T E M AT N U M E R U I c i e p ł o w n i c t w o
oGrzewać Inteligentnie • • •
systemy nadzoru i sterowania siecią sposoby na poprawę efektywności prognozy zapotrzebowania na ciepło
Sieciowe dylematy
> 31
W impasie czy w rozwoju > 45
Trzylatek gigant > 90
S P I S T R E Ś CI
8 I CZY POTRZEBA WIĘCEJ? 14
Krzysztof Wojdyga
I STABILNY ROZWÓJ
rozmowa z Martinem Hančarem, prezesem zarządu, 19
dyrektorem generalnym CEZ Skawina S.A.
I WPISYWANA W KRAJOBRAZ
Aldona Senczkowska-Soroka 23
I INTELIGENTNIEJSZA
Małgorzata Niestępska, Wiesław Dubiel 31
I SIECIOWE DYLEMATY
Zenobia Gadomska 39
I W EKSPANSJI
Zygmunt Katolik, Dariusz Tomaszewski E L E K T R OENE R G ET Y K A 45
I W IMPASIE CZY W ROZWOJU
Krzysztof Chlebowski 54
CZY POTRZEBA WIĘCEJ? Krzysztof Wojdyga W przeciągu najbliższych lat raczej nie będziemy mieli do czynienia ze wzrostem zapotrzebowania na moc cieplną w systemach ciepłowniczych. Uwzględniając jednak rozwój budownictwa mieszkalnego i usługowego, zasadne jest stwierdzenie, że zapotrzebowanie na ciepło (moc cieplną) w większości przedsiębiorstw ciepłowniczych utrzyma się na obecnym poziomie.
I NA RATUNEK
Zbigniew Kasztelewicz, Michał Patyk 63
8 CIEPŁOWNICTWO
Fot. 123rf
T emat numeru CIEPŁOWNICTWO
I ROZPROSZENI
1 4 R o z m o wa z . . . .
Anna Kielerz
Stabilny rozwój
OC H R ONA Ś R O D OWI S K A 69
I INDYWIDUALNE PODEJŚCIE
Maria Jędrusik, Arkadiusz Świerczok 73
I DRUGIE ŻYCIE ODPADU
rozmowa z Martinem Hančarem, prezesem zarządu, dyrektorem generalnym CEZ Skawina S.A.
Kamil Moskwik 76
I NOWOCZESNE TECHNOLOGIE ZWIĘKSZANIA
EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ Maciej Napieralski
78
Fot. CEZ Skawina S.A.
R Y NE K ENE R G II I PAKIET 4X10
Jan Popczyk 87
I DWA DNI O EFEKTYWNOŚCI
Aldona Senczkowska-Soroka R EMONT Y I U T R Z Y MANIE R U C H U 90
I TRZYLATEK GIGANT
Anna Kalisz-Dereń, Dariusz Adamiec 97
I W ODBUDOWIE
1 9 CIEPŁOWNICTWO
Jacek Hulimka, Rafał Krzywoń 104 I O PRZEPŁYWACH Antoni Tarnogrodzki, Andrzej Szummer, Robert Kowalewski NOWOCZE S NE TEC H NO L O G IE 108 I ZAMKNIĘTA W WODORZE Kinga Klima, Andrzej P. Sikora 114 I PRZETWORNIK TEMPERATURY DLA BEZPIECZEŃSTWA 117 I STOP KOROZJI Hempel F E L IETON 118 I Czy zmiany już zaszły (czy dopełniły się dni
Wpisywana w krajobraz
fot. PGE GiEK
Andrzej Brodowicz
Aldona Senczkowska-Soroka
i przyszło zginąć latem?) i co dalej?
Jerzy Łaskawiec
ECiZ 3/2016 3
O D R E DA KC J I
Aldona Senczkowska-Soroka
Wydawca: BMP spółka z ograniczoną odpowiedzialnością spółka komandytowa KRS: 0000406244, REGON: 242 812 437 NIP: 639-20-03-478 ul. Morcinka 35 47-400 Racibórz tel./fax 32 415 97 74 tel.: 32 415 29 21, 32 415 97 93 energetyka@e-bmp.pl www.kierunekenergetyka.pl
redaktor wydania tel. 32/415 97 74 wew. 20 tel. kom. 792 809 881 e-mail: aldona.soroka@e-bmp.pl
W sieci kłopotów D
ługość sieci ciepłowniczej, będąca w dyspozycji koncesjonowanych przedsiębiorstw ciepłowniczych, w 2014 r. wynosiła 20 255,1 km (wg danych URE). System ciepłowniczy wciąż się rozbudowuje, branża wciąż zadaje sobie to samo hamletowskie pytanie: inwestować czy nie inwestować? Argumentów „za” jest kilka: rozszerzenie zasięgu sieci, eliminacja ryzyka awarii, podniesienie sprawności, zwiększenie efektywności, bezpieczeństwo dostaw do odbiorców, poprawa złego stanu technicznego, ekologia i walka z niską emisją.
A
co, jeśli się nie opłaca? Z jednej strony – branża chce być nowoczesna i musi walczyć z niską emisją, z drugiej strony – niektóre inwestycje okazują się nierentowne, a koszty inwestycji odbijają się na cenie ciepła dla odbiorców. Gdyby tego było mało, prognozy nie są zbyt optymistyczne: „W przeciągu najbliższych lat raczej nie będziemy mieli do czynienia ze wzrostem zapotrzebowania na moc cieplną w systemach ciepłowniczych. Uwzględniając jednak rozwój budow-
4 ECiZ 3/2016
nictwa mieszkalnego i usługowego zasadne jest stwierdzenie, że zapotrzebowanie na ciepło (moc cieplną) w większości przedsiębiorstw ciepłowniczych utrzyma się na obecnym poziomie” – pisze prof. Krzysztof Wojdyga.
O
dpowiedź nie jest prosta, a decyzje trzeba podejmować. Wielu ma je już za sobą – MPEC we Włocławku rozbudowuje sieć na potrzeby dużego osiedla mieszkaniowego, zaś PEC Ciechanów inwestuje w sieci wyposażone w system dwustronnej komunikacji cyfrowej między dostawcą a konsumentem (tzw. „inteligentne sieci”), które są elementem wpisującym miasto w ideę smart city. Energa Ciepło Ostrołęka, dostarczająca ciepło do 1 532 punktów odbiorców, odważnie inwestuje w zarządzanie swoimi sieciami, co przynosi wymierne efekty.
O
prócz pieniędzy, przeszkodą jest także… ludzka mentalność, którą trudno zmienić, tymczasem smog staje się problemem prawie każdego dużego miasta…
Rada Programowa: prof. Jan Popczyk, przewodniczący Rady Programowej, Politechnika Śląska prof. Andrzej Błaszczyk, Politechnika Łódzka Wiesław Chmielowicz, prezes zarządu ECO SA Juliusz Jankowski, główny analityk biznesowy, Departament Regulacji i Relacji Zewnętrznych PGNiG TERMIKA dr hab. inż. Maria Jędrusik, prof. nadzw. PWr, Politechnika Wrocławska Mieczysław Kobylarz, dyrektor ENGIE Energia Polska S.A. prof. Janusz Lewandowski, Politechnika Warszawska prof. Stanisław Mańkowski, Politechnika Warszawska dr inż. Andrzej Sikora, prezes zarządu Instytutu Studiów Energetycznych Sp. z o.o., Akademia Górniczo-Hutnicza im St. Staszica w Krakowie Jerzy Łaskawiec, ekspert ds. energetyki Waldemar Szulc, członek zarządu Towarzystwa Gospodarczego Polskie Elektrownie prof. nzw. dr hab. inż. Krzysztof Wojdyga, Politechnika Warszawska
Prezes zarządu BMP Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp. k. Adam Grzeszczuk Redaktor naczelny Przemysław Płonka Redakcja Aldona Senczkowska-Soroka Redakcja techniczna Maciej Rowiński, Marek Fichna Prenumerata, kolportaż Aneta Jaroszewicz Sprzedaż: Beata Fas, Magda Kozicka, Ewa Zygmunt, Jolanta Mikołajec, Małgorzata Pozimska, Magdalena Widrińska
Druk: FISCHER POLIGRAFIA Cena 1 egzemplarza – 23,15 zł + 8% VAT Wpłaty kierować należy na konto: Bank Spółdzielczy w Raciborzu Nr konta: 40 8475 0006 2001 0014 6825 0001 Prenumerata krajowa: Zamówienia na prenumeratę instytucjonalną przyjmuje firma Kolporter Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością S.K.A.. Informacje pod numerem infolinii 0801 40 40 44 lub na stronie internetowej http://dp.kolporter.com.pl/
Magazyn kierowany jest do prezesów, dyr. ds. technicznych i głównych specjalistów (mechaników, automatyków, energetyków) reprezentujących branżę energetyczną, organizatorów targów, sympozjów, imprez branżowych, urzędów, ministerstw, instytutów, wyższych uczelni oraz biur projektowych. Redakcja nie odpowiada za treść reklam. Niniejsze wydanie jest wersją pierwotną czasopisma Wykorzystywanie materiałów i publikowanie reklam opracowanych przez wydawcę wyłącznie za zgodą redakcji. Redakcja zastrzega sobie prawo do opracowywania nadesłanych tekstów oraz dokonywania ich skrótów, możliwości zmiany tytułów, wyróżnień i podkreśleń w tekstach. Artykułów niezamówionych redakcja nie zwraca. Fot. BMP’. Fot na okładce: 123rf
Z D J Ę CIE N U M E R U
Rośnie chłodnia Budowa bloku węglowego o mocy 910 MW w Elektrowni Jaworzno to największa inwestycja Grupy TAURON. Obejmuje ona budowę bloku energetycznego w oparciu o kocioł pyłowy, opalany węglem kamiennym z niskoemisyjną komorą spalania, przepływowy, na nadkrytyczne parametry pary oraz kondensacyjną turbinę parową sprzęgniętą z generatorem wytwarzającym energię elektryczną. Fot. TAURON
ECiZ 3/2016 5
Z P O R TA L U
k i e ru n e k e n e rg e t yk a . p l
Enea Wytwarzanie: Wiosna na placu budowy Wiosną 2016 r. zakończono z sukcesem jeden z najważniejszych etapów budowy nowego bloku energetycznego 1075 MW w Enei Wytwarzanie – przeprowadzono udaną próbę wodną kotła.
Elektrociepłownia w Lublinie zostanie zmodernizowana Trwa procedura przetargowa na wybór wykonawcy instalacji odsiarczania i odazotowania spalin dla dwóch kotłów w Elektrociepłowni Lublin Wrotków, oddziale spółki PGE GiEK SA. To jedna z kluczowych inwestycji prośrodowiskowych, realizowanych przez PGE, w ramach wartego kilkanaście
Próba odbywała się pod nadzorem Jednostki Notyfikującej Urzędu Dozoru Technicznego Cert, która wystawiła odpowiedni certyfikat. Podczas próby kocioł (którego montaż zakończył się na początku marca) i całą instalację wypełniono wodą. Następnie stopniowo podnoszono ciśnienie wody do 514 barów. Dzięki próbie sprawdzono szczelność układu ciśnieniowego kotła. Źródło i fot.: Enea Wytwarzanie
miliardów złotych programu modernizacji aktywów Grupy, którego celem jest wypełnienie restrykcyjnych norm środowiskowych i wydłużenie zdolności wytwórczych bloków energetycznych. Po zakończeniu inwestycji, emisja dwutlenku siarki na poszczególnych kotłach zmniejszy się sześciokrotnie, a emisja tlenków azotu trzykrotnie. Źródło i fot.: PGE GiEK
Fortum rozpoczęło proces sprawdzania szczelności wrocławskiej sieci ciepłowniczej, zasilanej z elektrociepłowni Wrocław i Czechnica. Kontrola szczelności ma na celu wykrycie ewentualnych wycieków i usterek wymienników ciepła. Przez najbliższe kilka dni do wody w sieci ciepłowniczej będzie dodawany zielony barwnik, fluoresceina, która jest bezpieczna zarówno dla ludzi, jak i sieci. Fortum stosuje ją zgodnie z wytycznymi Powiatowej Stacji Sanitarno-Epidemiologicznej. Źródło: Fortum
6 ECiZ 3/2016
C I E K AW O S T K I
Ile?
Elektrociepłownia Żerań dysponuje taką mocą cieplną, że mogłaby ogrzać około 40% budynków w Warszawie
Źródło: PGNiG TERMIKA
Fot. freeimages.com
Fortum sprawdza szczelność wrocławskiej sieci ciepłowniczej
Z P O R TA L U
Wodny Park Tychy z własnym źródłem energii Sześciokilometrowy gazociąg połączy tyską oczyszczalnię ścieków z Wodnym Parkiem Tychy. Pozwoli to na przesyłanie ekologicznego paliwa, które za pomocą zlokalizowanych w parku wodnym agregatów prądotwórczych zostanie zamienione w energię elektryczną oraz ciepło.
RO Z M A I TO Ś C I
169,99 zł/MWh to w 2015 r. średnia cena sprzedaży energii elektrycznej na rynku konkurencyjnym Źródło: URE
k i e ru n e k e n e rg e t yk a . p l
Słońce w kaloryferach Instalacja solarna powstająca przy ul. Harcerskiej w Opolu rozpocznie pracę już pod koniec kwietnia. Energetyka Cieplna Opolszczyzny S.A. realizująca inwestycję tuż obok swojej siedziby, zapowiada zakończenie budowy o pół roku szybciej niż planowano. Dzięki temu instalacja zacznie pracę w okresie największego nasłonecznienia. – To całkowicie nasz projekt i nasze wykonawstwo – podkreśla szef Grupy Kapitałowej ECO Wiesław Chmielowicz. – Część technologiczna instalacji oraz jej moduły kontrolne i pomiarowe zostały zaprojektowane przez inżynierów z ECO S.A., a realizuje je spółka ECO Serwis, co świadczy nie tylko o samowystarczalności spółek Grupy w urzeczywistnianiu podobnych inwestycji, ale przede wszystkim o wysokich kompetencjach naszych ekspertów w dziedzinie Odnawialnych Źródeł Energii. Źródło i fot.: ECO
Źródło i fot.: Wodny Park Tychy
ABB wygrała przetarg na dostawy transformatorów za 80 mln zł Kontrakt dotyczy dostaw siedmiu sztuk transformatorów mocy dla Polskich Sieci Elektroenergetycznych S.A.
„
Energetyczny przegląd tygodnia Konrad Świrski, profesor nadzwyczajny Politechniki Warszawskiej i kierownik Zakładu Maszyn i Urządzeń Energetycznych, a także prezes zarządu firm Transition Technologies S.A., co tydzień komentuje na portalu kierunekenergetyka.pl wydarzenia z branży energetycznej.
– W przeciągu najbliższych lat raczej nie będziemy mieli do czynienia ze wzrostem zapotrzebowania na moc cieplną w systemach ciepłowniczych
Fot. zasoby własne autora
– Ogrzanie i zasilenie w energię elektryczną naszego parku wodnego za pomocą własnego źródła energii będzie innowacyjne i unikalne w skali kraju – mówi Zbigniew Gieleciak, prezes Regionalnego Centrum Gospodarki Wodno-Ściekowej S.A., inwestora budowanego Wodnego Parku Tychy. – Pozwoli to nam znacznie zredukować największe koszty stałe, ponoszone przez obiekty tego typu w Polsce – dodaje. Dzięki zasilaniu obiektu uszlachetnionym biogazem, konieczność zakupu ciepła oraz energii elektrycznej z miejskiej sieci ciepłowniczej oraz sieci energetycznej zostanie ograniczona do minimum. Co więcej, możliwe okresowe nadwyżki w produkcji prądu i ciepła będą odpowiednio zagospodarowywane.
– prof. Krzysztof Wojdyga (s. 8)
Urządzenia posłużą do rozbudowy i modernizacji krajowej sieci elektroenergetycznej. Źródło: ABB
ECiZ 3/2016 7
T E M AT N U M E R U
I Ciepłownictwo
Czy potrzeba więcej? Prognoza zapotrzebowania na ciepło w systemach ciepłowniczych prof. nzw. dr hab. inż. Krzysztof Wojdyga Wydział Instalacji Budowlanych Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska
W przeciągu najbliższych lat raczej nie będziemy mieli do czynienia ze wzrostem zapotrzebowania na moc cieplną w systemach ciepłowniczych. Uwzględniając jednak rozwój budownictwa mieszkalnego i usługowego, zasadne jest stwierdzenie, że zapotrzebowanie na ciepło (moc cieplną) w większości przedsiębiorstw ciepłowniczych utrzyma się na obecnym poziomie.
J
ednym z ważniejszych zadań Unii Europejskiej jest obecnie uniezależnienie się od importu energii i zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego państw członkowskich. Głównym celem działań w poszczególnych państwach powinno być zwiększenie efektywności energetycznej, zarówno w przemyśle, jak również u indywidualnych odbiorców energii. Takie działania powinny doprowadzić do redukcji emisji gazów cieplarnianych, a co za tym idzie – do złagodzenia skutków zmiany klimatu. Efektem dodatkowym będzie popularyzacja innowacyjnych rozwiązań technologicznych. Przyjęte przez kraje UE już w roku 2006 zobowiązania dotyczące zwiększenia efektywności energetycznej nie są realizowane. Zmniejszenie zużycia energii do roku 2020 miało wynosić 20%. W sektorze przemysłowym możliwa jest również znaczna redukcja zapotrzebowania na ciepło. Należy podkreślić, że w okresie od 1989 roku Polska zredukowała zużycie energii w produkcji przemysłowej ponadczterokrotnie. Mimo to, szacuje się, że zużycie to jest jeszcze prawie czterokrotnie wyższe niż w innych najbardziej efektywnych energetycznie krajach Unii Europejskiej. Na wielkość zmian w zapotrzebowaniu na ciepło użytkowe w Polsce wpływ będą miały dwa zjawiska. Z jednej strony – zwiększenie produkcji przemysłowej oraz podniesienie standardu życia mieszkańców powodowały będą zwiększenie zapotrzebowania na energię. Zużycie energii na osobę na potrzeby przemysłu w Niemczech jest 1,5 razy większe niż w Polsce, co również przekłada się na wskaźnik PKB na osobę. W Polsce jest on prawie czterokrotnie
8 ECiZ 3/2016
niższy niż w Niemczech. Jednocześnie zjawisku zwiększania zapotrzebowania na energię towarzyszyć będzie racjonalizacja zużycia energii i związana z tym głęboka redukcja zapotrzebowania na energię. Wskaźnikiem określającym efektywność energetyczną w przemyśle w skali kraju jest energochłonność w kg oleju ekwiwalentnego na 1000 euro PKB. Porównanie tempa zmian w europejskich krajach wysokorozwiniętych ze zmianami w Polsce pomogą wskazać na rząd możliwej redukcji zużycia energii w najbliższych 15 latach. I tak przykładowo średnia zapotrzebowania na energię finalną dla 28 krajów obecnie członków UE w latach 1990-2006 spadła o 15% z 240 kgoe/1000 euro do 160 kgoe/1000 euro. W tym samym czasie w Polsce spadek ten był znacznie większy, bo wyniósł ponad 60%, ale energochłonność w Polsce jest jeszcze wyższa niż średnia UE (142 – UE, 295 – Polska). Wśród krajów UE najlepszym przykładem do naśladowania jest Dania ze zużyciem 87 kgoe/1000 euro PKB [1]. Czyli roczne zmniejszenie zużycia energii powinno wynosić 1%. Już w roku 2012 zużycie energii spadło do poziomu 295 kgoe/1000 euro PKB. A do roku 2030 można liczyć się ze spadkiem dla Polski do 200 kgoe/1000 euro PKB. W przypadku dużych przedsiębiorstw obligatoryjnie powinno być wykonanie audytów energetycznych, w których powinny być uwzględnione normy europejskie dotyczące systemów zarządzania energią i systemami zarządzania środowiskiem. Założenie to jest zgodne z Dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady 2006/32/WE „w sprawie efektywności końcowego wykorzystania energii i usług energetycznych” [2],
T E M AT N U M E R U
I
Ciepłownictwo
Fot. 123rf.com
DWA ZJAWISKA Na wielkość zmian w zapotrzebowaniu na ciepło użytkowe w Polsce wpływ będą miały dwa zjawiska. Z jednej strony – zwiększenie produkcji przemysłowej oraz podniesienie standardu życia mieszkańców powodowały będą zwiększenie zapotrzebowania na energię. Jednocześnie zjawisku zwiększania zapotrzebowania na energię towarzyszyć będzie racjonalizacja zużycie energii i związana z tym głęboka redukcja zapotrzebowania na energię
w którym założono, że w okresie 9 lat zużycie energii spadnie o 9%. Uzyskanie takiej redukcji zużycia energii nie będzie możliwe bez ograniczenia zużycia ciepła na cele komunalno-bytowe oraz produkcji przemysłowej. Można więc stwierdzić, że możliwości ograniczenia zużycia energii w Polsce jest znacząca i w następnych latach, uwzględniając wdrażanie dyrektywy 2012/27/ UE [3] w sprawie efektywności energetycznej spowoduje ograniczenie energochłonności polskiego przemysłu, jak również wpłynie w znaczący sposób na redukcję zużycia energii na potrzeby grzewcze w budynkach mieszkalnych i w budynkach użyteczności publicznej. Istotnym elementem będzie również ograniczenie zużycia energii w sektorze transportowym. Pewien niepokój budzi unieważnienie dyrektywy [4] dotyczącej wspierania kogeneracji, którą zlikwidowana i mimo zapisów w dyrektywie 2006/32/UE jej ranga została znacząco zredukowana i odnosi się obecnie do instalacji w skali mini i mikro.
Do 2030 r. Jako podstawę określenia prognozy zapotrzebowania na ciepło sieciowe do roku 2030 przyjęto dane źródłowe z lat 2007-2011. W obliczeniach uwzględniono wpływ działań dotyczących zwiększenia efektywności energetycznej w istniejących zasobach mieszkaniowych. Istniejące budynki, które nie zostały jeszcze poddane procesowi termomodernizacji, będą sukcesywnie ocieplane, co spowoduje ograniczenie zapotrzebowania na ciepło. Przyjęto, że od roku 2010 spadek zapotrzebowania na ciepło z tego powodu
ECiZ 3/2016 9
T E M AT N U M E R U
I Ciepłownictwo
RYS. 1 Efektywność energetyczna w stosunku do PKB
będzie wynosił 1% rocznie. W kolejnym kroku przyjęto, że koszty związane z wdrażaniem dyrektywy 2009/29/WE [5] reformującej dyrektywę 2003/87/ WE (ETS) związaną z emisją dwutlenku węgla spowodują wzrost ceny ciepła i spadek liczby odbiorców ciepła sieciowego. Uwzględniono konieczność ponoszenia dodatkowych kosztów na opłacenia przydziału limitów CO2, od roku 2013. W okresie po roku 2023, a w zasadzie od roku 2020 wystąpi konieczność poniesienia dodatkowych kosztów na modernizację instalacji spalania tak, aby dostosować instalacje do spełnienia wymagań dyrektywy IED [6] związanych z emisją zanieczyszczeń gazowych (SO2, NOx, CO, pył) do atmosfery. Spowoduje to wzrost kosztów produkcji ciepła, a co za tym idzie – znaczny wzrost ceny ciepła dla odbiorców. Zjawisko to może ze szczególną ostrością wystąpić w małych i średnich systemach ciepłowniczych. Na rys. 2 przedstawiono prognozę zapotrzebowania na ciepło sieciowe podaną w kilku wariantach. Na rysunku przedstawiono prognozę uwzględniająca ciepło dostarczane do budynków z wykorzystaniem sieci ciepłowniczych. Jednak należy założyć, że podobna tendencja odnosić się będzie do wszystkich obiektów budowlanych w Polsce. Nawet pomimo wzrostu liczby nowo wznoszonych budynków, których standard energetyczny będzie znacznie lepszy, nie można planować wzrostu zapotrzebowania na ciepło. W budynkach mieszkalnych główna część zapotrzebowania na energię stanowi zapotrzebowanie na ciepło potrzebne do ogrzania budynku. Szacuje się, że te potrzeby na ok. 65-75% zużywanej energii. Pozostałe składniki to: zapotrzebowanie na ciepłą wodę, zapotrzebowanie energii na przygotowanie posiłków oraz zapotrzebowanie odbiorników elektrycznych. Czyli redukcja możliwa będzie tylko w przypadku lepszej izolacji cieplnej zewnętrznych przegród budowlanych oraz usprawnień w instalacjach wentylacyjnych budynków mieszkalnych. Zgodnie z aktualnymi polskimi przepisami wskaźnik jednostkowego zapotrzebowania na ciepło
10 ECiZ 3/2016
powinien wynosić 100 kWh/(m2 rok) dla budynków jednorodzinnych i 90 kWh/(m2 rok) dla budynków wielorodzinnych. W latach poprzednich standardy energetyczne budynków określane były parametrami cieplnymi poszczególnych elementów składowych budynków, takich jak: ściany zewnętrzne, stropy i dachy, podłogi, drzwi i okna. W obliczeniach strat ciepła nie było wymagania uwzględnienia strat ciepła przez tak zwane „mostki cieplne”. Mimo to wskaźniki zużycia energii dla budynków przedwojennych i budynków wznoszonych w latach 50. i 60. XX wieku, dla których ściany zewnętrzne wznoszono z cegły czerwonej pełnej lub tzw. „dziurawki” były na stosunkowo niskim poziomie i wynosiły 150 do 170 kWh/m2a. W latach 70. XX wieku standard energetyczny budynków znacznie się pogorszył, związane to było głównie z brakiem materiałów termoizolacyjnych na rynku. W budownictwie wielkopłytowym wskaźniki normatywne zakładały zużycie energii na poziomie 210-270 kW/m2a. W rzeczywistości jednak jakość wykonania elementów wielkopłytowych, jak niedostatek styropianu i wełny mineralnej, powodowały, że standard energetyczny takich budynków dochodził do 300-350 kW/m2a, a niekiedy i wiele więcej, potwierdzały to badania wielu autorów. Wiele z budynków wielkopłytowych zostało poddanych termomodernizacji i ich wskaźnik energetyczny obniżył się znacznie do wartości 120-140 kW/m2a. Dla budynków wznoszonych w latach 2005-2010 określa się całoroczne zużycie ciepła w granicach 80-90 kW/ m2a. Badania przeprowadzone w ostatnich latach dla bardzo dużej grupy budynków zasilanych w ciepło w warszawskim systemie ciepłowniczym wykazały, że przed procesem termomodernizacji zużycie ciepła wynosiło 223 kWh/m2a, a po termomodernizacji spadło do 185 kWh/m2a, co stanowi spadek o około 17%. Czyli o wiele mniej niż powszechnie się sądzi. Należy się jednak liczyć, że w najbliższej przyszłości wskaźnik ten dla nowych budynków spadnie od wartości 60 kWh/(m2rok). Niewykluczone jest jednak bardziej radykalne obniżenia wskaźnika zapotrzebowa-
I
Ciepłownictwo
nia na ciepło. W Polsce wdrażane są dyrektywy europejskie w sprawie efektywności energetycznej i w sprawie charakterystyki energetycznej budynków. Być może po roku 2020 wznoszone będą tylko budynki pasywne energetycznie. Czyli wskaźnik zapotrzebowania na ciepło w ciągu roku nie będzie większy niż 15 kWh/m2.
termoizolacyjne, dla wyprodukowania których będzie trzeba zużyć więcej energii niż dla materiałów konwencjonalnych lub naturalnych, ale w całym okresie eksploatacji energochłonność takiego budynku będzie zdecydowanie najniższa.
Zeroenergetyczne budownictwo
Nowoczesne materiały termoizolacyjne cechują się bardzo wysokim oporem cieplnym, w stosunku do izolacji tradycyjnych, takich jak styropian czy wełna mineralna. Stosowane są w przypadkach wysokich wymagań termoizolacyjnych oraz w miejscach o skomplikowanych kształtach czy z ograniczoną przestrzenią, gdzie użycie izolacji tradycyjnej, o większej grubości, nie jest możliwe lub jest bardzo utrudnione. Na rynku obecne są izolacje na bazie żeli krzemionkowych (próżniowe panele izolacyjne, izolacje aerożelowe) oraz farby izolacyjne z ceramicznymi sferami. Wśród tych nowoczesnych materiałów termoizolacyjnych można wymienić: • aerożele, • panele wypełnione mikro- lub nanocząsteczkami, • panele jw. z obniżonym ciśnieniem lub wypełnione innymi gazami niż powietrze, • izolacja próżniowa, • materiały ze zmianą fazy, • farby izolacyjne z ceramicznymi sferami (kulkami).
W dyrektywie 2010/31/EU wprowadzono pojęcie budynku o nieomal zerowym zużyciu energii. Co więcej zobligowano kraje członkowskie UE, aby nowe budynki zajmowane przez instytucje publiczne (po roku 2018) i pozostałe budynki (po roku 2020) powstawały już w standardzie budynku „o nieomal zerowym zużyciu energii”. W takiej sytuacji należy przygotować plany dążące do zdecydowanej redukcji zużycia energii na cele komunalno-bytowe. Należy również przygotować plany dla obniżenia zużycie energii w istniejących budynkach, co oznacza, że istniejące budynki, które nie zostały jeszcze poddane procesowi termomodernizacji, będą sukcesywnie ocieplane, a budynki już ocieplone ponownie poddane procesowi termomodernizacji. Tego typu budynki powstają w Polsce już od wielu lat [8]. W dalszej perspektywie powinna nastąpić zmiana w podejściu do projektowania, budowy i eksploatacji obiektów budowlanych. Wprowadzono pojęcie budynku zrównoważonego (sustainable building, green building), czyli takiego, na powstanie którego zużycie materiałów i energii w całym procesie (od budowy do rozbiórki) będzie najmniejsze. Inaczej budynek zrównoważony można określić jako budynek 4r., czyli (reduce, reuse, recycle, renewable) zmniejszenie zużycia materiałów i energii, wykorzystanie materiałów budowlanych z odzysku, a również uwzględnienie możliwości ponownego wykorzystania materiałów po okresie eksploatacji obiektu oraz wykorzystanie energii z zasobów energetycznych i budowlanych surowców odnawialnych. Należy dodać, że w budynkach zrównoważonych powinny znaleźć zastosowanie nowoczesne materiały
Fot. freeimages.com
T E M AT N U M E R U
Termoizolacja
Aerożele składają się z bardzo drobnych cząsteczek przeważnie są to związki krzemu. Przestrzeń pomiędzy cząsteczkami wypełniona jest tysiącami porów wypełnionych gazem. Typowe aerożele składają się w 5% z krzemionki (SiO2), a w 95% pory wypełnione są powietrzem. Średnice cząsteczek SiO2 nie przekraczają 2-5 nm, a średnice porów wynoszą około 20 nm. Niektóre aerożele do specjalnych zastosowań mogą składać się tylko w 0,13% z SiO2, a resztę (99,87%) wypełnienia stanowi powietrze. Ważną cechą aerożeli jest ich przezroczystość, czyli mogą być zastosowane jako materiał wypełniający w oknach. Zastępczy współ-
RYS. 2 Prognoza zapotrzebowania na ciepło w systemach ciepłowniczych do roku 2030 [7]
ECiZ 3/2016 11
T E M AT N U M E R U
„
I Ciepłownictwo
czynnik przenikania ciepła jest 10 do 20 razy mniejszy niż w oknach tradycyjnych i wynosi od 0,05 do 0,1 W/m2K. W tym przypadku powietrze z przestrzeni pomiędzy szybami zostało usunięte. Izolacje aerożelowe produkowane są w postaci mat, płyt i granulatu. Innym materiałem, oprócz krzemionki, do produkcji aerożeli mogą być tworzywa sztuczne, związki węgla lub związki organiczne. Koszty zakupu aerożeli, w porównaniu do tradycyjnych materiałów termoizolacyjnych, są obecnie wysokie, ale w przyszłości mogą być znacznie niższe. Próżniowe panele izolacyjne VIP (z ang. Vacuum Insulated Panel) składają się z rdzenia z materiału porowatego wykonanego w mikro- lub nanotechnologii, który jest owinięty szczelną folią aluminiową lub stalową. Materiały, z których wykonuje się rdzeń, cechują się wysokim oporem cieplnym, dużą powierzchnią właściwą i porowatością. Stosuje się m.in. włókna szklane, otwarto komórkową piankę poliuretanową i polistyrenową czy krzemionkę.
Zużycie energii na osobę na potrzeby przemysłu w Niemczech jest 1,5 raza większe niż w Polsce W porach rdzenia występuje próżnia, jeden z najlepszych poznanych izolatorów cieplnych. Folia ma za zadanie utrzymać próżnię i ograniczyć przenikanie wilgoci do rdzenia. Cechy te warunkują bardzo dobre właściwości termoizolacyjne paneli VIP – współczynnik przewodzenia ciepła kształtuje się na poziomie 0,004-0,008 W/(mK). W przypadku uszkodzenia panelu i wypełnienia go powietrzem współczynnik przewodzenia ciepła wzrasta do 0,02 W/(mK), czyli jest mniejszy dwukrotnie od styropianu. Panel nieuszkodzony charakteryzuje się 10-krotnie niższym od styropianu współczynnikiem przewodzenia ciepła i wynosi 0,004 W/(mK). Kolejnym nowoczesnym materiałem termoizolacyjnym jest materiał wykorzystujący zmianę stanu skupienia (PCM – Phase-change material). W przypadku zmiany stanu skupienia z ciekłego w stały materiał oddaje energię, a przy przechodzeniu ze stanu stałego w stan ciekły materiał ją pochłania. Materiały PCM pozwalają na magazynowanie dużej ilość energii. Zastosowanie ich w budynkach pozwala obniżyć wahania temperatury w pomieszczeniach w ciągu dnia i nocy. PCM w temperaturze pokojowej jest ciałem stałym; kiedy temperatura w pomieszczeniu wzrasta, to zmienia się stan skupienia na ciekły, absorbując w tym czasie ciepło. Kiedy temperatura w pomieszczeniu spada, ciepło jest oddawane od PCM do pomieszczenia. Znanych jest na świecie
12 ECiZ 3/2016
wiele rozwiązań technicznych wykorzystanie PCM, ale prowadzone są intensywne badania związane z nowymi zastosowaniami dla tych materiałów. Na rynku pojawiły się również farby termoizolacyjne, z ceramicznymi mikrosferami, w środku których jest próżnia lub powietrze. Powłoki takie często pełnią również rolę antykorozyjną. Głównie stanowią one rozwiązanie do izolacji miejsc trudno dostępnych oraz kształtów nieregularnych, eliminując powstawanie mostków cieplnych. Współczynniki przewodzenia farb izolacyjnych zazwyczaj kształtują się na poziomie ok. 0,01-0,02 W/(mK), a niekiedy wartości te mogą być jeszcze niższe. Zastosowanie praktyczne ma również mniejsze znaczenie ze względu na bardzo małą grubość powłoki termoizolacyjnej. *** Podsumowując, można stwierdzić, że w przeciągu najbliższych lat raczej nie będziemy mieli do czynienia ze wzrostem zapotrzebowania na moc cieplną w systemach ciepłowniczych. Należy również zwrócić uwagę na straty ciepła w tych systemach [9]. Uwzględniając jednak rozwój budownictwa mieszkalnego i usługowego, zasadne jest stwierdzenie, że zapotrzebowanie na ciepło (moc cieplną) w większości przedsiębiorstw ciepłowniczych utrzyma się na obecnym poziomie. Literatura
[1] Eurostat (Statystyka Europejska). 2012. „Energy Intensity of the Economy” Dostępna strona z dnia 28 września 2015. http://ec.europa.eu/eurostat. [2] Dyrektywa 2006/32/EC Parlamentu Europejskiego i Komisji w sprawie końcowego wykorzystania energii i efektywności energetycznej. Official Journal of the European Union.27.4.2006. [3] Dyrektywa 2012/27/EU Parlamentu Europejskiego i Komisji z 25 października 2012 w sprawie efektywności energetycznej, zmieniającą Dyrektywy 2009/125/EC i 2010/30/EU oraz likwidującą Dyrektywy 2004/8/EC i 2006/32/EC. Official Journal of the European Union.14.11.2012. [4] Dyrektywa 2004/8/EC Parlamentu Europejskiego i Komisji z 11 lutego 2004 w sprawie wspierania kogeneracji w oparciu o ciepło użytkowe na wewnętrznym rynku. Zmieniające dyrektywę 92/42/EEC. Official Journal of the European Union.21.2.2004. [5] Dyrektywa 2009/29/EC Parlamentu Europejskiego i Komisji z 23 kwietnia, 2009, zmieniającą Dyrektywę 2003/87/EC w sprawie system handle emisjami. Official Journal of the European Union.5.6.2009. [6] Dyrektywa 2010/75/EU Parlamentu Europejskiego i Komisji w sprawie emisji z przemysłowych źródeł spalania (Industrial Emissions Directive or IED). Official Journal of the European Union.17.12.2010. [7] Uczelniane Centrum Badawcze Energetyki i Ochrony Środowiska Politechniki Warszawskiej 2011. „Strategia rozwoju kogeneracji w Polsce do roku 2030”. [8] Wojdyga K. 2009 „An Investigation into the Heat Consumption in a Low Energy Building” Renewable Energy 34: 2935-39. [9] Danielewicz J. at all, „Three-dimensional numerical model of heat losses from district heating network pre-insulated pipes buried in the ground” – Energy 2015; In Press, Available online 26 July 2015.