3.2.3 Уплътнени конструкции Уплътняването на външната обвивка на сградата е мнага важно по няколко причини:

• Намаляване на топлинните загуби: Особено през зимата температурните колебания водят до големи температурни разлики между вътрешната и външната страна на обвивката на сградата. Следователно, в по-горната част на сградата затопленият въздух преминава през неуплътнени места навън (филтрация навън), а в ниските части на сградата студеният въздух нахлува през неуплътнените места вътре (инфилтрация). За осигуряване на добър вътрешен микроклимат, студеният въздух трябва да бъде затоплен, по тази причина нежеланият обмен на въздуха довежда до по-голям разход на топлина.

• Избягване на инфилтрация: Като следствие от топлинните разлики движението на студения въздух в сградата предизвиква неудобства. Уплътнените конструкции избягват инфилтрацията.

• Предотвратяване на увреждания на конструкцията: Високата влажност на въздуха води до конденз, който поради по-ниските температури предизвиква овлажняване на стената – и заедно с това уврежда конструкцията на сградата.

За подсигуряване на уплътнена обвивка на сградата, се полагат пароизолации с цел предотвратяване образуването на конденз в конструкцията или топлоизолацията. Много е важно тези фолия да се поставят много прецизно, защото иначе те нямат никакъв ефект. Следващата таблица показва стойности за въздухообмена на час:

Въздухообмен на час (во/ч)

Международен стандарт 0,5

Обикновени сгради 0,25-0,4

Нискоенергийни сгради 0,05-0,1

Пасивни къщи 0,6

Забележка: дадените стойности са за 0 pa. При изпробване на херме тизация с духач, всяка стойност трябва да бъде умножена с фактор 20.

Фиг. 3.4: Въздухообмен на час за различни видове сгради

За гарантиране на конструкция без инфилтрации се препоръчва да се разработи концепция за уплътняване на процепите и да се открият слабите места в обвивката посредством така наречения вентилаторен тест. В този тест вентилатор предизвиква постоянно налагане от +/- 50 Pascal (Pa). В съответствие с херметизацията на сградата вентилаторът трябва да духа повече или по-малко, за да се получи специфичното налягане за сградата. Така може да се измери нивото но херметизация и с помощта на дим могат да бъдат локализирани разхерметизираните точки. Потвърждението на херметизирана конструкция може да се направи посредством гореспоменатият вентилаторен тест. Стойността n50 показва въздухообмена на час за дадено помещение, наблюдавано при +/- 50 Pa. Ако се прилага вентилационна система, тази стойност трябва да е по-малка отколкото ако се прилага естествена вентилация чрез прозореца. Примери за изпълнение на уплътнени конструкции са: пример за най-добра практика номер 1 от Австрия и пример за най-добра практика номер 4 от Дания. И двата са описани в Глава 5.

24

Фиг. 3.5: Вентилаторен тест в апартамент (CENERGIA).

Фиг. 3.6: пример за проследяване движението на бял дим за проследяване на пукнатини и цепнатини при вентилаторен тест (CENERGIA).

Уплътнени конструкции – Практическо приложение

От вътрешната страна на външни конструкции трябва де се осигури уплътняване с помощта на пароизалационен слой, например от алуминиево фолио или пластмасово покритие. От външната страна трябва де осигури ветрова изолация за да се предпази конструкцията от лоши атмосферни условия. Първото нещо, което човек трябва да направи за да осигури уплътнението на дадена сграда е да провери фугите между различните външни конструкции, например, прозорци/врати и стени. Като запечати фугите между различните външни конструкции може да се постигне добър резултат с малки разходи.

Според немският Пасив хаус институт най-важното правило за постигането на добро уплътнение е да се запечати цялата сграда с уплътняващ слой. (виж Фиг. 3.7).

25

Фиг. 3.7: Уплътняващ слой (в червено)опаковащ цялата сграда (CENERGIA).

3.2.4 Двойни фасади и остъклени площи Двойно остъклените фасади изискват много внимателно прилагане. Климатичните условия (например, температура на въздуха, слънчева радиация) и местонахождението на сградата съставляват основните параметри определящи прилагането на такива фасади. В Южна Европа изобилието на слънце през цялата година и малкото облачност ограничават прилагането им (презатопля се на въздуха), обратно в Северна и Централна Европа облачността и ниските температури през зимата налагат ползването на фасади с двойно остъкляване (произвеждане на топлинна енергия).

Фасадите с двойно остъкляване обикновено се проектират с подходяща ширина така, че да включват ‘пътеки’ за поддръжка, които също допринасят за нуждите от засенчване на вътрешната фасада. В случаите на някои сгради междинния въздушен процеп се вентилира (естествено или механизчно) за да се избегне презатопляне на въздуха.

Фиг. 3.8: Пример за двойно остъклена фасада (CENERGIA).

Стъклените и двойните фасади се прилагат най-чести в офис сградите, защото при тях те предлагат няколко преимущества. Тъй като пролуката между прозорците се затопля, стъклената стена има ефекта на топлоизолация, което прави възможно човек да седи близо до прозореца без да има чувстовот за студено течение. Освен това, офис сградите имат специална нужда от вентилация и охлаждане, които и двете (отчасти) могат да бъдат осъществени чрез стъклената стена. В зависимост от ориентацията, двойно остъклената фасада предоставя различни ползи: топлинно предпазване за северните фасади със създаването на буферно пространство, топлинно предпазване на западните фасади с отстраняване на затворения топъл въздух, и производство на топлина при южните и източни фасади.

Фиг. 3.9: Примери на сгради с двойна фасада: Кралската библиотека в Дания и Датската застрахователна компания Алм. Бранд (CENERGIA).

26

Засенчването е основно изискване за всички остъклени площи. Има много засенчващи продукти, които са или външни или междинни и варират като материал и вид; най-често срещаните са щорите (ръчно задвижвани или чрез сензори) и полупрозрачните мембрани.

Двойните фасади и остъклените площи могат да бъдат направени по редица различни начини и всеки проект трябва да има свой план, съобразно конкретните нужди. Двата показани примера от Дания имат различни планове – единият от проектите има единично остъкляване от вътрешната страна, другият има единично остъкляване от външната страна. В други случаи е възможно да се използва и двойно остъкляване. Типични остъклени площи се правят с цел да ограничат загубата на топлина и да намалят външния шум. Вижте примерите на остъклени площи по-долу.

Фиг. 3.10: Обновено сграда в Братислава с допълнителна остъклена

фасада и пример за остъклен атриум (ECN).

Друг начин на употреба на пасивна слънчева топлина и много често срещано решение е да се направят остъклени балкони, което също така удължава периода в който балкона може да бъде използван. Важно е, обаче, да се инструктират обитателите как да ползват остъклените балкони, тъй като те могат да доведат до голяма загуба на топлина, ако се отопляват през зимата.

Фиг. 3.11: пример за остъклени балкони

В случаите на вентилирани междинни въздушни пространства, вътрешното остъкляване и приспособленията за засенчване се замърсяват заради въздушния поток. Това влияе на работата на системата (например, снижава фактора изглед); за да се избегнат неблагоприятните резултати вътрешното остъкляване трябва да е направено така, че да може да се отваря.

При много високите двойно остъклени фасади (например, по-високи от няколко етажа) основният недостатък е прегряването на излизащия навън въздух (в горната част на въздушното пространство) което създава топлинна радиация и следователно увеличава температурата в сградата.. Това може да бъде избегнато чрез извличане на въздуха на всеки етаж.

В общи линии най-добрият начин за справяне със стъклени конструкции е взаимодействието на архитектите и енергийните консултанти с указания от експертните производители на стъкло. Повечето от последните големи строителни проекти включват стъклото по новаторски начини и двойните фасади (остъклени) представляват един от тези новаторски подходи. Ефективностто на дадена двойно остъклена фасада се определя от топлопроводимостта и (U-стойност), светлопроводимостта (τ) и отразителната способност (R) на стъклото.

27

Пример на остъклена фасада може да се види в Глава 5, Пример за най-добра практика но.1 от Австрия.

3.2.5 Вентилационна система с оползотворяване на отпадна топлина Очаква се в близко бъдеще да има повишеното търсене на ниско енергийни вентилационни системи в сградите, вече има голямо изобилие на разработки за оползотворяване на отпадна топлина с механични вентилационни системи, при които въздухът на изхода се използва за предварително затопляне на въздуха на входа. Такива са очакванията в близкото бъдеще. За постигане на ниска енергоемкост и особено на ниска консумация на топлинна енергия в сграда, е необходима високо-ефективна вентилационна система за оползотворяване на отпадната топлина.

Фиг. 3.12: Илюстрация на вентилационна система с оползотворяване на отпадна топлина монтирана в шкаф. Това решение облекчава поддръжката This (CENERGIA).

Фиг. 3.13: Принцип на агрегат за оползотворяване на отпадна топлина (ECN). 1- въздух към помещенията, 2- изходящ въздух, 3- въздух от

помещенията, 4- входящ въздух

Чрез вентилационните системи за оползотворяване на отпадна топлина с малък разход на електричество не само се снижава консумацията на енергия, но също се подобрява и качеството на въздуха вътре в сградата, и това е от полза не само за обитателите, но също така ще предотврати например увреждания от влага в сградите.

За покриване на исканията за енергийноефективна вентилационна система трябва да се спазват следните изисквания:

Ефективността за изсушаване на топлообменника за оползотворяване на отпадна топлина трябва да е 80-90 %.

Консумацията на енергия на вентилационната система трябва да е само y 30-40 W (0,24 W/(m3/hвъздухообмен)) (Изискването на датска строителна наредба е 87 W).

Сградата трябва да е уплътнена (естествената инфилтрация трябва да е 0,05 /h и да не надвишава 0,1 /h).

Вентилационната система трябва да бъде инсталирана вътре в обвивката на сградата.

Нивото на шум трябва да бъде по-ниско от 25 dB.

28

Имало е опити да се понижи консумацията на електроенергия и да се повиши действителната топлоефективност. В нова серия вентилатори с извити назад перки консумацията на електричество е намалена значително спрямо предишното ниво. Също така беше разработен мотор на прав ток с който консумацията на електричество, включително и конвертера, е 20% под това ниво..

Основно вниманието трябва да се фокусира върху отделни единици за оползотворяване на отпадна топлина за всеки апартамент поради риск от неизправност, по-прост контрол и избягване на загубата на топлина в студените тавански помещения. Тук има голяма нужда от решения с доказан нисък разход на електричество и никакъв шум. Разработено е решение с отделни 15-25 см тънки топлообменнитци въздух – въздух на датското дружество EcoVent. Те могат да бъдат прикрепени за стените или в таванското помещение по прост начин и са лесни за поддържане (например, смяна на филтър). Предвижда се лесна система за отчитането им, за да е възможно да се отчита консумацията на електричество за вентилация.

Ще е необходимо да има вентилация с оползотворяване на отпадна топлина, ако целта е общо потребление на енергия под 65 kWh/m2 на година за отопление и топла вода. Във всички случаи ще се постига достатъчен обмен на въздуха от 0,5 на час. В случай на механична вентилация максимална обмяна на въздуха от 0,05 /ч ще се извършва чрез естествено инфилтриране равно на 1,0 на час при +/- 50 Pa от вентилаторен тест.

Вентилация, контролирана от ползвателя може да бъде 126 m3/ч или 0,5 /ч при нормални условия и 65 m3/ч като минимална стойност, когато отсъства. Има нужда от работа през лятото с функция байпас и работа през зимата с намалено количество свеж въздух когато температурата е под -5ºC. Относителната влажност не трябва да надвишава 60% и е необходимо филтриране.

Снижаване на консумацията на енергия може да се постигне най-добре посредством вентилационна система, контролирана от потребителите и ползването на енергийно ефективни компоненти в оптимално разчетени решения. Също така е необходимо обслужване и добро почистване на вентилационната система.

Скоростта на въздуха за вентилация ще е под 0,15 m/s в стаите, за да се избегнат проблеми с течението за обитателите..

Вижте примери за вентилационни системи за оползотворяване на отпадна топлина в Глава 5, Пример за най-добра практика номер 1 от Австрия, номер 1, 3 и 4 от Дания, номер 1 от Швеция и номер 5 от Швейцария.

3.2.6 Кондензни газови бойлери Газови бойлери се използват, както за индивидуални, така и за центални системи за отопление. Оптималното решение комбинира газов бойлер, затоплящ соларен панел и ниско температурна отоплителна система (подово отопление), така че да се постигне оптимална кондензация и обмяна на латентна топлина от парите на газта.

От техническа гледна точка газовите бойлерите оперират в две различни температурни полета с различна ефективност: при 50/30°C (между отдадена и приета температура), те постигат средна ефективност от 105% (Най-добрата налична технология – ВАТ: 107%), докато в полето между 80/60°C те постигат средна ефективност от 96% (ВАТ 98%).

Енергийната ефективност на газовите бойлери се увеличава от променливия пламък, където изменението във въздушния поток в горелката, съобразно нуждите на момента, избягва ниска ефективност на цикли включен-изключен. От екологична гледна точка и от гледна точка на отделянето на отработени газове, се отделят респективно: CO2 9%, NOx 40-44 mg/kWh, CO 15-19 mg/kWh. Наличните бойлери на пазара са в различни размери, които покриват всички изисквания на една традиционна отоплителна система, но е необходима по-голяма първоначална инвестиция.

В примера за най-добра практика номер 11 от Австрия, споменат в Глава 5 се използва кондензационен бойлер.

3.2.7 Централно парно с малки загуби Централното отопления е система, която пренася и разпределя топлина от една или повече централи до жилищни, търговски и индустриални потребители на парно отопление, топла вода и

29

индустриални процеси. Кварталните отоплителни системи се състоят от единици, произвеждащи топлина, които могат да са: само отоплителни централи; комбинирани централи произвеждащи топлина и енергия (електричество); централи за оползотворяване на отработена (отпадъчна) топлина; работещи на високи обороти и на стендбай централи; основна мрежа за разпределение на топлина; подстанции в потребителските точки на свързване; вторични мрежи при крайните потребители и инсталации за парно отопление и топла вода по домовете.

Носителят на топлина в системата за разпределение на топлината може да е или топла вода или пара. Топлата вода в разпределителната система може да бъде генерирана в централи с парни котли само за загряване на вода, в централи с комбинирано производство на топлина и енергия, от централи за възстановяване на отработената индустриална топлина и от горене на отпадъци или понякога от геотермални източници.

Централното парно отопление е естественото решение за предоставяне на топлина в застроени райони. То помага за запазването чистотата на околната среда и повишава удобствата на жилищата. Централното парно отопление също така помага за оползотворяване на енергията и на околната среда. Това оползотворяване най-добре се осъществява при когенерация на топлина и енергия, при което се използват 80-90% от енергийната стойност на горивото. Когато се генерира електричество, полезната норма на енергията на горивото е само 40-50%. Благодарение на ефективността си, при централи на когенерация емисиите в околната среда са около 30% по-малко отколкото в отделно генериращите или топлина или електричество централи (прочетете повече за когенерационни централи по-долу). Топлина се произвежда като се използва разнообразен подбор горива – природен газ, въглища, торф, дърва и отпадъчен дървен материал, или нефт – като в същото време се обръща внимание на цялостната икономика и на влиянието върху околната среда. Използваемата енергия от индустрията може също да се използва за централно парно.

Производство на топлинна енергия

При централна топлофикация топлинната енергия се генерира или в централи когенериращи топлинна и електрическа енергия или в централи само за топлинна енергия. Температурата на доставяната в кварталите вода за отопление варира в зависимост от стандартите на страната и от времето, и е, например, от 65-115° C. Температурата е най-висока през зимата и най-ниска през лятото, когато топлината се използва само за услугата битова гореща вода.

Пренос на топлинна енергия

Топлинната енергия в градовете се пренася от централите до клиентите като топла вода в затворена мрежа, състояща се от две тръби (тръби за подаване и за връщане). Тръбите за централното парно отопление се поставят под земята, обикновено на дълбочина от 0.5 до 1 метър. Тръбите имат ефективна топлинна изолация. Средно загубата на топлина в разпределителната мрежа са равни на по-малко от 10 процента от енергията, пренесена в тръбите.

Водата, циркулираща в тръбите за подаване отдава топлината си за клиентите посредством топлообменици. Тръбата за връщащата се вода пренася тази вода обратно в централата за повторно загряване. Температурата на връщащата се от клиентите вода в централата варира в най-добрите случаи между 25 и 50 °C. Водата от централната топлофикация обикновено не циркулира в системата на сградата, но има варианти при които тя се подова директно към отоплителната система.

Оборудване на крайните потребители

Клиентите получават топлинна енергия от ТЕЦ в абонатната станция, която включва топлообменици за отопление и за топла вода, както и топлообменик за климатична инсталация, контролни уреди, помпи, термометри, манометри, топломери и др. Доставчиците на топлинна енергия доставят и монтират абонатните станции. Топлинната енергия се използва в сградите за отопление, за доставяне на битова гореща вода и за климатични инсталации. Напоследък вече се предлага и охлаждане на сградите чрез използването на централно подадена гореща вода за отопление в абзорбиращи охладители.

Отчитане на разхода на топлинна енергия

30

31

Фиг. 3.14: Топломер

(CENERGIA).

Количеството топлинна енергия, консумирано в сградата се измерва. Компонентите на топломерите са: поточен сенсор за потока, двойка сенсори за температурата, и калкулатор. Поточният сензор измерва обема на циркулиращата вода за централно парно отопление. Двойният сензор за температурата непрекъснато измерва температурата на водата, която влиза в сградата и на тази, която излиза от сградата. На база на отчитанията на поточния сензор и на двойния температурен сензор, калкулаторът изчислява топлинната енергия използвана за отопление на сградата и за битова гореща вода. Калкулаторът автоматично взема предвид дебита на водата и конкретната топлинна енергия, отговаряща на температурата. Консумираната енергия се отразява от калкулаторът в мегават часове.

Надеждност

Доставката на централно отопление е много надеждна. При големи централни топлофикационни системи прекъсване на дейнсотта в резултат на повреди в мрежата и последващите ремонтни работи оставят отделния клиент без топлина средно за само един час на година. По този начин, надеждността на подаването на централно парно отопление е почти 100%. Оперирането и поддръжката на централното парно отопление са безплатни за клиента – тъй като поддръжката е включена в таксата, плащана от клиентите.

Потенциал за развитие на системите за централно парно

Повишената температурна разлика/ниско температурни системи: при ниско и средно натоварване е желателна висока температурна разлика, защото тя може да пести енергия за изпомпване и в много случаи може да намали загубите за разпределение на топлината. Ниските температури на връщащата се вода подобряват също така условията на опериране и ефективността на когенерационната централа.

Централно охлаждане, задвижвано с топлинна енергия

В студен климат през летните месеци има голям топлинен капацитет на разположение в системите за централно отопление. Този капацитет може да се използва например за охлаждане, получено от топлинна енергия. Тук един от проблемите е хидравличното ограничение на максималния воден поток в съществуващите тръбопроводи на централното парно. Количеството на необходимата топлинна енергия през зимата ограничава охлаждащия товар, произведен от абсорбиращите охладители до около 20% от максималното натоварване през зимата. В топъл климат годишната връхна точка в използването на електрическа енергия е през лятото, частично поради електрическите климатични инсталации и охлаждането. Ако част от нуждата от охлаждане с климатична инсталация бъде покрито със задвижвани от топлинна енергия охлаждащи машини, то ще се намали върховата консумация.

Включване на складирана слънчева енергия

Слънчево централно отопление с краткосрочно и сезонно натрупване е въведено основно в Дания и Германия. Системи за краткосрочно натрупване се иползват най-вече за загряването на топла вода и могат да задържат топлината един или два дни. Следователно, слънчевата енергия покрива едва 10-20% от общата нужда от топлинна енергия. Така наречената система със слабо натрупване изисква сравнително голяма площ на събиране пропорционално на жилищната площ (4-10 m2/m2) и предвидена слънчева част от 30-40%. Новаторската система слънчево-централно отопление има няколко буферни цистерни, свързани към слънчеви панели и към мрежата на централното парно отопление. Буверните цистерни се загряват от слънчевата енергия, като централното парно отопление играе поддържаща роля. Една

цистерна поред се пълни с гореща вода за ЦПО като пулс и в други моменти веригата на ЦПО се затваря за да се намалят загубите в тръбите. Първите опити показват забележително снижени загуби на топлина и 40-70% годишна слънчева част.

Системите за централно парно с ниски загуби се използват в следните примери на най-добра практика, споменати в Глава 5: номер 1 и 8 от Австрия и номер 7 от Франция.

3.2.8 Когенерация на топлинна и електроенергия Комбинираното производство на топлинна и електрическа енергия наричано когенерация е общото производство на топлинна енергия (пара или топла вода) и електричество от един единствен източник на гориво, което може да доведе до цялостна ефективност от 70 – 90%. Някои когенерационни системи произвеждат и охладена вода от топлината. Това често се нарича три-генерация. Конвенционалните централи за производство на елетричество конвертират около 30 до 30% от горивната енергия в електрическа, докато останалата част се губи като отпадна топлина.

Когенерационните системи могат да бъдат въведени на много различни нива. В най-големият мащаб централното производство на топлинна и електрическа енергия може да задоволи цял голям град чрез система за централно парно отопление и генерираната електрическа енергия да се включи в националната електрическа мрежа. Големите когенерационни инсталации, обикновено стотици MWth и MWe, се прилагат в обработващата индустрия и при централната топлофикационна система на големите градове, най-вече в северна Европа. Малките когенерационни инсталации обикновено под 1 MWe, се монтират вътре в сградите които обслужват и те са относително често срещани в средна и южна Европа. Мощността на когенерационната система се определя от топлинния товар. Произведеното електричество се използва първо за задоволяване на нуждите на сградата и остатъка се включва към електрическата мрежа.

Технологиите за генериране на електричество, които могат да се прилагат в малки по мащаби когенерационни системи включват модерни турбинни системи, възвратно-постъпателни мотори (Otto и Diesel), микро турбини и горивни клетки.

При големи когенерационни системи за производството на електричество обикновено се използват противоналегателни турбини, газови турбини и дизелови мотори. Практическата употреба на ко-генерираната топлинна енергия включва: отопление на процеса; отопление на помещения; топла вода; абсорбиращи охладители; охладители, захранвани от мотор; сушилни шкафове; сгъстен въздух и индустриални процеси. При традиционните когенерационни и отоплителни централи топлината се извлича от големи елетрически централи и се доставя в районните отоплителни мрежи в града или за индустриални нужди.

В пример номер 4 за най-добра практика в България в Глава 5 използваните топлинна и електрическа енергия са от когенерация.

3.2.9 Термопомпи Термопомпи се използват за трансформиране на свободна топлина от постоянни източници: въздух, вода, земя и отпадна топлина, в топлина с полезно температурно ниво. Те се използват за жилищни и търговски сгради за отопление, охлаждане и за битова гореща вода. Съществуват голям брой различни термопомпи и те се различават по размер, цена и ефективност в зависимост от предназначението си.

Термопомпи предназначени за отопление и охлаждане на сгради могат да бъдат разделени на четири основни категории в зависимост от функцията им:

• Термопомпи само за отопление, осигуряващи отопление и/или битова гореща вода

• Отоплителни и охладителни термопомпи, осигуряващи както отопление, така и охлаждане

• Интегрирани системи термопомпи, осигуряващи отопление, охлаждане, битова гореща вода и понякога оползотворяване на отпадна топлина от вентилация.

• Водни нагреватели с термопомпи, предназначени само за загряване на битова гореща вода .

32

Счита се, че използването на термопомпи може значително да намали емисиите на CO2. В някои европейски страни термопомпите се считат за възобновяем енергиен източник. Това позволява получаването на субсидии от финансирането на проекти за околната среда. Термопомпите не изискват комини или инсталации за газ или петрол, не предизвикват никакво замърсяване и няма отпадъчни материали.

33

Термопомпата е машина която може да променя топлинната енергия от такава с ниско температурно ниво в такава с по-високо температурно ниво. За източник на топлинна енергия с ниско температурно ниво се използват обикновено: земя (вертикални или хоризонтални топлообменици), земя и повърхност на вода (отворена или затворена линия), външен въздух или отпаден въздух от вентилация. Добра идея е да се използва отпадната топлина като източник на топлинна енергия с ниско температурно ниво, при което отпадната топлина се трансформира в по-високо температурно ниво чрез компресор. Загубите на топлинна енергия обикновено стават в централната отоплителна система или/и в системата за битова гореща вода. Възможно е също да се направи реверсивна операция когато термопомпата е на охлаждащ режим.

По-долу са показани два вида термопомпи: термопомпа която ползва топлина от земята и термопомпа която използва топлина от външния въздух. Последните споменати помпи са популярни във вили и къщи за отдих. Онази, показана на снимката е свързана с малка електростанция произвеждаща необходимото електричество за задвижване на помпата.

Фиг. 3.15: Термопомпа произвеждаща топлинна енергия за отопление на жилище от почвата (CENERGIA).

Фиг. 3.16: Термопомпа използаща температурата на въздуха и свързана с малка фотоволтаична инсталация която осигурява електроенергията необходима за функционирането на термопомпата (CENERGIA).

На режим отопление, течността отвън се връща от земята и преминава през топлообменика. Вътре в топлообменика на вътрешната течност се позволява да се разшири и да промени агрегатното си състояние в газ (образуване на пара) извличайки топлината на парата от външната течност. Тази газообразна течност след това се всмуква в компресора, който копресира и втечнява газта, освобождавайки топлината от превръщането в пара в топлинния преливник (система за отопление, топла вода за битови нужди и т.н.). Охладената външна течност след това се изпомпва обратно в тръбите, минаващи вън от къщата, където нейната температура е по-ниска от температурата на заобикалящата пръст. Тя още веднъж абсорбира топлината от земята и цикълът се повтаря.

При охлаждащ режим, въздуха вътре в сградата се привлича през топлообменик, където на вътрешната течност се позволява да се разшири и да се изпари, абсорбирайки топлината от превръщането в пара от въздуха. Газообразният флуид след това се изпомпва в компресора, където се компресира отново в течност отдавайки топлината от превръщането в пара във външните тръби посредством втори топлообменик. Течността във външните тръби

след това се изпомпва навън в топлинното поле където нейната температура е по-висока от температурата на заобикалящата я пръст. Пръстта абсорбира топлината и охладената течност се връща в сградата за повторение на цикъла.

В наши дни има също термопомпи с директно изпарение и с акумулиране във вертикална цистерна. Това позволява редуциране на броя на топлообмениците, свръзките за тръбите и дължината на инсталацията. Този вид термопомпи обикновено консумират по-малко енергия за помпи и компресори, отдават топлинна енергия с по-високо температурно ниво и поради по-ниската цена са станали доста популярни, особено за еднофамилни къщи.

Могат да бъдат формулирани следните ограничения за използването на термопомпи:

• Тъй като една термопомпа оперира най-ефективно когато температурната разлика между топлинния източник и топлинния преливник (отоплителнато инсталация) е малка, температурата на разпределяната топлина за термопомпи за отопление трябва да бъде държана колкото се може по-ниска по време на отоплителния сезон.

• Доста трудно е да се контролира работата на термопомпите. В повечето случаи само чрез включване/изключване е възможно да се извършва контрол. Това е причината за допълнителни изисквания към отоплителната инсталация и/или системите за битова гореща вода.

• Трябва да бъде осигурен непрекъснат достъп до ниско темпрературен топлинен източник В някои случаи може да е трудно (голяма земна площ за хоризонтален топлообменик в земята, липса на река или езеро) или скъпо (цената на консумираната енергия от подземна водна помпа, цената за построяване на топлообменик с никотемпературно ниво).

• Охладителите би следвало да имат колкото може по-малко отрицателно влияние върху околната среда – намаляване на озона и потенциалното глобално затопляне.

Коефициент на ефективност

Топлината доставена от термопомпа теоретично е сбор от топлината извлечена от източника на топлина и на енергията, необходима да трансформира топлинната енергия от такава с ниско температурно ниво в такава с по-високо ниво. Работата при едно постоянно агрегатно състояние на термопомпа с електрическа компресия при определени температурни условия се приема за коефициент на ефективност. Той се определя като съотношение на топлинната енергия, доставена от термопомпата и на електричеството изразходвано от компресора (колко енергия е произведена при използването на едно количество (kWh) енергия). Коефициентът на ефективност на една термопомпа е тясно свързан с разликата между температурата на топлинния източник и на изходящата температура от термопомпата. Коефициентът на ефективност спада с покачването на температурата на кодензиране.

Тъй като термопомпа използва електричество, може да се наложи също да се вземе предвид количеството енергия, използвана за производството на електричеството. При фактор 2,3 използван за производството на електричество една термопомпа с коефициент на ефективност от 3,0 ще има производна енергийна ефективност от 1,2 (3,0/2,5). Това е важен аспект за обсъждане когато се изчислява енергийната ефективност на дадена къща и може да се изисква при изготвянето на енергиен сертификат.

Коефициентът на ефективност на идеалната термопомпа се определя от температурата на кондензиране и от разликата между температурата на кондензиране и на изпаряване. Отношението на действителния коефициент на представяне на термопомпа и на идеалния коефициент на представяне се определя като ефективността Carnot Carnot ефективността варира от 0.30 до 0.5 за малки електрически термопомпи и 0.5 до 0.7 за големи, много ефективни ссистеми електрически термопомпи.

Ефективност

Ефективността на работата на една електрическа термопомпа по време на сезона се нарича фактор на сезонна ефективност. Той се определя като съотношение на доставената топлина и общата енергия, използвана през сезона. При него се взима под внимание вариращото потребление на енергия за отопление и/или

34

охлаждане, различния топлинен източник и разликата в температурите в преливника през годината, включва и друго потребление на енергия, като например за размразяване. Факторът сезонна ефективност може да бъде използван за сравняване на термопомпи с конвенционални отоплителни системи (като котли), по отношение на пестене на енергия и снижаване на емисиите на CO2. но въпреки, че факторът сезонна ефективност е много полезен в практиката, той е много труден за установяване.

Ефективността на термопопомпите се влияе от голям брой фактори. За термопомпи в сгради те включват:

• климатът – годишното потребление на енергия за отопление и охлаждане и пиковите натоварвания;

• темпреатурите на топлинния източник и на отоплителната система;

• консумацията на енергия в системата (помпи, вентилатори);

• техническите характеристики на термопопомпта;

• капацитетът на термопомпата по отношение на потреблението на топлинна енергия и на работните характеристики на термопопомпата;

• контролната система на термопомпата.

3.2.10 Естествена, смесена и фотоволтаично подпомогната вентилация Голямото търсене на вентилационни системи определя голямата нужда от енергийноефективни такива. За това, естествените, смесените и фотоволтаично подпомогнатите вентилационни системи са много интересни теми.

Датско проучване показа, че естествената вентилация може да е добро решение от гледна точка на околната среда и безопасността на работата и, а също така да бъде добро решение и по отношение на микроклимата в сградите. Анализите показват, че естествената вентилация може да е достатъчна като вентилация в много случаи като при редово застрояване на едно и двуфамилни къщи, ако планът и функцията на сградите са интегрирани по архитектурен

начин който оптимизира естествената вентилация. Ползи от естествената вентилация са изброени по-долу:

Осигурява ефективна вентилация в цялата къща

Намалени емисии на CO2 и по-ниски сметки за енергия

Бори се с влагата и плесените

Продължително нежно извличане

Подобрени акустични качества, < 25dBA, в сравнение с механичната вентилация

Лесна за монтаж

Ненатрапчива

Минимална поддръжка

Най-оптималното решение за естествена вентилация е тази при която всички стаи се намират от една и съща страна при редово застрояване. По този начин вентилацията ще бъде задвижена от подемната сила на топлината, тъй като външният въздух ще влиза през прозорците в стаите от южната страна и ще излиза през висок комин от северната страна, който има отдушник от кухнята и от банята.

В демонстрационен проект за енергийна ефективност в държавното училище Егебиерг в Беларуп, Дания е използвана естествена вентилация. Използваните технологии, свързани с естествената вентилация са::

Съвременна система с контрол на отопленито, вентилацията и осветлението

Комбинирана естествена и механична вентилация

Предварително затопляне на вентилационния въздух през канали в земята и чрез така наречената Канадска соларна стена (с малки дупки за пропускане на въздух) и конвектори в класните стаи.

В средата на зоната избрана за реновиране има място с двойна етажна височина и на покрива над това място в поставен вентилационен комин за естествена вентилация. Главната движеща

35

сила е въздушното налягане. С помощта на специална система прозорците във вентилационни комини могат да бъдат отваряни. Ако няма никакъв вятър се активират термално задвижвани сили. Поради това, височината е важен фактор. Когато температурната разлика на въздуха вътре и вън през лятото е много малка, абсорбатор, вграден във вентилационния комин, предоставя неоходимото задвижващо налягане. Въздухообменът се контролира въз основа на CO2 и от температурни сензори в класните стаи. .

Консумацията на топлинна енергия за предварително затопляне на входящия въздух е 97 kWh/m2, а беше 181 kWh/m2 преди реновирането и потребителите са много доволни от повишеното качество на въздуха вътре в сградите.

Пестенето на електричество с естествена вентилация, електрически ефективна вентилация и автоматизираната прозоречна система за вентилация е 13,5 kWh/m2годишно. Преди обновяването консумацията на електричество беше 36 kWh/m2 на година. Също така микроклиматът се подобри и количеството CO2 е задоволително.

По отношение на фотоволтаично подпомогната вентилация, е разработена ФВ-ВЕНТ система. Тя комбинира интегрирана в сградата фотоволтаична инсталация и високоефективна вентилационна система. Фотоволтаичната инсталация произвежда постоянен ток който може да задвижва икономичен двигател на постоянен ток в нова генерация противоструен топлообменник. По такъв начин могат да се избегнат загубите на енергия и инсталирането на скъпа конверторна инсталация.

Противоструйният обменник има консумация на електричество само 20-30 W, или 150-200 kWh годишно. 25-50 % от тази консумация на енергия може да бъде покрита от интегрирана в сградата фотоволтаична инсталация. Една оптимална южно ориентирана фотоволтаична инсталация се предполага да бъде 0,7 м2 при кристалинни панели и 2м2 на сграда при аморфни панели.

Вентилацията при една ФВ-ВЕНТ система би трябвало да е с малка консумация на електрическа енергия и с противоструен обменник за използване на отпадната топлина, при коео изхвърляният въздух се използва за предварително затопляна не

входящия въздух. Отпадната топлина би трябвало да се използва до 80-90 %. Електропотреблението ще е до 20-40 W на жилище.

Фиг.. 3.17: фотоволтаично подпомогната слънчева вентилация при която фотоволтаичните модули действат директно като вентилатори на постоянен ток (CENERGIA).

Фотоволтаично подпомогната вентилация е използвана при най-добър пример от практиката № 4 от Дания, виж глава 5.

3.2.11 .Слънчеви системи за гореща битова вода Европейският пазар на слънчеви инсталации показа значително нарастване през последното десетилетие като продажбите на слънчеви колектори достигнаха около 2 милиона m2 през 2005 година (общият брой на инсталираните m2 през 2004 година беше около 16 милиона, а целта на ЕС за 2010 година е общо 100 милиона m2 (Ефсти 2005). Германия, Гърция и Австрия представляват 80% от площта на колекторите оперираща в Европа. Когато площта на колекторите се сравни с населението, водещата роля на Австрия (около 275 m2 на 1.000 души) и на Гърция (около 270 m2 на 1.000 души) става оше по-очевидна в сравнение със средните за ЕС 24 m2 (Ефсти 2006). През последните години пазарът на слънчеви системи за битова гореща вода в Испания, Италия и Франция нараства по-бързо от средното за ЕС, но пазарът все още в голяма степен се доминира от силата на пазара в Германия (Ефсти 2005).

Слънчеви системи за парно и битова гореща вода могат успешно да бъдат инсталирани във всички географски ширини. Някои от

36

най-силните пазари (Германия, Австрия) не се намират в особено слънчеви райони, докато например Испания и Италия съвсем ясно изостават. Фактори като общо познаване на околната среда, обществена подкрепа и качество на предлаганите от индустрията продукти/услуги доказаха че са поне толкова важни колкото климатичните условия. Следователно, потенциалът за растеж на пазара в близкото бъдеще е огромен.

Фиг. 3.18: примери

за слънчеви инсталации за битова гореща

вода в еднофамилна къща

(ECN)

Действието на една слънчева система е резултат от два фактора: качеството на нейните компоненти (колектори, резервоар, контролни уреди и т.н.) и качеството на проекта и монтирането на системата.

Фиг. 3.19: пример за система за битова гореща вода (ECN).

Слънчевите колектори могат също да се използват за вода за парно отопление. Този вид система основно се използва в северната и централна част на Европа: в Австрия те държат пазарен дял от 35% (Ефсти 2005).

Слънчевите системи за парно и топла вода се използват в примери за най-добра практика номер 11 от Австрия, номер 1 от Дания, номер 1 от Швеция и номер 7 от Франция.

3.2.12 Слънчеви стени и въздушни колектори Потенциалното пестене на енергия от слънчева стена с въздушен слой е много високо, защото колекторът позволява активното затопляне на вентилирания въздух от слънцето, като в същото време снижава до минимум загубите на топлина от пренасяне през южната стена.

Видът въздушен слънчев колектор Канадската „Слънчева стена” се състои от метална външна повърхност, поставена пред масивна зидана стена, която действа като акумулатор.

Въздухът между металната стена и зиданата стена става по-топъл и се разпределя в сградата по няколко начина: директно или чрез класическа вентилационна система. Други видове въздушни слънчеви колектори например се основават на принципа на “Стената на Тромб” и се състоят от прозрачна плоскост обикновено от един пласт стъкло, абсорбатор и изолация. Тези решения обикновено са по-скъпи.

Фиг. 3.20: пример за „Канадска слънчева стена” на промишлена сграда

(CENERGIA). Въздухът между металната стена и зиданата стена става по-топъл и се разпределя в сградата по няколко начина: директно или чрез класическа вентилационна система. Други видове въздушни слънчеви колектори например се основават на принципа на

Слънчев колектор

Резервоар

Битова гореща вода

Бойлер на газ Студена вода

37

“Стената на Тромб” и се състоят от прозрачна плоскост обикновено от един пласт стъкло, абсорбатор и изолация. Тези решения обикновено са по-скъпи.

Фиг. 3.21: пример за принципа на „Слънчевата стена” (CENERGIA)

Една въздушна слънчева система или една слънчева стена има ефективност която варира между 50% и 70%, съобразно потока въздух и отдава около 700 kWh/m² на година при малки температурни разлики вътре и вън и с голям въздшен поток (500 kWh/m² на година при големи температурни разлики и нисък въздушен поток).

Слънчева стена и въздушни колектори се използват както в жилищни така и в промишлени сгради. Тъй като при използването на система на въздушни слънчеви колектори се получава високо ниво на пестене на енергия, тази технология често се използва в специални сгради като слънчеви или пасивни къщи.

Слънчеви стени се използват в примерите за най-добра практика номер 1 от Австрия, номер 1 и 4 от Дания, номер 1 от Швеция и номер 5 от Швейцария. Всички са споменати в Глава 5.

38