 533033 3 Kotłownia gazowa 43,9 6959500 85 158420 Efekt energetyczny

Efektywność energetyczna, ekonomiczna i ekologiczna racjonalizacji gospodarki ciepłem w obiektach Politechniki Częstochowskiej Zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej w budynkach Politechniki Częstochowskiej Efekt energetyczny

Efektywność energetyczna, ekonomiczna i ekologiczna racjonalizacji gospodarki ciepłem w obiektach Politechniki Częstochowskiej Oszczędność w kosztach eksploatacyjnych obiektów Politechniki Częstochowskiej po realizacji projektu Koszty eksploatacyjne obiektów Politechniki Częstochowskiej po realizacji działań wchodzących w skład projektu Koszty eksploatacyjne obiektów Politechniki Częstochowskiej przed realizacją działań wchodzących w skład projektu 70% 100% 30% Efekt ekonomiczny 30 %

Efektywność energetyczna, ekonomiczna i ekologiczna racjonalizacji gospodarki ciepłem w obiektach Politechniki Częstochowskiej Lokalna poprawa jakości powietrza atmosferycznego dzięki zmniejszeniu zapotrzebowa-nia na ciepło do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej w budynkach Poli-techniki poddanych termomodernizacji i dzięki wykorzystaniu kolektorów słonecznych. Efekt ekologiczny

PODSUMOWANIE TERMOMODERNIZACJA BUDYNKÓW Wskaźnik E, kWh/(m2a) Wielkość Przed termomodernizacją Po termomodernizacji TERMOMODERNIZACJA BUDYNKÓW Wskaźnik E, kWh/(m2a) 150 – 290 60 – 120 Zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło budynków, % od 30 do 58 MODERNIZACJA LOKALNEGO ŹRÓDŁA CIEPŁA Moc cieplna źródła, kW 58 41 Zapotrzebowanie własne źródła, GJ/rok 416 291 Sprawność eksploatacyjna, % 60 83 Zmniejszenie jednostkowego kosztu wytwarzania, % 39 MODERNIZACJA SYSTEMU PRZESYŁU CIEPŁA Przesył, kW 320 65 Całkowite straty ciepła, GJ/rok 3 102 367 Zmniejszenie przesyłowych strat ciepła, GJ/rok (%) 2 735 (88) Zmniejszenie kosztów przesyłu, % 95 EFEKT KOŃCOWY Zmniejszenie ilości wytwarzanego ciepła, GJ/rok 7 037 Zmniejszenie ilości wytwarzanego ciepła, % 28,5 Zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło, GJ/rok 4 302 Zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło, % 20 Zmniejszenie kosztów zakupu paliwa dla kotłowni, % 57 Zmniejszenie kosztów eksploatacji obietów Politechniki, % 30

SKOJARZONY UKŁAD WYTWARZANIA CIEPŁA Z BIOMASY I SŁOŃCA Układ wykorzystuje odnawialne źródła energii w postaci biomasy i energii słonecznej, zaopatruje w ciepło (rozdysponowane na ciepłą wodę użytkową oraz centralne ogrzewanie) zespół obiektów należących do Wydziału Inżynierii i Ochrony Środowiska, składający się z: - budynku głównego ( pow. 4558 m2 ), - budynku laboratorium ( pow. 707 m2 ). Zapotrzebowanie na moc cieplną stanowi łącznie 350 kW ( głównie w okresie zimowym ): - instalacja c.o. budynek główny 260 kW - instalacja c.o. budynek laboratorium 81 kW - przygotowanie c.w.u. 9 kW W skład układu wchodzą: - zestaw próżniowych kolektorów słonecznych, - kotły opalane biomasą, - zespół zbiorników buforowych, - komputerowy monitoring parametrów pracy układu, - czujnik promieniowania słonecznego z rejestratorem, - ciepłomierze, armatura oraz system automatyki i kontroli pracy.

Szkic budynku laboratorium oraz elementów układu skojarzonego NFOŚiGW WFOŚiGW EkoFundusz

PODSUMOWANIE Po zrealizowaniu zakresu rzeczowego projektu, dzięki racjonalizacji gospodarki ciepłem, osiągnięto następujące efekty: uzyskanie 1724 GJ/rok ciepła do przygotowaia c.w.u. z instalacji kole- ktorów słonecznych, zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło dla odbiorców i zapotrze- bowania własnego źródła ciepła o 20 % oraz zmniejszenie ilości wytwarzanego ciepła o 28 %; zmniejszenie zużycia energii pierwotnej o 49 %; zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych ponoszonych przez Uczelnię o około 30%; zmniejszenie rocznej emisji do atmosfery substancji szkodliwych tj. SO2, CO, CO2, NOx przeciętnie o 53% i pyłu o 67%.