Administratorzy pływalni z niepokojem obserwują wciąż rosnące ceny nośników energii elektrycznej i ciepła. Dla nich opłaty za media stanowią duży udział w kosztach eksploatacji
Niestety prognozy nie wróżą poprawy. W ciągu najbliższych kilku lat ceny mogą wzrosnąć nawet o kilkadziesiąt procent. Obniżenie energochłonności pływalni, szczególnie w małych miastach, może być więc podstawą do ich dalszego funkcjonowania. Przyczyną wzrostu cen energii jest szybko rosnąca cena uprawnień do emisji dwutlenku węgla – z 4,38 euro za tonę w maju 2017 r. do 18,28 euro za tonę w sierpniu 2018 r. Prognozy przewidują, że w ciągu pięciu lat cena wzrośnie nawet do 40 euro za tonę, co może skutkować zmianą ceny energii elektrycznej o blisko 20 groszy za kWh w stosunku do roku 2017. Podwyżki dodatkowo mogą wynikać z dużej zmiany cen węgla, stanowiącego podstawę w gospodarce energetycznej kraju.
Jak temu zaradzić?
Istnieje wiele sposobów na ograniczenie kosztów ciepła i energii elektrycznej w obiekcie basenowym. Główne z nich to ocieplenie budynków, zastosowanie wysokoefektywnych urządzeń w zakresie technologii, wentylacji i ogrzewania, zastosowanie tanich w eksploatacji odnawialnych źródeł energii oraz zastosowanie odpowiednich systemów sterowania, zarządzających poszczególnymi elementami infrastruktury technicznej obiektu. Możliwości oszczędzania wynikające z zastosowania odpowiedniej automatyki sterującej omówiono szczegółowo w czerwcowym wydaniu „Pływalni i basenów” w artykule „Opłacalna inwestycja na każdej pływalni, czyli oszczędzanie przez sterowanie”, dlatego w niniejszym artykule przedstawimy jedynie podsumowanie tego zagadnienia. Bliżej omówimy technologię odzysku ciepła z szarych ścieków oraz dobry i zły sposób wykorzystania wysokoefektywnych urządzeń do odzysku ciepła z powietrza wentylacyjnego.
Podsumowanie zagadnienia „oszczędzanie przez sterowanie”
Energetyczny efekt zastosowania odpowiednich rozwiązań sterowania urządzeniami technologicznymi i wentylacyjnymi na pływalni przedstawiono na wykresach kołowych. Całkowite pole powierzchni koła obrazuje koszty ciepła (wykres 1) i energii elektrycznej (wykres 2) w przeciętnym obiekcie basenowym w Polsce. Pole zaznaczone numerem 1 przedstawia koszty pozostałe po modernizacji a kolejne wycinki odnoszą się do oszczędności w wyniku zastosowania konkretnych rozwiązań.
Oczywiście w każdym obiekcie możliwości zastosowania opisanych rozwiązań są różne. Firma Elbas, dysponując dużym doświadczeniem zarówno w projektowaniu, jak i późniejszej eksploatacji basenowych instalacji wentylacyjnych oraz systemów sterowania infrastrukturą technologiczną, podejmuje się określenia zakresu prac modernizacyjnych, dopasowując rozwiązania techniczne do indywidualnych potrzeb konkretnego obiektu. Po dokonaniu oceny stanu technicznego przygotowujemy wielowariantowe propozycje prac modernizacyjnych wraz z oszacowaniem kosztów ich wykonania oraz prognoz uzyskiwanych oszczędności z tytułu ich zastosowania. Podejmujemy się również wykonania różnego rodzaju dokumentacji, począwszy od projektu koncepcyjnego, który może być podstawą do sporządzenia programu funkcjonalno-użytkowego w formule „Zaprojektuj i wybuduj”, kończąc na kompletnej dokumentacji projektowej wybranego przez inwestora zakresu modernizacji.
Jakie są inne możliwości obniżenia kosztów nośników energii w obiektach basenowych? Nadal można pozyskać dotacje lub kredyty preferencyjne na odnawialne źródła energii (w skrócie OZE). Zastosowanie odnawialnych źródeł powinno być jednak poprzedzone dokładną analizą zapotrzebowania na ciepło i energię elektryczną, z uwzględnieniem efektu działania innych prac modernizacyjnych, mających na celu oszczędzanie energii. Inaczej mówiąc wielkość OZE dobieramy na końcu, gdy już znane są potrzeby mocy cieplnej i elektrycznej po ociepleniu budynku oraz po przeprowadzeniu prac modernizacyjnych instalacji wentylacyjnych, technologicznych i oświetleniowych. Wielkość OZE powinna być też dostosowana do specyfiki obiektów basenowych, w zakresie których często dostawcy OZE nie mają zbyt dużych doświadczeń.
Częstym przykładem niewłaściwego dopasowania OZE do potrzeb obiektu jest dobór agregatów kogeneracyjnych bądź instalacji solarnej do wielkości wymiennika do podgrzewu wody basenowej. Moc wymiennika jest wymiarowana przez projektantów do potrzeb szybkiego podgrzewu wody w niecce zaraz po napełnieniu i jest kilkakrotnie większa w stosunku do bieżących potrzeb eksploatacyjnych. Ponadto, większe zapotrzebowanie ciepła do podgrzewu wody basenowej występuje nocą, podczas dolewek zimnej wody po wypłukaniu filtrów, a wówczas instalacje solarne nie pracują. Zbyt duże baterie solarne powodują przegrzanie wody w basenie lub ulegają uszkodzeniu na skutek zbyt wysokiej temperatury.
Innym przykładem nieznajomości specyfiki obiektu basenowego jest dobór wielkości pionowego dolnego źródła na potrzeby pompy ciepła na podstawie wskaźników stosowanych dla obiektów biurowych lub mieszkalnych, dla których czas pracy in- [5] 5% [3] 16% [2] 5% [1] 71% [4] 3% Wykres 2. Oszczędności zużycia energii elektrycznej 1. Koszty energii elektrycznej po modernizacji 2. Zastosowanie funkcji pomiaru i regulacji wydajności powietrza w centralach wentylacyjnych – oszczędności zużycia energii elektrycznej 3. Zastosowanie funkcji płynnego obniżania wydajności systemów wentylacyjnych, gdy nominalna wydajność nie jest potrzebna – oszczędności zużycia energii elektrycznej 4. Zastosowanie płynnej regulacji wydajności pomp stacji filtrów i atrakcji wodnych – redukcja zużycia energii elektrycznej 5. Zmiana sposobu podgrzewu wody basenowej – obniżenie zużycia energii elektrycznej przez pompy filtrów 45 stalacji zwykle nie przekracza 2500 godzin rocznie (zaspokajane są głównie potrzeby c.o. w okresie grzewczym). W obiektach tych dolne źródło w sezonie grzewczym wyczerpuje się (obniża się temperatura zładu gruntu), jednak stosunkowo krótki czas użytkowania w ciągu roku pozwala na jego naturalną regenerację. W obiekcie basenowym duże zapotrzebowanie na ciepło występuje niemal przez cały rok i zbyt małe dolne źródło prowadzi do jego wyczerpania oraz znacznego obniżenia efektywności i opłacalności, a w dalszym okresie do zamrożenia gruntu i całkowitego unieruchomienia pompy ciepła. Dla obiektu basenowego należy zaprojektować do tej samej mocy grzewczej znacznie większe dolne źródło, zwracając uwagę, żeby roczne obciążenie 1 metra sondy nie przekraczało 90 kWh.
Nasi inżynierowie z firmy Elbas przygotowują analizy energetyczne obiektów basenowych, uwzględniające rzeczywisty scenariusz pracy poszczególnych instalacji w ciągu doby oraz roczny rozkład parametrów powietrza zewnętrznego. Powstaje energetyczny profil obiektu, na podstawie którego można precyzyjnie określić szczytowe zapotrzebowanie mocy cieplnej i elektrycznej oraz wyznaczyć roczne koszty nośników energii. Taki materiał jest również niezbędny do wyznaczenia wielkości źródeł OZE, których moc powinna być zbliżona do długotrwałego rocznego zapotrzebowania, żeby zapewnić ich pełne wykorzystanie i jak najszybszy zwrot poniesionych nakładów inwestycyjnych. Zapotrzebowanie krótkotrwałej mocy szczytowej powinno być uzupełniane ze źródeł konwencjonalnych (kocioł gazowy lub olejowy, węzeł miejskiej sieci ciepłowniczej, itp.), których wybudowanie wymaga znacznie mniejszych nakładów inwestycyjnych.
Moc cieplną dla basenu szkolnego w funkcji czasu występowania w ciągu roku przedstawia wykres 3. Można z niego odczytać, że szczytowe zapotrzebowanie mocy sięga 190 kW, ale moc źródła OZE nie powinna przekraczać 100 kW.
Odzysk ciepła z szarych ścieków
Stacja odzysku ciepła z szarych ścieków służy do wstępnego podgrzania wody wykorzystywanej do uzupełnień w nieckach basenowych oraz do wstępnego podgrzewu ciepłej wody użytkowej. Szare ścieki z natrysków i płukania filtrów są gromadzone w izolowanym zbiorniku. Na rynku są dostępne gotowe stacje, wykorzystujące jedynie pasywny odzysk ciepła w wymienniku rurowym lub wyposażone w dodatkową pompę ciepła, podnoszącą efektywność urządzenia. Stacja powinna umożliwić efektywny odzysk ciepła przy zmiennym strumieniu wody wodociągowej, stąd konieczność zastosowania falownikowego napędu do pompy toczącej ścieki, w celu dostosowania wydajności ścieków do wydajności wody wodociągowej.
Typowe stacje obsługują równe strumienie wody wodociągowej i ścieków, co ogranicza ich optymalne wykorzystanie w obiektach, w których nie da się wykorzystać ścieków z natrysków (wykonany jest wspólny odpływ ścieków natryskowych i sanitarnych z toalet). W obiektach takich należy zastosować indywidualne rozwiązanie, umożliwiające odzysk ciepła jedynie z wód popłucznych do znacznie większego strumienia wody wodociągowej, służącej do uzupełnień w nieckach oraz do wstępnego podgrzewu wody wodociągowej. Takie rozwiązanie wprawdzie podgrzeje wodę wodociągową do niższej temperatury w stosunku do rozwiązań standardowych, ale z punktu widzenia gospodarki energetycznej obiektu jest bardziej efektywne, gdyż znacznie głębiej schłodzi ścieki, zatrzymując więcej ciepła w obiekcie.
Należy pamiętać o konieczności systematycznego czyszczenia wymienników ciepła po stronie ścieków, z których na wewnętrznej powierzchni wymiennika wytrąca się osad. Warto zastosować dodatkową stację do chemicznego czyszczenia wymiennika.
Wysokoefektywne urządzenia do odzysku ciepła w centralach wentylacyjnych
Centrale wentylacyjno-klimatyzacyjne standardowo są wyposażane w urządzenia do odzysku ciepła z usuwanego powietrza. W styczniu br. po raz kolejny zaostrzono wymagania dotyczące ich efektywności. Jednak rzeczywista efektywność całej centrali moc cieplna 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10 000 Wykres 3. Moc cieplna dla basenu szkolnego w funkcji czasu występowania w ciągu roku 46 wentylacyjnej, będąca miarą zdolności do zatrzymania ciepła w obiekcie, zależy od konfiguracji wewnętrznych komponentów centrali i sposobu sterowania. Ten sam wymiennik do odzysku ciepła, charakteryzujący się efektywnością rzędu 75%, może odzyskiwać z tego samego strumienia powietrza większą lub mniejszą moc cieplną, zależnie od umiejscowienia komory mieszania w centrali, realizującej częściową recyrkulację powietrza z hali basenowej. Mieszanie powietrza zewnętrznego z powietrzem wywiewanym po stronie wyrzutni, powoduje podniesienie temperatury powietrza wlotowego do wymiennika, obniżając w ten sposób moc odzyskiwanego ciepła. Efektywność całej centrali spada blisko o połowę.
Metoda ta jest stosowana przez wielu producentów central wentylacyjnych ze względu na prostotę sterowania i mniejsze ryzyko wykroplenia wilgoci na wewnętrznych komponentach centrali. Mimo dużej energochłonności takiego rozwiązania, w kartach doboru widnieje informacja o wysokim współczynniku odzysku ciepła. Manipulację łatwo rozpoznać po wysokiej temperaturze powietrza wywiewanego do wyrzutni w warunkach obliczeniowych zimy, sięgającej kilkunastu stopni. Wraz z ciepłym powietrzem centrala wyrzuca na zewnątrz budynku duże ilości energii. Optymalna temperatura usuwanego powietrza nie powinna przekraczać 10°C przy temperaturze powietrza zewnętrznego wynoszącej –20°C.
Optymalizacja źródeł ciepła
Zastosowanie źródeł alternatywnych ma swoje ograniczenia dotyczące ich wysokiej efektywności. Przykładem jest pompa ciepła, której wysoka efektywność spada wraz ze wzrostem temperatury czynnika grzewczego. Przy jej zastosowaniu warto wyodrębnić niskotemperaturowe odbiory ciepła (podgrzew wody basenowej, ogrzewanie podłogowe, wstępny podgrzew ciepłej wody użytkowej), żeby możliwe było obniżenie temperatury czynnika poniżej 40°C. Pozostałe odbiory należy zasilić ze źródła szczytowego. System powinien umożliwić, w miarę potrzeb, ładowanie bufora obsługującego pompę ciepła za pomocą źródła szczytowego. Rozwiązanie wymaga zastosowania mieszającego zaworu regulacyjnego i pompy, aby dostosować temperaturę wody zasilającej bufor do temperatury wytwarzanej przez pompę ciepła. Takie rozwiązanie umożliwi optymalną pracę pompy ciepła, nawet wtedy, gdy bufor będzie dodatkowo zasilany ze źródła wysokotemperaturowego. W przypadku prostszych rozwiązań wysoka temperatura wody zasilającej bufor uniemożliwi jednoczesną pracę pompy ciepła.
Niskotemperaturowy bufor ciepła może być również uzupełniany ciepłem odpadowym z klimatyzacji lub agregatu chłodniczego lodowiska. Urządzenia te muszą być wówczas wyposażone w specjalne wymienniki ciepła oraz sterowanie, umożliwiające uzyskanie wymaganej temperatury czynnika grzewczego. Z lodowiska możemy pozyskać nawet kilkadziesiąt kW mocy cieplnej w ciągu 4 miesięcy w roku (kilkadziesiąt tysięcy kWh rocznie).
Ciepło odpadowe z lodowiska lub pomp ciepła zamontowanych w centralach wentylacyjnych możemy również wykorzystać w obiektach, w których nie zamontowano OZE. Należy wówczas zastosować dodatkowy zasobnik wstępnego podgrzewu ciepłej wody użytkowej lub wykorzystać ciepło do bezpośredniego podgrzewania wody basenowej. Automatyka powinna zapewnić pierwszeństwo wykorzystania ciepła odpadowego i uzupełnianie go w miarę potrzeb ze źródła podstawowego.
Podsumowanie
Redukcja kosztów energii elektrycznej i ciepła w ośrodkach basenowych jest wymagana przez obowiązujące przepisy, ale tendencje te są zgodne z oczekiwaniami administratorów, odpowiedzialnych za utrzymanie tych energochłonnych obiektów. Realizacja tych zadań wymaga jednak dużego doświadczenia, żeby zastosowane rozwiązania były dopasowane do indywidualnych potrzeb obiektu.
Autor jest współwłaścicielem firmy Elbas.
Kontakt:
tel. kom.: 501 448 976
zbigniew.wnukowicz@elbas.pl
TEKST | Zbigniew Wnukowicz
