W tej części artykułu przedstawiona zostanie analiza ekonomiczna opłacalności stosowania GPWC w oparciu o dane z istniejących instalacji obsługujących budynki na terenie Polski. W pierwszej części artykułu (Polski Instalator, grudzień 2012) przedstawiono podstawowe rodzaje tego typu instalacji, zasady ich funkcjonowania oraz problemy wykonawczo eksploatacyjne.

Wraz z rozwojem społeczno-gospodarczym kraju rośnie świadomość inwestorów w zakresie racjonalizacji wykorzystywania zasobów energii. Coraz częściej przy wznoszeniu budynków rozważa się koszty w ujęciu długoterminowym, obejmujące zarówno koszty inwestycyjne, jak i eksploatacyjne projektowanego obiektu, w których istotnym składnikiem są koszty zużycia energii. Patrząc na problem z szerszej perspektywy często może okazać się, że rozwiązania drogie na etapie inwestycji, szybko się zwracają, dzięki oszczędnościom eksploatacyjnym. Może to być spowodowane m.in. poprzez: ograniczenie zużycia energii na etapie użytkowania obiektu (niższe opłaty za energię pobieraną z sieci, niższe opłaty przyłączeniowe), mniejszą awaryjność urządzeń (ograniczenie opłat związanych z ich serwisowaniem).Biorąc pod uwagę system energetyczny w Polsce i stan jego infrastruktury technicznej, rosnące opłaty za energię uważa się w dłuższym okresie czasu za nieuniknione. Dlatego też decyzja o budowie i wyposażeniu budynku w urządzenia techniczne powinna być poprzedzona indywidualną, pełną analizą kosztów uwzględniających zarówno koszty inwestycyjne, jak i eksploatacyjne w dłuższym okresie czasu.

Zdjęcia z montażu wymiennika gruntowego

Ocena opłacalności stosowania gruntowych wymienników

Założenia wejściowe

Analiza opłacalności stosowania wymienników gruntowych została przeprowadzona przy następujących założeniach i danych wejściowych:

• zyski ciepła/chłodu dla budynku w ujęciu całorocznym uzyskano na podstawie danych lub w przypadku wymiennika nr 1 poprzez zsumowanie chwilowych zysków ciepła/chłodu dla całego roku, co odpowiada 8760 godzinom (w oparciu o zmierzone wartości temperatury przed/za wymiennikiem) zgodnie z równaniem:

gdzie:

i – numer kroku czasowego, i = 1, 2, 3,…, 8760 h;

8760 – liczba godzin w ciągu roku;

V – strumień objętości powietrza wentylacyjnego przetłaczanego przez wymiennik, [m3/s];

ρ – gęstość powietrza przetłaczanego przez wymiennik, ρ = 1,2 kg/m3;

Cp – ciepło właściwe powietrza przetłaczanego przez wymiennik, cp = 1,005 kJ/kg: ;

T GWC – temperatura powietrza za gruntowym wymiennikiem ciepła, [°C];

Tzew – temperatura powietrza zewnętrznego na wejściu do gruntowego wymiennika, [°C].

• dla instalacji nr 1, gdy zmiana temperatury powietrza za gruntowym wymiennikiem ciepła jest niekorzystna z energetycznego punktu widzenia, (okresy, w których powietrze powinno być pobierane za pomocą czerpni ściennej – wyjaśnienie w 1 części artykułu) zysk energetyczny uwzględniany w dalszej analizie wynosi 0;
• przy obliczeniach efektu energetycznego (dla chłodzenia) dla wymiennika nr 1 uwzględniono wyłącznie zmianę temperatury powietrza podczas przepływu przez wymiennik gruntowy, nie uwzględniając wykraplania wody;
  
  

Zdjęcia z montażu wymiennika gruntowego, [4]

• moc chłodnicza dla wymiennika nr 1 została obliczona dla temperatury powietrza zewnętrznego przekraczającej +25°C;
• uzyskiwane zyski energetyczne w ujęciu całorocznym dla wymienników nr 2, 3, 4 określono na podstawie danych źródłowych: wymiennik żwirowy nr 2 [2], wymiennik płytowy [3], wymiennik rurowy [4];
• koszt wykonania instalacji obejmuje orientacyjną cenę materiału oraz jej montażu (nie uwzględnia się możliwego do uzyskania dla instalacji wymienników gruntowych dofinansowania z uwagi na promowanie instalacji proekologicznych);
• zyski ciepła dla wymiennika płytowego uwzględniono dla miesięcy: I, II, III, IV, X, XI, XII, natomiast zyski chłodu dla miesięcy: V, VI, VII, VIII, wg [3];
• orientacyjny koszt wykonania pojedynczej instalacji żwirowego GPWC (cena brutto) wynosi ok. 6000 zł, wg [1];
• ze względu na mniejszą pojemność cieplną wymiennika żwirowego konieczność zdublowania instalacji została uwzględniona tylko dla wymiennika nr 1. Powoduje to wzrost kosztów inwestycyjnych, w tym przypadku część elementów można wykonać jako elementy wspólne. Przyjęto, że pozostałe typy wymienników regenerują się sezonowo w okresach przejściowych);
• orientacyjny koszt wykonania instalacji płytowego GPWC (cena brutto) wynosi 113 000 zł wg [3];
• orientacyjny koszt wykonania instalacji rurowego GPWC (cena brutto) wynosi 100 000 zł wg [4];
• przeprowadzona analiza energetyczna nie obejmuje analizy w tzw. „pełnym cyklu życia”, tzn. nie uwzględniono energii związanej z wyprodukowaniem elementów gruntowego wymiennika, przetransportowaniem ich na miejscem budowy oraz utylizację po zakończeniu eksploatacji;
• ograniczenie kosztów ogrzewania z uwagi na wstępny podgrzew powietrza dostarczanego do budynku (zysk energetyczny) zostało porównane z kosztami wyprodukowania tej energii przez alternatywne systemy grzewcze, np. pompa ciepła, kocioł gazowy itp.;
• przyjęto, że alternatywnym źródłem energii chłodniczej jest agregat sprężarkowo-skraplający zasilany energią elektryczną. Założony współczynnik efektywności obiegu chłodniczego EER = 3 (tzn. 3 kW energii chłodniczej uzyskujemy nakładem 1 kW energii elektrycznej). Koszt zakupu energii z poszczególnych nośników przyjęto wg źródła [5];

– czas zwrotu instalacji określono na podstawie prostego okresu zwrotu (czas potrzebny do odzyskania nakładów inwestycyjnych poniesionych na realizację danego przedsięwzięcia). Został on obliczony zgodnie z równaniem:

SPBP = K / WRK

gdzie:

K – koszty inwestycyjne, [zł];

WRK – wartość rocznych korzyści finansowych, wynikających z wartości zaoszczędzonej energii, [zł/rok].Czas zwrotu instalacji gruntowego wymiennika ciepła został obliczony indywidualnie dla każdej z przedstawionych instalacji, w oparciu o uzyskane dane dotyczące istniejących instalacji wymienników gruntowych.

Sposób wykonania wymiennika żwirowego

Arleta Bogusławska
Ciąg dalszy artykułu w PI 2/2013