Ogrzewanie w domu energooszczędnym

Ciepło nie tylko do grzania

W analizie opłacalności danego źródła ciepła należy dokładnie sprawdzić koszty przygotowania ciepłej wody użytkowej. Udział energii zużytej na podgrzanie wody w kosztach eksploatacji budynku może być znaczący, często wręcz decyduje o ich wysokości.

Sprawdź ofertę firmy meibes.pl >>

Porównanie danych o zużyciu gazu w dwóch takich samych budynkach, ale zamieszkałych przez różną liczbę osób (np. rodzice z dwójką dzieci oraz tylko 2 osoby), może prowadzić do mylnych wniosków na temat jakości i skuteczności ogrzewania, gdyż zużycie ciepłej wody w obu budynkach może się bardzo różnić. W większości obecnie stosowanych kotłów c.o. funkcjonuje tzw. priorytet ciepłej wody. Woda podgrzewana jest podczas przerw w ogrzewaniu budynku i nie wymaga dodatkowej mocy źródła ciepła, zatem koszty inwestycyjne nie rosną. Jednak koszty eksploatacji instalacji będą zależeć od ilości zużywanej ciepłej wody użytkowej.

Straty ciepła

Rozważania na temat ogrzewania domu należy zacząć od ustalenia, jakie straty ciepła występują w danym budynku i czy są one uzasadnione. Na etapie projektowania budynku można jeszcze bardzo dużo zmienić, jeśli okaże się, że w trakcie obliczeń mała zmiana jakiegoś elementu może skutkować znacznym zmniejszeniem strat ciepła.

Analizę zacząć można od kształtu budynku. W budynku o powierzchni zabudowy 10×10 m, ze ścianami o wysokości 3 m powierzchnia ścian zewnętrznych wynosi 120 m², z kolei wymiary 5×20 m dają już 150 m² powierzchni zewnętrznej, a to oznacza, że w drugim przypadku straty ciepła przez ściany będą większe o 25%. Rzadko się zdarza, żeby klient rozmawiał na ten temat z architektem przygotowującym mu projekt.

Podobnego problemu przysparzają okna. Każdy, komu marzą się „szklane domy”, powinien wiedzieć, że dobre okna mają współczynnik przenikania ciepła U w wysokości ok. 1,4 W/(m²K). Często podawana w reklamach okien wartość 1,1 W/(m²K) dotyczy szyb, a nie całego okna, dlatego nie można przyjmować jej do obliczeń.

Po porównaniu tej wartości ze współczynnikiem przenikania ciepła przez ściany, który obecnie osiągnąć można na poziomie ok. 0,2 W/(m2K), widać, że przez okna tracimy siedmiokrotnie więcej ciepła niż przez ściany.

Wpływ okien

Wynik ten nie musi wpłynąć na znaczne zmniejszenie powierzchni oszklonych budynku, jednak klient powinien być świadomy, że z tym rozwiązaniem wiążą się większe koszty eksploatacji w zimie. Z drugiej strony odpowiednio duże okna, ale tylko od strony południowej, są wręcz wymagane w budynkach pasywnych.

Okna mają też duży wpływ na komfort cieplny. Osoby przebywające w pomieszczeniu o dużym przeszkleniu mają często uczucie chłodu, mimo że termometry pokazują wysoką temperaturę. Gdy temperatura wewnątrz wynosi 20°C, a zewnętrzna –20°C, temperatura powierzchni szyby o U = 1,1 W/(m²K) to ok. 13°C. Ciało ludzkie z temperaturą ok. 36,6°C, przez promieniowanie oddaje ciepło w kierunku okna i właśnie to zjawisko jest odpowiedzialne za wspomniany dyskomfort.

Aby mu zaradzić, nie należy przesadzać z powierzchnią okien, o ile nie jest to wymagane z uwagi na całą koncepcję energetyczną budynku, lub zawsze mieć w rezerwie odpowiednie zasłony czy żaluzje. Wprawdzie zewnętrzne rolety zmniejszają straty ciepła przez okno i wpływają  na podwyższenie temperatury szyb, jednak najczęściej opuszcza się je tylko na noc.

Wentylacja grawitacyjna czy mechaniczna

Jednym z bardzo ważnych dla projektanta instalacji zagadnień jest wentylacja i ogrzewanie powietrza wentylacyjnego. Jak wiadomo, kiedyś nieszczelne okna i infiltracja powietrza zewnętrznego do pomieszczeń sprawiały, że powietrze wewnętrzne miało wilgotność rzędu 30–35%, wartość wilgoci w infiltrowanym powietrzu była niska, a wilgoć dostarczana przez ludzi i gospodarstwo domowe nie była dostatecznie duża, by osiągnąć komfortowy poziom 45–55%.

Wszystko uległo zmianie, gdy szczelne okna praktycznie zlikwidowały dopływ powietrza zewnętrznego do budynków. Zyski wilgoci nie są już bilansowane z wilgocią powietrza infiltrującego, a wentylacja grawitacyjna i wyciągi mechaniczne w łazienkach nie zapewniają dostatecznej wymiany powietrza. Podwyższona wilgotność powietrza wewnętrznego powoduje, oprócz złego samopoczucia mieszkańców, wykraplanie się pary wodnej na wszystkich mostkach cieplnych, które powstają w trakcie budowy.

Rozwiązaniem tego problemu jest zwiększanie udziału wentylacji grawitacyjnej (nawietrzaki podokienne i okienne) lub zaprojektowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła, lub bez. Wzrost kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych jest przy tym nieuchronny. W budynku o powierzchni 260 m² przy obliczeniowej temperaturze powietrza zewnętrznego –20°C łączne zapotrzebowanie na ciepło wynosi 15 650 W (moc źródła ciepła), w tym 6470 W (czyli 40%) na ogrzanie powietrza wentylacyjnego, zapewniającego 0,5 W/h.

Ktoś mógłby stwierdzić, że analizowany jest przypadek skrajny, bo w innych wypadkach udział ciepła wentylacyjnego wynosić może 20–30% (np. dom o powierzchni 160 m², Qc = 7160 W, Qw = 1580 W). Można zaryzykować stwierdzenie, że skoro brak odpowiedniej wentylacji wiąże się z mniejszymi stratami energii, to dom ze złą wentylacją jest bardziej oszczędny od wyposażonego w poprawny system. Ale czy ktoś przeżyje w takim domu? Nawet jeśli, to będzie wciąż chory, a dom zjedzą pleśnie i grzyby.

Projektanci próbują się w tej sytuacji ratować, stosując wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła. Jednak jeśli zestawimy dodatkowe koszty inwestycyjne (wentylatory, rekuperator lub regenerator, sieć kanałów), uwzględnimy rzeczywistą sprawność odzysku ciepła i doliczymy koszt energii zużywanej przez wentylatory, to efekt z ekonomicznego punktu widzenia nie zawsze będzie pożądany.

Czasem taniej można zyskać dobrą wentylację z małymi stratami energii, stosując inne rozwiązania, np. odpowiednio sterowaną wentylację wywiewną.

Wybór źródła ciepła

Mając już obliczone zapotrzebowanie na moc grzewczą danego budynku, należy wybrać źródło ciepła. Inwestor zwykle dysponuje ogromną liczbą sprzecznych niekiedy informacji, jakie uzyskał, odwiedzając kolejne hurtownie instalacyjne, rozmawiając z instalatorami i znajomymi, którzy takie doświadczenia mają już za sobą.

Idealnego rozwiązania nie ma – wady i zalety poszczególnych urządzeń mieć będą różne znaczenie dla poszczególnych inwestorów. Przy wyborze paliwa na pewno warto uwzględnić przepisy o emisji spalin do atmosfery. I to nie tylko stan obecny, ale także przewidywania dotyczące przyszłych wymagań. Jest to szczególnie istotne na terenach zurbanizowanych – nie należy oczekiwać, że tzw. niska emisja zredukuje się sama, jeśli nie zaczniemy stosować coraz lepszych kotłów węglowych i na drewno czy wybierać takich paliw jak gaz lub olej.

Wybór paliwa zależeć będzie z pewnością w większym stopniu od jego ceny i komfortu użytkowania niż oddziaływania na środowisko. W ogrzewaniu domów jednorodzinnych stopniowo coraz większy udział mieć będzie energia elektryczna – sprężarkowe pompy ciepła potrafią dostarczyć do nowych budynków odpowiednią ilość energii, a w obiektach modernizowanych wspomagane być mogą szczytowym źródłem ciepła, czyli dotychczas stosowanym kotłem. Z czasem gaz będzie spalany nie tylko w kotłach, ale i w gazowych pompach ciepła.

Rozważania na temat paliw można prowadzić w nieskończoność, ale nasze kalkulacje zawsze będą obarczone dużym ryzykiem, choćby z uwagi na światowe ceny kopalnych nośników związane z sytuacją polityczną czy też nowymi technikami ich wydobycia. Zatem na najczęściej zadawane pytanie – ile kosztować będzie eksploatacja – nie ma niestety łatwej odpowiedzi.

Gdy już zapadnie decyzja o wyborze źródła ciepła, musi jej towarzyszyć optymalne rozwiązanie dostarczenia tego ciepła do pomieszczenia. I warto pamiętać, że jeśli moc obliczeniowa źródła ciepła wynosi np. 15 kW, to bez względu na zastosowany rodzaj ogrzewania (grzejniki, ogrzewanie podłogowe, ścienne czy powietrzne) musi ono dostarczyć taką ilość ciepła, by pokryć jego straty.

Inwestor, a już zwłaszcza projektant instalacji nie może np. bezkrytycznie przyjmować informacji, że dane grzejniki oszczędzają nawet 15% ciepła. Sposób przekazywania ciepła do pomieszczenia nie ma wpływu na zmniejszenie strat, które trzeba pokryć, wpływa jednak na odczuwanie komfortu.

Wybór dobrego sterowania to inwestycja, która pozwala osiągnąć rzeczywiste oszczędności energii. Postęp w tej dziedzinie dzięki zastosowaniu mikroprocesorów jest naprawdę duży i projektant powinien uważnie śledzić te zmiany.

W trakcie rozważań nad wyborem sposobu ogrzewania bardzo często zapomina się o roli regulatorów i sterowania oraz zrównoważeniu instalacji. Urządzenia te umożliwiają m.in. okresowe obniżanie temperatury powietrza w pomieszczeniu, w zależności od potrzeb. Mniejsza o 1°C temperatura w pomieszczeniu pozwala na ok. 5–6% mniejsze zużycie ciepła.

Artykuł pochodzi z miesięcznika Rynek Instalacyjny