Main_final

BUDOWNICTWO
ZEROENERGETYCZNE

TECHNOLOGIE DOSTĘPNE I ZDROWE

Czysta Energia październik 2005 dr inż Eugeniusz Rylewski

Znaczenie wentylacji z odzyskiem ciepła

Problem otwartego spalania gazu

 

We współczesnej literaturze fachowej poświęca się wiele uwagi znaczeniu wentylacji w budynkach zamieszkania zbiorowego, gdyż proces ten może odpowiadać za ponad 60% strat ciepła w budynkach wielorodzinnych po termorenowacji.

Należy zauważyć jednak iż w praktyce w audytach energetycznych zjawisko to często się ignoruje. Wydaje się, że przyczyna leży głównie w braku miejsca w istniejących budynkach na instalację scentralizowanego systemu wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Stosowana w praktyce instalacja szczelnych okien powoduje w rezultacie wzrost wilgotności powietrza wewnętrznego z efektami ostatecznymi w postaci zagrzybienia, wzrostu zachorowalności mieszkańców itp. Efekt ten pogarsza jeszcze powszechne stosowanie kuchenek gazowych, które podnoszą dodatkowo emisję pary wodnej w mieszkaniu. Kuchenki gazowe nie powinny nigdy znaleźć się w naszych domach.

Powszechnie pokutuje w naszej świadomości stereotyp o tym, że kuchenka gazowa jest bardziej wydajna i tańsza w eksploatacji niż kuchenka elektryczna. Przyjrzyjmy się bliżej temu zagadnieniu. W książce Quaschninga "Regenerative energiesysteme" odnajdujemy informacje o energii pierwotnej potrzebnej do doprowadzenia do wrzenia 1 litra wody przy użyciu kuchenki elektrycznej i gazowej. 

Kuchenka gazowa wg Quaschninga:

Wydajność kuchenki - 34,6%

Straty w sieci przesyłu - 10%

Dla ogrzania wody energią 97 Wh potrzeba zatem 97/0,35x0,9 = 311 Wh energii pierwotnej. 

Kuchenka elektryczna wg Quaschninga:

Wydajność kuchenki - 55,4%

Wydajność procesu produkcji prądu elektrycznego 34%

Dla ogrzania wody energią 97 Wh potrzeba 97/0,554x0,34 = 515 Wh energii pierwotnej. Z tego prostego porównania wydawać by się mogło, że kuchenka gazowa jest o wiele bardziej sprawna niż elektryczna.

 

Kuchenka elektryczna w nowoczesnym otoczeniu

Wydajności urządzeń elektrycznych ewoluowały znacząco w czasie: płyta ceramiczna 65%, płyta indukcyjna 90%, czajnik elektryczny 94%. Dodatkowo większość elektrowni w wielu krajach pracuje w cyklu skojarzonym z produkcją ciepła więc efektywna wydajność produkcji energii dochodzi nawet do 80%.

Jeśli do naszej uprzedniej kalkulacji przyjmiemy wydajność procesu prądotwórczego jako tylko 75% i wydajność elektrycznego urządzenia grzejnego 80% to do ogrzania wody o 97 Wh potrzeba już tylko 97/0,8 x 0,75 = 162 Wh energii pierwotnej.

Różnica jest znacząca, energia pierwotna potrzebna do grzania jest o połowę mniejsza niż w przypadku kuchenki gazowej.

 

Użytkowanie urządzeń grzejnych w pomieszczeniach zamkniętych

Porównanie Quaschninga jest akademickim studium przypadku odizolowanym od pozostałych czynników środowiskowych wpływających na zużycie energii w analizowanym procesie. W warunkach rzeczywistych jednakże należałoby wziąć pod uwagę również wentylację pomieszczenia w którym pracuje urządzenie grzejne. Wymagana przez prawo ilość powietrza konieczna do wentylowania pomieszczeń wyposażonych w kuchenki gazowe to 70 m3/h podczas gdy dla kuchenek elektrycznych tylko 30 m3/h.

W tym miejscu warto zwrócić uwagę, iż wymagane prawnie 70 m3 powietrza na godzinę jest wielkością absolutnie minimalną. Wiele badań i pomiarów in situ wskazuje na konieczność doprowadzania 200 lub nawet 300 m3 powietrza do pomieszczeń, w których pracuje jednocześnie 3-4 palników gazowych. W wielu przypadkach bez względu na intensywność wentylacji migrujące toksyczne gazy, efekt spalania gazu ziemnego, przenikają do okalających kuchnię pomieszczeń pogarszając zdrowotność mieszkańców.

 

Przykład kuchni wyposażonej w kuchenkę gazową

Straty ciepła:

Wentylacja naturalna 70 m3x0,34 (20-4)x24h = 9,14 kWh na dzień

Okno 1,6 m2x2,8 W / m2 Kx(20-4)x24h = 1,72 kWh na dzień

Łącznie = 10,86 kWh na dzień 

Zyski:

Zyski wewnętrzne wynoszą 4,00 kWh na dzień

(dla samego przygotowania posiłków 0,11x24 = 2,64 kWh na dzień)

zyski słoneczne (wschód lub zachód) 1,6 m2x0,6x0,9 kWh / dzień = 0,86 kWh na dzień

Łącznie = 4,86 kWh na dzień 

Pomimo praktyki stosowanej w niektórych krajach według badań i norm np. francuskich zyski wewnętrzne i słoneczne w przypadku stosowania wentylacji naturalnej wykorzystywane są w 40%. W związku z tym faktyczne zyski zatrzymane w pomieszczeniu będą wynosiły dla analizowanego przykładu 2 kWh na dzień.

Bilans całkowity zysków i strat wyniesie 10,86-2 = 8,86 kWh strat cieplnych na dzień.

Przykład pokazuje nam iż nawet tylko przy minimalnym dopuszczalnym wentylowaniu pomieszczenia z kuchenką gazową straty energii na wymianę powietrza przekraczają czterokrotnie energię konieczną do przygotowania posiłków.

Dodajmy, że obecnie powszechnie obserwowana praktyka wymiany okna w kuchni mogłaby obniżyć straty ciepła do 7,9 kWh na dzień.

 

Przykład kuchni wyposażonej w kuchenkę elektryczną i aparat wentylacyjny z odzyskiem ciepła

Rezygnacja z urządzeń gazowych w kuchni upraszcza radykalnie funkcjonowanie pomieszczenia. Poza redukcją zagrożenia wyciekiem gazu z instalacji pozbywamy się również być może bardziej podstępnego zjawiska jakim jest niecałkowite spalanie i produkcja tlenku węgla oraz tlenków azotu. Dodatkowo produkcja dwutlenku węgla zostaje również ograniczona. Wymiana powietrza na poziomie 30 m3 na godzinę może być zapewniona przez lokalne urządzenie odzyskujące ciepło ze strumienia powietrza wychodzącego.

W tym miejscu warto zwrócić uwagę na fakt iż moc szczytowa kuchenki elektrycznej może zostać obniżona bez większego uszczerbku dla komfortu użytkowania kuchenki. Operacja taka spowoduje mniejsze zapotrzebowanie na moc w mieszkaniu i niższy abonament za energię. W skali makro uchroni to również producentów energii przed dodatkowymi inwestycjami w moc szczytową. W budynkach istniejących wymiana kuchenki gazowej na elektryczną wymagać może wymiany kabli zasilających mieszkanie lecz w wielu przypadkach i tak jest to konieczne w związku ze zmianą przepisów budowlanych.

Straty ciepła:

Wentylacja mechaniczna 30 m3x0,34x0,3 (20-4)x24h = 1,18 kWh na dzień

Okno 1,6 m2x2,8 W / m2 K x(20-4)x24h = 1,72 kWh na dzień

Łącznie = 2,9 kWh na dzień

Biorąc pod uwagę, że teraz całe powietrze przechodzi przez wymiennik ciepłą możemy założyć pełne wykorzystanie zysków wewnętrznych i słonecznych. Łącznie = 4,86 kWh na dzień

Bilans całkowity zysków i strat wyniesie 4,86 ? 2,9 = 1,96 kWh zysków na dzień. Przewaga całkowita w porównaniu do kuchenki gazowej wynosi 8,86+1,96 = 10,82 kWh na dzień.

Jako że dane te reprezentują średnią dla sezonu grzewczego możemy pomnożyć wyniki dzienne dla całego sezonu tj. 250 dni. Różnica wyniesie 250x10,88 = 2720 kWh na sezon grzewczy.

 

Aspekt ekonomiczny

W bilansie finansowym nie wliczymy instalacji nowych kabli elektrycznych gdyż działanie to nie jest konieczne w nowych budynkach a w starych jest wymagane przez prawo. Dla wymiany kuchenki gazowej na elektryczną przyjmiemy średnią cenę rynkową urządzeń tego typu tj. 800 PLN.

W przypadku kosztów eksploatacji nie zauważymy spodziewanej nadwyżki kosztu użytkowania kuchenki elektrycznej tak jak pokazano to powyżej w bilansach energetycznych. Dodatkowo drobny wzrost abonamentu na energię elektryczną skompensowany zostanie wyeliminowaniem abonamentu na gaz ziemny.

Bilans finansowy wymiany kuchenki gazowej na elektryczną:

Instalacja aparatu do wentylacji z odzyskiem ciepła 1000 PLN

Wymiana kuchenki gazowej na elektryczną 800 PLN

Łącznie 1800 PLN

Zyski energii 2720 kWh/sezon grzewczy x 0,2 PLN za kWh = 544 PLN rocznie

Prosty czas zwrotu z inwestycji 1800/544 = 3,3 lat

Bilans finansowy wydaje się bardzo interesujący a należałoby również ująć w nim korzyści zdrowotne zaniechania korzystania z gazu. Liczne zatrucia, alergie i inne choroby powodowane przez spaliny powstające w mieszkaniach powodowałyby znaczące oszczędności w systemie ochrony zdrowia.