Analiza opłacalności stosowania gruntowego powietrznego wymiennika ciepła w budynkach jednorodzinnych

• Autorzy: Müller J. , Wdowiak D.

Identyfikatory

DOI

10.15199/9.2018.11.5

Warianty tytułu

EN

Analysis of the Cost-Effectiveness of Using a Ground Air Heat Exchanger in Single-Family Buildings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki porównawczych obliczeń dwóch systemów wentylacji budynków jednorodzinnych. Pierwszy to wentylacja mechaniczna wspomagana gruntowym wymiennikiem ciepła (GWC), drugi to wentylacja mechaniczna oraz klimatyzator typu multi-split. Analiza energetyczna oraz ekonomiczna, których podstawą są dane meteorologiczne ma odpowiedzieć na pytanie, czy są to systemy równoważne, lub który z nich jest efektywniejszy. Szczególną uwagę poświęcono pracy wymiennika w lecie ponieważ zyski ciepła, a więc potencjalne zapotrzebowanie na chłód budynku nie jest prostą funkcją temperatury. Przeprowadzono porównanie kosztów inwestycyjnych oraz eksploatacyjnych instalacji GWC z klimatyzacją typu multi-split analizowanego budynku. W wypadku systemu wentylacji z GWC obliczenia uwzględniały godzinową zmienność zapotrzebowania na chłód, zmienność strumienia ciepła dostarczanego (lub odbieranego) w GWC, zmianę sprawności odzyskiwania ciepła ze zmianą temperatury powietrza dolotowego do rekuperatora w centrali wentylacyjnej oraz wzrost kosztów energii elektrycznej dostarczanej na potrzeby przetłaczania powietrza przez dodatkowy kanał. W wypadku systemu z klimatyzatorem uwzględniono różnicę kosztów eksploatacyjnych wynikającą ze zmiany efektywności energetycznej obiegu chłodniczego, jak również redukcję wydajności do poziomu odpowiadającego wydajności chłodniczej GWC. Analiza wykazała bardzo długi czas zwrotu inwestycji w GWC (ponad 27 lat) oraz znacząco niewystarczającą wydajność chłodniczą gruntu w stosunku do rzeczywistych potrzeb. Zyski ciepła były dziewięciokrotnie wyższe niż strumień chłodu możliwy do uzyskania w GWC. Do analizy wykorzystano własne arkusze kalkulacyjne, dane meteorologiczne dostępne na stronach internetowych Ministerstwa oraz program obliczeniowy GWC jednego z producentów wymienników.

EN

The article presents the results of comparative calculations carried out on two systems considered to be an alternative to single-family buildings. One is mechanical ventilation supported by a ground heat exchanger, the other is mechanical ventilation and a multi-split air conditioner. Energy and economic analysis based on meteorological data is to answer the question whether these are equivalent systems and which one is more effective. Particular attention was paid to the work of the heat exchanger in the summer because the heat gains and therefore the potential cooling demand of the building is not a simple function of temperature. A comparison of the costs of installation and operation of GWC with multi – split air conditioning dedicated to the analyzed building was carried out. For the GWC ventilation system, the calculations took into account the hourly variability of cold demand, variability of the heat supplied (or received) in GWC, change in the efficiency of heat recovery with change of the inlet air temperature to the recuperator in the ventilation unit and the increase in the cost of electricity supplied through the additional air channel. For the system with the air conditioner, the difference in operating costs due to the change in energy efficiency of the operating refrigeration cycle was taken into account, as well as the efficiency reduction to the level corresponding to the GWC cooling capacity. The analysis showed a very long payback period for investments in GWC (over 27 years) and significantly insufficient cooling capacity of the ground in relation to real needs. Heat gains were nine times higher than the cold gain from the GWC. Our own spreadsheets, meteorological data available on the Ministry’s website and the GWC calculation program of one of the exchanger producers were used for the analysis.

Słowa kluczowe

PL

gruntowy wymiennik ciepła; analiza porównawcza

EN

ground heat exchanger; comparative analysis

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 49, nr 11
• Strony: 450--454
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Müller J.

• Katedra Ogrzewnictwa, Wentylacji, Klimatyzacji i Chłodnictwa, Politechnika Krakowska

autor

Wdowiak D.

• Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Środowiska

Bibliografia

• [1] AWADUKT Thermo - Program obliczeniowy. Rehau 2005.
• [2] Flaga-Maryańczyk A., J. Schnotale, J. Radoń, K. Wąs. 2014. "Experimental measurements and CFD simulation of a ground source heat exchanger operating at a cold climate for a passive house ventilation system". Energy and Buildings (68): 562-565.
• [3] Kostka M., S. Szczęśniak. 2015. "Obliczenia energetyczne gruntowych rurowych wymienników ciepła". Rynek Instalacyjny (6).
• [4] Kostka M., Uzdatnianie powietrza wentylującego w przeponowym gruntowym wymienniku ciepła na podstawie badań in situ, Air, Heat & Energy in Buildings, Wrocław 2014.
• [5] Müller J. 2015. "Wymienniki gruntowe pod budynkiem", Rynek Instalacyjny (12).
• [6] Ozgener O., I. Ozgener. 2011. "Determining the optimal design of a closedloop earth to air heat exchanger for heating by using exergoeconimics". Energy and Buildings (43).
• [7] PN-83/B-03430. Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej.
• [8] Ramirez-Davila L., J. Xaman, G. Arce, Alvarez G., I. Hernandes-Perez. 2014. "Numerical study of earth-to-air heat exchanger for three different climates". Energy and Buildings (76).
• [9] Sabiniak H., G., T. Adamiak, W. Kunikowska. 2018. "Straty ciepła w przewodach zbiorczych gruntowych źródeł ciepła". Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja. 49 (2): 56-60.
• [10] Wdowiak D. Analiza porównawcza dwóch systemów klimatyzacji na przykładzie projektowym. Praca dyplomowa, Politechnika Krakowska, Kraków 2017.
• [11] Wojtkowiak J., Ł. Amanowicz. 2017. "Wpływ nierówności rozdziału powietrza na wydajność cieplną wielorurowych gruntowych wymienników ciepła". Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja. 48 (12): 505-510.