Obliczanie zapotrzebowania na energię na podgrzanie wody użytkowej

Wprowadzenie do metodyki obliczania zapotrzebowania na energię do przygotowania ciepłej wody według norm europejskich

W 2007 roku zostały przyjęty przez CEN pakiet norm europejskich dotyczących obliczania zapotrzebowania na energię i sprawności instalacji wchodzących w skład budynków.

Metodyki obliczeń dla instalacji ciepłej wody zawarto w następujących arkuszach normy europejskiej: EN 15316-3-1:2007 Heating systems in building - Method for calculation of system energy requirements and efficiencies - Part 3.1 Domestic hot water systems, characterisation of needs (tapping requirements) (Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania zapotrzebo-wania na energię instalacji i sprawności instalacji - Część 3.1 Instala-cje centralnej ciepłej wody, charakterystyka zapotrzebowania, wyma-gania dotyczące rozbioru wody)-objętość 17 stron; EN 15316-3-2:2007 Heating systems in building - Method for calculation of system energy requirements and efficiencies.

• Part 3.2 Domestic hot water systems, distribution (Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania zapotrzebowania na energię instalacji sprawności instalacji - Część 3.2 Instalacje centralnej ciepłej wody, rozprowadzanie wody) - objętość 28 stron.
  

EN 15316-3-3:2007 Heating systems in building - Method for calculation of system energy requirements and efficiencies - Part 3.3 Domestic hot water systems, generation.

(Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania zapotrzebowania na energię instalacji i sprawności instalacji - Część 3.3 Instalacje centralnej ciepłej wody, przygotowanie wody) - objętość 23 strony.

W Polskim Komitecie Normalizacyjnym będą w niedługim czasie przygotowywane projekty robocze arkuszy tej normy w wersjach PN-EN. Wymienione arkusze są opracowy-wane i wdrażane w Polsce przez Komitet Techniczny PKN nr KT 279 do spraw Ciepłownic-twa, Ogrzewnictwa i Wentylacji.

Charakterystyka ogólna normy EN 15316-3 w zakresie instalacji ciepłej wody W normie EN 15316-3 dotyczącej ciepłej wody przyjęto ogólne podejście do obliczania zapotrzebowania na energię do przygotowywania ciepłej wody z uwzględnieniem następujących kryteriów:

• obliczenie zapotrzebowania na ciepłą wodę dla pojedynczego mieszkania lub części budynku,
• obliczenie strat ciepła w systemie dystrybucji ciepłej wody uwzględniając także obiegi cyrkulacyjne,
• obliczenie strat ciepła w zasobnikach ciepłej wody, przy jej przygotowaniu lub przechowywaniu.
  

Wymagana wielkość energii cieplnej dla instalacji ciepłej wody w budynku zależy od następujących czynników:

• wielkości zapotrzebowania na ciepłą wodę przez użytkowników i wymaganej jej temperatury. Ciepła woda dostarczana jest odbiorcom za pośrednictwem armatury czerpalnej w określonych objętościach zależnych od charakterystyki hydraulicznej zastosowanych baterii czerpalnych,
• charakterystyki strat cieplnych systemu przygotowania, przechowywania i dystrybucji ciepłej wody.

Wielkość zapotrzebowania na energię cieplną QW niezbędną do przygotowania ciepłej wody w ilości wymaganej przez odbiorców określono w normie EN 15316-3 na podstawie następującej zależności:

Metoda obliczania wymaganej ilości energii cieplnej dla centralnych instalacji wody ciepłej, zawarta w normie EN 15316-3 może być stosowana dla wszystkich typów budynków wyposażonych w takie instalacje.

Podstawowy układ instalacji wody ciepłej, dla którego można zastosować niniejszą metodę składa się z przynajmniej jednego urządzenia do wytwarzania ciepła, współpracującego z zasobnikiem, instalacji rozprowadzającej i przynajmniej jednego punktu czerpalnego (np. baterii czerpalnej lub głowicy prysznicowej).

W metodzie obliczeniowej, zastosowanej w analizowanej normie dokonano podziału zapotrzebowania na ciepło do przygotowania ciepłej wody na cztery systemy (rys. 1):

• system wypływu, obejmujący punkty czerpalne wraz z elementami lub urządzeniami do ich sterowania,
• system dystrybucji wody ciepłej, obejmujący układ przewodów rozprowadzających, pionów wraz z układem przewodów cyrkulacyjnych oraz doprowadzeń do punktów czerpalnych oraz urządzeń i pozostałych elementów współpracujących w tym systemie (np. pompy cyrkulacyjne),
• system gromadzenia i przechowywania ciepłej wody (np. zasobniki),
• system przygotowania ciepłej wody, obejmujący urządzenia do podgrzewania wraz z elementami służącymi do regulacji, kontroli i sterowania (np. podgrzewacze, kolektory słoneczne, pompy ciepła).

W metodzie tej uwzględniono budynki składające się z części o różnym przeznaczeniu lub użytkowane przez różne grupy użytkowników. Metodę obliczeniową można stosować do całych budynków lub do wybranych ich części.

Do celów obliczeniowych wprowadzono pojęcie strefy. Strefa to budynek lub jego część, dla której jest obliczane zapotrzebowanie na energię dla instalacji ciepłej wody.

Rys. 2. Podział budynku na strefy: a) jedna strefa, w której ciepła woda przygotowywana jest za pomocą różnych źródeł ciepła, b) kilka stref w budynku, dla których ciepła woda przygotowywane jest centralnie za pomocą jednego źródła ciepła

Analizowany budynek może składać się z jednej lub kilku stref, które obejmują fragment budynku o tej samej funkcji użytkowej lub fragment budynku objęty analizą. Każda strefa może być obsługiwana przez jedną lub więcej instalacji ciepłej wody, lub kilka stref może być zasilanych z jednej instalacji (rys. 2).

Okres obliczeniowy do określania zapotrzebowania na ciepło dla instalacji ciepłej wody przyjęto w cytowanej normie na jeden rok. Sposób określania rocznego zapotrzebowania na ciepło może być przeprowadzony dwojako:

• przy wykorzystaniu rocznych danych o pracy systemu instalacji ciepłej wody, uzyskanych na podstawie dotychczasowej jego eksploatacji - do obliczeń przyjmuje się wartości średnie (dobowe, roczne),
• poprzez podział rocznego okresu na krótsze okresy (tygodniowe, miesięczne, sezonowe) i przeprowadzeniu obliczeń dla kolejnych okresów, a następnie zsumowaniu ich i otrzymaniu wyniku dla okresu rocznego.

Założenia przyjęte do obliczeń

1. Nie uwzględnia się zróżnicowania zużycia wody ciepłej oraz sprawności jej wykorzystania związanej ze sposobem poboru (nawyki i przyzwyczajenia użytkowników instalacji, różne typy baterii czerpalnych, itp.).
2. Nie uwzględnia się zużycia wody ciepłej i energii niezbędnej do jej przygotowania związanej z przeprowadzaniem okresowych dezynfekcji instalacji (np. unieszkodliwianie bakterii Legionella).
3. Nie uwzględnia się strat ciepła związanych z magazynowaniem wody.
4. Temperatura wody zimnej, służącej do przygotowania wody ciepłej wynosi 10°C.
5. Temperatura wody ciepłej wypływającej bezpośrednio z urządzenia do jej przygotowania wynosi 60°C.
6. Temperatura wody ciepłej przed punktem czerpalnym nie jest niższa niż 55°C.

W celu określenia wskaźnika oceny zapotrzebowania energii RW na przygotowanie ciepłej wody oraz Wskaźnika Zintegrowanej Oceny Charakterystyki Energetycznej WZE należy przeprowadzić obliczenia zapotrzebowania energii na przygotowanie ciepłej wody dla budynku referencyjnego (lub referencyjnego lokalu mieszkalnego), który ma takie same wymiary i kształt jak budynek oceniany i spełnia aktualne przepisy techniczno-budowlane wydane na podstawie Prawa Budowlanego [1]. W przypadku budynku referencyjnego przyjmuje się założenia dotyczące wykorzystania źródła energii do przygotowania ciepłej wody w zależności od zastosowania źródła energii w budynku ocenianym (tabl. 6).

Możliwości zastosowania metodyki obliczeniowej zapotrzebowania na ciepło z normy EN 15316-3 do warunków krajowych

Na podstawie krótkiego porównania metod obliczeniowych zawartych w w normie europejskiej oraz metodyki zamieszczonej w załączniku do projektu rozporządzenia [1] można stwierdzić, że ogólna idea obliczania zapotrzebowania na ciepło dla systemów instalacyjnych ciepłej wody jest taka sama. Na podobieństwa wskazują podobne zależności obliczeniowe (1) i (2), służące do obliczania zapotrzebowania na ciepło i przyjęcie tych samych okresów obliczeniowych.

Różnice dotyczą stopnia szczegółowości prowadzonych obliczeń. W normie europejskiej w metodyce szczegółowo przeanalizowano wszystkie możliwe straty energii w systemie dystrybucji ciepłej wody. W projekcie metodyki krajowej obliczenia celowo uproszczono ze względu na ograniczoną możliwość uzyskania wiarygodnych danych eksploatacyjnych istniejących instalacji ciepłej wody w budynkach.

W przypadku przyjęcia normy europejskiej EN 15316-3 jako obowiązującej normy PN-EN, metodyka obliczania zapotrzebowania na ciepło dla instalacji ciepłej wody zawarta w tej normie będzie zalecana lub obowiązująca do stosowania w Polsce (w zależności od przywołania normy PN-EN w rozporządzeniu odpowiedniego ministra).

Przewiduje się, że metodyka zawarta w normie europejskiej będzie zalecana do stosowania w naszym kraju dla budynków nowo projektowanych i skomplikowanych pod względem określenia zapotrzebowania na energię.

Metodyka uproszczona, zawarta w projekcie rozporządzenia będzie natomiast stosowana dla budynków istniejących, mało skomplikowanych pod względem wykorzystywania energii i dla których brak jest szczegółowych danych o wyposażeniu instalacyjnym.

Zastosowanie w praktyce omówionej metodyki z normy europejskiej nie będzie nastręczało większych problemów dla krajowych audytorów certyfikujących budynki pod względem energetycznym. Problemem może stać się brak aktualnej inwentaryzacji istniejących instalacji ciepłej wody i ograniczone dane eksploatacyjne.

Literatura

[1] Projekt rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej. Warszawa, maj 2008.

[2] EN 15316-3-1:2007 Heating systems in building – Method for calculation of system energy requirements and efficiencies – Part 3.1 Domestic hot water systems, characteri-sation of needs (tapping requirements).

[3] EN 15316-3-2:2007 Heating systems in building – Method for calculation of system energy requirements and efficiencies – Part 3.2 Domestic hot water systems, distribution.

[4] EN 15316-3-3:2007 Heating systems in building – Method for calculation of system energy requirements and efficiencies – Part 3.3 Domestic hot water systems, generation.