LCC dla systemów HVAC – optymalizacje kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych dla systemów HVAC

Optymalizacja kosztów jest zagadnieniem ważnym, ponieważ Inwestorzy mają ograniczony budżet. Jednak nie jest sztuką wybór najtańszego systemu, a co za tym idzie, często najmniej efektywnego. Może to doprowadzić do wysokich kosztów na etapie eksploatacji obiektu.

Koncepcja a wykonanie

Na etapie przygotowania robót budowlanych mamy do czynienia z kilkoma fazami projektowania – od zazwyczaj bardzo ogólnej koncepcji, poprzez projekt budowlany służący do uzyskania pozwolenia na budowę, aż do projektu wykonawczego. Z postępem prac projektowych uzyskujemy coraz dokładniejszy opis poszczególnych robót budowlanych. Wiąże się to również z możliwością coraz dokładniejszego szacowania kosztów inwestycji, ale także z podejmowaniem konkretnych decyzji dotyczących technologii, parametrów. W związku z powyższym istnieje konieczność racjonalizacji technologii
i parametrów budowy już w fazie koncepcji.

Analiza ekonomiczna systemów HVAC

Analizowanym budynkiem był obiekt biurowy o powierzchni około 2 000 m², zlokalizowany w Krakowie.  Celem analizy było porównanie zużycia energii oraz kosztów związanych z ich zakupem dla trzech przygotowanych wariantów. Porównano również koszty inwestycyjne. Przeprowadzenie analizy miało na celu wskazanie wariantu, który będzie związany z najmniejszymi kosztami zużycia energii.

Wariant podstawowy

Na etapie wstępnej koncepcji wybrano jako źródło ciepła kocioł gazowy, ze względu na brak możliwości zasilenia budynku z sieci miejskiej. Na potrzeby grzania i chłodzenia zaprojektowano system freonowy trójrurowy. W pomieszczeniach biurowych, przewidziano wentylację mechaniczną, obsługiwaną przez 4 centrale wentylacyjne. Dwie z nich będą wyposażone w nagrzewnice wodne. Natomiast dwie kolejne będą niezależne wobec reszty budynku, ponieważ wyposażone będą w potrójny odzysk ciepła. Wykorzystują odzysk za pomocą pompy ciepła, odzysk glikolowy załączany tylko poniżej -7^oC by nie pogarszać efektywności pompy ciepła, oraz odzysk ciepła na nagrzewnicy wtórnej gorącego gazu zasilanej gorącymi parami czynnika chłodniczego odparowanego na chłodnicy bezpośredniego odparowania w centrali.

Wariant I

W pierwszym wariancie (I) został przeanalizowany system oparty na zmianie central 3-4 na centrale z wysokosprawnym obrotowym wymiennikiem ciepła. Dobrano centrale kompaktowe, w których odzysk ciepła dla warunków projektowych wynosi 88% dla centrali 3, a dla systemu 4 – 81%. Centrale są wyposażone w chłodnicę freonową, która zimą działa w trybie rewersyjnym jako nagrzewnica. Na potrzeby przygotowania ciepła i chłodu dobrano agregat o współczynniku średniorocznym SCOP na poziomie 4,2 i normatywnym EER na poziomie 4,3. Pozostałe elementy systemów HVAC pozostały takie same w stosunku do wariantu podstawowego.

Wariant II

W drugim wariancie (II)  zastosowano rozwiązanie z wariantu pierwszego ze zmianą sposobu nagrzewania powietrza w centralach 3 oraz 4. Źródłem ciepła w centralach będzie nagrzewnica  glikolowa zasilana ciepłą wodą z kotłowni. W związku z tym należałoby przewidzieć miejsce w kotłowni oraz powiększyć kotłownię gazową. Założono zmianę kotłów gazowych na kaskadę kotłów o mocy 50kW. Na potrzeby przygotowania  chłodu dobrano agregat o współczynniku EER na poziomie 4,3.

Wyniki analizy

W celu określenia zużycia energii przez budynek w kolejnych wariantach, została wykonana  roczna symulacja zużycia energii w oprogramowaniu HAP v5.11. Każdy budynek różnił się rodzajem lub parametrami systemów HVAC, natomiast pozostałe dane takie jak oświetlenie, urządzenia elektryczne zostały pozostawione bez zmian. Poniżej przedstawiono wyniki symulacji dla każdego z wariantów z podziałem na energię elektryczną i gaz.

Zużycie energii przez budynek w wariancie podstawowym wynosi 183 409 kWh. Dla wariantu I całkowite zużycie energii w budynku wynosi 163 559 kWh, co w porównaniu do wariantu podstawowego oszczędność zużycia energii wynosi 10,5%. Natomiast w wariancie II całkowite zużycie energii w budynku wynosi 184 614 kWh i jest wyższe od wariantu podstawowego o 0,7%.

Otrzymane wyniki analiz posłużyły do wyznaczenia prognozy kosztów związanych z zakupem nośników energii dla budynku do roku 2030.