Analiza wpływu konfiguracji instalacji odnawialnych źródeł energii na efektywność energetyczną budynku jednorodzinnego

• Autorzy: Ciuman Piotr , Palian Piotr

Identyfikatory

DOI

10.15199/9.2024.5.3

Warianty tytułu

EN

Analysis of the Impact of the Configuration of Renewable Energy Sources Installation on the Energy Efficiency of a Single-Family Building

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Budynki jednorodzinne stanowią znaczną część sektora mieszkaniowego w Polsce. Wiele z nich cechuje się niską efektywność energetyczną i będzie wymagać termomodernizacji w nadchodzących latach. W publikacji przeanalizowano możliwości zastosowania odnawialnych źródeł energii cieplnej i elektrycznej w celu poprawy charakterystyki energetycznej rzeczywistego budynku jednorodzinnego. Analizy uwzględniły różne rozwiązania źródeł energii z wykorzystaniem pompy ciepła powietrznej i gruntowej, kolektorów słonecznych, grzałki elektrycznej, istniejącego kotła gazowego oraz instalacji fotowoltaicznej. Przeprowadzono wielowariantową ocenę popularnych konfiguracji źródeł ciepła w celu określenia jaki wpływ na redukcję wartości wskaźnika nieodnawialnej energii pierwotnej EP mają: rodzaj i ekspozycja kolektorów słonecznych, rodzaj pompy ciepła, rodzaj źródła szczytowego w systemie biwalentnym z pompą ciepła, dobór przewymiarowanej pompy ciepła oraz doposażenie instalacji powietrznej pompy ciepła o kolektory słoneczne. Najniższą wartość wskaźnika EP  =  38 kWh/(m2∙rok) i jednostkową emisję CO2 równą 150 kg/rok uzyskano dla wariantu, w którym istniejącą kotłownię gazową doposażono o pompę ciepła powietrzną i instalację fotowoltaiczną. Analizy zostały przeprowadzone z wykorzystaniem oprogramowania przeznaczonego do obliczeń energetycznych, IDA ICE.

EN

Single-family buildings constitute a significant part of the housing sector in Poland. Many of them are characterized by low energy efficiency and will require retrofitting in the coming years. The publication analyzed the possibilities of using renewable energy sources to improve the thermal characteristics of a real single-family building. The calculations took into account various solutions of energy sources installations including an air and ground source heat pump, solar thermal collectors, an electric heater, an existing gas boiler and a photovoltaic installation. A multi-variant analysis was conducted on popular configurations of thermal energy sources to assess how the reduction of the non-renewable primary energy index (EP) was influenced by factors such as the type and exposure of solar collectors, the type of heat pump, the type of top-up heat source in a bivalent system with a heat pump, the selection of an oversized heat pump, the integration of solar collectors into the air source heat pump installation. The lowest value of EP  =  38 kWh/(m2∙year) and CO2 emission of 150 kg/year were obtained for the variant in which the existing gas boiler room was retrofitted with an air heat pump and a photovoltaic installation. The analyzes were performed with the use of dedicated software for energy calculations, IDA ICE

Słowa kluczowe

PL

odnawialne źródła energii; efektywność energetyczna; charakterystyka energetyczna; termomodernizacja; budynek jednorodzinny; pompa ciepła; kolektor słoneczny; fotowoltaika; analiza energetyczna

EN

renewable energy sources; energy efficiency; energy performance; retrofitting; single-family building; heat pump; solar thermal collector; photovoltaics; energy analyses

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja
• Rocznik: 2024
• Tom: T. 55, nr 5
• Strony: 24--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Ciuman Piotr

• Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Katedra Ogrzewnictwa, Wentylacji i Techniki Odpylania, Politechnika Śląska

• https://orcid.org/0000-0002-2691-1588

autor

Palian Piotr

• Absolwent Wydziału Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Śląskiej

Bibliografia

• [1] Ciuman P. (2023). „Wpływ systemu zasilania w energię budynku jednorodzinnego na jego charakterystykę energetyczną”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 5 (54): 8-15. DOI: 10.15199/9.2023.5.2
• [2] Kłos-Szalaty K., Górka A. (2024). „Analiza wariantów zaopatrzenia w energię budynku pasywnego”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 3 (55): 26-32. DOI: 10.15199/9.2024.3.4
• [3] Długoterminowa strategia renowacji budynków. Dostęp online: https:// www.gov.pl/web/rozwoj-technologia/polska-przyjela-strategie-wzakresie-renowacji-budynkow (dostęp 30 kwietnia 2024).
• [4] CEEB – baza informacji o źródłach ciepła i spalania paliw w Polsce. Dostęp online: https://www.gunb.gov.pl/aktualnosc/ceeb-baza-informacjio-zrodlach-ciepla-i-spalania-paliw-w-polsce (dostęp 30 kwietnia 2024).
• [5] Rynek fotowoltaiki w Polsce 2023. Dostęp online: https://ieo.pl/en/aktualnosci/1645-raport-rynek-fotowoltaiki-w-polsce (dostęp 30 kwietnia 2024).
• [6] Starościk J. (2021). Instalacje hybrydowe z kolektorami słonecznymi. Rynek Instalacyjny, 11, s. 28-33.
• [7] Sikorski W. (2020). Zastosowanie kolektorów słonecznych w Polsce. Przegląd Komunalny, 11, s. 72-73.
• [8] Obstawski P., Bakoń T., Kozikowska A. (2018). „Porównawcza analiza eksploatacji płaskich i próżniowych kolektorów słonecznych”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 10 (49): 390-394. DOI: 10.15199/9.2018.10.2
• [9] Jurczak M. A., Skotnicka-Siepsiak A. (2020). „Comparing the efficiency of evacuated tube and flat-plate solar collectors in real installation conditions”. Budownictwo o Zoptymalizowanym Potencjale Energetycznym, 2 (9): 31-38. DOI: 10.17512/bozpe.2020.2.04
• [10] Dąbrowski J., Hutnik E. (2015). „Badania wykorzystania energii słonecznej w budynku mieszkalnym wyposażonym w kolektory słoneczne”. INSTAL, 6, s. 26-30
• [11] Czy rok 2024 przyniesie nowe otwarcie polskiemu rynkowi pomp ciepła? Podsumowanie 2023 roku i perspektywy dla branży. Dostęp online: https://portpc.pl/czy-rok-2024-przyniesie-nowe-otwarcie-polskiemurynkowi-pomp-ciepla-podsumowanie-2023-roku-i-perspektywy-dlabranzy (dostęp 30 kwietnia 2024).
• [12] Sakowicz R. A., Werner-Juszczuk A. J. (2022). „Operating costs of air and ground source heat pumps”. INSTAL, 7/8, s. 33-37. DOI: 10.36119/15.2022.7-8.4
• [13] Olszewski K., Jakubowska B. (2021). „Opłacalność zastosowania pompy ciepła w układach centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja. 3 (52): 2-8. DOI: 10.15199/9.2021.3.1
• [14] Kocik S., Ciuman P. (2024). „Optimising the operation of the HVAC system with a ground source heat pump in a school building”. INSTAL, 2, s. 28-36. DOI: 10.36119/15.2024.2.3
• [15] Kim T., Choi B., Han Y., Do K. H. (2018). „A comparative investigation of solar-assisted heat pumps with solar thermal collectors for a hot water supply system”. Energy Conversion and Management, 172, s. 472-484. DOI: 10.1016/j.enconman.2018.07.035
• [16] Dąbrowski J. (2012). „Wpływ wykorzystania instalacji z pompą ciepła i kolektorami słonecznymi na zmniejszenie emisji CO2”. INSTAL, 12, s. 30-34
• [17] Burzyński R. (2022). „Gazowe kotły kondensacyjne – praktyczne aspekty współpracy z innymi źródłami ciepła”. Polski Instalator, 9, s. 22-27
• [18] Szul T. (2022). „Ewaluacja efektywności energetyczno-ekonomicznej wybranych systemów grzewczych wykorzystujących energię elektryczną”. Przegląd Elektrotechniczny, 12 (98), s. 250-253
• [19] Czernik D. (2024). „Efektywna współpraca: pompy ciepła i fotowoltaika”. Izolacje, 2024, 1 (29): 70-72.
• [20] Kędzierski A., Bielecki S. (2023). „Analiza porównawcza wybranych rozwiązań prosumenckiej energetyki odnawialnej na przykładzie domu jednorodzinnego”. Rynek Energii, 2, s. 23-33
• [21] Kaczor J., Zasada-Wiśniewska M. (2023). „Analiza ekonomiczna zastosowania instalacji fotowoltaicznej współpracującej z powietrzną pompą ciepła na potrzeby budynku jednorodzinnego wobec obowiązującego prawa w Polsce”. Cz. 2. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 7-8 (54): 44-47. DOI: 10.15199/9.2023.7-8.6
• [22] IDA Indoor Climate and Energy (IDA ICE). Dostęp online: https:// www.equa.se/en/ida-ice (dostęp 30 kwietnia 2024).
• [23] American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers. ASHRAE Handbook; Fundamentals (SI Edition); American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers: Atlanta, GA, USA, 2011.
• [24] ANSI/ASHRAE Standard 55-2010, Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy
• [25] Norma PN-EN 12831:2006. Instalacje ogrzewcze w budynkach – Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego.
• [26] T*SOL online. Dostęp online: https://online.tsol.de/ (dostęp 30 kwietnia 2024)
• [27] Dimplex Selection Program. Dostęp online: https://dimplex24.pl/ strona/dsp (dostęp 30 kwietnia 2024).
• [28] Vaillant geoSOFT. Dostęp online: https://vaillant.pl (dostęp 30 kwietnia 2024).
• [29] NREL’s PVWatts® Calculator. Dostęp online: https://pvwatts.nrel.gov/ (dostęp 30 kwietnia 2024).
• [30] Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp Ciepła. Wytyczne Projektowania, Doboru, Montażu i Uruchomienia Instalacji z Pompami Ciepła w Budynkach Jednorodzinnych i Wielorodzinnych. Część 7. Wydanie Trzecie. Kraków, 2020.
• [31] Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp Ciepła. Wytyczne projektowania, wykonania i odbioru instalacji z pompami ciepła. Część 1. Dolne źródła do pomp ciepła. Wydanie Drugie. Kraków, 2021.
• [32] Rozporządzenie Ministra Rozwoju i Technologii z dnia 28 marca 2023 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej (Dz.U. 2023 poz. 697).
• [33] Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami. Wartości opałowe (WO) i wskaźniki emisji CO2 (WE) w roku 2021 do raportowania w ramach Systemu Handlu Uprawnieniami do Emisji za rok 2024. Warszawa, 2023.
• [34] Obwieszczenie Ministra Rozwoju i Technologii z dnia 15 kwietnia 2022 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. 2022 poz. 1225).
• [35] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 1 października 2012 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie dopuszczalnych poziomów hałasu w środowisku (Dz.U. 2012 poz. 1109).
• [36] Kaczor J., Zasada-Wiśniewska M. 2023. „Analiza ekonomiczna zastosowania instalacji fotowoltaicznej współpracującej z powietrzną pompą ciepła na potrzeby budynku jednorodzinnego wobec obowiązującego prawa w Polsce. Cz. 3”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 9 (54), s. 8-13. DOI: 10.15199/9.2023.9.2

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).