Audyt – obliczanie sprawności dwóch źródeł ciepła w programie ArCADia-TERMO 6.4
Obliczanie sprawności dwóch źródeł ciepła w audycie energetycznym ( lub remontowym) wykonanym programie ArCADia-TERMO 6.4
Artykuł ten przeznaczony jest dla osób wykonujących audyty energetyczne i remontowe.
Zostanie w nim opisany sposób obliczenia średniej sprawności całkowitej oraz zapotrzebowanie na energię dla systemu grzewczego w przypadku wariantu modernizacji instalacji c.o., w którym zaproponowano dwa źródła ciepła, takie jak pompa ciepła oraz ciepło sieciowe z elektrociepłowni.
Drugi ważnym, równie ważnym powodem jest pokazanie, w jaki sposób należy w programie ArCADia-TERMO 6.4 uwzględnić te dwa źródła ciepła, skoro istnieje możliwość uwzględnienia tylko jednego rodzaju źródła energii (ciepła).
Dodatkowo, będzie przedstawiony nieprawidłowy, ale dość powszechny stosowany sposób obliczeń.
Przykład
W wielorodzinnym budynku zaplanowano przeprowadzenie modernizacji systemu ogrzewania , polegającej na zastosowaniu, obok dwufunkcyjnego węzła cieplnego zasilanego ciepłem sieciowym z elektrociepłowni, także pompy ciepła. Naszym celem będzie obliczenie średnich wartości cząstkowych sprawności źródła ciepła oraz zapotrzebowania na ciepło po zakończeniu modernizacji instalacji c.o.
Wariant 1. Modernizacja systemu c.o. polegać będzie na zastosowaniu pompy ciepła o sprawności 4,0 i udziale procentowym wynoszącym 85% oraz wykorzystaniu w 15% węzła cieplnego o sprawności 99% (jako dodatkowego źródła energii) zasilanego ciepłem sieciowym z elektrociepłowni.
Dane początkowe
Q0,co = 900 GJ – całkowita ilość energii użytkowej przed modernizacją przeznaczona na cele grzewcze.
Obliczenia zostaną wykonane na potrzeby Wariant 1 w etapie System grzewczy w audycie.
Oznaczenia:
cyfra 1 – znajdująca się jako ostatni indeks symbolu oznacza węzeł cieplny, np. η1,co,1
cyfra 2 – znajdująca się jako ostatni indeks symbolu oznacza pompę ciepła, np. η1,co,2
Tabela 1. Parametry źródeł ciepła
| Nazwa źródła energii | Zakładany udział procentowy źródła ciepła | Sprawność wytwarzania
|
| Ciepło sieciowe | x1,co,1 = 15 % | η1,co,1 = 0,99 |
| pompa ciepła | x1,co,2 = 85 % | η1,co,2 = 4,00 |
| Wspólne sprawności cząstkowe dla obu źródeł ciepła | ||
| Regulacji i wykorzystania | η1,H,e = 0,88 | |
| Przesyłu | η1,H,d = 0,80 | |
| Akumulacji | η1,H,s = 1,00 | |
Prawidłowe obliczenie ilości zużytej energii po modernizacji
Aby w sposób prawidłowy wykonać obliczenia należy przeprowadzić je w następujący sposób:
- Obliczenie całkowitej sprawności dla węzła cieplnego η1,H,tot,1 oraz dla pompy ciepła η1,H,tot,2 :
Korzystając ze wzoru na sprawność całkowitą:
η1,H,tot = η1,H,g * η1,H,e * η1,H,d * η1,H,s mamy :
η1,H,tot,1 = 0,99 * 0,88 * 0,80 * 1,00 = 0,70
η1,H,tot,2 = 4,00 * 0,88 * 0,80 * 1,00 = 2,82
Teraz można obliczyć zapotrzebowanie na całkowitą energię końcową po modernizacji Q1,co. Jest to suma energii końcowej dla węzła cieplnego Q1,co,1 oraz pomy ciepła Q1,co,2 .
Q1,co,1 = Q0,co* x1,co,1 / η1,H,tot,1 = 900 *0,15/0,70 =192,86 GJ
Q1,co,2 = Q0,co* x1,co,2 / η1,H,tot,2 = 900*0,85/2,82 =271,28 GJ
Stąd wartość energii końcowej wynosi:
Qk,H = Q1,co = Q1,co,1 + Q1,co,2 = 192,86 + 271,28 = 464,14 GJ
Teraz można obliczyć średnią wartość całkowitej sprawności η1,H,tot obu systemów η1,H,tot = Q0,co / Q1,co = 900 GJ / 464,14 GJ = 1,94
i dalej otrzymuje się najważniejszą wartość jaką jest – poszukiwana przez nas – średnia wartość sprawności wytwarzania:
η1,H,g = η1,H,tot / (η1,H,e * η1,H,d * η1,H,s ) =1,94 /(0,88 * 0,80 * 1,00) = 2,75 – jest to wartość prawidłowa, którą należy wpisać do programu ArCADia-TERMO, rysunek 1. choć jak witać znacznie mniejsza niż sprawność wytwarzania samej pompy ciepła wynoszącej 4,00. Aby zdefiniować nowe, wspólne źródło energii w Bazie sprawności, należy kliknąć na przycisk Baza na rysunku 1 .
Rysunek 1. Wariant – zakładka Sprawność wytwarzania. Rodzaj źródła ciepła.
Rysunek 2. Zdefiniowane nowe źródło energii w Bazie sprawności .
Rysunek 3. Obliczona wartość energii końcowej Qk = Q1,co
Błędny sposób obliczenia dla całkowitej i średniej sprawności systemu ogrzewania.
Niestety, okazuje się, że poniżej opisana metoda, polegająca na obliczeniu wartości średniej ważonej sprawności cząstkowej oraz całkowitej nie może być zastosowana, ponieważ daje błędne wyniki. A szkoda, bo byłoby łatwiej…
Wynika to z zasady matematycznej, że: „Procenty i udziały procentowe nie dają się uśredniać„. Taka jest ich natura.
- Obliczenie średnioważonej sprawności wytwarzania:
η1,H,g = (0,99 * 0,15 + 4,00 * 0,85) / (0,15 +0,85) = 3,55
2.Obliczenie średnioważonej sprawności regulacji i wykorzystania:
η1,H,e = (0,88 * 0, 15 + 0,88 * 0, 85) / (0,15 +0,85) = 0,88
3.Obliczenie średnioważonej sprawności przesyłu:
η1,H,d = (0,80 * 0, 15 + 0,80 * 0, 85) / (0,15 +0,85) = 0,80
4.Obliczenie średnioważonej sprawności akumulacji:
η1,H,s = (1,00, * 0, 15 + 1,00 * 0, 85) / (0,15 +0,85) = 1,00
Obliczenie średnioważonej sprawności całkowitej dla obu źródeł ciepła po modernizacji:
η1,H,tot = 3,55 * 0,88 *0,80 * 1,00 = 2,50 – wynik ten jest błędny!
Obliczenie całkowitej energii końcowej dla celów ogrzewania dla obu źródeł ciepła po modernizacji:
Q1,co = Qk,H = Q0,co / η1,H,tot = 900 GJ / 2,50 = 360,00 GJ – wynik ten jest błędny!
Wnioski
Porównując otrzymane wyniki mamy:
metoda 1: η1,H,g = 2,76; η1,H,tot = 1,94 i Q1,co = 464,14 GJ – poprawny
metoda 2: η1,H,g = 3,55; η1,H,tot = 2,50 i Q1,co = 360,00 GJ – błędny
Jak widać, różnice są duże w obliczeniu energii końcowej po modernizacji Q1,co znacznie się od siebie różnią. A często różnica może być nawet duża większa, co potwierdza, że ta druga metoda nie może być nigdy zastosowana, nawet dla obliczeń przybliżonych!
Ale rodzi się jeszcze jedno ciekawe pytanie, a co zrobić gdy inne (poza η1,H,g ) cząstkowe sprawności będą miały różne wartości dla obu instalacji grzewczych. Moja odpowiedź jest następująca. Wtedy uśrednianie nam już nie pomoże, dlatego należy w karcie (raporcie) audytu wpisać ręcznie wszystkie cząstkowe sprawności , osobno dla ciepła sieciowego i pompy ciepła, a w programie ArCADia-TERMO wpisać tylko obliczoną sprawność końcową η1,H,tot i ją zakłódkować, jak pokazano na rysunku 1.
Podsumowanie
- Program ArCADia-TERMO pozwala bez problemu wykonać obliczenia tylko dla jednego źródła ciepła w systemach ogrzewania i ciepłej wody użytkowej.
- W przypadku dwóch źródeł energii należy wykonać ręcznie obliczenia sprawności wytwarzania η1,H,g jeżeli wartości pozostałych cząstkowych sprawności są takie same dla obu systemów.
- W przypadku dwóch lub więcej źródeł energii należy wykonać ręcznie obliczenia sprawności całkowitej, a potem wstawić ją do programu w miejscu wykonywania obliczeń dla wybranego wariantu systemu ogrzewczego oraz podać nazwy i wpisać do karty ( raportu) audytu odpowiednie wartości cząstkowych sprawności.
- W taki sam sposób jak w pkt. 2 i 3 należy postąpić, gdy liczba źródeł ciepła jest przynajmniej równa 2, aby zdefiniować system grzewczy przed modernizacją oraz podczas obliczeń systemu c.w.u, zarówno przed jak i dla wariantów po modernizacji, posiadających więcej niż jedno źródło ciepła.
