Grzeje i chłodzi gazem

Klimatyzacja absorpcyjna — ekonomiczna i ekologiczna alternatywa dla tradycyjnej klimatyzacji sprężarkowej zasilanej energią elektryczną.

Dla użytkowników nowoczesnych obiektów, zwłaszcza o dużej kubaturze, klimatyzacja odgrywa kluczową rolę. Rosnące ceny energii elektrycznej, zwiększające się ryzyko awarii i przerw w dostawach prądu, a także światowe i europejskie trendy proekologiczne sprzyjają poszukiwaniu tańszych nowoczesnych rozwiązań alternatywnych dla energochłonnej klimatyzacji sprężarkowej. Jednym z nich jest klimatyzacja absorpcyjna na gaz.

W swojej nowej siedzibie w Złotnikach pod Poznaniem firma ATREM postanowiła wykorzystać propagowaną przez siebie i realizowaną w wielu projektach (m.in. dla Górnośląskiej Spółki Gazownictwa, PBG S.A. w Wysogotowie, Toyocar w Lesznie) technologię klimatyzacji absorpcyjnej z zastosowaniem agregatów BROAD. Zarówno chłodzenie latem, jak i ogrzewanie zimą będzie odbywać się za pośrednictwem jednej instalacji wykorzystującej gaz sieciowy. Projektantem i wykonawcą systemu jest Dom-Mar z grupy ATREM. Nowa siedziba będzie mieć powierzchnię około 5000 m² i kubaturę 15 000 m³. Ponieważ była ona od początku projektowana z myślą o podłączeniu urządzeń absorpcyjnych, realizację można uznać za wzorcową dla innych tego typu.

Inwestor wziął pod uwagę kilka czynników, które zadecydowały o wyborze technologii. Przede wszystkim, system klimatyzacji absorpcyjnej sprawdza się w budynkach wielko- i średniokubaturowych (od 300 m³), gdzie planuje się zastosowanie chłodzenia latem i ogrzewania przez większość pozostałego czasu. Drugim czynnikiem jest możliwość podłączenia instalacji gazu sieciowego lub posiadanie innego zasilania w postaci, np.: ciepła odpadowego, energii geotermalnej, spalin albo jak w projekcie Duke Solar Energy zrealizowanym w USA - pozyskiwanie energii z kolektorów słonecznych. Woda grzewcza do absorbera bromo-litowego podgrzewana jest poprzez kolektory słoneczne. W razie braku odpowiedniego nasłonecznienia, ciepło do absorbera dostarczane jest poprzez wbudowany palnik gazowy.

Wspólna instalacja do chłodzenia i ogrzewania

Budynek będzie chłodzony oraz ogrzewany przez agregat absorpcyjny BROAD BZ 20 (o mocy 233 kW dla uzyskania chłodu i 179 kW ciepła) wykorzystujący wodę, jako czynnik chłodzący, natomiast bromek litu (LiBr - ciecz) jako absorbent pary powstającej w wyniku wrzenia czynnika chłodzącego – wody. Zadaniem agregatu jest produkcja gorącej wody o parametrach 57/65ºC w celu ogrzewania i dostarczania ciepłej wody użytkowej, a w okresie lata produkcja wody lodowej o parametrach 7/12ºC dla chłodzenia pomieszczeń budynku.

W obiekcie zaprojektowano wspólną instalację na cele grzewcze i klimatyzacyjne. Rurociągami będzie płynęła zimą woda grzewcza, a w okresie lata - woda lodowa. Takie rozwiązanie pozwala znacząco obniżyć koszty wykonania instalacji w stosunku do tradycyjnej klimatyzacji sprężarkowej i systemu centralnego ogrzewania (ma ono bowiem jedno urządzenie centralne, wspólną instalację oraz klimakonwektory).

W pomieszczeniach biurowych i salach konferencyjnych zastosowano klimawentylatory, które służą zarówno do rozprowadzania ciepła jak i chłodu (w zależności od pory roku). W pomieszczeniach, które nie wymagają klimatyzowania, zamontowano grzejniki płytowe z radiatorami. W serwerowni zastosowano klimatyzację sprężarkową, co wynika z konieczności chłodzenia tego pomieszczenia przez cały rok. Ale w celu obniżenia kosztów zastosowano tzw. free cooling, polegający w tym przypadku na wtłaczaniu zimą do pomieszczenia serwerowni zimnego powietrza z zewnątrz. Przewidywane zyski ciepła w serwerowni z tytułu pracy urządzeń elektrycznych to około 30 kW/h.

Obniżenie kosztów eksploatacji dzięki automatyce

W każdym pomieszczeniu biurowym znajduje się sterownik do regulacji temperatury połączony z czujką ruchu. Jego celem jest zmniejszenie zużycia ciepła i zapotrzebowania na chłód. Czujka ruchu (fotokomórka) po przyjściu pracownika do biura daje impuls do sterownika, który dąży do uzyskania zadanej wcześniej temperatury komfortu w pomieszczeniu. System przełącza się na temperaturę dyżurną przy braku ruchu, np. po jednej godzinie, gdy nikogo nie ma w pokoju. Proponowana temperatura dyżurna zimą to 18ºC, a latem 28ºC jednak wszystkie parametry są dowolnie konfigurowane przez administratora systemu. Taki sposób uzyskiwania oszczędności jest bardzo wydajny. Przy braku pracowników (np. podczas urlopu czy delegacji) w poszczególnych pokojach utrzymywana jest temperatura dyżurna. Pracownik nie musi pamiętać o konieczności wyłączenia klimatyzacji lub ogrzewania – zrobi to za niego system. Dzięki temu rozwiązaniu można zaoszczędzić nawet do 30% energii.

Ekonomiczne uzasadnienie realizacji klimatyzacji absorpcyjnej

Nowobudowana siedziba potrzebuje do ogrzewania maks. 160 kW/h ciepła zimą i około 250 kW/h chłodu latem oraz 200 kW energii elektrycznej na godzinę na cele związane z oświetleniem, zasilaniem komputerów, serwerowi itp. Z uwagi na takie zapotrzebowanie firma zużywa około około 20 m³/h gazu oraz 200 kW/h energii elektrycznej. Dodatkowo musi zamówić w Zakładzie Energetycznym i Gazowniczym energię elektryczną lub gaz na cele produkcji chłodu.

Gdyby chłód był produkowany poprzez układ elektryczny sprężarkowy (stosowany standardowo), dodatkowo potrzebne byłoby około 100 kWh energii elektrycznej, ale tylko w okresie lata. Poza tym okresem (przez 8 miesięcy w roku) trzeba by płacić zwiększoną opłatę za energię elektryczną bez możliwości jej wykorzystania. Podobnie z gazem wykorzystywanym jedynie do celów grzewczych (zimą) - ponosi się opłaty z tytułu gotowości Zakładu Gazowniczego do przesłania gazu przez cały rok, ale nie korzysta z niego poza sezonem grzewczym. Ponadto trzeba by ponieść wyższe koszty związane z zamontowaniem transformatora i przyłącza energetycznego o większej mocy.
W przyjętym rozwiązaniu gaz i energia elektryczna będą natomiast wykorzystywane równomiernie przez cały rok. Stąd też wykorzystanie zamówionych szczytów energetycznych w ZG i ZE będzie bardzo wysokie.

Urządzenia absorpcyjne stosowane były w chłodnictwie już przed II wojną światową, nie tylko w chłodziarkach domowych, ale również w wielu gałęziach przemysłu. Szybko rozwijający się segment chłodziarek sprężarkowych wyparł jednak na wiele lat systemy absorpcyjne z szerokiego zastosowania. Warto zauważyć, że w miejscach, gdzie konieczna jest cicha praca urządzeń (restauracje, hotele) lub nie ma możliwości podłączenia stałego źródła prądu (np. na jachtach) stosowanie chłodziarek absorpcyjnych (opartych na amoniaku)  jest nadal nieodzowne. Obecnie obserwuje się powrót do technologii absorpcyjnej także w dużych projektach (głównie ze względu na ekologiczne i ekonomiczne aspekty takiego rozwiązania). Nie bez znaczenia jest też konieczność odciążenia sieci energetycznych. Ponieważ klimatyzowanie pomieszczeń, także u nas staje się powoli standardem, a sieci przesyłowe modernizowane są z opóźnieniem, zwiększa się zagrożenie awarią, czyli odcięciem prądu na dużą skalę (tzw. blackout). Klimatyzacja sprężarkowa zasilana prądem, w ciągu upalnego lata często doprowadza do przeciążeń sieci energetycznych. Coraz częściej zdarza się to również w Polsce. Już dziś energetycy apelują, że masowy wzrost montowanych tradycyjnych systemów klimatyzacyjnych powoduje coraz większe przeciążenia sieci. Rezerwy energii nie są wystarczające, aby sprostać zapotrzebowaniu.     

Klimatyzacjia absorpcyjna jest ekonomiczna, co potwierdzają poniższe przykłady:

• obniżenie kosztu eksploatacji budynku w ciągu roku o 6% w stosunku do rozwiązań tradycyjnych (na podstawie kalkulacji dla nowej siedziby spółki ATREM);
• po zastosowaniu klimatyzacji absorpcyjnej w salonie samochodowym w Kaliszu (o pow. 1800 m²) możliwe było zmniejszenie zapotrzebowania szczytowego na energię elektryczną z 70 na 25 kW/h, co wymiernie wpłynęło na obniżenie kosztów funkcjonowania salonu.

W trosce o środowisko

Stosowanie klimatyzacji absorpcyjnej jest działaniem proekologicznym, gdyż wpływa na redukcję emisji CO₂ . Energia elektryczna w warunkach polskich wytwarzana jest w ponad 90% w procesie spalania węgla (przy sprawności bloków energetycznych maksymalnie 23%), co daje średnią emisję 1 tony CO₂ na 1 MWh. Podczas spalania gazu ziemnego w urządzeniu absorpcyjnym produkcja CO₂  jest mniejsza (w porównianiu wykorzystaniem energii elektrycznej w zasilanych nią klimatyzatorach sprężarkowych). Dzięki czynnikom ziębniczym nie występuje niszczenie warstwy ozonowej (brak freonu), a stosowany bromek litu to sól występująca w naturze podobnie jak NaCl (sól kuchenna). Stosowanie klimatyzacji absorpcyjnej ma jeszcze inne zalety:

• budowa jednej instalacji i zakup jednego urządzenia centralnego, które są odpowiedzialne zarówno za funkcję grzania jak i chłodzenia,
• maksymalizacja okresu efektywnej pracy systemu – sezon klimatyzacyjny trwa od 3 do 4 miesięcy w roku, a sezon grzewczy od 6 do 8 miesięcy – w przypadku zastosowania urządzeń absorpcyjnych (grzewczo-chłodniczych) efektywna praca systemu w ciągu roku wynosi ok. 11 miesięcy,
• możliwość zainstalowania agregatów absorpcyjnych na zewnątrz budynku - nie ma konieczności budowy pomieszczenia kotłowego,
• długa żywotność (nawet 25 lat), pewność działania oraz stosunkowo prosta budowa i obsługa,
• niski poziom hałasu oraz drgań,
• niewielki koszt eksploatacji i napraw ze względu na zwartą konstrukcję.

Opis zastosowanego rozwiązania.

Obiekt ma powierzchnię 5000 m² i kubaturę 15 000 m³. Dzięki zastosowaniu klimatyzacji absorpcyjnej koszt instalacji obniżył się o 250 000 zł (w stosunku do układu z chłodziarką sprężarkową i tradycyjnym ogrzewaniem), ograniczono też roczny koszt eksploatacji systemu o 14 tys. zł.

Realizacja ogrzewania i klimatyzacji absorpcyjnej:

• Zapotrzebowanie szczytowe na gaz ziemny: ok. 20 m³/h zimą i około 25 m³/h latem. Zamówiono 25 m³/h. Szacowany całkowity roczny koszt: 87 000 zł.
• Zapotrzebowanie szczytowe na energię elektryczną : ok. 200 kW/h. Szacowany roczny koszt to 163 000 zł

Koszt budowy instalacji klimatyzacji i ogrzewania wyniósł 1 250 000 zł. Całkowity koszt eksploatacji budynku z funkcją chłodzenia i ogrzewania w okresie roku przy zastosowaniu metody absorpcyjnej to 250 000 zł.

Potrzeby energetyczne oraz koszty, gdyby wykorzystano rozwiązanie tradycyjne: kocioł gazowy (ogrzewanie) i klimatyzację sprężarkową (chłodzenie):

• Zapotrzebowanie szczytowe na gaz ziemny: ok. 20 m³/h zimą brak zużycia latem, opłata za gotowość Zakładu Gazowniczego w ciągu całego roku. Szacowany całkowity roczny koszt : 65 000 zł.
• Zapotrzebowanie szczytowe na energię elektryczną około: 200 kW/h zimą i około 300 kW/h latem. Konieczność zamówienia szczytu energetycznego 300 kW/h (zamawia się szczyty na cały rok – nie można ich podzielić). Szacowany całkowity roczny koszt: 199 000 zł

Koszt budowy instalacji i wszystkich niezbędnych urządzeń to 1 500 000 zł. Całkowity koszt eksploatacji budynku z chłodziarką sprężarkową i ogrzewaniem gazowym w okresie roku – 264 000 zł.

Zobacz galerię 4 zdjęcia

Autor: ARTEM