Czysta
Energia Nr 10 2005
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 m3 x 0,34 (20-4)
x 24h = 9,14 kWh na dzień
Okno 1,6 m2 x 2,8 W / m2 K x (20-4) x 24h = 1,72 kWh na
dzień
Łącznie = 10,86 kWh na dzień
Zyski:
Zyski wewnętrzne wynoszą 4,00 kWh na dzień
(dla samego przygotowania posiłków 0,11 x 24 = 2,64 kWh
na dzień)
zyski słoneczne (wschód lub zachód) 1,6 m2 x 0,6 x 0,9
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 m3 x 0,34 x
0,3 (20-4) x 24h = 1,18 kWh na dzień
Okno 1,6 m2 x 2,8 W / m2 K x (20-4) x 24h = 1,72 kWh na
dzień
Łącznie = 2,9 kWh na dzień
Zyski:
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 250 x 10,88 = 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 urządeń 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.
