Tag: chłodzenie

Chłodzenie, klimatyzacja, zyski ciepła

Chłodzenie, klimatyzacja, zyski ciepła

Program ArCADia-TERMO jest programem wszechstronnym i pozwala m.in. obliczać sezonowe zapotrzebowanie na chłód oraz zyski ciepła na kilka sposobów. Program oferuje następujące rodzaje obliczeń:

  1. Obliczenia zapotrzebowania na chłód Qcnd [kWh/rok] na potrzeby świadectw i projektowanych charakterystyk energetycznych, wykonywane zgodnie z metodologią dotyczącą ŚCHE i PCHE lub normą 13790. Można je wykonać na każdej wersji programu od STD wzwyż. Obliczeniom tym dedykowany jest etap Obliczenia cieplne – Strefy chłodu, który ukaże się przy sporządzaniu świadectwa, projektowanej charakterystyki energetycznej, analizy środowiskowej czy ekonomicznej, po zaznaczeniu na zielono w etapie 3 Dane wejściowe – Dane o budynku przycisku Chłodzenie.

2. Obliczenia zysków ciepła Q [W] na potrzeby doboru urządzeń klimatyzacyjnych. Obliczenia te obejmują zyski od ludzi, urządzeń, przegród, oświetlenia i materii, dla najgorszego dnia w roku, zgodnie z niemieckimi wytycznymi VDI 2078. Obliczeniom tym dedykowany jest moduł Klimatyzacja, objęty odrębną licencją. Zyski ciepła liczy się osobno dla poszczególnych pomieszczeń w etapie Obliczenia cieplne – Zyski ciepła.

3. Określenie wewnętrznych zysków ciepła metodą uproszczoną lub szczegółową, przy wyznaczaniu sezonowego zapotrzebowania na ciepło lub chłód. Obliczenia te są dostępne w etapach Strefy cieplne i Strefy chłodu, w zakładkach Zyski wewnętrzne. Metoda szczegółowa uwzględnia zyski od ludzi, urządzeń, oświetlenia, instalacji i zasobników.

Analiza równania na energię do chłodzenia Qc,nd

 Niektórym certyfikatorom wiele problemów sprawia interpretacja równania służącego do obliczania zapotrzebowania na energię do chłodzenia w świadectwie energetycznym.

Poniżej znajduje się fragment normy EN-ISO 13790:2009 odnoszącej się do obliczeń zapotrzebowania na energię do chłodzenia.

Należy przyznać, że treść tej normy ( dokładniej jej tłumaczenie) nie jest najlepsze, przez co jest trudne do zrozumienia.

c1

c2

A teraz spróbuję streścić, jak ja rozumiem powyższy tekst, czyniąc go bardziej przystępnym.

Zapotrzebowanie na energię do chłodzenia określa poniższy wzór:

QC,nd = QC,gn– ηc*QC,ht

gdzie: QC,gn – to całkowite zyski ciepła ( wewnętrzne oraz od nasłonecznienia)

ηc – bezwymiarowy czynnik wykorzystania strat ciepła dla chłodzenia

QC,ht– to całkowite przenoszenie ciepła przez przenikanie i wentylację

Oto wnioski:

1) im mniejszy współczynnik przenikania U przegród (np. ściany, stropy, okna, drzwi) tym mniejsze jest zapotrzebowanie na chłód, czyli na energię do chłodzenia.

Uzasadnienie: Jeżeli przegrody mają wysoki współ. U (np. ściany U=1,5), wtedy nadmiar ciepła, pochodzący z zysków ciepła (wewnętrznych i od nasłonecznienia) może być szybciej i łatwiej usunięty z danego pomieszczenia chłodzonego. Czyli, na przykład: jeżeli mamy dobrze zaizolowaną styropianem salę konferencyjną, to ciepło zgromadzone wewnątrz tej sali nie ma jak uciec (przeniknąć) przez ściany i dach i dlatego trzeba dostarczyć bardzo dużo chłodnego powietrza, aby zmniejszyć wewnętrzną temperaturę tej sali. Natomiast, w gdy ściany i dach są bez izolacji, wtedy spora część ciepła przenika przez te przegrody, a tylko pozostała, nadmiarowego cześć ciepła w pomieszczeniach musi być schłodzona. Stąd ilość energii na chłodzenie spada. Można się o tym przekonać, wchodząc po południu do takiej sali np. w hotelu ( która nie była jeszcze w tym dniu używana) i poczuć, jak najpierw jest chłodno (ponieważ nikogo wcześniej nie było) , a po 15 minutach jest przyjemnie (ponieważ są już zyski wewnętrzne). Jednak po 30 minutach trzeba włączyć chłodzenie (klimatyzację), aby osiągnąć temperaturę komfortu np. 25 stopni.

 2) im większy strumień powietrza wentylacyjnego, tym mniejsze jest zapotrzebowanie na chłód.

Uzasadnienie: Jeżeli zwiększymy strumień powietrza wentylacyjnego, to wtedy nadmiar ciepła zostanie – niejako przy okazji – usunięty przez kanały wentylacyjne z pomieszczenia i zapotrzebowanie na chłodzenie będzie mniejsze. Dlatego często wystarczy włączyć nawiew świeżego powietrza wentylacyjnego, aby obniżyć temperaturę w pomieszczeniu, jeżeli temp. na zewnątrz jest niższą niż wewnątrz pomieszczenia.

 3) im większy bezwymiarowy czynnik wykorzystania strat ciepła dla chłodzenia ηc, tym mniejsze jest zapotrzebowanie na chłód.

Uzasadnienie: Należy zauważyć, że część zysków ciepła jest pożądana!, aby w pomieszczeniu chłodzonym utrzymać zakładaną temperaturę np. 25 stopni ( jest to temperatura nastawy, czyli maksymalnej, zamierzonej temperatury w pomieszczeniu). Jednak pozostała część (często większa część) zysków ciepła jest niepożądana, ponieważ prowadzi do zbyt wysokiej temperatury i tym samym do przegrzania budynku. Czyli, im większa część ilość ciepła jest tracona np. przez przenikanie, tym większa jest wartość czynnika ηc, a tym samym mniej nadmiarowego ciepła zostaje w pomieszczeniu, które trzeba schłodzić.

 

W programie ArCADia-TERMO , w etapie Strefy chłodu, można łatwo w praktyce sprawdzić powyższe wnioski, rys.1. Kolorem czerwonym zaznaczono miejsca, których wartości mają wpływ na zapotrzebowanie na energię do chłodzenia.

chlodzenie

Rysunek 1. Parametry strefy chłodu w programie ArCADia-TERMO

Wnioski

Oto co można (choć nie zawsze jest to możliwe) zrobić, aby zapotrzebowanie na chłód zmalało:

  1. zastosować żaluzje,
  2. zwiększyć temp. nastawy z 25 °C na 26 °C,
  3. zwiększyć krotność wymian powietrza wentylacyjnego,
  4. zwiększyć wartość współ. przenikania U przegród,
  5. zmniejszyć zyski wewnętrze poprzez zastosowanie bardziej ekonomicznych urządzeń,
  6. zmniejszyć moc opraw oświetleniowych,
  7. w zakładce Tryby pracy wyłączyć system chłodzenia (temp. 32 stopnie) w godzinach nieużytkowania budynku.

Pompy ciepła w systemie chłodzenia a Uoze

Pompy ciepła w systemie chłodzenia, a obliczenia Uoze

W projekcie rozporządzenia w sprawie metodologii wykonywania świadectw energetycznych z dnia 19 grudnia 2014 r. podano tylko jeden typ pomp ciepła w systemie chłodzenia. Jest to rewersyjna pompa ciepła typu solanka/woda z wymiennikiem gruntowym jako dolnym źródłem ciepła, wyposażona w funkcję chłodzenia pasywnego (tylko dla trybu chłodzenia) o bardzo wysokiej sprawności SEER = 10,0 w przypadku, gdy urządzenie to jest jedynym źródłem chłodu w przestrzeni chłodzonej, którą można przyjąć tylko wtedy gdy jest to tylko jedyne urządzenie chłodzące dane pomieszczenie lub grupę pomieszczeń.

Ponieważ jest to maksymalna sprawność dla tego typu urządzeń, dlatego zawsze powinno się podawać sprawność podaną przez producenta danego urządzenia chłodniczego, szczególnie wtedy gdy jest ona mniejsza od podanej w rozporządzeniu MIiR.

Wielu certyfikatorów może postawić pytanie: Czy i w jaki sposób można uwzględnić innego typu pompy ciepła niż np. rewersyjna pompa ciepła typu powietrze/woda.

Odpowiedź brzmi: Tak – powinno się uwzględniać pompy innego typu, chociaż w rozporządzenie nic na ten temat nie jest napisane.

Idąc dalej, warto zadać kolejne pytanie czy inne urządzenia chłodnicze jak na przykład klimatyzatory, sprężarki spiralne czy śrubowe są urządzeniami wykorzystującymi odnawialną energię, skoro ich sprawność (wskaźnik SEER ) często oscyluje w granicach od 3,0 do 5,4.

Co oznacza, że do wytworzenia chłodu kilkakrotnie więcej energii ze źródeł odnawialnych takich jak woda, grunt, powietrze czy z ciepła odpadowego niż z konwencjonalnych, używanych do napędu i sprężania czynnika chłodniczego.

Termin „pompa ciepła” używany jest też przez producentów do określania np. klimatyzatorów oraz systemów multisplit typu VRV oraz VRF np.

„Pompa ciepła typu SPLIT wykorzystuje ciepło z powietrza zewnętrznego do produkcji ciepła lub chłodu dla potrzeb ogrzewania/chłodzenia budynku oraz podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Budowa pompy ciepła typu SPLIT opiera się o zastosowanie dwóch jednostek: zewnętrznej i wewnętrznej, połączonych obiegiem chłodniczym. ”

Często, sprawność pomp ciepła jest mniejsza od w stosunku do średniej sprawności obliczonej wtedy, gdy pompa pracuje w systemie ogrzewania. Chociaż jest wiele przypadków, gdy wartość średniego sezonowego współczynnika efektywność energetycznej wytwarzania chłodu SEER jest często większa od wartość średniego sezonowego współczynnika efektywność energetycznej wytwarzania ciepła SCOP.

Użytkownicy programu ArCADia-TERMO mogą zdefiniować własne pompy ciepła pracujące w trybie chłodzenia i określić je jako urządzenia pobierające cześć energii odnawialnej ( rys.1), klikając na przycisk Baza dla Rodzaju systemu chłodzenia (rys. 2).

Dzięki temu wartości ich sprawności zostanie uwzględniona do obliczenia wskaźnika udziału energii odnawialnej Uoze, rys.3.

1_pompa

Rysunek 1. Definiowanie pompy ciepła typu powietrze/woda dla systemu chłodzenia w programie ArCADia-TERMO

1a_pompa

Rysunek 2. Ustawienia parametrów zdefiniowanej pompy ciepła typu powietrze/woda w programie ArCADia-TERMO

1b_Uoze

Rysunek 3. Wskaźnik Uoze na pierwszej stronie świadectwa energetycznego w programie ArCADia-TERMO

Ponieważ praktyczne wszystkie urządzenia do produkcji chłodu pracują jak pompa ciepła, w oparciu o energię odnawialną, dlatego zawsze mają wpływ na wskaźnik Uoze. Jedynym wyjątkiem są urządzenia do produkcji chłodu o wartości SEER <= 1,00, ponieważ dla tych urządzeń obliczanie Uoze nie ma sensu (Uoze < 0,00).

Warto dodać, że najnowszym projekcie rozporządzenia MIiR z dnia 19 grudnia 2014 r. został poprawiony wzór (nr 100) do obliczeń Uoze dla pomp ciepła działających w systemie ogrzewania, c.w.u i chłodzenia, co jak widać ma duże znacznie w dla wszystkich urządzeń przeznaczonych do wytwarzania chłodu.

Oczywiście, dla pomp ciepła zasilanych energię elektryczną pochodząca od ogniw fotowoltaicznych wartość Uoze wynosi 100%, bez względu na współczynnik sprawności pompy.

Podsumowanie

  • Pomimo, że rozporządzenie MIiR określa tylko jeden rodzaj pomp ciepła z funkcją chłodzenia, to jednak trudno dopatrywać się jakiś formalnych przeszkód zabraniających uwzględnienia innych typów pomp ciepła.
  •  Prawie wszystkie urządzenia do produkcji chłodu mają wpływ na wartość wskaźnika Uoze.
  • Korzystając z programu ArCADia-TERMO można definiować dowolne pompy ciepła z funkcją np. chłodzenia i określić w jaki sposób (wzór) mają być te urządzenia uwzględniane w obliczeniach Uoze.

Współczynnik SEER w obliczeniach chłodu

Tematem tego artykułu będzie omówienie współczynnika SEER, używanego do obliczenia całkowitej sprawności urządzenia wytwarzającego chłód.

Wartość współczynnik EER nie jest stała, ponieważ zależy od warunków klimatycznych panujących na danym obszarze oraz od tego jak się te warunku zmieniają. Ponieważ, z tych powodów okresowa sprawność urządzenia chłodniczego EER znacznie się zmienia (na przykład od 15 % do 33%), dlatego od 1 stycznia 2013 roku zgodnie z rozporządzeniem Komisji (UE) nr 626/2011 wszystkie klimatyzatory typu powietrze-powietrze o mocy chłodniczej do 12 KW podlegać będą dyrektywie UE dotyczącej ErP, zgodnie z którą postanowiono posługiwać się (zamiast wartością EER, ang. Energy Efficiency Ratio) tzw. średnią sprawnością ważoną oznaczoną nazwą SEER , gdzie wagą jest temperatura zewnętrzna i czasie).

Klimatyzatory typu „split”, klimatyzatory okienne oraz ścienne powinny mieć nową skalę z klasami od A do G i dodatkowym symbolem „+”, uwzględnianym co dwa lata aż do osiągnięcia najwyższej klasy A+++.

Jedynie klimatyzatory jedno- i dwukanałowe zostały wyłączone z tej klasyfikacji.

Klimatyzatory dwukanałowe – są to klimatyzatory, w których podczas chłodzenia lub ogrzewania powietrze wlotowe skraplacza (lub parowacza) wprowadzane jest z zewnątrz jednym kanałem do urządzenia chłodniczego i odprowadzane na zewnątrz przy użyciu drugiego kanału Urządzenia takie zamontowane są wewnątrz klimatyzowanego pomieszczenia, przy ścianie.
Klimatyzatory jednokanałowe – są to klimatyzatory, w których podczas chłodzenia (lub ogrzewania) powietrze wlotowe skraplacza (lub parowacza) wprowadzane jest z wewnątrz pomieszczenia, a odprowadzane jest na zewnątrz tego pomieszczenia. Całe urządzenie znajduje się również wewnątrz danego pomieszczenia.

Współczynnik współczynnika efektywności energetycznej wytwarzania chłodu EER oznacza stosunek deklarowanej wydajności chłodniczej [kW] do znamionowego poboru mocy na potrzeby chłodzenia [kW] urządzenia podczas pracy w trybie chłodzenia w standardowych warunkach znamionowych.

Jeżeli na przykład klimatyzator ma moc 2 kW i osiąga taką moc pobierając prąd w ilości 1 kW to wtedy EER wynosi 2.

Od 01.01.2013 roku każda model klimatyzatora powinien zawierać informacje o klasie efektywności energetycznej

Rozporządzenie 626/2011 wprowadza nowy wzór etykiety klimatyzatorów , z wyjątkiem klimatyzatorów jedno- lub dwukanałowych.

Poniżej przedstawiona jest etykieta klimatyzatora o odwróconym obiegu (z pompą ciepła) w klasie efektywności energetycznej A .

Podano też na najbliższe 4 lata następujący harmonogram wprowadzania nowych etykiet klas efektywności energetycznej odnośnie większych wymagań dla klimatyzatorów wprowadzonych w tym okresie do sprzedaży:

od dnia 1 stycznia 2013 r.:  A,     B,       C,   D, E, F, G;
od dnia 1 stycznia 2015 r.: A+,     A,       B,   C, D, E, F;
od dnia 1 stycznia 2017 r.: A++,   A+,   A,   B, C, D, E;
od dnia 1 stycznia 2019 r.: A+++, A++, A+, A, B, C, D

4-seer        4-scop

Rysunek 1. Etykieta klimatyzatora z funkcją chłodzenia (część od strony lewej) i ogrzewania (część od strony prawej) rysunku.

OBLICZENIA

Dawne wartości współczynników efektywności energetycznej były podawane tylko dla jednego konkretnego punktu pracy. W przypadku chłodzenia była to temperatura +35 ºC na zewnątrz, a dla grzania +7 ºC. Niestety nie było to wystarczające i miarodajne. Dlatego dla obszaru Polski współczynnik SEER obliczany jest ze wzoru na średnią sprawność urządzenia , która zależy od temperatury zewnętrznej.

Wzór na SEER składa się z czterech części:

SEER = (EER 20°C x 15%) + (EER 25°C x 33%) + (EER 30°C x 33%) + (EER 35°C x 15%)

Powyższy wzór oznacza, że do obliczenia wartości SEER będzie brane pod uwagę tylko po 15% wartości EER przy temp. zewnętrznej 20°C i 35°C oraz po 33% wartości EER, dla temperatur 25°C i 30°C, zakładając stała temperaturę wewnątrz budynku 20°C.

KLASY KLIMATYZATORÓW

Od 1 stycznia 2013 roku zmianie również uległy klasy efektywności energetycznej klimatyzatorów w zależności od wartości współczynnika SEER.

L.p. Klasa SEER
od (>=) do (<)
1 A+++ 8,5 –
2 A++ 6,1 8,5
3 A+ 5,6 6,1
4 A 5,1 5,6
5 B 4,6 5,1
6 C 4,1 4,6
7 D 3,6 4,1
8 E 3,1 3,6
9 F 2,6 3,1
10 G 0 2,6

 

Tak wiec na podstawie roku produkcji oraz klasy klimatyzatora można określić średnią wartość współczynnika SEER. Taka wiedza może być bardzo przydatna w praktyce, w sytuacji braku innych danych na temat współczynnika SEER.

METODOLOGIA z dnia 3.6.2014 roku

Zgodnie z rozporządzeniem z dnia 3.6.2014 roku roczne zapotrzebowanie na energię końcową Qk,C dla systemu chłodzenia wyznacza się według wzoru:

Qk,C   = QC,nd / ηC,tot kWh/rok

gdzie:

ηC,tot = SEER * ηC,s * ηC,d * ηC,e

gdzie:

SEER – jest to średni sezonowy współczynnik efektywności energetycznej wytwarzania chłodu z nośnika energii lub energii dostarczanych do źródła chłodu

ηC,s * ηC,d * ηC,e – są to średnie sezonowe sprawności akumulacji chłodu w elementach pojemnościowych systemu chłodzenia, przesyłu chłodu ze źródła chłodu do przestrzeni chłodzonej oraz regulacji i wykorzystania chłodu w przestrzeni chłodzonej

Dokładną wartość średni sezonowy współczynnik efektywności energetycznej wytwarzania chłodu z nośnika energii lub energii dostarczanych do źródła chłodu SEER wyznacza się według wzoru uwzględniającego poprawki:

SEER = SEERref * (1 + SIGMA ci)

gdzie:
SEERref – jest to referencyjny średni współczynnik efektywności energetycznej wytwarzania chłodu z nośnika energii lub energii dostarczanych do źródła chłodu.
ci – to współczynnik korekcyjny w zależności od systemu chłodzenia określony w tabeli 16.

Jako wartość SEERref dla agregatów do schładzania cieczy przyjmuje się wartość średniego europejskiego współczynnika efektywności chłodzenia (ESEER) na podstawie specyfikacji technicznej wyrobu, a w przypadku braku takich danych – zgodnie z tabelą 15 albo wytycznymi Eurovent.

Wartość SEERref dla systemów chłodzenia z bezpośrednim schładzaniem powietrza wyznacza się według wzoru:

SEERref = 1,25 * EER

gdzie:
EERref jest to wskaźnik efektywności EER w warunkach referencyjnych parametrów powietrza:

  1. a) powietrze wlotowe do chłodnicy: 27/19˚C WB (WB – temperatura powietrza według wskazań termometru mokrego),
  2. b) powietrze wlotowe do skraplacza: 35˚

Wskaźnik ten określany jest na podstawie specyfikacji technicznej wyrobu, a w przypadku braku takich danych – zgodnie z wytycznymi Eurovent.

W przypadku braku możliwości wyznaczenia wartości SEERref dla systemów chłodzenia z

bezpośrednim schładzaniem powietrza w sposób wskazany powyżej, przyjmuje się wartości

SEERref podane w tabeli 15 projektu rozporządzenia MIiR.

4-chlod
Rysunek 2. Definiowanie źródła chłodu w programie ArCADia-TERMO