Poradnik inwestora. (cz. 1.) Jak ogrzać budynek
Zima w tym roku nie była zbyt sroga. Koszty ogrzewania, dzięki temu, były mniejsze niż w roku ubiegłym czy parę lat wstecz, gdy mrozy przekraczały –15oC. Właściwie lepiej byłoby napisać, że zużycie energii do ogrzania budynków było mniejsze, bowiem ceny energii wzrosły, i to co pozwoliła nam zaoszczędzić aura, zabrała podwyżka cen gazu, oleju opałowego czy energii elektrycznej. Ponieważ zapowiedziano już kolejne podwyżki prądu i gazu ziemnego do tytułowe pytanie powinniśmy sprecyzować do takiego: Jak ogrzać budynek w sposób najbardziej oszczędny?
Nie ma idealnego systemu ogrzewania, który spełniałby wszystkie oczekiwania użytkowników. Co innego wybierze inwestor, który nie ma dostępu do gazu ziemnego, a co innego taki, który ma pod ręką takie tanie paliwo, jak np. pellet. Zanim jednak przejdziemy do omówienia konkretnych rozwiązań, warto zacząć od tego, co zrobić, aby ciepła potrzebnego do ogrzania budynku i przygotowania ciepłej wody użytkowej potrzeba było jak najmniej.
 |
 |
| Zdjęcia termowizyjne budynków: od góry budynek z lat 70. XX w. z wi- docznymi stratami ciepła przez ściany, wnęki podokienne, nadproża okienne, podokienniki oraz stolarkę okienną, poniżej zdjęcie ennergooszczęd- nego domu pasywnego |
Straty ciepła
Zacznijmy od strat ciepła. W niektórych publikacjach obejrzeć można efektowne wizualizacje, obrazujące nam, ile ciepła i którą drogą z naszego budynku ucieka. Porównując niektóre wielkości od razu zauważymy, że bardzo się różnią. Dlaczego? Bo w rzeczywistości każdy budynek - w zależności od jego konstrukcji i od sposobu użytkowania - będzie miał te proporcje zupełnie inne.
Nie oznacza to, że ktoś, kto takie dane publikuje, mija się z prawdą. Uwzględnia jednak tylko te przypadki, które mogą zachęcić klienta do kupna konkretnego urządzenia lub rozwiązania. W kolejnych artykułach postaram się dostarczyć czytelnikom odpowiedniej wiedzy, aby każdy kto stoi przed decyzją wyboru np. źródła ogrzewania, mógł dokonać świadomego wyboru. Zacznę od budynków nowych, tych jednak, którzy chcą modernizować swoje starsze obiekty, nie pozostawię bez pomocy.
Konstrukcje budynków
Konstrukcje budynków w ciągu ostatnich lat bardzo się zmieniły. Kiedyś bardzo często budowano mury z cegły, zostawiając między ścianą nośną, a warstwą zewnętrzną niewielką szczelinę wypełniona powietrzem. Obecnie ta technika nie jest już stosowana. Dostępne na rynku materiały izolacyjne (styropian, wełna mineralna, pianka szklana) zmniejszyły współczynnik przenika ciepła przez ściany zewnętrzne z U=0,9 W/(m²K) do 0,3 W/(m²K), a okien z U= 2,5 W/(m²K) do 1,7 W/(m²K).
Należy przy tym zwrócić uwagę, że współczynnik przenikania ciepła na poziomie U=1,1W/(m²K), przy użyciu którego reklamowane są często nowoczesne okna, dotyczy tylko szyb zespolonych a nie całego okna. W wyniku tych zmian przyjmowana niegdyś umowna wartość zapotrzebowania w budynku na ciepło na poziomie 130 W/m²spadła do 60W/m². Wcześniej na ogrzanie domku o powierzchni 150 m² potrzebowaliśmy urządzenia o mocy prawie 20 kW, gdy teraz wystarczy o mocy 9 kW. Różnica widoczna dla każdego.
Podgrzewanie wody
A co z ciepłą wodą użytkową? I uprzednio, i obecnie do ogrzania 40 l wody (zużycie przewidziane na standardową kąpiel pod prysznicem) od temp. 10oC do 40oC, potrzebujemy tyle samo ciepła tj. 1630 Wh. Napełnienie wodą wanny 1700 mm to zużycie ponad 6500 Wh energii potrzebnej na podgrzanie wody. Wystarczy proste porównanie obu wielkości, aby zobaczyć, że jeżeli w domu jest jeden miłośnik kąpieli w wannie, to zużyje tyle ciepła co 4 osoby biorące prysznic. Przy analizie zapotrzebowania ciepła w budynku mieszkalnym należy także przyjrzeć się zużyciu ciepła w kontekście wentylacji pomieszczeń. Powietrze dostające sie do pomieszczenia z zewnątrz powinno być ogrzane do temperatury, która panuje we wnętrzu. Problem z policzeniem tego ciepła zaczyna się w momencie ustalania, ile powietrza rzeczywiście do pomieszczenia wpływa. Gdy mamy do czynienia z wentylacją mechaniczną, przeprowadzenie obliczeń jest prostsze, znamy bowiem wydajności zainstalowanych wentylatorów.
Wentylacja
Trudniej obliczyć te wartości dla wentylacji grawitacyjnej. W tym przypadku, licząc straty ciepła ogrzewanego budynku, przyjmuje się ilości według liczby wymian powietrza w pomieszczeniu. Może to być 1 lub 1,5 wymiany w ciągu godziny. Oznacza to, że kubaturę pomieszczenia mnożymy przez liczbę wymian, aby dowiedzieć się ile powietrza trzeba ogrzać. W niektórych przypadkach przyjmuje się konkretną wartość w m3/h, bez względu na kubaturę pomieszczenia.
Zbilansowanie ilości powietrza wentylacyjnego pozwala nam na ustalenie, ile ciepła na jego ogrzanie potrzebujemy. Wartość ta jest uwzględniona już w ogólnych stratach ciepła, ale odróżnienie tego ciepła od ciepła traconego przez przegrody zewnętrzne będzie nam potrzebne, gdy przejdziemy do omówienia odzysku ciepła. W wielu opracowaniach bowiem podaje się wartość odzysku bez dokładnej analizy, kiedy i w jakim stopniu taka rekuperacja jest opłacalna. Niektórzy producenci podają sprawności rekuperatorów na poziomie 80-90% (temperaturowe, a nie cieplne), co jednak nie decyduje o opłacalności instalowania takich urządzeń.
Temat powietrza wentylacyjnego w budynkach mieszkalnych jest bardzo ważny z punktu widzenia zużycia energii cieplnej. Jeżeli weźmiemy np. pomieszczenie o pow. 35 m² i kubaturze 90 m³ to, przyjmując 1 w/h, udział ciepła potrzebnego do ogrzania tego pomieszczenia będzie 21%, przy 1,5w/h już 40%, a gdy chcemy poprawić wyraźnie klimat w pomieszczeniu i przyjmiemy 2 w/h to ten udział rośnie do 51%. Im lepsza izolacja przegród zewnętrznych, tym bardziej rośnie udział ciepła wentylacyjnego w ogólnym bilansie budynku.
Sposoby ogrzewania
Aby uniknąć w przyszłości pytań, który sposób ogrzewania pozwoli na najmniejsze zużycie ciepła, trzeba powiedzieć, że straty ciepła budynku, a więc moc urządzeń potrzebnych do jego ogrzania, nie ma nic wspólnego z przyjętym sposobem ogrzewania. Są to wielkości od siebie niezależne. Bez względu na to, czy przyjmiemy jako źródło ciepła klasyczny kocioł gazowy, kocioł na pelet czy pompę ciepła, jeżeli obliczone straty ciepła będą wnosiły np. 15 kW, to jeżeli chcemy w budynku mieć temperatury powietrza przyjęte w obliczeniach, w każdym przypadku wybrane urządzenia muszą taką moc zapewnić.
Bilans cieplny musi wyjść na zero, tzn. źródło ciepła musi dostarczyć tyle potrzebnego ciepła, ile budynek potrzebuje i to niezależnie, czy zainstalujemy grzejniki klasyczne, ogrzewanie podłogowe czy powietrzne. O tym, które źródło ciepła jest najbardziej ekonomiczne i dlaczego oraz jakie przyjąć dla niego grzejniki (sposób przekazywania ciepła) napiszemy w kolejnych odcinkach poradnika. Wracając do konstrukcji samego budynku, już na etapie projektowania należy przyjąć, jaki sposób ogrzewania będziemy chcieli zastosować, gdyż późniejsze wprowadzanie niektórych elementów może być bardzo trudne (np. poziom podłóg, gdy w niektórych pomieszczeniach będzie ogrzewanie podłogowe). Nie wolno zapominać o liczbie kanałów wentylacyjnych i kominowych i ich umiejscowieniu oraz przekroju. Na tę ostatnią wielkość zwracam uwagę tym, którzy chcą mieć kominek. Późniejsze powiększanie przekroju komina, gdy okaże się, że istniejący przekrój jest za mały, nie będzie proste, a czasem nawet niemożliwe. O izolacji cieplnej ścian i jej wpływie na koszty budowy oraz koszty eksploatacji budynku napisano już wiele. Dla przypomnienia podam tylko, że w różnych źródłach można znaleźć informację, że izolacja ścian grubości 12-14 cm (wełna mineralna, styropian) jest optymalną grubością. Dla stropów przyjmuje się 20-25 cm, gdyż przez stropy są największe straty ciepła. Koszt wykonania takiej izolacji i późniejsze z niej zyski – niższe koszty ogrzewania - pozwalają przyjąć, że amortyzacja tych kosztów nastąpi w ciągu 5-7 lat.
Są to wielkości orientacyjne, gdyż każdy budynek ma inne powierzchnie zewnętrzne, inne dachy, więc trudno ustalić wzajemne zależności orientacyjnie. Aby dowiedzieć się, jaki efekt możemy osiągnąć przez zastosowanie określonego sposobu izolacji cieplnej, musimy przeprowadzić indywidualną analizę kosztów, uwzględniając koszt ciepła używanego do ogrzania budynku, wpływa to bowiem na czas amortyzacji.
