Ετήσια απόδοση συστημάτων θέρμανσης με Λέβητες και Αντλίες Θερμότητας Ημερίδα ΠΣΔΜ-Η, 4 Ιουλίου 2014 ΠΣΔΜΣωτήρης Κατσιμίχας, Δρ. Μηχανολόγος Μηχανικός Γενικός Γραμματεύς Ένωσης Ελληνικών Επιχειρήσεων Θέρμανσης και ΕνέργειαςΦΙΛΟΚΑΛΟΥΜΕΝ ΜΕΤ’ ΕΥΤΕΛΕΙΑΣ ΦΙΛΟΣΟΦΟΥΜΕΝ ΑΝΕΥ ΜΑΛΑΚΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΟΥΜΕΝ ΜΕΤΑ ΠΡΟΝΟΙΑΣΜελέτη θερμικών απωλειών3 kW1 kW3 kWθερμαντικά σώματα20°C3 kW0°Cκυκλοφορητής λέβης1 kWQ = A • U • (Tεσ – Τεξ)Θερμικές απώλειες κτηρίου Με συνθήκες σχεδιασμού Τεξ = 0° C και Τεσ = 20° CΑπαιτ. θερμική ισχύς10 kW5 kW0 0°5°10°Εξωτερική θερμοκρασία15°20°Κατανομή θερμοκρασιών χειμώνα κλιματικής ζώνης Β 450400350300200150100500 12345678910111213Εξωτερική θερμοκρασία Τεξ (°C)14151617181920Πηγή: ΤΟΤΕΕ 20701-3Ώρες250Απαιτ. θερμική ισχύς (kW)12 10=X8 6Ισχύς x ώρες= ενέργεια4 2 0 123456789101112131415234567891011121314151617181920450 400 350 300Ώρες250 200 150 100 50 0 1Εξωτερική θερμοκρασία Τεξ (°C)1617181920Κατανομή ενεργειακών αναγκών θέρμανσης 18001600Ενέργεια kWh ανά βαθμό K1400120010008006004002000 123456789101112Εξωτερική θερμοκρασία Τεξ (°C)1314151617181920Θερμική ισχύς και υπερδιαστασιολόγησηΙσχύς υπερδιαστασιολογημένου μονοβάθμιου λέβητα Ενέργεια kWh ανά βαθμό KΑπαιτ. θερμική ισχύς20 kW 50% της ενέργειας10 kW0 0°5°10°Εξωτερική θερμοκρασία15°20°Θερμική ισχύς και υπερδιαστασιολόγησηΙσχύς υπερδιαστασιολογημένου μονοβάθμιου λέβητα Απαιτ. θερμική ισχύς20 kW10 kW0 0°5°10°Εξωτερική θερμοκρασία15°20°Θερμική ισχύς και υπερδιαστασιολόγησηΙσχύς υπερδιαστασιολογημένου μονοβάθμιου λέβητα Απαιτ. θερμική ισχύς20 kW10 kW Απαιτούμενη θερμική ισχύς μετά την μόνωση0 0°5°10°Εξωτερική θερμοκρασία15°20°Θερμική ισχύς και υπερδιαστασιολόγησηΙσχύς υπερδιαστασιολογημένου μονοβάθμιου λέβητα Απαιτ. θερμική ισχύς200 kW100 kWΑπαιτούμενη θερμική ισχύς διαμερίσματος0 0°5°10°Εξωτερική θερμοκρασία15°20°Βαθμός απόδοσης λεβήτων στο μερικό φορτίο Λέβητας συμπύκνωσης αερίου Λέβητας συμπύκνωσης πετρελαίουΒαθμός απόδοσης (%)Παλαιός συμβατικός λέβητας, κατασκευής 1975Χρήση του λέβητα (%)Πηγή: VdZ Vereinigung der deutschen ZentralheizungswirtschaftΛέβητας χαμηλών θερμοκρασιώνΦΙΛΟΚΑΛΟΥΜΕΝ ΜΕΤ’ ΕΥΤΕΛΕΙΑΣ ΦΙΛΟΣΟΦΟΥΜΕΝ ΑΝΕΥ ΜΑΛΑΚΙΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΟΥΜΕΝ ΜΕΤΑ ΠΡΟΝΟΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΟΥΜΕΝ ΑΝΕΥ ΑΣΩΤΙΑΣΑντιστάθμιση καιρικών συνθηκώνΧρήση αντιστάθμισης3 kW70° 70°C 3 kW3 kW20°C0°C1 kWQ = A • U • (Tεσ – Τεξ) = 10 kWΧρήση αντιστάθμισης1,5 kW50° 50°C 1,5 kW20°C1,5 kW10° 10°C0,5 kWQ = A • U • (Tεσ – Τεξ) = 5 kWΧρήση αντιστάθμισηςΧωρίς αντιστάθμιση70°CΔΤ = 60 Κ Τεξ = 10°CΜε αντιστάθμιση50°CΔΤ = 40 Κ70°CΘερμοκρασία προσαγωγής σε °CΑντιστάθμιση καιρικών συνθηκών0°C backΕξωτερική θερμοκρασία σε °CΛέβητες Εκμετάλλευση ενέργειας καύσεωςΣυμβατικός λέβητας: CH4 + 2·O2  CO2 + 2·H2O + HU ατμός 10,0 kWh/m3Λέβητας συμπυκνώσεως: CH4 + 2·O2  CO2 + 2·H2O + HO υγρό11,6 kWh/m3Απαγόρευση από 26 Σεπτεμβρίου 2015Πως βγαίνει το πάνω από 100% στους λέβητες συμπύκνωσης Λέβητας συμπυκνώσεωςΗuΗoΗcΣυμβατικός λέβηταςη = 9,2 kWh / 10,0 kWh = 92%η = 10,7 kWh / 10,0 kWh = 107%Λειτουργία λέβητα ΣυμπύκνωσηςΣυμβατικός ΝερόΚαυσαέριοΚαυσαέριο 100Νερό50Θερμοκρασίες σε °C150Βαθμός απόδοσης καύσης λέβητα συμπυκνώσεως 110%Μέσος ετήσιος βαθμός απόδοσης 105% 100%προσαγωγή 80°C 95%0°5°10°Εξωτερική θερμοκρασία15°20°Βαθμός απόδοσηςΑπαιτ. θερμική ενέργεια (kWh / K)προσαγωγή 45°CΦΙΛΟΚΑΛΟΥΜΕΝ ΜΕΤ’ ΕΥΤΕΛΕΙΑΣ ΦΙΛΟΣΟΦΟΥΜΕΝ ΑΝΕΥ ΜΑΛΑΚΙΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΟΥΜΕΝ ΜΕΤΑ ΠΡΟΝΟΙΑΣ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΟΥΜΕΝ ΑΝΕΥ ΑΣΩΤΙΑΣ ΚΑΙ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΖΟΥΜΕΝ ΜΕΤΑ ΜΑΝΙΑΣΒαθμός απόδοσης καύσης λέβητα συμπυκνώσεως 110%Μέσος ετήσιος βαθμός απόδοσης105%προσαγωγή 65°C100%95%0°5°10°Εξωτερική θερμοκρασία15°20°Βαθμός απόδοσηςΑπαιτ. θερμική ενέργεια (kWh / K)προσαγωγή 45°CΒαθμός απόδοσης καύσης συμβατικού λέβητα0°5°10°Εξωτερική θερμοκρασία15°20°Βαθμός απόδοσηςπροσαγωγή 45°C95% 94% 93% 92% 91% προσαγωγή 80°C Μέσος ετήσιος βαθμός απόδοσης 90% 89%Βαθμός απόδοσης λεβήτων στο μερικό φορτίο Λέβητας συμπύκνωσης αερίου Λέβητας συμπύκνωσης πετρελαίουΒαθμός απόδοσης (%)Παλαιός συμβατικός λέβητας, κατασκευής 1975Χρήση του λέβητα (%)Πηγή: VdZ Vereinigung der deutschen ZentralheizungswirtschaftΛέβητας χαμηλών θερμοκρασιώνΕτήσιος βαθμός απόδοσης και υπερδιαστασιολόγησηΙσχύς υπερδιαστασιολογημένου λέβητα 110%Απαιτ. θερμική ισχύς200 kW Συμπύκνωσης -αναλογικός100% 90% 80%100 kW Συμβατικός - μονοβάθμιος60%Απαιτούμενη θερμική ισχύς διαμερίσματος0 0°5°10°Εξωτερική θερμοκρασία70%15°20°Παράδειγμα επιλογής επέμβασης Απαιτούμενη θερμική ισχύςΙσχύς λέβηταΕτήσιος βαθμός απόδοσης λέβηταΚόστος ΕνέργειαςΕξοικονόμηση χρήσηςΧρόνος απόσβεσης επένδυσηςΕξοικονόμησηΚατανάλωσηΒελτίωση Θερμομόνωσης27%20 έτη35%5 έτη56%15 έτηΕξοικονόμησηΝέος λέβητας συμπύκνωσηςΒελτίωση Θερμομόνωσης και νέος λέβητας συμπύκνωσηςΚατανάλωσηΕξοικονόμηση12kW104%ΚατανάλωσηΠηγή: VdZ Vereinigung der deutschen ZentralheizungswirtschaftΥφιστάμενη εγκατάστασηΑρχή λειτουργίας της αντλίας θερμότητας Α/Ν E/G. Θερμοί ατμοί εισέρχονται στον συμπυκνωτή και δίνουν την θερμότητά τους στο κύκλωμα θέρμανσης.A/B. Θερμότητα από τον εξωτερικό αέρα αντλείται από τον εξατμιστή με την βοήθεια του ανεμιστήρα. Το ψυκτικό εκεί είναι ψυχρότερο από τον αέρα και η θερμότητα ρέει από τον αέρα προς το ψυκτικό. Αυτό απορροφά την θερμότητα και εξατμίζεταιF. Το ψυκτικό μέσο, ως υγρό, περνάει από την εκτονωτική βαλβίδα. Η πίεσή του και η θερμοκρασία του πέφτει. Μετά εισέρχεται στον εξατμιστή.Κύκλωμα θέρμανσης Ψυκτικό Εξωτερικός αέρας-50D. Οι ατμοί του ψυκτικού εισέρχονται στον συμπιεστή και η πίεσή τους, καθώς και η θερμοκρασία τους ανεβαίνειCOP Αντλίας θερμότητας Α/Ν6,0 5,03,0 2,0 0° C5° C10° CΕξωτερική θερμοκρασία15° C20° CCOP4,0COP Αντλίας θερμότητας Α/Ν6,0 5,03,0 2,0 1,0 0,0 0° C5° C10° CΕξωτερική θερμοκρασία15° C20° CCOP4,0Διαστασιολόγηση Α/ΘΑπαιτ. θερμική ισχύς20 kW Ανάγκες κτηρίου Κάλυψη από Α/Θ 10 kW0 0° C5° C10° CΕξωτερική θερμοκρασία15° C20° CΔιαστασιολόγηση Α/ΘΑπαιτ. θερμική ενέργεια (kWh / K)Ανάγκες κτηρίου Κάλυψη από Α/Θ0° C5° C10° CΕξωτερική θερμοκρασία15° C20° CΣυνδυασμός αντλίας θερμότητας monoblock με λέβηταCOP Α/Θ υπό διάφορες συνθήκες20 kW Ανάγκες κτηρίου Κάλυψη από Α/ΘΑπαιτ. θερμική ισχύς7 6 510 kW 4 3 2 1000° C5° C10° CΕξωτερική θερμοκρασία15° C20° CΘερμ. ενέργεια/ COP= ηλεκτρική . ενέργειαΘερμική Ενέργεια (kWh)3500/3000=2500 2000 1500 1000 500 0 12345678910111213141516171819207 6 5 4COP3 2 1 00° C5°C10°CΕξωτερική θερμοκρασία15°C20°CΗλεκτρική Ενέργεια (kWh)120010008006004002000 10° C23455°C67891010°C11121314151615°C17Εξωτερική θερμοκρασίαSCOP = Ετήσια Θερμική Ενέργεια / Ετήσια Ηλεκτρική Ενέργεια18192020°CΗ επιρροή της εξωτερικής θερμοκρασίαςΜέσος ετήσιος συντελεστής απόδοσης SCOP5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0-20°C-15°C-10°CΘερμοκρασία σχεδιασμού-5°C0°C5°CΗ επιρροή της θερμοκρασίας προσαγωγής A/Θ μεγ. θερμ. 65°C 5Μέσος ετήσιος συντελεστής απόδοσης SCOP4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 080°C70°C60°CΜέγιστη θερμοκρασία προσαγωγής σωμάτων (στο σημείο σχεδιασμού)50°CΦΙΛΟΚΑΛΟΥΜΕΝ ΜΕΤ’ ΕΥΤΕΛΕΙΑΣ ΦΙΛΟΣΟΦΟΥΜΕΝ ΑΝΕΥ ΜΑΛΑΚΙΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΟΥΜΕΝ ΜΕΤΑ ΠΡΟΝΟΙΑΣ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΟΥΜΕΝ ΑΝΕΥ ΑΣΩΤΙΑΣ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΖΟΥΜΕΝ ΜΕΤΑ ΜΑΝΙΑΣ ΚΑΙ ΕΛΑΤΤΩΝΟΥΜΕΝ ΤΑΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣΣύγκριση α/θ με και χωρίς αντιστάθμισηΜέσος ετήσιος συντελεστής απόδοσης SCOP5 4,5 4 3,5 3Με αντιστάθμιση Σειρά12,5Χωρίς αντιστάθμιση Σειρά32 1,5 1 0,5 065°C55°C45°CΜέγιστη θερμοκρασία προσαγωγής σωμάτων (στο σημείο σχεδιασμού)Σύγκριση α/θ με και χωρίς αντιστάθμιση Μέσο κόστος θερμικής kWh (€)0,070,060,050,04Με αντιστάθμιση Σειρά1 0,03Χωρίς αντιστάθμιση Σειρά30,020,01065°C55°C45°CΜέγιστη θερμοκρασία προσαγωγής σωμάτων (στο σημείο σχεδιασμού)Κατάταξη συστημάτων θέρμανσης και ζνχ κατά ΚΕΝΑΚ Υπάρχον κτήριο με το κέλυφος του κτηρίου αναφοράς 0 Ηλιοθερμικό σύστημα2 Α+Α/Θ ΓεωθερμικήΑΑ/Θ αέρα/νερούΒ+Λέβητας συμπύκνωσης Συμβατικός λέβηταςΒ+ Β ΓΠαλαιός λέβηταςΔ ΕΗλεκτρική θέρμανσηςΖ Η Πρωτογενής ενεργειακή κατανάλωση / RRΘέρμανση και κλιματική αλλαγή Εκπομπές CO2 (kg/kWh) 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0Το κόστος της θέρμανσης σήμερα Κόστος θερμικής ενέργειας (€/kWh) 0.3 0.25 Μέσες τιμές0.2 0.15 0.1 0.05 0 Ηλεκτρική Λέβητας Λέβητας θέρμανση πετρελαίου υγραερίουΛέβητας φυσικού αερίουΑντλία Γεωθερμική Ηλιοθερμικό Θερμότητας Α/Θ σύστημα Α/Ν (50%) και Α/ΘΦΙΛΟΚΑΛΟΥΜΕΝ ΜΕΤ’ ΕΥΤΕΛΕΙΑΣ ΦΙΛΟΣΟΦΟΥΜΕΝ ΑΝΕΥ ΜΑΛΑΚΙΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΟΥΜΕΝ ΜΕΤΑ ΠΡΟΝΟΙΑΣ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΟΥΜΕΝ ΑΝΕΥ ΑΣΩΤΙΑΣ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΖΟΥΜΕΝ ΜΕΤΑ ΜΑΝΙΑΣ ΕΛΑΤΤΩΝΟΥΜΕΝ ΤΑΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΜΕΛΕΤΟΥΜΕΝ ΜΕΤ’ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣΕΥΧΑΡΙΣΤΟΥΜΕΝ ΑΠΟ ΚΑΡΔΙΑΣΣωτήρης Κατσιμίχας, Δρ. Μηχανολόγος Μηχανικός Γενικός Γραμματεύς Ένωσης Ελληνικών Επιχειρήσεων Θέρμανσης και Ενέργειας