Ciągły wzrost zainteresowania Odnawialnymi Źródłami Energii przyczynia się do zmniejszania emisji szkodliwych substancji do atmosfery. Coraz więcej budynków buduje się w technologii niskoenergochłonnej, a stare budynki modernizuje się, zwiększając ich energooszczędność.

W posiadaniu Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie znajdują się Domy Studenckie, które wybudowane były w ubiegłym wieku, w starej technologii budownictwa, co jest przyczyną stosunkowo dużych strat energii. Termomodernizacja tych budynków, z zastosowaniem instalacji opartych na Odnawialnych Źródłach Energii, przyczyni się do zmniejszenia ich energochłonności, a także może pełnić rolę demonstracyjno-edukacyjną, stanowiąc jednocześnie laboratorium Odnawialnych Źródeł Energii.

Obecnie budynki miasteczka studenckiego zaopatrywane są w energię do ogrzewania budynków, jak również podgrzewania ciepłej wody użytkowej, z węzła miejskiego. Rozwiązanie to obarczone jest możliwością awarii na drodze transportu ciepła, co przyczynić się może do wyłączenia centralnego ogrzewania (c.o.) oraz braku ciepłej wody użytkowej (c.w.u.). Alternatywę mogą tu stanowić Odnawialne Źródła Energii. Konieczna będzie wówczas modernizacja obecnej instalacji centralnego ogrzewania. Głównym źródłem ciepła będą pompy ciepła. Natomiast jako dodatkowe źródło, pracujące głównie w okresie letnim (mniej energochłonne), wykorzystane zostaną kolektory słoneczne służące do podgrzewania ciepłej wody użytkowej.
Obliczenia zostały wykonane dla pomp ciepła, typu solanka-woda pracujących na czynniku R407C, oraz dla kolektorów słonecznych płaskich, poziomych, a także dla następujących założeń:
•    temperatura zasilania – 50°C
•    temperatura wody użytkowej – 50°C
•    żądany uzysk mocy – 270 kW (c.o. = 190 kW; c.w.u. = 80 kW)
•    średniodzienne zapotrzebowanie na ciepłą wodę w okresie letnim – 800 l

Aby uzyskać żądaną moc, przewiduje się działanie czterech pomp ciepła, o wydajności ok. 75 kW mocy grzewczej każda, uruchamianych kolejno w miarę zapotrzebowania na ciepło, oraz kolektorów słonecznych podzielonych na cztery piony. Należy również zaznaczyć, że kolektory te będą pokrywać zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową tylko w okresie letnim, gdy średniodzienne zapotrzebowanie na c.w.u. wynosi 800 l dla jednego z pionów. W okresie zimowym…

Parametry pomp ciepła
Dolnym źródłem dla pomp ciepła będą kolektory pionowe. Wymagają one w prawdzie większych nakładów finansowych, jednakże mają wielorakie zalety w porównaniu z pozostałymi wykorzystywanymi dolnymi źródłami ciepła. Są nimi:
•    zdecydowanie mniejsza powierzchnia w porównaniu z kolektorami poziomymi
•    stała temperatura już od głębokości 15–18 [m] ppt (rys. 2)
•    duża pojemność cieplna (brak zakłóceń równowagi energetycznej)
•    niskie koszty eksploatacyjne
Zakładając, że uzysk mocy z jednego metra głębokości to ok. 50 W, a maksymalna głębokość pionowych wymienników równa jest 100 m, zatem
ich ilość przy czterech pompach ciepła musi wynieść 60. Ponieważ odwierty należy lokalizować w odległości nie mniejszej niż 4–5 m od siebie, powierzchnia, jaką będą zajmować, to ok. 1500 m2. Odcinki łączące poszczególne odwierty należy umieszczać 1,4–1,5 m pod powierzchnią gruntu.
Źródłem energii dla centralnego ogrzewania będzie układ pomp ciepła, a zasilanie instalacji odbywać się będzie ze zbiorników buforowych. Pojemność zasobnika buforowego z ociepleniem do każdej pompy ciepła będzie wynosiła 800 l. Natomiast do pokrycia zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową wykorzystany zostanie układ biwalentny równoległy kolektorów słonecznych i pomp ciepła. W tym celu zostaną użyte cztery (po jednym dla każdej pompy ciepła) pojemniki biwalentne z wężownicą o pojemności 1000 l, które będą łączyć instalację solarną z pompami ciepła. Oprócz nich każdy pion instalacji solarnej będzie miał jeden dodatkowy zasobnik wody. Zasobniki te będą stanowić magazyny ciepłej wody w okresie letnim, kiedy to kolektory słoneczne mają największą wydajność.
Katarzyna Batkiewicz,
Wojciech Luboń
Redakcja GLOBEnergia
AGH KSE
 Literatura:
1.    Instytut Ochrony Środowiska przy Izbie Rzemiosła Munster – Pompy ciepła, Bielawa – Konin 2002
2.    Termiczne instalacje solarne, Bielawa 2001
3.    VATRA 2006 – Wytyczne projektowe dla pomp ciepła, Kraków
4.    VIESSMANN 2007 – Wytyczne projektowe

 

Cały artykuł – GLOBEnergia 5/2010

2010 05art str 1