Modelowanie zintegrowanych systemów ogrzewania na obszarach wiejskich

• Autorzy: Wójcicka-Migasiuk D.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono metodę wspomagającą projektowanie zintegrowanych systemów ogrzewania o strukturze odpowiadającej zapotrzebowaniu i możliwościach występujących na obszarach wiejskich. Niniejsza praca jest także odpowiedzią na zapotrzebowanie dla narzędzi projektowych zintegrowanych z programami symulacyjnymi, które podawałyby użytkownikowi oczekiwaną ilość i rozkład zapotrzebowania na energię przez obiekt w połączeniu z efektami pracy systemu ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji. W przypadku systemów zintegrowanych istotny jest także rozkład tych efektów z jednoczesną możliwością dostosowywania do lokalnych warunków klimatycznych, bezpośredniego otoczenia obiektu, danego typu produkcji rolniczej czy sposobu użytkowania obiektu zarówno planowanego jak i poddawanego modernizacji. Warunki te zostały uwzględnione w przeprowadzonych symulacjach poprzez odpowiedni dobór wartości wprowadzanych danych. Przedstawiono modele układów zintegrowanych, w oparciu o analogię pomiędzy instalacjami ogrzewania a obwodami elektrycznymi zawierającymi rezystancje, elementy indukcyjne oraz pojemnościowe (RLC). Dokonano identyfikacji parametrów istotnych dla oceny pracy takich podsystemów jak: instalacje kolektorów słonecznych płaskich lub próżniowych, pompy ciepła wraz z różnymi źródłami dolnymi, kotły opalane paliwem konwencjonalnym lub biopaliwem, bierne systemy słoneczne, wspomaganie zasilania w energię elektryczną z systemów fotowoltaicznych, które mogą wchodzić w skład układów hybrydowych. Do tych parametrów należą: temperatura czynników, natężenie przepływu, stałe czasu nagrzewania. Zakres pracy obejmuje przedstawienie modeli zastępczych sieci cieplnych dla różnych rozwiązań systemów zintegrowanych w obiektach zlokalizowanych na terenach wiejskich, tj.: obiektu agroturystycznego pełniącego również funkcję centrum szkoleniowego w Budach Grabskich, Domu Pomocy Społecznej dla gospodyń wiejskich w Jadwinowie k. Lubartowa, masarni w Księżpolu k. Tomaszowa Lubelskiego oraz szklarni modelowej wyspecjalizowanej w produkcji pomidorów we wsi Bogate k. Przasnysza. Przeprowadzono i przedstawiono analizy symulacyjne stanów pracy tych systemów, wykonano analizy porównawcze pomiędzy wynikami symulacji a wynikami pomiarów w obiekcie rzeczywistym. Wyniki przeprowadzonych symulacji dają podstawy do oceny efektów energetycznych przedsięwzięcia, które bezspornie znajduje wykorzystanie w obiektach przetwórstwa rolniczego oraz innych, na terenach wiejskich, w których cykl poboru ciepła pokrywa się z dostępnością energii odnawialnej. Porównanie wyników przeprowadzonych obliczeń i pomiarów wykazuje, że na etapie projektowania za pomocą zastępczej sieci cieplnej można określić efekty energetyczne planowanej inwestycji przed przystąpieniem do jej realizacji, jak i obliczenia szacunkowe pozwalające na pobieżną ocenę efektów energetycznych przed przystąpieniem do wykonania projektu, czyli w procesie przygotowania oferty.

EN

The thesis describes an aid design method that can be applied to integrated heating systems of an appropriate structure relevant to demands and possibilities specific to rural regions. This monograph aims to respond to the increasing demand for design tools integrated with simulation software that could provide, to its users, expected quantity and the distribution of energy within the object and in connection to the effects of incorporated heating and air conditioning systems. In the case of the integrated energy systems, the distribution of these effects with mutual flexible capability to adapt local climatic conditions, environmental features, a particular type of agricultural production and the way in which the object is used belong also to the general aim. The presented models of integrated systems are based on the fundamental theory of analogy between heating systems and electric systems that include RLC elements (resistance, inductive elements, capacitors). The thesis presents identification of parameters substantial to evaluate performance of the following sub-systems: flat plate solar collectors, vacuum collectors, heat pumps together with different bottom sources, boilers fuelled by conventional fuel or bio-fuels, passive solar systems, electric energy supply aided from photovoltaic panels. All of them can be combined in one hybride system. These parameters are: medium temperatures, medium flow intensity, time constants. The scope of work consists of the presentation of equivalent network models for different systems localized in rural objects at different stage of advance, such as: an agro-tourist center with educational features in Budy Grabskie, an elderly house for women in Jadwinów near Lubartów (occupied by women from surrounding country region), a meat processing plant in Księżpol near Tomaszów Lubelski, glasshouses specialized in tomato production in Bogate near Przasnysz. Moreover, anticipated operation of these systems has been presented in the form of simulation analyses for steady states and transients, comparative analyses. The thesis has been summarized and the final statements and conclusions are presented in a suitable way to synthesize modeling of different hybride systems adapted particularly for rural regions. The results of performed analyses give the basis to evaluate the energy effectiveness of planned enterprise, where the cycle of heat and other energy demand is in some coincidence with the availability. The comparison between the computation results and taken measurements indicates that at the stage of design process, the energy effects can be evaluated by mean of a suitable equivalent network for particular planned investment process before it is realized. The other advantage of this method is that it enables also estimate calculations which, in turn, let us estimate energy effects at the stage of a tender process.

Słowa kluczowe

PL

energia odnawialna; system zintegrowany; zastępcza sieć cieplna; modelowanie stanów dynamicznych; efekt energetyczny; obszar wiejski

EN

renewable energy; integrated system; equivalent thermal network; transcient model; energy effectiveness; evaluation

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Inżynierii Rolniczej
• Czasopismo: Inżynieria Rolnicza
• Rocznik: 2007
• Tom: R. 11, nr 1 (89)
• Strony: 3--120
• Opis fizyczny: Bibliogr. 97 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wójcicka-Migasiuk D.

• Politechnika Lubelska, Wydział Inżynierii Środowiska, Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska

Bibliografia

• Aereboe MB. 1995. Energy management strategies for facility managers. SA Refrigeration and Airconditioning September 1995. Nr 11:43-51.
• Al-Homound MS. 1997. Optimum thermal design of air-conditioned residential buildings. Building and Environment; 32(4): s. 203-10.
• Amor R, Hosking J, Donn M. 1993. Integrating design tools for total building evaluation. Building and Environment; 28(4): s. 475-82.
• ASHRAE 78 1978. Applications Handbook, American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, New York.
• ASHRAE 93-77 1977. Methods of Testing to Determinate the Thermal Performance of Solar Collectors, New York.
• ASHRAE HANDBOOK 1995, HVAC Applications. Atlanta: American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers, Inc., s. 36.1-36.18.
• Beckman J.A., Klein J. Duffie J.A. 1977. Solar heating design by the f-chart method” Wiley & Sons, New York. s. 25-68.
• Brodowicz K. 1982. Teoria wymienników ciepła i masy. PWNT W-wa, s. 80-120.
• Bronsztejn I.N. i in. 2004. Nowoczesne kompendium matematyki. PWN W-wa, s. 365-368.
• Bzowska D. 1996. Wpływ losowych zmian pogody na procesy wymiany ciepła w budynkach. Praca doktorska (niepublikowana) IPPT Warszawa.
• Carroll D. 1982. Energy consumption and conservation in buildings: an international comparison. Proceedings of the Third International Symposium on Energy Conservation in the Building Environment, vol. IA, CIB/An Foras Forbartha, Dublin, s. 190-203.
• Cedrat 2000. Flux 2D v.7.50 Tutorials. s. 20-160.
• Chochowski A. 1991. Analiza stanów termicznych płaskiego kolektora słonecznego. SGGW W-wa. s. 20-80.
• Chochowski A. i in. 2000. Diagnostyka systemu niekonwencjonalnego pozyskiwania energii I Konferencja naukowa pt. „Organizacja i inżynieria produkcji w rolnictwie i leśnictwie” W-wa 9 maja 2000 r.
• Chochowski A., Czekalski D. 1999. Słoneczne instalacje grzewcze, Centralny Ośrodek Informacji Budownictwa PP, W-wa. ISBN 83 – 85393 – 65 - X
• Chochowski A. i in. 2001. Projekt badawczy nr 7 T07B 074141. Diagnostyka urządzeń i systemów niekonwencjonalnego zasilania energią.( praca niepublikowana).
• Chochowski A. Kossecka E. 2003a. Comparison of measured at SGGW station and calculated solar radiation on tailed surfaces. Archives of Civil Engineering XLIX.2.2003, s. 241-251.
• Chochowski A., Kossecka E. 2003b. Analysis of estimated and measured solar radiation on a tailed surface. Archives of Civil Engineering, XLIX.4.2003, s. 531-544.
• Chochowski A. i in. 1997. Model deterministyczny promieniowania słonecznego. Materiały konferencji Naukowej Mechaniczne właściwości materiałów rolniczych, Instytut Agrofizyki PAN, Lublin, s. 161-166.
• Chochowski A. i in. 1998. Deterministic approach to solar radiation, Int. Conference AgEng Oslo’98 Part 2, s. 1030-1031.
• Chwieduk D. 1994. Słoneczne i gruntowe systemy grzewcze- zagadnienia symulacji funkcjonowania i wydajności cieplnej. IPPT PAN Warszawa. s. 20-80.
• Clark J.A. 1990. Advanced design tools for energy conscious building design. Energy and the Environment into the 1990's, Reading, September 1990. s. 2265-76.
• Clarke J.A. 2001. Energy simulation in building design. Buttenworth-Heinemann, Oxford. s. 11-45.
• Coad WJ. 1997. Designing for tomorrow. HPAC Heating/Piping and Air Conditioning, February 1997 s. 44-5.
• Czekalski D., Mirski T., Chochowski A. 2002. The analysis of energy flux flow in the hybrid system of renewable sources, Mikielewicz J & Nowak W. (editors) HEAT TRANSFER AND RENEWABLE SOURCES OF ENERGY Wyd. Polit. Szczecińskiej Szczecin 2002, s. 245-250.
• Dell'isola AJ. 1975. Value engineering in the construction industry. New York. NY: Construction Publishing Company, Inc. s. 82-126.
• Donn M. R. 1997. A survey of users of thermal simulation programs. Proceedings of the Fifth International 1BPSA Conference, Prague, Czech Republic. vol. 3. p, 65-72.
• Donnelly J, Flynn J, Monaghan PF. 1994. Integration of energy simulation and ventilation design tools via an object oriented data model. Renewable Energy; 5(2):1190-2.
• Dorgan CE, Dorgan CB. 1994. Link between the indoor environment and productivity and health issues. SA Refrigeration and Airconditioning 31-9.
• Dornburg H. i in. 1996. Electromagnetic compability of photovoltaic (PV) systems. Materiały konferencyjne EuroSun’96, Freiburg, 638-642.
• Duffie J.A., Beckman J.A. 1991. Solar Engineering of Thermal Processes. John Wiley and Sons, New York. s. 51-250.
• Ellis MW. 199. Practical evaluation and integrated simulation of building HVAC system performance. Masters thesis, Mechanical engineering, University of Pretoria. s. 2.57 2.64.
• Faist A. 1988. Design Aids: Present and Future Laboratoire d'Energie Solaiew et de Physique du Ba timent, Ba timent LESO-EPFL CH-1015. Lausanne, s. 609 19.
• Fisk WJ. 1988. Rosenfeld AH. Potential Nationwide improvements in Productivity and Health from Better Indoor Environments. Proceedings of the 199S Summer Study on Energy Efficiency in Buildings. "Energy Efficiency in a Competitive Environments". ACEE. s. 8.85-8.97.
• Fraunhofer ISE 2001: http://www.ise.fhg.de.
• Gawin D., Kosny J., Desjarlais A. 2001. ANN approach to sorption hysteresis within a coupled hygro-thermo-mechanical FE analysis. Int. Journal for Numerical Methods in Engineering; 50: s. 299-323.
• Gedymin M. 2000. Uproszczona metoda obliczania grubości warstwy docieplenia samoogrzewalnych budynków dla trzody chlewnej, Problemy Inżynierii Rolniczej 1, 57-63.
• Geller HS. 1998. Commercial building equipment efficiency: a state-of-the-art review. Washington. DC: American Council for an Energy-Efficient Economy. s. 21-30.
• Gogół W. 1993. Konwersja Termiczna Energii Promieniowania Słonecznego w Warunkach Krajowych, Ekspertyza, KTiS PAN W-wa. ISBN 83-86569-02-6.
• Gołębiowski S. i in. 2003. Programy komputerowe w projektowaniu instalacji słonecznych. Czysta Energia 2/2003, s. 16-17.
• Grzybek A., Hryniewicz M. 2001. Uwarunkowania produkcji biopaliw rzepakowych w Polsce, Odnawialne Źródła Energii u progu XXI wieku. Materiały konferencyjne, W-wa 10-11.12.2001, s. 327-331.
• Hall JD, Deringer JJ. 1989. Computer software invades the HVAC market. ASHRAR Journal, 31, s. 32-44.
• Hering M. 1980. Termokinetyka dla elektryków. WNT Warszawa. ISBN 83 - 204 - 1566 –7.
• Hong T. Zhang J, Jiang Y. 1997. IISABRE: an integrated building simulation environment. Building and Environment; 32(3): s. 219-24.
• http://www.cordis.lu/fp6/instruments 2005.
• Kalinowski E. 1995. Przekazywanie ciepła i wymienniki Polit. Wrocł. s. 51-92.
• Kato A. 1995. Computer aided simulation/design for optimal HVAC. PAN Pacific Symposium on Building and Urban Environmental Conditioning m Asia. Nagoya. Japan. March s. 499-513.
• Kennington J., Monaghan 1993. PF COMBINE: the HVAC-design prototype. Building and Environment 28(4): s. 453-63.
• Kosonen R. Shemeikka J. 1997. The use of a simple simulation tool for energy analysis. Proceedings of the Fifth International 1BPSA Conference, Prague, Czech Republic. vol. 2, s. 369-76.
• Kowalczyk B. 1976. Macierze i ich zastosowanie. WNT Warszawa. s. 51-92.
• Kreider JF, Rabl A. 1994. Heating and cooling of buildings- design for efficiency. Singapore: McGraw-Hill, s. 1-14.
• Lagasse J. 1965. Teoria obwodów elektrycznych. WNT Warszawa. s. 33-50.
• Ladzińska B. 2005. Zintegrowany system energetyczny dla modelowego obiektu szklarniowej produkcji pomidora w uprawie bezglebowej. Rozprawa doktorska, IBMER, niepublikowana.
• Lebrun J. 1994. Simulation of HVAC systems. Renewable Energy, 5(2): s. 1151 8.
• Lizardos EJ. 1993. Designing HVAC systems for optimum indoor air quality. Energy Engineering 90(4): s. 6-29.
• Lutlon L. 1995. HYPBREX-a generic expert system to assist architects in the design of routine building types. Building and Environment 30(2): s. 165-80.
• Mathews E.H., Ellis M.W. 2002. Needs and trends in building and HVAC system design tools. Building and Environment May 2002; 37 s. 461-470.
• MathSoft Inc. MatchCad 2000 Reference Manual, USA, Cambridge 1999 s. 5-100.
• Morel N. Faist A. 1993. Design tools for building thermal analysis: the significance of integration. Building and Environment; 28(4): s. 465-73.
• Nalewaj K., Wójcicka-Migasiuk D., Złonkiewicz Z. 2001. Działanie stanowiska z baterią ogniw fotowoltaicznych w klimacie zimowym regionu środkowowschodniego Polski. Inżynieria Rolnicza Nr 1(21) KTR PAN Warszawa s. 219-225.
• Norton B, Prapas D.E, Milionidis E, Probert S.D. 1996. Response unction for solar-energy collectors. Solar Energy, 40, 4, s. 23-31.
• Nawrocki L. 2003. Wpływ odzyskiwania energii cieplnej z głębokiej ściółki na kształtowanie mikroklimatu w chlewni. Rozprawa habilitacyjna. Inżynieria Rolnicza, 6(48) W-wa.
• Olkowska W. 1995. Zagadnienie samoogrzewalności budynku inwentarskiego. Problemy Inżynierii Rolniczej 1, s. 109-119.
• Ott E. 1997. Chaos w układach dynamicznych WNT s. 9-40.
• Pabis J. 2002. Możliwości wykorzystania energii słońca w rolnictwie, współdziałanie kolektorów słonecznych w systemie z innymi źródłami ciepła. Czysta Energia 10/2002, s. 27-29.
• Pabis J. 2003. Uwarunkowania budowy, instalowania i eksploatacji kolektorów słonecznych do podgrzewania powietrza w produkcji rolniczej. Czysta Energia 10/2003, s. 28-30.
• Pabis J. 2004. Wykorzystanie kolektorów słonecznych w rolnictwie. Czysta Energia 10/2004, s. 40-41.
• Paradigma 2003. Ekologiczne systemy grzewcze, cennik 2002/2003 z danymi do projektowania, Dąbrowa Górnicza.
• Plamitzer M. 1986. Maszyny Elektryczne WNT W-wa. s. 21-50.
• PN – 71/B-10420 – Urządzenia ciepłej wody w budynkach – wymagania i badania przy odbiorze.
• PN – 76/B – 02440 – Zabezpieczenie urządzeń ciepłej wody użytkowej – wymagania.
• PN-85/B-02421 – Ogrzewnictwo i ciepłownictwo. Izolacja cieplna rurociągów, armatury i urządzeń. Wymagania i badania.
• PN-EN 1057:1999 – Miedź i stopy miedzi – rury miedziane okrągłe bez szwu do wody i gazu stosowane w instalacjach sanitarnych i ogrzewania IDT EN 1057:1996
• PN-EN 12450:2002 – Rury miedziane okrągłe bez szwu kapilarne IDT EN 12450:2002
• PN-EN ISO 9488 – Energia słoneczna-Terminologia (ISO 9488:1999), październik 1999 r.
• Recknagel-Sprenger 2000: Ogrzewanie i Klimatyzacja, Poradnik EWFE – Gdańsk. s. 157-260.
• Reflex solar: 2000. Podgrzewanie wody pitnej i wspomaganie ogrzewania przy pomocy energii słonecznej - komponenty oraz zalecenia dotyczące projektowania, Wąbrzeźno.
• Reflex-Polska 2002. Pojemnościowy podgrzewacz wody, Wąbrzeźno.
• Robin C, Brau J, Roux JJ. 1993. Integration of expert knowledge and simulation tools for the thermal design of buildings and energy systems. Energy and Buildings; (20): s. 167-75.
• Rosenfeid Sl. 1990. Worker productivity: hidden HVAC cost. Heating, Ventilation and Air Conditioning, September 1990. s. 117-9.
• Rousseau PG, Mathews F.H. 1993. Needs and trends in integrated building and HVAC thermal design tools Building and Environment 1993; 28(4): s. 439-52.
• Siuta-Olcha A. 2004. Ocena jakościowa płaskich cieczowych kolektorów słonecznych na podstawie procedury probabilistycznej, Inżynieria i Ochrona Środowiska, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2004, v.3, s. 75-84.
• Stevens G. 1991. The impact of computing on architecture. Building and Environment; 26(l): s. 3-1l.
• Szeptycki A. 2000. Problemy infrastruktury technicznej w regionach wiejskich, Problemy Inżynierii Rolniczej 1, s. 65-70.
• Szpryngiel M. 2003. Zintegrowane źródła energii w gospodarstwie rolnym. Czysta Energia 10/2003, s. 26-27.
• Todesco G. 1997. Super-efficient buildings: how low can you go? Refrigeration and Airconditioning May 1997; 13: s. 43-53.
• Van Heerden E. 1997. Integrated simulation of building thermal performance, HVAC system and control. PhD thesis, Mechanical Engineering. University of Pretoria, June 1997, s. 10-60.
• Viessmann: 2001, Systemy solarne, wytyczne projektowe. Wrocław.
• Viessmann: 1999, Technika solarna, zeszyt nr. 10. Wrocław.
• Wargocki P., et al. 1999. Perceived air quality. sick building syndrome (SBS) symptoms and productivity in an office with two different pollution loads. Indoor Air:9: s. 165 79.
• Warunki techniczne wykonania i odbioru robot budowlano-montażowych. T II, Arkady W-wa 1988.
• Wójcicka-Migasiuk D. Nalewaj K. Złonkiewicz Z. 2000. Heat Pump system supply in the aspect of application to solar laboratory, 3rd International Conference Electromagnetic Devices and Processes in Environment Protection ELMECO’2000, s. 138-143.
• Wójcicka-Migasiuk D. Nalewaj K. Złonkiewicz Z. 2000. Photovoltaic test stand performance in the winter climate of central – eastern Poland, 3rd International Conference Electromagnetic Devices and Processes in Environment Protection ELMECO’2000, s. 132-137.
• Wójcicka-Migasiuk D., Horyński M. 2001. Kompatybilność elektromagnetyczna instalacji fotowoltaicznych. Inst. Agrofizyki PAN., Wyd. Naukowe FRNA 3/2001 s. 49-50.
• Wójcicka-Migasiuk D. 2001. Zastosowanie metody potencjałów węzłowych do analizy i projektowania instalacji słonecznych ciepłej wody. Monografia Acta Agrophysica Nr 39, Inst. Agrofizyki PAN w Lublinie, ISBN 83-87385-50-6.
• Wójcicka-Migasiuk D., Chochowski A. 2000. Simulation model for Solar Water Heating for Food Processing CIGR Electronic Journal of Scientific Research and Development. Texas USA, Vol II, Nr 10, 15 stron. http://agr-ejournal.tamu.edu/submissions/volume2/cigree00-0004/sdorwater.pdf
• Wójcicka-Migasiuk D. 2000. Thermal – Electric Analogy Applied in Transient Simulation, 3rd International Conference Electromagnetic Devices and Processes in Environment Protection ELMECO’2000, s. 119-122.