Secţiunea 4 - 3.2.4. Consumuri energetice pentru stocarea căldurii/frigului - Metodologie din 2023 DE CALCUL AL PERFORMANŢEI ENERGETICE A CLĂDIRILOR, INDICATIV Mc 001-2022
M.Of. 46 bis
În vigoare Versiune de la: 16 Februarie 2023
SECŢIUNEA 4:3.2.4. Consumuri energetice pentru stocarea căldurii/frigului
(1)3.2.4.1. Generalităţi, metode de calcul
Metodele de calcul prezentate se referă la performanţa energetică a sistemelor de stocare a energiei de răcire şi cuprind:
- metodă detaliată de calcul orar, care poate fi adaptată pentru orice alt pas de timp, în funcţie de scenariile utilizate pentru determinarea consumului de energie şi energia de răcire furnizată,
- metodă simplificată de calcul lunar sau anual.
Metodele se referă la calculul consumului de energie pentru următoarele soluţii de stocare a energiei:
- stocarea fără schimbare de fază (mediu de stocare, de obicei apa)
- stocarea folosind puterea latentă a apei/gheţii: gheaţa se formează la exteriorul conductelor prin care circulă fluidul frigorific
- stocarea folosind puterea latentă a unui alt material (decât apa) cu schimbare de fază.
Sistemul de stocare pentru răcire este format din: a) circuitul primar dintre generatorul de frig şi unitatea de stocare, b) unitatea de stocare şi c) sistemul de distribuţie (conducte şi pompa de circulaţie). O schemă simplificată este dată în figura următoare 3.15:
(2)3.2.4.2. Date de intrare
Datele de intrare ale echipamentelor trebuie furnizate de producători; în absenţa lor, se pot utiliza valorile indicate în tabelul 3.7, conform SR CEN/TR 16798 -16 sau valori determinate la nivel naţional.
Tabel 3.7. Valori pentru diferite tipuri de sisteme de stocare
Date privind sistemele de stocare a frigului: stocare apă rece, stocare gheaţă sau stocare folosind un material cu schimbare de fază, altul decât apa (PCM).
- Date privind concepţia procesului şi locul de amplasare a sistemului de stocare: într-un spaţiu răcit, într-un spaţiu nerăcit sau la exterior.
- Date privind sistemul de reglare a stocării frigului, care poate fi: stocare continuă, stocare programată în timp, stocare dependentă de temperatura exterioară, stocare bazată pe previziunea necesarului de frig.
(3)3.2.4.3. Metoda de calcul orar; procedura de calcul, mărimi de ieşire
- Calculul condiţiilor de funcţionare;
- Cantitatea de căldură necesară pentru a fi extrasă din sistemul de distribuţie a frigului se determină din proiect. Sistemul de reglare determină modul de funcţionare pentru stocarea energiei, furnizarea energiei de răcire sau o combinaţie între acestea.
Temperatura necesară a fluidului la intrarea în sistemul de stocare este:
Calculul energetic - etape de calcul
- Etapa 0 - Iniţializarea
În condiţii initiale, toate temperaturile în interiorul unităţii (unităţilor) de stocare termică sunt egale cu temperatura setată.
- Etapa 1 - Determinarea energiei stocate
Energia stocată este suma dintre energia sensibilă stocată (în fază lichidă şi solidă) şi energia latentă, pentru tipul de mediu de stocare considerat (apă sau PCM).
Energia sensibilă stocată (fază lichidă) este:
Energia latentă stocată este:
Energia stocată totală este:
Notă: Valoarea maximă QC;sto;max se atinge atunci când întreaga masă disponibilă a fost transformată în fază solidă şi când temperatura la interiorul fazei solide nu poate fi micşorată.
Factorul de comandă pentru operaţiunea de stocare se stabileşte în funcţie de opţiunile de reglare, prezentat sintetic în figura 3.16.
- Etapa 2 - Bilanţul energetic după furnizarea energiei de răcire
Energia este furnizată în funcţie de comanda sistemului de reglare. Energia furnizată sistemului de distribuţie este limitată la energia stocată, şi la energia de intrare în sistemul de generare a frigului.
Pierderile termice în porţiunea de generare a sistemului sunt:
Pierderile termice ale sistemului de distribuţie, spre sistemul de emisie a frigului sunt:
Pierderile termice ale unităţii de stocare:
- Etapa 3 - Evoluţia în faza lichidă şi solidă după furnizarea energiei de răcire (stocarea gheţii şi a PCM) şi energia absorbită pentru unitatea de generare a frigului
Transferul de masă solidă (solid-lichid) este folosit pentru a echilibra energia utilizată şi energia absorbită. Energia considerată este suma diferitelor fluxuri energetice:
O variaţie pozitivă semnifică o diminuare a masei fazei solide.
Cazul 1 - Stocare gheaţă
Ipoteza 1: grosimea stratului de gheaţă este constantă pe toată lungimea conductei.
Ipoteza 2: distribuţia de temperatură în faza solidă este liniară.
Grosimea iniţială a stratului de gheaţă se determină cu relaţia următoare:
Diferenţa de masă a gheţii pentru intervalul de calcul curent este:
În final, grosimea dC,sto se determină cu relaţia:
Masa solidă de gheaţă corespunzătoare, este:
Cazul 2 - Stocare cu materiale PCM
Transferul de masă se realizează la interiorul celulei ce conţine PCM.
Ipoteza 1: toate celulele de PCM sunt în stare identică (nu există stratificare termică)
Ipoteza 2: nu se consideră niciun efect histerezis datorat gradientului de temperatură pe durata schimbului de energie.
Transferul de masă între faza lichidă şi cea solidă se calculează astfel:
Temperatura medie în faza solidă se determină astfel:
- Partea de energie provenită de la generarea frigului, utilizată pentru stocare în formă sensibilă este:
Această valoare trebuie să fie pozitivă sau egală cu 0; dacă rezultatul formulei (18) este negativ, partea de energie de intrare este limitată la:
Variaţia masei este limitată la cantitatea de material PCM stocat la începutul intervalului de calcul. Temperatura medie în faza lichidă se obţine cu relaţia:
Energia consumată de echipamentele auxiliare se calculează în funcţie de timpul de funcţionare a pompelor pentru energia extrasă din sistemul de distribuţie (dacă nu a fost considerată la sistem), precum şi al pompei pentru energia extrasă din sistemul de stocare, de sistemul de generare şi furnizat stocării (dacă nu a fost considerată la sistemul de generare).
Dacă energia nu a fost considerată la partea de generare a frigului, modul de calcul se repetă similar pentru pompa utilizată pentru extragerea energiei din unitatea de stocare.
Pierderi termice recuperabile
Pierderile termice recuperabile ale unităţii de stocare reprezintă o combinare a pierderilor termice recuperabile ale unităţii de stocare şi energia termică recuperabilă de la echipamentele auxiliare.
QC;sto;aux;ls;rbl = -WC;sto;aux x faix;rbl [kWh] (3.120)
QC;sto;ls;rbl = -(QC;sto;out;ls + QC;sto;ls + QC;sto;in;ls) x fC;sto;rbl [kWh] (3.121)
QC;sto;ls;tot;rbl = QC;sto;aux;ls;rbl + QC;sto;ls;rbl [kWh] (3.122)
Dacă temperatura de stocare este mai mică decât temperatura ambiantă, pierderile termice au semn negativ.
(4)3.2.4.4. Metoda de calcul lunar
Se aplică pe o perioadă de timp lunară sau anuală. Energia care trebuie stocată EC;sto;in este o dată de proiectare.
Pentru calculul lunar şi anual, se consideră următoarele ipoteze:
- Pierderile termice sunt constante, şi
- Utilizarea zilnică a energiei corespunde unei valori medii a necesarului de energie pentru intervalul de calcul considerat.
Perioada de timp corespunzătoare (toff;max) este calculată şi considerată separat pentru bilanţul energetic.
- Bilanţul energetic pentru intervalul de calcul
Bilanţul energetic este:
QC;sto;gen;out = -QC;sto + QC;sto;out + QC;sto;in;ls + QC;sto;ls + QC;sto;aut;ls [kWh] (3.123)
Delta QC;sto - variaţia energiei stocate în intervalul de timp considerat. Această variaţie este limitată la diferenţa dintre energia stocată la începutul stocării (Esto = 0) şi diferenţa dintre capacitatea maximă a unităţii de stocare şi energia stocată la începutul acestui interval.
-QC;sto (t) < Delta QC;sto < QC;sto;max - QC;sto (t) [kWh] (3.124)
Pierderile termice corespunzătoare părţii de generare a sistemului de distribuţie:
QC;sto;out;ls = HC;sto;ls;out x (tetasto;amb - tetaC;sto;out)x tci [kWh] (3.125)
Pierderile termice în sistemul de distribuţie:
QC;sto;in;ls = HC;sto;ls;in x (tetasto;amb - tetaC;sto;in) x tci [kWh] (3.126)
Pierderile termice în unitatea de stocare:
QC;sto;stb;ls = HC;sto;stb;ls x (tetasto;amb - tetaC;sto;in) x tci [kWh] (3.127)
Energia extrasă din sistemul de distribuţie:
QC;sto;out (este calculată pe baza mediei zilnice a energiei utilizate pentru pasul de calcul considerat)
- Calculul energiei auxiliare
Acest calcul se realizează pe baza duratei de funcţionare a pompei:
Cantitatea de energie furnizată se obţine în funcţie de puterea electrică a pompei:
Acelaşi tip de calcul se aplică pompei pentru intrarea energiei de răcire în unitatea de stocare.
Energia corespunzătoare furnizată se obţine în funcţie de puterea electrică a pompei:
Energia auxiliară totală este:
WC;sto;aux = WC;sto;gen;aux;out + WC;sto;aux;in [kWh] (3.132)
- Pierderile termice recuperabile
Pierderile termice recuperabile ale unităţii de stocare reprezintă pierderile termice recuperabileproprii unităţii de stocare şi energia termică recuperabilă din energia auxiliară, exprimate prin relaţiile următoare:
QC;sto;aux;ls;rbl = -WC;sto;aux x fC;aux;ls;rbl [kWh] (3.133)
QC;sto;ls;rbl = (QC;sto;out;ls + QC;sto;ls + QC;sto;in;ls) x fC;sto;ls;rbl [kWh] (3.134)
QC;sto;ls;tot;rbl = QC;sto;aux;ls;rbl + QC;sto;ls;rbl [kWh] (3.135)
(5)3.2.4.5. Exemplu de calcul
Acest exemplu se referă la determinarea consumurilor energetice pentru stocarea căldurii/frigului. Datele de intrare pentru un sistem de stocare a gheţii cu funcţionare continuă (CONT) sunt cuprinse în tabelul 3.8 următor. Desfăşurarea calculului este indicată în tabelul 3.9. Tabelul 3.10 cuprinde ezultatele calculului.
Tabelul 3.8
Calculul energetic - Etape de calcul
Tabelul 3.9 Desfăşurarea calculului referitor la stocarea energiei
Notă: pentru semnificaţia (*am) - numerotarea relaţiilor din paranteză corespunde formulelor din actuala metodologie
Metoda de calcul aplicată furnizează datele de ieşire din tabelul următor:
Tabelul 3.10 Date de ieşire calculate
