17

Wytwarzanie i kumulacja ciepła

generowanego przez dach

budynku inwentarskiego

Jerzy Karłowski, Tomasz Kołodziejczyk,

Andrzej Myczko

Instytut Budownictwa Mechanizacji

i Elektryfikacji Rolnictwa

1. Wstęp

Gospodarcze wykorzystanie energii słonecznej w produkcji rolniczej

wymaga udoskonalenia systemu magazynowania ciepła i systemu zarządzania
energią w gospodarstwie rolnym. W tej specyficznej produkcji konieczna jest
bowiem ciągła podaż energii [1].

Założono, że system centralnego ogrzewania budynku, dla którego źró-

dłem ciepła jest energia cieplna ziemi będzie funkcjonalnie połączony z „da-
chem energetycznym”, wyposażonym w kolektory słoneczne zintegrowane
z pokryciem dachowym, który umożliwi zwiększenie o 40% wydajności sondy
geotermalnej z 60 [W/m] do blisko 100 [W/m].

Celem pracy było określenie ilości energii możliwej do wygenerowania

z opisanego powyżej systemu zainstalowanego na oborze oraz opracowanie
algorytmu doboru parametrów systemu w zależności od planowanego sposobu
odzyskiwania, gromadzenia i wykorzystania energii cieplnej.

Jerzy Karłowski, Tomasz Kołodziejczyk, Andrzej Myczko

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

278

2. Opis techniczny obiektu modelowego

System dachu energetycznego połączonego z układem kumulacji ciepła

w złożu gruntowym zainstalowano na dachu obory.

Część powierzchni dachu obory pokryto tzw. „dachem energetycznym”.

Ogólny widok dachu przedstawia rys. 1.

Łączna powierzchnia pięciosegmentowego dachu energetycznego jest

równa (5 x 1,0 x 10,5) m = 52,5 m

2

.

Nośnikiem ciepła jest wodny roztwór glikolu. Wszystkie panele dacho-

we połączone są wspólnym kolektorem, który przenosi ciepło za pomocą nośni-
ka do gruntowego wymiennika ciepła umieszczonego w pobliżu budynku ma-
gazynowego.

Rys. 1. Widok ogólny obory z dachem energetycznym.
Fig. 1. General view of a barn with energetic roof

Podstawowym elementem konstrukcyjnym jest blacha trapezowa, której

płaskie powierzchnie pomiędzy trapezowymi wzniesieniami mają szerokość
równą lub większą od 150 mm. Pas blachy zawiera cztery takie płaskie po-
wierzchnie. Dla celów badawczych każdy segment dachu wyposażono w dwa
panele wodne. Panele wodne o długości 10 m przyklejono do płaskich fragmen-
tów blachy. Całość segmentu jest od spodu zaizolowana pianką poliuretanową
(rys.2).

Wytwarzanie i kumulacja ciepła generowanego przez dach budynku ...

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

279

Rys. 2. Widok przekroju przez segment dachu
Fig. 2. Cross section view of the roof

segment

„Dach energetyczny” w badaniach potraktowano jako nieosłonięty ko-

lektor słoneczny. Kolektor ten, w postaci polipropylenowej płyty kanałowej
umieszczono w izolacji cieplnej dachu i przykryto blachą stalową. Polipropyle-
nowa płyta posiada 11 kanałów o wymiarach 11,5 x 12,6 mm. Całkowita szero-
kość płyty jest równa 140 mm. Przepływ czynnika wynosił 0,02 [kg/(s·m

2

)]

(odpowiada to natężeniu przepływu 180 [dm

3

/h] na każdy segment dachu

o długości 5 m z dwoma płytami przypadającymi na 1 metr szerokości). Prze-
wodzenie ciepła jest określone przez laminarny przepływ w kanałach
o przekroju prostokątnym. Przepływ 0,02 [kg/sm

2

] znajduje się przy dolnej

granicy tego obszaru.

W opisywanej instalacji doświadczalnej jako nastawę wyjściową zasto-

sowano przepływ cieczy obiegowej równy: V = 2 · 180 · 5 = 1800 [dm

3

/h]

Możliwości kumulacyjne dachu energetycznego obliczone na podstawie

danych technicznych paneli wodnych, dochodzą do 3 [GJ/m

2

] w ciągu roku.

Jest to w przybliżeniu 830 [kWh/m

2

]. Dach energetyczny o powierzchni 52,5 m

2

zainstalowany na dachu obory potencjalnie może skumulować w ciągu roku:

Q = 3 [GJ/m

2

] · 52,5 [m

2

] = 157,5 [GJ/rok] = 43,6 [MWh/rok]

Aktywne elementy (panele wodne) połączone są systemem obiegowym

całego układu. Na rysunku 3 przedstawiono ogólny schemat instalacji cieczy
obiegowej w układzie.

Dla zapewnienia jednakowego przepływu cieczy przez panele wodne

dachu energetycznego, rury zbierające wodę z paneli znajdujących się w dachu
połączono w układ Tichelmanna.

W systemie wykorzystano kompaktową pompę ciepła typu WPWE

8KW firmy Stiebel Eltron. Pompa jest przystosowana do pracy w układzie wo-
da/woda lub glikol/woda. Zakres temperatur na wejściu do pompy: dla wody:
+7 do +40°C, dla glikolu: -5 do +54°C. W zależności od zapotrzebowania
cieplnego woda grzewcza może być ogrzana do temperatury od 15°C do 65°C.

Jerzy Karłowski, Tomasz Kołodziejczyk, Andrzej Myczko

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

280

Rys. 3. Schemat instalacji odzysku i kumulacji ciepła
Fig. 3. Diagram of the heat recuperation and accumulation system

2.1. Sondy geotermiczne

W systemie znajdują się cztery jednakowe tzw. sondy geotermiczne [2],

czyli wymienniki ciepła. Każda sonda w kształcie litery „U” jest wykonana
z rury polietylenowej o średnicy d

z

= 32 mm. Stopa litery „U”, wykonana

z betonu, znajduje się na głębokości 50 m. Zastosowana rura oddziela ciecz
obiegową od gruntu i całkowicie eliminuje przedostawanie się cieczy do złoża.
Możliwe jest jedynie przenikanie ciepła od cieczy obiegowej do złoża grunto-
wego [3]. Układ czterech sond pokazano na rys. 4.

Dane techniczne gruntowego wymiennika ciepła są następujące:

¾

średnica odwiertu (technologiczna):

0,10 m

¾

średnica odwiertu przyjęta do obliczeń:

0,07 m

¾

średnica zewnętrzna rury poliuretanowej

0,032 m;

¾

średnica wewnętrzna rury poliuretanowej

0,027 m;

¾

grubość ścianki

rury

0,003

m

¾

głębokość odwiertu

50 m;

¾

długość wymiennika ciepła (sondy)

49 m;

¾

powierzchnia wymiany ciepła jednej sondy

9,85 m

2

.

Wytwarzanie i kumulacja ciepła generowanego przez dach budynku ...

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

281

Rys. 4. Układ czterech sond geotermicznych w obiekcie doświadczalnym.
Fig. 4. Set of four geothermic bore holes installation in the experimental object

Odległość pomiędzy odwiertami jest jednakowa i wynosi 9,5 m.

3. Uproszczony model magazynowania ciepła w złożu

Przepływ ciepła przez złoże gruntowe w otoczeniu sondy geotermicznej

dla celów obliczeniowych przyrównano do przepływu ciepła przez grubościen-
ną rurę o nieskończonej długości. Przyjęto zatem następujące założenia:
1. Długość sondy (głębokość odwiertu) 49 m można uznać za nieskończoną

w porównaniu z niewielką średnicą odwiertu 80 mm (dwie rury d

z

= 32 mm).

2. W każdym punkcie długości sondy temperatura na jej powierzchni jest jed-

nakowa i równa średniej arytmetycznej z dwóch przewodów rurowych. Jest
to uproszczenie wystarczające dla przeprowadzenia obliczeń rozkładu tem-
peratury w pewnej odległości od sondy.

3. Pominięto wahania temperatury w gruncie na głębokości do 4÷5 m wynika-

jące ze zmian pór roku. Na powierzchni gruntu i w warstwach podpo-
wierzchniowych przyjęto taką samą temperaturę jak dla warstw głębokich.

4. Na całej długości sondy materiał gruntu jest jednorodny i ma własności

izotropowe.

5. W obliczeniach jako średnicę wewnętrzną hipotetycznej grubościennej rury

przyjęto 50 mm, a jako średnicę zewnętrzną przyjęto średnicę walca złoża,
do którego dociera ciepło, tj. w której zmiany temperatury gruntu pod
wpływem kumulacji, są już pomijalnie małe, przyjęto średnicę równą 6 m,
(przy odległości pomiędzy odwiertami równej 9,5 m).

6. Przyjęto, że na powierzchni walcowej zewnętrznej temperatura jest taka

sama jak gruntu rodzimego na całej długości sondy i jest równa T

o

= +10°C.

7. Temperatura na wewnętrznej średnicy hipotetycznej grubościennej rury, tj.

na powierzchni sondy na całej jej długości jest równa średniej arytmetycz-
nej temperatury na wejściu i wyjściu do sondy.

Jerzy Karłowski, Tomasz Kołodziejczyk, Andrzej Myczko

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

282

Ilość ciepła skumulowana w każdej elementarnej objętości gruntu zale-

ży od przyrostu jej temperatury ponad temperaturę początkową.

Przyrost temperatury, maleje w miarę zwiększania odległości od rdze-

nia sondy. W związku z tym można wyobrazić sobie szereg współśrodkowych
powierzchni walcowych, podobnych do słoi w pniu drzewa, o coraz niższych
temperaturach. Model przyjęty dla opisu pola temperatur w grubościennej rurze
jest wystarczający dla celów technicznych badanej instalacji.

Rys. 5. Hipotetyczny rozkład temperatury, gdy: a) T

o

< T

śr

, b) T

o

> T

śr

.

Średnica walca D

z

= 2R

Fig. 5. Hipothetical distribution of temperature, when : a) T

o

< T

śr ,

b) T

o

> T

śr.

.

Cylinder diameter D

z

= 2R

Objętość walca ziemi wokół jednej sondy:
Przyjęto do obliczeń R = 3 m. Założono, że zmiany temperatury w odle-

głości większej niż 3 metry od sondy są pomijalnie małe i nie mają znaczącego
wpływu na bilans cieplny.

Objętość złoża o średnicy 6 m i głębokości 49 m wyrażona wzorem:

s

2

L

R

V

⋅

⋅

π

=

jest równa: V

g

= π · R

2

· L

s

= 3,14 · 3

2

· 49 = 1384,7 m

3

= 1385 m

3

Rodzaj skały: glina zwałowa – na podstawie mapy geologicznej dla

m. Poznania – Strzeszyn – Podolany.

Masa złoża gruntowego biorącego udział w wymianie ciepła jest równa:

M

g

= V

g

· ρ = 1385 · 1800 =2493000 kg

a)

b)

Wytwarzanie i kumulacja ciepła generowanego przez dach budynku ...

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

283

Temperatura w gruncie w odległości r od sondy

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

0,05

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

3,0

Odległość od sondy, m

T

em

p

er

at

ur

a w

g

run

ci

e,

d

eg

. C

Rys. 6. Rozkład temperatury pod koniec kumulowania ciepła (krzywa czerwona) i pod

koniec pobierania ciepła (krzywa niebieska)

Fig. 6. Temperature distribution at the end of heat accumulation (red curve) and at the

end of heat take up (blue curve)

Masa właściwa gruntu w złożu:

ρ = 1800 kg/m

3

Ciepło właściwe gruntu w złożu:

C

p

= 1840 J/(kg x K) [2].

Ilość ciepła możliwa do skumulowania w czterech obliczeniowych wal-

cach gruntu przy wzroście temperatury wody powracającej z gruntu z 10° do 14°C.

Q = 4 · M

g

· C

p

· (T

śr

– T

o

) (1)

gdzie:

M

g

– masa gruntu, M

g

= 2 493 000 kg,

C

p

– ciepło właściwe gruntu w złożu: C

p

= 1840 J/(kg · K),

T

o

– temperatura początkowa gruntu, T

o

= 10°C,

T

śr

– temperatura średnia złoża po zakończeniu kumulacji (obliczenie

pozostaje w posiadaniu autorów).

Całe złoże składające się z czterech odwiertów przy uruchomieniu złoża

może skumulować: Q

c

= 4 · 5 505 = 22 018 MJ.

Ilość ciepła możliwa do pobrania z czterech walców złoża przy obniża-

niu jego temperatury od +10°C do +4°C:

Załażono „czyste” oziębianie, bez uzupełniania ciepłem z głębi Ziemi.

Q = 4 · M

g

· C

p

· (T

śr

– T

o

)

y = – 1,265 ln(x) + 13,36

y = 1,8778 ln(x) + 4,984

Jerzy Karłowski, Tomasz Kołodziejczyk, Andrzej Myczko

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

284

gdzie:

T

śr

– temperatura średnia złoża po zakończeniu pobierania ciepła (obli-

czenie pozostaje w posiadaniu autorów).

Całe złoże składające się z czterech odwiertów może oddać:

Q

c

= 4 · 8 303 = 33 212 MJ.

Przy pobieraniu ciepła ze złoża można stosować metodę superpozycji.

Pobiera się ciepło ze złoża za pomocą sondy o temperaturze +14° do temperatu-
ry +10°C, a następnie od +10 C do +4 C, przy czym, jak podaje literatura, sku-
mulowane ciepło odzyskuje się zaledwie w 80%.

Łączna ilość ciepła skumulowana w gruncie jest równa:

Q

ck

= 22 018 + 33 212 = 55 230 MJ

Oszacowana ilość ciepła odzyskanego ze złoża jest równa:

G

odz

= 0,8 · Q

ck

= 0,8 · 55 230 = 44 184 MJ = 44,18 GJ

W rzeczywistości gruntowy magazyn ciepła pełni podwójną rolę:

a. dolnego źródła ciepła pochodzącego z głębi ziemi;
b. bufora odpornego na wahania „podaży” ciepła dostarczanego przez dach

energetyczny i wyrównującego wahania zapotrzebowania na ciepło ze
strony odbiorników.

4. Metoda badawcza i wykorzystana aparatura pomiarowa systemu

zbierania danych pomiarowych

Dla celów bilansu cieplnego i rejestracji odczytów, pomiary temperatur

i przepływów czynnika obiegowego wykonano metodami elektrycznymi.

Temperatury mierzono za pomocą czujników oporowych Pt100

z przetwornikami pomiarowymi. Dokładność pomiaru temperatury wody gorą-
cej wynosiła ±1°C a wody zimnej ±0,6°C. Z podobną dokładnością odbywał się
pomiar temperatury otoczenia.

Pomiar masowego przepływu czynnika realizowano za pomocą prze-

pływomierzy jednostrumieniowych z nadajnikami impulsów. Były to przepły-
womierze typu JS 90-2,5-NK i JS-10-NK (dostosowane do ciągłej pracy przy
temperaturze czynnika 90°C i temperaturze 50°C) i dopasowane do zakresu
wydajności przepływów.

Temperatury i przepływy przetworzone na sygnał prądowy automatyki

4÷20 mA były podawane na wejścia analogowe jednostki centralnej systemu
pamięci, co pozwalało na gromadzenie uzyskanych wyników pomiarów
z zainstalowanych w systemie czujników w zaprogramowanych odstępach czasu.

Wytwarzanie i kumulacja ciepła generowanego przez dach budynku ...

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

285

Tak zebrane wyniki były co 2÷3 tygodnie zgrywane z jednostki centralnej syste-
mu do arkusza kalkulacyjnego EXCEL w celu poddania ich dalszej analizie.

Dodatkowo zamontowano nadmuchowe wymienniki ciepła – „klima-

konwektory” do symulowania obciążeń cieplnych wtórnej strony wymiennika
ciepła. Brak możliwości całkowitego odebrania ciepła nie pozwoliłby na okre-
ślenie maksymalnej wydajności cieplnej instalacji kolektorów dachowych.

5. Wyniki bilansu energii cieplej instalacji

Pomiary i obserwacje przepływu energii w instalacji doświadczalnej

prowadzono od stycznia 2006 do grudnia 2006 roku.

Wyodrębniono następujące kierunki przepływu energii w instalacji:

1. Odbiór ciepła z dachu (z kolektorów słonecznych);
2. Dostarczanie ciepła do złoża gruntowego w ziemi;
3. Odbiór ciepła z ziemi w celu jego dalszego wykorzystania;
4. Ogrzewanie pomieszczeń i wstępne podgrzewanie ciepłej wody użytkowej.

Należy zaznaczyć, że w październiku 2006 zainstalowano nadmuchowy
wymiennik ciepła dla ogrzewania dojarni w oborze.

Okres badawczy podzielono zgodnie z kalendarzem na 12 miesięcy

i dla tych okresów wykonywano rejestrację wyników pomiarów oraz niezbędne
obliczenia. Zbiorcze wyniki do bilansu energii przedstawiono w tabeli 2.

Tabela 1. Bilans energii stanowiska doświadczalnego
Table 1. Energy balance for the experimental stand

odbiór

z dachu

dostarczanie

do ziemi

odbiór

z ziemi

ogrzewanie

miesiąc

[GJ] [GJ] [GJ] [GJ]

Styczeń 0,05 0,04 7,75 8,82
Luty 0,16 0,14 6,03 6,76
Marzec 0,80 0,66 7,15 8,60
Kwiecień

2,81 2,38 4,34 5,84

Maj 5,50

4,58

0 0

Czerwiec 7,02 5,65

0

0

Lipiec 8,91 7,03 0 0
Sierpień 5,20 3,37 0

0

Wrzesień 4,64 3,70

0

0

Październik

1,82 1,38 4,13 5,66

Listopad

0,99 0,53 9,96 13,38

Grudzień 0,19 0,16 10,75 14,19
Cały

rok:

38,09 29,62 50,11 63,25

Jerzy Karłowski, Tomasz Kołodziejczyk, Andrzej Myczko

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

286

W ciągu dwunastu miesięcy z wodnych paneli dachu energetycznego

odzyskano energię cieplną w ilości 38,09 GJ, a do złoża gruntowego przekaza-
no do zmagazynowania 29,62 GJ. Jest to 77,8% energii uzyskanej z dachu. Dla
celów ogrzewania oraz na pokrycie strat zużyto 63,25 GJ. Ze złoża gruntowego
system pobrał 50,11 GJ. Różnica równa około 13 GJ nie została skumulowana
w złożu, lecz natychmiast była skierowana do odbiorników ciepła, a także zo-
stała uzupełniona o ilość ciepła pobranego z głębi ziemi.

Tabela 2. Porównanie wyników ilości energii cieplnej obliczonych na podstawie mode-

lu i pomierzonych w wyniku obserwacji instalacji eksperymentalnej

Table 2. Comparison of the amount of heat energy computed an the basis of the model

with the amount measured during observation of the experimental system

Wielkość

Wg modelu,

[GJ]

Wielkość

Wynik

eksperymentu

[GJ]

Energia skumu-
lowana w gruncie

55,23

Energia zużyta na ogrze-
wanie (skumulowania
i pobrana z gruntu)

63,25

Energia odzyska-
na z gruntu

44,18

Energia odzyskana
z gruntu

50,11

Niewielkie różnice pomiędzy wartościami obliczonymi za pomocą mo-

delu, wartościami uzyskanymi z pomiarów i obliczeń, równe około 12%, uzy-
skane przy niestabilnych warunkach rzeczywistych, potwierdzają trafność zało-
żeń obliczeniowych i skłaniają do dalszych prac prowadzących do wprowadze-
nia współczynników korygujących, uwzględniających warunki rzeczywiste.
Wyniki bilansu graficznie przedstawiono na rysunku 7.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

St

yc

ze

ń

Lu

ty

Ma

rz

ec

Kw

ie

cie

ń

M

aj

C

ze

rw

ie

c

Li

pie

c

Si

erpi

eń

W

rze

si

eń

Pa

źd

zi

ern

ik

List

op

ad

G

ru

dz

ie

ń

miesiąc

E

n

er

gi

a c

iepl

n

a

, [

G

J]

odbiór z dachu

dostarczanie do ziemi

odbiór z ziemi

ogrzewanie

Rys. 7. Bilans energii stanowiska doświadczalnego
Fig. 7. Energy balance for the experimental stand

Wytwarzanie i kumulacja ciepła generowanego przez dach budynku ...

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

287

Wyraźnie większa różnica pomiędzy energią zużytą na ogrzewanie

a energią pobraną ze złoża gruntowego w miesiącach [listopad – grudzień]
w porównaniu z okresem [styczeń – luty] wynika z tego, że jesienią zainstalo-
wano dodatkowy odbiornik energii: nadmuchowy wymiennik ciepła dla ogrze-
wania dojarni w oborze.

Wyjaśnienie zagadnienia uzupełniania ciepła skumulowanego w złożu

gruntowym przez ciepło czerpane z głębi ziemi wymaga poszerzenia i kontynu-
owania prac badawczych.

Podstawowym sposobem eksperymentalnego wyznaczenia możliwości

kumulowania i oddawania energii przez złoże gruntowe jest obciążanie systemu
odbiornikami ciepła (nagrzewnicami).

6. Wnioski

1. W ciągu 12 miesięcy z 52.2 m

2

dachu energetycznego odzyskano energię

cieplną w ilości 38,09 GJ.

2. W złożu gruntowym zmagazynowano 29.62 GJ co stanowi 77,8% energii

uzyskanej z dachu.

3. Dla celów grzewczych oraz na pokrycie strat zużyto 63,25 GJ. Ze złoża

gruntowego system pobrał 50,11 GJ. Różnica, około 13 GJ została skiero-
wana bezpośrednio do odbieralników ciepła.

4. Różnice pomiędzy wartościami obliczonymi z modelu, a wartościami po-

miarowymi wynoszące ok. 12%, uzyskane przy niestabilnych warunkach
rzeczywistych, potwierdzają trafność założeń przyjętych do obliczeń
i wskazują na konieczność prowadzenia dalszych badań w celu opracowa-
nia współczynników korygujących, uwzględniających warunki rzeczywiste.

5. Wyjaśnienie zjawisk związanych z uzupełnianiem potencjału energetyczne-

go złoża gruntowego ciepłem z głębi ziemi wymaga poszerzenia i kontynu-
owania badań.

Literatura

1. Myczko A., Kreis-Tomczak K.. Pawlak S., Rzeźnik W.: Budynek inwentarski

z dodatnim bilansem energetycznym. Inżynieria Rolnicza nr1(61) s.109-116. 2005 r.

2. Lienhard IV, Joho H., Lienhard V, John H.: A Heat Transfer Textbook. Cam-

bridge, MA 2003 r. Strona internetowa: http://web.mit.edu/lienhard/www/ahtt.html,
wersja 1.21.

3. Pająk L.: Usage of Existing Deep Bore – Holes as Heat Exchangers. PAN Mineral

and Economy Research Institute, Kraków (PL). Proceedings Word Geothermal
Congres, Kyushu- Tohoku, Japan, May 28 June, 2000.

Jerzy Karłowski, Tomasz Kołodziejczyk, Andrzej Myczko

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

288

Streszczenie

Założono, że system centralnego ogrzewania budynku, dla którego źródłem

ciepła jest energia cieplna ziemi będzie funkcjonalnie połączony z „dachem energetycz-

nym”, wyposażonym w kolektory słoneczne zintegrowane z pokryciem dachowym,

który umożliwi zwiększenie o 40% wydajności sondy geotermalnej z 60 [W/m] do

blisko 100 [W/m]. Celem pracy było określenie ilości energii możliwej do wygenero-

wania z opisanego powyżej systemu zainstalowanego na oborze oraz opracowanie algo-

rytmu doboru parametrów systemu w zależności od planowanego sposobu odzyskiwa-

nia, gromadzenia i wykorzystania energii cieplnej.

System ogrzewania budynku, dla którego źródłem ciepła jest energia czerpana

z czterech 50 metrowych sond geotermicznych połączono funkcjonalnie z zintegrowanym

z poszyciem dachowym cieczowym kolektorem słonecznym o powierzchni 52,5 m

2

.

Określono ilości energii możliwej do wygenerowania z systemu zainstalowa-

nego na oborze oraz opracowano algorytm doboru parametrów systemu w zależności od

planowanego sposobu odzyskiwania, gromadzenia i wykorzystania energii cieplnej.

W ciągu 12 miesięcy odzyskano energię cieplną w ilości 38,09 GJ. W złożu

gruntowym zmagazynowano 29,62 GJ co stanowi 77,8% energii uzyskanej z dachu. Do

celów grzewczych oraz na pokrycie strat zużyto 63,25 GJ. Ze złoża gruntowego system

pobrał 50,11 GJ. Różnica, około 13 GJ została skierowana bezpośrednio do odbieralni-

ków ciepła.

Production and Accumulation of Heat Energy Generated

by the Roof of a Livestock Building

Abstract

It was assumed, that system of building central heating, where thermal ground

energy is heat source will be functionally connected with the “energetic roof” equipped

with solar collectors integrated with the roof planking. This will make possible increase

efficiency of geothermal probe about 40% – from 60 W/m to near 100 W/m. Evaluation

of energy quantity possible to generate from the described above system installed on the

barn and working out algorithm of system parameters selection in dependence from

planned way of recycling, accumulating and utilization of thermal energy was the aim

of the work.

Building heating system, for which the heat source is the energy drawn from

four 50-meter geothermal bore holes, was functionally connected to the 52,5 m

2

liquid

solar collector being integrated with the roof planking.

The amount of energy possible to be generated from the system installed on the

barn roof was determined and the algorithm was worked out to select system parameters

depending of planned ways of recycling, collection and use of heat energy.

During 12 months 38,09 GJ of heat energy was recycled. 29,62 GJ of energy

was stored in the ground deposit, which is 77,8% of the total energy obtained from the

roof. 63,25 GJ was used for heating and to cover losses. System drew 50,11 GJ from the

ground deposit. The difference, approx. 13 GJ, was used immediately by heat exchang-

ers (central heating).

Energetyka. Termiczna Utylizacja

i Przeróbka Odpadów

Power Engineering. Thermal Utiliza-

tion and Processing of Waste