Instal 06_09.pdf

(297)

2009

czasopismo recenzowane

www.informacjainstal.com.pl

ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII

Piotr Kubski

Porównanie energii wód termalnych z energią paliwa umownego

Comparison between geothermal energy and conventional

fuel energy

Andrzej J. Wandrasz, Janusz W. Wandrasz

Paliwa formowane jako odnawialne źródła energii

Formed fuels as a renewable source of energy

WODOCIĄGI I KANALIZACJA

Janusz Ryszard Rak

Rozważania na temat błędów pierwszego i drugiego rodzaju

w aspekcie zaopatrzenia w wodę

Considerations on errors the first and the second type in aspect

of water supply

Izabela Zimoch

Czynniki kształtujące czas usuwania awarii sieci

wodociągowej

Forming factors of water pipe failure recovery time

Krzysztof Boryczko

Analiza taksonomiczna intensywności uszkodzeń sieci

wodociągowych

Taksonomic analysis of failure intensity of water pipe network

CIEPŁOWNICTWO

Elwira Łukasiewicz

Wpływ jakości wody uzupełniającej i obiegowej na żywotność

instalacji sieci ciepłowniczych

Influence of make-up and circulating water quality on district

heating installation

Maria Witkowska

Rury preizolowane Flexalen z polibutylenu

– teraz jeszcze większa elastyczność połączeń

Flexalen polybuthylene preinsulated pipe system

– now even higher flexibility in connections

Ryszarda Iwanejko

Klasyczne i nieklasyczne metody szacowania uszkadzalności

sieci dystrybucji wody

Classic and non-classic methods of estimation of water

distribution network failures

WENTYLACJA, KLIMATYZACJA,

CHŁODNICTWO

Beata Gutarowska, Maciej Kancler

Dezynfekcja powietrza metodą UV z zastosowaniem lamp

przepływowych Medivent

Disinfection of the air by the UV method using air flow

germicidal unit Medivent

Andrzej Kolaszewski, Kamil Więcek

Wpływ monitoringu parametrów termodynamicznych centrali

klimatyzacyjnej do hal basenowych na eksploatację hali

basenowej

Influence of monitoring of air conditioning unit for indoor

swimming pool on operating of swimming pool hall

Kamil Szkarłat, Tomasz Mróz

Strategia optymalnego sterowania układami utrzymania

komfortu klimatycznego w budynku pasywnym

The strategy of optimal control of indoor climate comfort in

passive buildings

RUBRYKI

Tam byliśmy

Ogólnopolskie Forum Odnawialnych Źródeł Energii 2009

AUTOMATICON 2009

EXPOtherm

I Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna

HYPOCAUSTUM 2009

VI Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Szkoleniowa p.t.:

„Nowe urządzenia, materiały i technologie w wodociągach

i kanalizacji, INSTAL-WOD-KAN 2009”, połączona

z wystawą

V Ogólnopolska Konferencja Naukowo–Techniczna

„Aktualne zagadnienia w uzdatnianiu i dystrybucji wody”

Nowe wyroby i systemy

Listy do Redakcji

Wiadomości

OFERTA

Ośrodek Informacji TECHNIKA INSTALACYJNA W BUDOW-

NICTWIE, wydawca miesięcznika INSTAL, przygotował nową, wyspe-

cjalizowaną ofertę dla producentów i dostawców wyrobów stosowanych

przy budowie sieci i instalacji w budynkach, a także dla inwestorów,

projektantów i wykonawców systemów instalacyjnych.

We współpracy z gronem doświadczonych ekspertów z poszczegól-

nych specjalności instalacyjnych, takich jak: ciepłownictwo, ogrzewnic-

two, wodociągi, kanalizacja, wentylacja, klimatyzacja i ochrona powie-

trza, sieci i instalacje gazowe (w tym autorów publikacji w miesięczni-

ku INSTAL), oraz specjalistów z zakresu prawa budowlanego, oferuje-

my Państwu opracowywanie szczegółowych informacji, adresowanych

do konkretnych przypadków, z którymi spotyka się dostawca, projek-

tant i wykonawca systemów instalacyjnych.

Przykładami takich problemów mogą być:

1. Wprowadzenie do obrotu i stosowania w budownictwie wyrobu

i ustalenie właściwego w danym przypadku dokumentu odniesie-

nia, z którym potwierdzana jest zgodność wyrobu, oraz sposobu

potwierdzania zgodności.

2. Oznakowanie wyrobu przy wprowadzaniu go do obrotu i stosowania

w budownictwie znakiem C€ i znakiem budowlanym.

3. Obowiązek ustalania wpływu instalacji na środowisko (kiedy, na

jakiej podstawie, sposób oceny i wymagane dokumenty).

4. Poprawne zastosowanie materiałów (tworzywa sztuczne, miedź,

stale stopowe) w instalacjach c.o., cw i gazów technicznych oraz

medycznych.

5. Rozliczanie kosztów zakupionego ciepła i wody na poszczególnych

użytkowników lokali w budynku.

6. Odstępstwo od warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać

budynki – jak je uzasadnić, jak i u kogo uzyskać na to zgodę.

7. Stosowanie Polskich Norm (PN-EN) i możliwość stosowania norm

innych krajów.

8. Ocenaenergetyczna budynku, lokalu lub części budynku stano-

wiącej samodzielną całość techniczno użytkową. Kiedy jest wyma-

gana i komu należy powierzyć jej wykonanie?

Chcemy pomóc Państwu w tych przypadkach, kiedy ogólnodostępne

przepisy, informatory i publikacje okażą się niewystarczające do rozwiąza-

nia konkretnego problemu. Oferujemy sporządzenie dla każdego przy-

padku, na obustronnie uzgodnionych warunkach, specjalnego rapor-

tu, zawierającego rozwiązanie postawionego problemu, z zachowa-

niem poufności udostępnionych nam w tym celu danych.

Podejmując tę inicjatywę chcemy częściowo wypełnić lukę,

wynikającą z braku opiniotwórczej działalności nieistniejącego od

1.04.2007 r. Centralnego Ośrodka Badawczo–Rozwojowego Techni-

ki Instalacyjnej INSTAL.

tel./fax: (022) 843 77 71

e-mail: redakcja@informacjainstal.com.pl

O dnawialne źródła energii

Porównanie energii wód termalnych

z energią paliwa umownego

Comparison between geothermal energy and conventional fuel energy

DR INŻ. PIOTR KUBSKI

Wprowadzenie

Jako wprowadzenie do poruszanej tematyki przedsta-

wiono treść pierwszej i drugiej zasady termodynamiki,

przy czym szczegółowo objaśniono te ważne prawa

przyrody.

Wskazano, że zasada zachowania energii oraz wyni-

kająca z niej pierwsza zasada termodynamiki, nie

dokonując jednak oceny przydatności energetycznej

poszczególnych zasobów, pozwala je wzajemnie prze-

liczać lub też dodawać do siebie mimo różnej ich

przydatności energetycznej. Dopiero wykorzystanie

pojęcia egzergii, związanej z drugą zasadą termody-

namiki, pozwala przeprowadzić poprawną ocenę

przydatności energetycznej określonego zasobu ener-

gii zarówno konwencjonalnej, jak i niekonwencjonal-

nej, w tym energii odnawialnej lub odpadowej.

W oparciu o pojęcie egzergii przeprowadzono przy-

kładowe porównanie wielkości określonego zasobu

energii wody termalnej z energią chemiczną paliwa

umownego. Wykazano, że przydatność energetyczna

węgla kamiennego jest o ponad trzy rzędy jednostek

wyższa od przydatności energetycznej wskazanego

zasobu wody termalnej. Na tej podstawie udowodnio-

no zatem niewłaściwość podawania zasobów energii

w jednostkach masy paliwa umownego.

W licznych opracowaniach dotyczących szczególnie zaso-

bów energii niekonwencjonalnej, a w tym i odnawialnej, spotyka

się ocenę tych zasobów wyrażoną w jednostkach masy paliwa

umownego. W szczególności autorzy prac z zakresu hydrogeolo-

gii wręcz lubują się w określaniu przydatności energetycznej

zasobów energii geotermalnej poprzez wyrażenie tych zasobów

w jednostkach masy paliwa umownego, np. [1,2].

W dodatku, w przypadku krajowych zasobów energii geoter-

malnej, charakteryzujących się wszak na ogół niskim lub co najwy-

żej średnim poziomem temperatury (na realnych głębokościach

eksploatacyjnych), tego typu procedura przeliczenia w zasadzie

niskoentalpowego nośnika energii geotermalnej na równoważne

zasoby (wysoko jakościowej) energii chemicznej zawarte w paliwie

kopalnym (wyrażone w jednostkach masy paliwa umownego) może

prowadzić, a nawet prowadzi, do poważnych nieporozumień.

W ten sposób można łatwo wykazać, że krajowe zasoby

energii zawarte w wodzie termalnej, choć na ogół niewysokotem-

peraturowej, są tego samego rzędu, lub wręcz przekraczają kra-

jowe zasoby węgla kamiennego. W publikacjach, np. [3], wska-

zano ponadto, że tak określonymi niskoentalpowymi zasobami

wody termalnej można pokryć z nadwyżką wieloletnie zapotrze-

bowanie gospodarki Polski na energię pierwotną, w tym i prze-

znaczoną do wytwarzania energii elektrycznej. Podano tam, że

zasoby energii geotermalnej wynoszące ok. 625 000 PJ, ponad

150-krotnie przekraczają roczne zapotrzebowanie na energię

pierwotną, wynoszące wszak ok. 4 000 PJ.

Sformułowanie to często powtarza się w różnych publikacjach

mających wykazać samowystarczalność energetyczną kraju,

którą zdaniem ich autorów należy wręcz wyłącznie oprzeć na

energii geotermalnej, zapewniającej po odpowiedniej konwersji

zarówno ciepło grzejne, jak i energię elektryczną.

Jako kolejny kuriozalny przykład takiego rozumowania można

zacytować dwa fragmenty artykułu [4]. W pierwszym fragmencie:

Potencjalne zasoby energii cieplnej zawarte w wodach geotermal-

nych występujących w tych samych zbiornikach i basenach, co

zasoby ropy naftowej i gazu ziemnego, oceniono ... na ok. 34 mld

ton ropy, czyli zasoby energii cieplnej zawartej w wodach geoter-

malnych są ponad 20-krotnie większe niż prognostyczne zasoby

wydobywalne węglowodorów i stanowią ponad 99 proc. odna-

wialnych zasobów energii w Polsce, przekraczające przeszło

150-krotnie nasze roczne potrzeby na energię .

Drugi cytat pochodzący również z pracy [4] to ... przy budo-

wie i eksploatacji nowych zakładów geotermalnych, których pro-

ponuje się zbudować do roku 2025 około 300, a do 2050 r. ok.

3000. Zbudowanie tej ilości zakładów geotermalnych umożliwiło-

The thesis discusses concepts of the first and second

law of thermodynamics.

It was confirmed that the first law of thermodynamics

allows for mutual recalculations of energy sources, as

well as adding them together – despite different energy

usefulness. Employment of the concept of exergy, linked

to the second law of thermodynamics allows to perform

the correct evaluation of energy usefulness of a specific

unconventional energy source, including renewable

energy and waste energy.

Based on the exergy concept, an illustration of a

comparison between specific quantities of a given

thermal water energy source and chemical energy of

conventional fuels has been compiled.

6/2009

www.informacjainstal.com.pl

by pokrycie potrzeb ciepłowniczych i elek-

trycznych energią geotermalną przynaj-

mniej w 70-80 proc.

Ostatnio, w związku z inwestycją doty-

czącą Geotermii Toruńskiej, ponownie i to

często pojawiają się liczne wypowiedzi

wprowadzające w błąd opinię publiczną,

np. [5-7]. Szczególnie przykrą informacją

jest stwierdzenie, że autorzy prac [3,6] są

prominentnymi działaczami Polskiej Geo-

termalnej Asocjacji i prowadząc działal-

ność publicystyczną nie są obiektywni.

Praca [5] podaje, że: Wody geoter-

malne występują w Polsce na obszarze

251 tys. km kwadratowych. Ich pojemność

wynosi ponad 6 tys. km sześc., co oznacza

2,5 objętości Morza Bałtyckiego. Wartość

energii cieplnej zawartej w tych wodach,

o temperaturze od kilkunastu do ponad

200 stopni C, tylko do głębokości 3 tys.

metrów, wynosi 625 tys. PJ (jedna jednost-

ka PJ odpowiada energii zawartej w około

23 tys. ton ropy naftowej). Energia ta,

porównywalna również do 34 mld ton

paliwa umownego (tpu).. [i dalej] … ener-

gia zawarta w złożach ropy i gazu Morza

Północnego kształtuje się tylko na pozio-

mie około 14 mld tpu. Energia geotermicz-

na pod obszarem naszego państwa, do

głębokości 10 km, wynosi około 100 mld

tpu i obecnie zarysowują się możliwości

korzystania z energii ciepła Ziemi.

Przykładowo można także podać za

pracą [6]: Polska jest w tej szczęśliwej sytu-

acji, że posiada własne zasoby surowcowe

– największe w Europie złoża węgla

kamiennego, złoża węgla brunatnego,

złoża gazu i ropy naftowej, zasoby bioma-

sy, a przede wszystkim gigantyczne zasoby

geotermalne, objętościowo równe dwóm

Morzom Bałtyckim. Uruchomienie tego

potencjału zapewniłoby naszemu krajowi

samowystarczalność energetyczną.

Podobnie w pracy [7] podano np.: że

w 1985 r. pod kierunkiem prof. Sokołow-

skiego oznaczono, że objętość wód i par

geotermalnych do głębokości 3 km kształ-

tuje się na poziomie 6 tys. km sześc. To tak,

jak byśmy chodzili po powierzchni 2,5

objętości Bałtyku. Proszę się nie martwić,

ta woda znajduje się w porach geologicz-

nych, tak że nikt nie utonie. Obliczyliśmy,

że nasze zasoby geotermalne kształtują

się na poziomie 34 mld ton paliwa umow-

nego, co odpowiada 34 mld ton ropy,

z tym że przewaga zasobów geotermal-

nych nad ropą polega na tym, iż są to

zasoby niezniszczalne, czyli stałe. Dla

przykładu, energia gazu i ropy w Morzu

Północnym kształtuje się na poziomie 14

mld ton paliwa umownego.

Trzeba tu nawet uzupełnić wypowiedź

autora tekstu [7], że nie tylko nie grozi

utonięcie, ale i w dodatku nie grozi poważ-

niejsze oparzenie, i to wbrew błędnie

deklarowanej temperaturze do ponad 200

stopni C, tylko do głębokości 3 tys. metrów .

Warto tu podkreślić, że tzw. stopień geo-

termiczny wynosi średnio ok. 30 K/km, co

właśnie zabezpiecza przed wspomnianym

oparzeniem. Można jeszcze tu dodać, że

właśnie występowanie wody termalnej

w porach i szczelinach struktury geolo-

gicznej stanowi główne utrudnienie jej

wydobywania i co istotniejsze, jej ponow-

nego zatłaczania.

Celem publikacji jest więc wyjaśnienie

niewłaściwej procedury zamiany geoener-

gii na energię paliwa umownego, ale

często spotykanej, choć prowadzącej do

ewidentnego wprowadzania w błąd czy-

telników. By wyjaśnić ten problem należy

więc wykorzystać stosowne pojęcia fizyki

i prawa przyrody.

Dlatego też w niniejszej pracy przypo-

mniano dwie podstawowe zasady termody-

namiki, odpowiednio szeroko je omawiając.

Wskazano, że choć pierwsza z nich pozwa-

la dodawać do siebie różne zasoby energii

i sposoby jej przekazywania, nie różnicując

ich, ale dopiero druga zasada w oparciu

o pojęcie entropii i egzergii pozwala ocenić

przydatność energetyczną określonego

zasobu. Dla lepszej ilustracji tych proble-

mów w końcowej części tego artykułu prze-

prowadzono porównanie określonego

zasobu energii geotermalnej zawartej

w jednostce masy wody termalnej z zaso-

bem energii chemicznej zawartej w jednost-

ce masy węgla kamiennego, wykazując ich

niewspółmierność energetyczną.

przyrost energii wewnętrznej

U 1-2 = U 2 – U 1

równy jest zmianie energii wewnętrznej

między dwoma krańcowymi stanami tego

układu, charakteryzującymi stan począt-

kowy (1) i końcowy (2) przemiany,

Q 1-2 – ciepło doprowadzone do układu

podczas realizowanej przemiany

1-2,

L 1-2 – (objętościowa) praca (bezwzględ-

na) wykonana podczas przemiany

1-2.

Warto w tym miejscu przypomnieć, że

praca i ciepło są sposobami przekazywa-

nia energii i nie są formą energii.

Treść zapisu I ZT można więc wyrazić

słownie poprzez stwierdzenie, że przyrost

energii wewnętrznej układu zamkniętego

równy jest różnicy między doprowadzo-

nym do układu ciepłem a wykonaną przez

układ pracą.

Mimo że jesteśmy przekonani o różnej

przydatności energetycznej zarówno cie-

pła, jak i pracy, to jednak odejmujemy od

siebie te dwie pozycje bilansu energetycz-

nego, wszak opierając się na zapisie I ZT.

Jeszcze jedna uwaga odnośnie do

wyrażania zasobów energetycznych

w jednostkach paliwa umownego.

Otóż rozporządzenia zarówno już nie

obowiązujące [8,9], jak i aktualne

(z 30.11.2006 r.) [10] o legalnych jednost-

kach miar dopuszczonych do stosowania

w kraju nie zawierały i nie zawierają

takiej jednostki, jak. np. t p. u. (tona pali-

wa umownego). Nawiasem mówiąc taka

jednostka wymaga podania dokładnej

wartości zastosowanego równoważnika

pozwalającego przeliczać jednostki okre-

ślonego zasobu energii niekonwencjonal-

nej na jednostki energii paliwa umowne-

go. W praktyce utarło się, że wartość

energetyczna paliwa umownego scharak-

teryzowana jest najczęściej wartością

opałową najlepszego gatunku węgla

kamiennego, czyli 29,3 MJ/kg. Ta wartość

pochodzi z odpowiedniego przeliczenia

okrągłej wartości opałowej węgla wyrażo-

nej w “starych” nieużywanych już dzisiaj

jednostkach, jako równej 7 Mcal/kg.

Spotyka się również inną podobną

jednostkę energii: równoważna (ekwiwa-

lentna) tona oleju opałowego (t o. e.).

Wymaga ona również podania odpo-

wiedniego równoważnika energetycznego

pozwalającego przeliczać masę tego pali-

wa na równoważne jednostki energii.

Zwykle tutaj przyjmuje się wartość 41,9

MJ/kg, ale spotyka się również nieco wyż-

sze wartości tego równoważnika.

A zatem dla jednoznaczności zapisu

krajowe zasoby energii geotermalnej

Pierwsza zasada

termodynamiki

Jednak wspomniane podejście do

przeliczania zasobów energii geotermal-

nej na energię chemiczną jest dopuszczal-

ne i w dodatku zgodne z zasadą zacho-

wania energii (ZZE). Zasada ta jednak nie

dokonuje oceny przydatności energetycz-

nej poszczególnych zasobów, tylko pozwa-

la je wzajemnie przeliczać lub też doda-

wać do siebie mimo różnej ich przydatno-

ści energetycznej.

Jeszcze bardziej dokładnie wyraża to

pierwsza zasada termodynamiki (I ZT),

stanowiąca wszak rozszerzenie zasady

zachowania energii o pojęcie ciepła

i pracy.

Popularny zapis I ZT dla układu

zamkniętego (o niezmiennej masie) przyj-

muje postać:

U 1-2 = Q 1-2 – L 1-2 ,

gdzie:

www.informacjainstal.com.pl

6/2009

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: