Podgrzew wstępny c.w.u. z instalacji PV w węźle ciepłowniczym dwufunkcyjnym – korzyść lokalna a parametry pracy sieci ciepłowniczej
DOI:
https://doi.org/10.17512/INSTAL.2026.09.02Słowa kluczowe:
węzeł ciepłowniczy dwufunkcyjny, podgrzew wstępny ciepłej wody użytkowej, Instalacja fotowoltaiczna, temperatura powrotu w sieci ciepłowniczej, bilans energetyczny budynkuAbstrakt
W pracy oceniono ilościowo wpływ wykorzystania energii z lokalnej instalacji fotowoltaicznej do wstępnego podgrzewania wody zasilającej wymiennik ciepłej wody użytkowej na parametry pracy węzła ciepłowniczego dwufunkcyjnego oraz współpracującej z nim sieci ciepłowniczej. Analizę przeprowadzono w kroku godzinowym dla trzydziestu kolejnych dni lipca 2025 r., na podstawie danych pomiarowych poboru c.w.u. z rzeczywistego budynku wielorodzinnego. Profil produkcji został oparty na danych rzeczywistych instalacji fotowoltaicznej o mocy 6,56 kWp, przeskalowanych do analizowanej mocy 40 kWp. Do analiz wykorzystano zastępczy model wymiennika opracowany na podstawie danych doborowych SWEP SSP™. Porównano cztery scenariusze pracy węzła ciepłowniczego, zestawione w dwie pary o identycznej architekturze instalacji odbiorczej: bez obiegu cyrkulacyjnego S1 (bez podgrzewu wstępnego) i S2 (z podgrzewem) oraz z obiegiem cyrkulacyjnym S1a (bez podgrzewu wstępnego) i S3 (z podgrzewem). Zasymilowano 74,2% dostępnej energii fotowoltaicznej. Podgrzew wstępny obniżył średni przepływ po stronie sieci o 27,8% w układzie bez cyrkulacji i o 21,7% w układzie z cyrkulacją, przy redukcji poboru ciepła z sieci odpowiednio o 35,8% i 31,5%. Przyrost średniej, ważonej przepływem temperatury powrotu wyniósł 5,4 K bez cyrkulacji i 5,2 K z cyrkulacją, a suma stopniogodzin ponad temperaturę odniesienia wzrosła w ujęciu ważonym przepływem o 5,6% i 0,3%. Efekt podgrzewu wstępnego jest zatem praktycznie niezależny od obecności obiegu cyrkulacyjnego, a jego koszt systemowy pozostaje niewielki. Wnioski dotyczą jednego węzła ciepłowniczego w warunkach miesiąca letniego.
Pobrania
Bibliografia
[1] Arteconi A., Hewitt N.J., Polonara F.: State of the art of thermal storage for demand-side management; Applied Energy; 2012; 93; 371–389; https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.12.045
[2] Averfalk H., Werner S.: Novel low temperature heat distribution technology; Energy; 2018; 145; 526–539; https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.12.157
[3] Bloess A., Schill W.-P., Zerrahn A.: Power-to-heat for renewable energy integration: A review of technologies, modeling approaches, and flexibility potentials; Applied Energy; 2018; 212; 1611–1626; https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.12.073
[4] Brand M., Thorsen J.E., Svendsen S.: Numerical modelling and experimental measurements for a low-temperature district heating substation for instantaneous preparation of DHW with respect to service pipes; Energy; 2012; 41(1); 392–400; https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.02.061
[5] Brange L., Englund J., Lauenburg P.: Prosumers in district heating networks – A Swedish case study; Applied Energy; 2016; 164; 492–500; https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.12.020
[6] Buffa S., Cozzini M., D’Antoni M., Baratieri M., Fedrizzi R.: 5th generation district heating and cooling systems: A review of existing cases in Europe; Renewable and Sustainable Energy Reviews; 2019; 104; 504–522; https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.12.059
[7] Chmielewska A.: Characteristics of Domestic Hot Water Consumption Profiles in Multi-Family Buildings for Energy Modeling Purposes; Energies; 2025; 18(17); 4578; https://doi.org/10.3390/en18174578
[8] Fuentes E., Arce L., Salom J.: A review of domestic hot water consumption profiles for application in systems and buildings energy performance analysis; Renewable and Sustainable Energy Reviews; 2018; 81; 1530–1547; https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.229
[9] Gadd H., Werner S.: Heat load patterns in district heating substations; Applied Energy; 2013; 108; 176–183; https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.02.062
[10] Gadd H., Werner S.: Achieving low return temperatures from district heating substations; Applied Energy; 2014; 136; 59–67; https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.09.022
[11] Hamburg A., Mikola A., Parts T.-M., Kalamees T.: Heat Loss Due to Domestic Hot Water Pipes; Energies; 2021; 14(20); 6446; https://doi.org/10.3390/en14206446
[12] Khamma T.R., Zhang Y., Guerrier S., Boubekri M.: Generalized additive models: An efficient method for short-term energy prediction in office buildings; Energy; 2020; 213; 118834; https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118834
[13] Li H., Svendsen S.: Energy and exergy analysis of low temperature district heating network; Energy; 2012; 45(1); 237–246; https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.03.056
[14] Lund H., Möller B., Mathiesen B.V., Dyrelund A.: The role of district heating in future renewable energy systems; Energy; 2010; 35(3); 1381–1390; https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.11.023
[15] Lund H., Werner S., Wiltshire R., Svendsen S., Thorsen J.E., Hvelplund F., Mathiesen B.V.: 4th Generation District Heating (4GDH): Integrating smart thermal grids into future sustainable energy systems; Energy; 2014; 68; 1–11; https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.02.089
[16] Luthander R., Widén J., Nilsson D., Palm J.: Photovoltaic self-consumption in buildings: A review; Applied Energy; 2015; 142; 80–94; https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.12.028
[17] Mohammadi M., Noorollahi Y., Mohammadi-ivatloo B., Yousefi H.: Energy hub: From a model to a concept – A review; Renewable and Sustainable Energy Reviews; 2017; 80; 1512–1527; https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.07.030
[18] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. 2022 poz. 1225, z późn. zm.), § 120 ust. 2
[19] Sajjadi S., Shamshirband S., Alizamir M., Yee P.L., Mansor Z., Manaf A.A., Altameem T.A., Mostafaeipour A.: Extreme learning machine for prediction of heat load in district heating systems; Energy and Buildings; 2016; 122; 222–227; https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.04.021
[20] Sayegh M.A., Danielewicz J., Nannou T., Miniewicz M., Jadwiszczak P., Piekarska K., Jouhara H.: Trends of European research and development in district heating technologies; Renewable and Sustainable Energy Reviews; 2017; 68(2); 1183–1192; https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.02.023
[21] Tol H.İ., Madessa H.B.: Return-Temperature Reduction at District Heating Systems: Focus on End-User Sites; Energies; 2024; 17(19); 4901; https://doi.org/10.3390/en17194901
[22] Tol H.İ., Madessa H.B.: Enhancing District Heating System Efficiency: A Review of Return Temperature Reduction Strategies; Applied Sciences; 2025; 15(6); 2982; https://doi.org/10.3390/app15062982
[23] Vandermeulen A., van der Heijde B., Helsen L.: Controlling district heating and cooling networks to unlock flexibility: A review; Energy; 2018; 151; 103–115; https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.03.034
[24] Wei Y., Zhang X., Shi Y., Xia L., Pan S., Wu J., Han M., Zhao X.: A review of data-driven approaches for prediction and classification of building energy consumption; Renewable and Sustainable Energy Reviews; 2018; 82; 1027–1047; https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.09.108
[25] Werner S.: International review of district heating and cooling; Energy; 2017; 137; 617–631; https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.04.045
[26] Yang X., Svendsen S.: Ultra-low temperature district heating system with central heat pump and local boosters for low-heat-density area: Analyses on a real case in Denmark; Energy; 2018; 159; 243–251; https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.06.068
[27] Yildiz B., Roberts M., Bilbao J.I., Heslop S., Bruce A., Dore J., MacGill I., Egan R.J., Sproul A.B.: Assessment of control tools for utilizing excess distributed photovoltaic generation in domestic electric water heating systems; Applied Energy; 2021; 300; 117411; https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.117411
[28] Ziemele J., Gravelsins A., Blumberga A., Blumberga D.: Combining energy efficiency at source and at consumer to reach 4th generation district heating: Economic and system dynamics analysis; Energy; 2017; 137; 595–606; https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.04.123
Opublikowane
Numer
Dział
Kategorie
Licencja
Prawa autorskie (c) 2026 Grzegorz Bartnicki, Marcin Klimczak (Autor)
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe.
Authors retain copyright and grant the journal the right of first publication, with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, which permits others to share the work with appropriate acknowledgment of the authorship and initial publication in this journal.
