ESEER a koszty eksploatacji agregatów chłodniczych – zaproszenie do dyskusji

Według mnie dotychczasowe dokumenty [1] nie pozwalają na wiarygodne szacowanie kosztów eksploatacji przez źródło chłodu w postaci sprężarkowych agregatów wody ziębniczej.Kalkulacje przeprowadzane na podstawie aktualnych rozporządzeń powodują zafałszowanie w deklaracji zużycia energii elektrycznej przez agregaty wody ziębniczej. Co więcej, optymalizacja parametrów pracy systemów klimatyzacji w myśl dostępnych dokumentów nie ma najmniejszego sensu, bo według aktualnego rozporządzenia nie znajdzie ona odzwierciedlenia przy sporządzaniu certyfikatu energetycznego obiektu.

Tab. 1 Uproszczone parametry pracy agregatów chłodniczych, dla których kalkulowana jest wartość wskaźnika ESEER

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. wskazuje, że roczne zapotrzebowanie na energię końcową przez system chłodzenia i wentylacji do chłodzenia pomieszczenia i powietrza powinno być kalkulowane z wykorzystaniem wskaźnika ESEER (European Seasonal Energy Efficiency Ratio):   

QK,C = Qnd/nc,tot

nC,tot = ESEER· nC,s· nC,d · nC,e

gdzie: QK,C – roczne zapotrzebowanie na energię końcową przez system chłodzenia i wentylacji do chłodzenia pomieszczenia i powietrza [kWh/rok]; Qnd – ilość chłodu niezbędna na pokrycie potrzeb chłodzenia budynku [kWh/rok]; nC,tot  – sprawność całkowita systemu chłodzenia budynku; nC,s  – średnia sezonowa sprawność akumulacji chłodu w budynku (w obrębie osłony bilansowej), nC,d – średnia sezonowa sprawność transportu nośnika chłodu w obrębie budynku (osłony bilansowej); nC,e  – średnia sezonowa sprawność regulacji i wykorzystania chłodu w budynku (w obrębie osłony bilansowej).

Twierdzę, że wskaźnik ESEER nie jest wiarygodnym wskaźnikiem rzeczywistych kosztów eksploatacji.Mam tutaj na myśli poniższe aspekty:

1. Przyjęcie do kalkulacji zużycia energii przez system klimatyzacyjny wartości wskaźnika ESEER dla innych niż zdefiniowanych w EUROVENT (organizację europejskich producentów urządzeń wentylacyjnych i klimatyzacyjnych) parametrów pracy systemu lub też przyjęcie odmiennego niż przewidzianego dla tego programu certyfikacji algorytmu regulacji powoduje, że wyniki obliczeń nie będą wiarygodne.

EUROVENT dokładnie precyzuje warunki i parametry pracy systemu, dla których definiowana jest wartość ESEER.

Obliczenie ESEER opiera się na czterech wartościach EER, ale dla różnych obciążeń cieplnych systemu odpowiednio 100%, 75%, 50% oraz 25%. Dokładnie rzecz ujmując, ESEER jest wyliczany jako średnia ważona z wskaźników EER dla danych obciążeń cieplnych.

Wskaźnik efektywności energetycznej chłodniczej EER (ang. Energy Efficiency Ratio) odnosi się do urządzeń klimatyzacyjnych pracujących tylko w trybie chłodzenia, przy pełnym obciążeniu. Jest to stosunek mocy chłodniczej wydzielanej przez urządzenie do mocy elektrycznej pobieranej z sieci.

ESEER = A · EER100%+B · EER75%+C · EER50%+D · EER25%

gdzie współczynniki: A = 0,03; B = 0,33; C = 0,41; D = 0,23.

Opisany powyżej sposób kalkulacji wskaźnika ESEER przedstawia tab. 1.

Dla powyższych wartości temperatur powietrza (agregaty chłodzone powietrzem) lub wody (agregaty chłodzone cieczą) są obliczane wartości efektywności EER dla poszczególnych obciążeń cieplnych. Po uwzględnieniu odpowiedniej wagi współczynników definiowany jest wskaźnik ESEER.

Osoby bardziej zaznajomione z techniką chłodniczą i klimatyzacyjną zauważą, że tab. 1 jest niekompletna. Nie obrazuje ona parametrów cieczy na parowaczu w zależności od obciążenia cieplnego.

Jednak EUROVENT dokładnie precyzuje parametry pracy na parowaczu, a także definiuje sposób regulacji płynów chłodzących skraplacz.

?Dla agregatów wody ziębniczej chłodzonych powietrzem:

a) wyjściowa temperatura wody z parowacza musi być ustawiona na 7°C;

b) strumień wody przepływającej przez parowacz odpowiada znamionowemu strumieniowi wody (jest stały);

c) strumień powietrza chłodzącego skraplacz jest regulowany przez układ automatyki agregatu.

? Dla agregatów wody ziębniczej chłodzonych wodą:

a) wyjściowa temperatura wody z parowacza musi być ustawiona na 7°C;

b) strumień wody przepływającej przez parowacz i skraplacz odpowiada znamionowym przepływom wody przez te wymienniki (jest stały);

c) strumień wody przepływającej przez skraplacz jest regulowany przez układ automatyki agregatu. Jeśli agregat nie pozwala na jego regulację, strumień wody chłodzącej skraplacz odpowiada znamionowemu przepływowi wody przez skraplacz.

Te pozornie niewymagające warunki zdecydowanie komplikują sprawę związaną z kalkulacją efektywności energetycznych dla różnych obciążeń cieplnych i dla odmiennych od warunków EUROVENT parametrów pracy.

Stały przepływ cieczy przez parowacz, który odpowiada znamionowemu przepływowi (czyli dla wody 7/12 ^oC dla parowacza, 35 ^oC dla agregatów ze skraplaczem chłodzonym powietrzem) oraz wymóg stałej temperatury wody na wyjściu z parowacza pozwalają na zdefiniowanie dokładnych parametrów wody na parowaczu przy różnych obciążeniach cieplnych. Przedstawia je tab. 2.

Tab. 2 Bardziej precyzyjne warunki pracy towarzyszące wyznaczeniu wskaźnika ESEER przez EUROVENT

Zmianie obciążeń cieplnych dla stałej temperatury wody wyjściowej z parowacza oraz stałego przepływu towarzyszą określone parametry cieczy na parowaczu dla poszczególnych obciążeń cieplnych.

ESEER jest zatem liczony na podstawie wskaźników EER dla poszczególnych obciążeń cieplnych, ale przy uwzględnieniu dla każdego z obciążeń (100%, 75%, 50%, 25%) dokładnie określonych parametrów płynów po stronie parowacza i skraplacza.

Pytanie jest zasadnicze: jeżeli wyznaczenie wskaźnika ESEER przez EUROVENT dotyczy ściśle powyżej określonych warunków pracy (tab. 2), to po przyjęciu parametrów wody ziębniczej w instalacji na wskutek optymalizacji pracy systemu, np. na poziomie 15/10 ^oC, jak to zostanie uwzględnione w  kalkulacjach w myśl rozporządzenia?

Jest oczywiste, że wartości EER wyliczone nawet dla częściowych obciążeń cieplnych (100%, 75%, 50%, 25%) dla wyższych parametrów cieczy (np. 15/10 ^oC) na parowaczu będą wyższe niż dla stałych warunków pracy przyjętych w EUROVENT (12/7 ^oC). Tym samym wartość ESEER liczona na podstawie wskaźników EER dla poszczególnych obciążeń cieplnych będzie również wyższa.

Przyjęcie zatem wartości wskaźnika ESEER z biuletynów technicznych producentów lub ze strony EUROVENT dla innych niż zdefiniowanych w programie certyfikacji EUROVENT parametrów pracy będzie prowadziło do zafałszowania obrazu kosztów eksploatacji agregatów chłodniczych.

Tab. 3 Wpływ rodzaju regulacji (regulacja oparta na temperaturze wody wlotowej lub wylotowej z parowacza) na parametry pracy na parowaczu (uwzględniono stały przepływ cieczy przez parowacz niezależnie od obciążenia)

Dodatkowo jeżeli projektant będzie próbował optymalizować parametry pracy instalacji przez podwyższenie parametrów cieczy w instalacji i na parowaczu w agregacie chłodniczym, to poprzez przyjęcie z góry określonej wartości ESEER nie znajdzie to, w myśl aktualnego rozporządzenia, odzwierciedlenia przy sporządzaniu certyfikatu energetycznego dla budynku!

2. Próby samodzielnych kalkulacji wartości wskaźnika ESEER dla odmiennych od parametrów pracy systemu wg EUROVENT, opierając się na biuletynach technicznych producentów, w których deklarowane są osiągi agregatów dla stałego spadku temperatury wody na parowaczu zazwyczaj równej 5K, nie będą wiarygodne.

Opisana sytuacja niesie również inne nieprawidłowości, z którymi już miałem okazję się zetknąć. Brak możliwości uwzględnienia przez projektanta zoptymalizowanych parametrów pracy może pociągać za sobą próbę samodzielnej kalkulacji wartości tego wskaźnika, opierając się na danych zawartych w biuletynach technicznych producentów. Problem tkwi w tym, że producenci deklarują wartości wydajności chłodniczej i poboru mocy elektrycznej owszem dla różnych temperatur cieczy na parowaczu i skraplaczu, ale dane te są uzyskiwane warunkach pracy laboratoryjnej i deklarowane dla stałego spadku temperatury wody na parowaczu zazwyczaj równego 5K.

Próby samodzielnej kalkulacji wskaźnika ESEER na podstawie efektywności EER dla danego obciążenia cieplnego, nawet przy uwzględnieniu zgodnej z EUROVENT temperatury płynów wlotowych na skraplacz, nie będą wiarygodne.

Sposób regulacji agregatów chłodniczych ma również wpływ na uzyskiwane efektywności energetyczne i powinien zostać uwzględniony przy sporządzaniu certyfikatu energetycznego obiektu.

Jak przedstawiono wyżej, program certyfikacji EUROVENT narzuca sposób sterowania w oparciu o wodę wyjściową z instalacji. Ten sposób regulacji pozwala na utrzymanie stałej temperatury wody wyjściowej z parowacza równej 7 ^oC.

Tab. 4 Wpływ rodzaju regulacji (regulacja oparta na temperaturze wody wlotowej lub wylotowej z parowacza) na efektywność energetyczną przykładowego sprężarkowego agregatu chłodniczego analizowanego producenta (WSAT-XSC2-E 180F prod. CLIVET)

Zakładając jednak, że nie ma potrzeby utrzymania stałej temperatury wody na wyjściu i projektant chciałby podwyższyć efektywność systemu, można to zrobić, wykorzystując regulację według temperaturę wody powracającej z instalacji.

Szczegółowo wpływ metod regulacji na efektywność agregatów chłodniczych został omówiony w publikacji [4].

W tab. 3 przedstawiono parametry wody na parowaczu dla różnych metod regulacji.

W tab. 4 zaprezentowano, jak wpływa zastosowany sposób regulacji na wzrost efektywności dla przykładowego agregatu chłodniczego. Porównanie dotyczy jednakowych warunków pracy EUROVENT. Różnice wynikają tylko z zastosowania innego sposobu regulacji.

Jeżeli projekt to umożliwia, warto zastosować inne algorytmy regulacji celem uzyskania wzrostu efektywności systemu. Towarzyszący temu ewentualny przyrost efektywności energetycznej powinien być również uwzględniony przy sporządzaniu certyfikatu energetycznego budynku.

Podsumowanie i wnioski

Wskaźnik ESEER definiowany w programie certyfikacji EUROVENT pozwala na wiarygodne porównanie urządzeń różnych producentów i wskazanie tego, który będzie generował najniższe koszty eksploatacji (najwyższy wskaźnik ESEER).

Przedstawiona jednak w rozporządzeniu Ministra Infrastruktury metodologia obliczania charakterystyki energetycznej budynku w sposób marginalny opisuje obliczenia związane z pracą systemów chłodzenia. Konieczne jest wprowadzenie definicji nowej wartości wskaźnika ESEER’ kalkulowanego dla innych niż EUROVENT parametrów pracy (prim – dla nowych warunków pracy systemu).

Przyjęcie wartości wskaźników ESEER z katalogów producentów dla warunków pracy innych niż tych określonych w EUROVENT wprowadza zafałszowanie w kalkulacji zużycia energii przez źródło chłodu na cele chłodnicze.

Konieczne staje się oszacowanie nowych wartości wskaźników ESEER dla obliczeniowych warunków pracy systemów klimatyzacyjnych. Sposób kalkulacji wymaga oddzielnego opracowania.

ESEER nie może być samodzielnie obliczany na podstawie biuletynów technicznych w obecnej formie, gdyż są one deklarowane dla stałego spadku temperatury wody na parowaczu równego zazwyczaj 5K. Sposób kalkulacji skorygowanych wartości ESEER wymaga oddzielnego opracowania.

Kalkulacje te powinny być przeprowadzone na podstawie o wiarygodnych danych technicznych oraz przez osoby posiadające odpowiednią wiedzę i doświadczenie praktyczne.

W przypadku akceptacji przez zainteresowane strony poglądów przeze mnie przedstawionych apeluję do Ministra Infrastruktury o wprowadzenie odpowiednich zmian w rozporządzeniu. Bardzo chętnie służę również pomocą przy opracowaniu nowych wytycznych.

mgr inż Bartłomiej Adamski

Kliweko Biuro Techniczno-Handlowe

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej.

2. www.eurovent-certification.com

3. BiuletynTechniczny WSAT-XSC2- 80D-240F firmy CLIVET.

4. B. Adamski, Wartość wskaźnika ESEER a realne koszty eksploatacji. Studium przypadku i propozycja analizy kosztów eksploatacji agregatów chłodniczych w dobie certyfikacji energetycznej budynków, „Rynek Instalacyjny” nr 1–2/2010.

5. B. Adamski, Czy ESEER jest wiarygodnym wskaźnikiem kosztów eksploatacji, „Rynek Instalacyjny” nr 3/2012.