Nowoczesne, czyli oszczędne, ekologiczne i zdrowe ogrzewanie

Od czego zależy wybór źródła ciepła?

W zależności od zapotrzebowania budynku na ciepło mogą to być mniejsze lub większe instalacje grzewcze. Wybór dużej instalacji grzewczej powinien być poprzedzony analizą możliwości racjonalnego wykorzystania wysokoefektywnych systemów alternatywnego zaopatrywania w energię i ciepło.

W przypadku małych instalacji problem jest mniej złożony, dobrze jest skonsultować się ze specjalistą, który pomoże wybrać najkorzystniejsze rozwiązanie.

Dokonując wyboru źródła ciepła dla budynku, powinno się wziąć pod uwagę różne aspekty. Z reguły bardzo istotnym czynnikiem jest koszt całego systemu. Warto go analizować w rozbiciu na nakłady inwestycyjne i koszty eksploatacji systemu. Koszt eksploatacyjny zależy od energii końcowej. Jest ona wprost proporcjonalna do zapotrzebowania na energię użytkową, a odwrotnie proporcjonalna do sprawności systemu ogrzewania, na którą składa się sprawność źródła ciepła oraz instalacji. Na wielkość energii użytkowej składają się: straty ciepła przez przenikanie i wentylacyjne straty ciepła. 

Ważnym czynnikiem przy wyborze źródła ciepła powinien być również aspekt ekologiczny. Spalanie paliw kopalnych prowadzi do emisji wielu zanieczyszczeń gazowych i stałych, czego konsekwencją jest zanieczyszczenie środowiska.

Godne polecenia jest zastępowanie paliw konwencjonalnych odnawialnymi źródłami energii. Za zły stan powietrza, jakim oddychamy, w znaczącym stopniu odpowiada tzw. niska emisja, czyli m.in. zanieczyszczenia emitowane przez lokalne kotłownie i domowe kotły grzewcze.

Nie tylko rodzaj paliwa ma wpływ na zanieczyszczenie środowiska, ale również sposób, w jaki jest ono spalane. Kotły grzewcze, w których zachodzi proces spalania, emitują pył całkowity (TSP). Jest on najczęściej wyrażony w mg/m³ spalin przy zawartości 10% tlenu i mierzony w akredytowanym laboratorium dla mocy nominalnej kotła.

W rzeczywistości kotły na paliwa stałe w sezonie grzewczym najczęściej nie pracują w sposób ciągły, co przekłada się na inną emisję niż wyznaczona w laboratorium. Typ i klasa kotła mają wpływ na zanieczyszczenie środowiska pyłami PM 10 i PM 2,5.

Kotły o mocy do 50 kW na paliwa stałe starej generacji w porównaniu do kotłów nowej generacji, w przypadku spalania w nich węgla, emitują trzykrotnie więcej pyłów PM 10 i PM 2,5. W przypadku spalania biomasy w kotłach nowej generacji emisja ta jest czternaście razy mniejsza.

Niekiedy dostęp do sieci gazowej jest niemożliwy lub nieopłacalny ze względu na odległość od gazociągu. Czasem ogrzewanie na paliwa stałe nie jest dopuszczone w planie zagospodarowania przestrzennego ze względu na obowiązujący program likwidacji źródeł niskiej emisji.

Pamiętajmy też, że każdy system ogrzewania wymaga dostępu do energii elektrycznej. Bez niej nie będą działały żadne nowoczesne powszechnie stosowane systemy grzewcze.

Kotły gazowe

Kotły gazowe są instalowane w wielu domach ze względu na ich niezaprzeczalne zalety:

• są stale gotowe do pracy i proste w obsłudze.
• nie potrzebują wiele miejsca;
• mogą tylko ogrzewać dom lub też pełnić obie funkcje jednocześnie, grzejąc wodę na potrzeby instalacji centralnego ogrzewania i przygotowując ciepłą wodę użytkową.

Kotły gazowe to cała rodzina urządzeń grzewczych, które mają jedną wspólną cechę – rodzaj paliwa, jakim są zasilane, czyli gaz. Zanim więc zdecydujemy się na konkretny model, należy rozważyć kilka znaczących kwestii.

Kocioł stojący czy wiszący? Kotły stojące są większe niż wiszące i więcej ważą, głównie z powodu żeliwnego wymiennika ciepła. Są droższe, lecz trwalsze od wiszących, których wymienniki są wykonane ze stali, miedzi, aluminium lub ich stopów. Do zainstalowania kotła wiszącego potrzeba jedynie fragmentu wolnej powierzchni na ścianie. Kocioł stojący zajmie znaczną część pomieszczenia – najlepiej wydzielonej kotłowni.

Kocioł jedno- czy dwufunkcyjny? Kocioł jednofunkcyjny ogrzewa jedynie wodę krążącą w instalacji centralnego ogrzewania. Kocioł dwufunkcyjny służy także do przygotowywania ciepłej wody użytkowej. Umożliwia więc – bez konieczności instalowania dodatkowych urządzeń – zaspokojenie potrzeb zarówno w zakresie ogrzewania domu, jak i wody użytkowej. Jest tańszy niż kocioł jednofunkcyjny z zasobnikiem, zajmuje mniej miejsca, ale nie gwarantuje równie komfortowego korzystania z ciepłej wody.

Kocioł dwufunkcyjny przełącza się na podgrzewanie wody dopiero po odkręceniu kranu z ciepłą wodą. Brak poboru wody skutkuje jej stygnięciem, a efektem tego jest oczekiwanie na pojawienie się w kranie ciepłej wody do czasu spuszczenia wody zimnej z instalacji. Istnieją również kotły przepływowe z małym zasobnikiem ciepłej wody użytkowej, umożliwiającym realizację cyrkulacji.

Kocioł z otwartą czy zamkniętą komorą spalania? Spalanie każdego paliwa wymaga dostarczenia odpowiedniej ilości powietrza. Kotły z otwartą komorą spalania pobierają świeże powietrze (bogate w tlen potrzebny do spalania) z pomieszczenia, w którym są zainstalowane. Kubatura tego pomieszczenia nie może być mniejsza niż 8 m³. Musi być również zapewniony dopływ powietrza otworem o polu powierzchni co najmniej 200 cm² oraz wentylacja grawitacyjna (naturalna) pomieszczenia kratką o takim samym polu powierzchni.

Kotły z zamkniętą komorą spalania (zwane turbo) mają obudowany palnik, połączony z atmosferą przewodami powietrzno-spalinowymi. Zwykle czerpią powietrze do spalania spoza budynku. Przepływ powietrza i spalin wymusza wentylator.

Istnieje wiele kombinacji lokalizacji czerpni powietrza i wylotu spalin – nawet na powierzchni ściany, co regulują odrębne przepisy. Taka konstrukcja umożliwia umieszczenie kotła w dowolnym pomieszczeniu o kubaturze nie mniejszej niż 6,5 m³ z wentylacją grawitacyjną zakończoną kratką o polu powierzchni minimum 200 cm². Ponadto zastosowanie kotła z zamkniętą komorą spalania zmniejsza efekt wychładzania budynku przez dodatkowy napływ powietrza zewnętrznego (zmniejsza zapotrzebowanie budynku na ciepło do celów grzewczych).

Kocioł tradycyjny czy kondensacyjny? Z wyglądu niczym się nie różnią. Kotły kondensacyjne są jednak około dwa razy droższe od tradycyjnych. To cena za wyższą o kilkanaście procent sprawność, a więc mniejsze zużycie paliwa.

Istotą kotła kondensacyjnego jest możliwość odzyskania tej części energii
cieplnej, która w kotłach tradycyjnych jest tracona wraz z parą wodną zawartą w spalinach. Zarówno kotły tradycyjne, jak i kondensacyjne mogą być jedno- lub dwufunkcyjne.

Kotły kondensacyjne są coraz chętniej i częściej kupowane przez właścicieli domów ogrzewanych gazem. Nic dziwnego, są wprawdzie droższe od tradycyjnych, ale do wytworzenia tej samej ilości ciepła zużywają znacznie mniej gazu. Dlatego właśnie warto zrozumieć jak działają i dlaczego są bardziej sprawne niż najbardziej nawet nowoczesne
kotły tradycyjne.

Otóż w wymienniku kotła kondensacyjnego (tzw. wtórnym lub kondensacyjnym) woda powracająca z instalacji centralnego ogrzewania odbiera ciepło ze spalin, schładzając je poniżej temperatury punktu rosy, w wyniku czego następuje skroplenie (kondensacja) pary wodnej zawartej w spalinach, z równoczesnym odbiorem tzw. ciepła skraplania.

Z uwagi na to, że do kondensacji dochodzi dopiero wtedy, gdy spaliny
zostaną odpowiednio schłodzone, należy zwrócić szczególną uwagę na właściwy dobór instalacji centralnego ogrzewania, warunkujący wystąpienie procesu kondensacji.

Powszechnie uważa się, że kotły kondensacyjne pracują najbardziej ekonomicznie w instalacjach z ogrzewaniem podłogowym. Jednak mogą także współpracować z ogrzewaniem grzejnikowym. Należy tylko pamiętać, że gdy temperatura wody zasilającej instalację jest niższa, powierzchnie grzejników powinny być większe, żeby mogły oddawać wystarczającą ilość ciepła do pomieszczenia przy niższych temperaturach zasilania i powrotu. Temperatura wody powracającej do kotła decyduje, czy wystąpi kondensacja pary wodnej w spalinach.

Kotły grzewcze na paliwo stałe klasy 5

Coraz większą uwagę zwracamy na złą jakość powietrza, którym oddychamy jesienią i zimą. Mamy świadomość, że zanieczyszczone powietrze negatywnie wpływa na nasze zdrowie (wzrost liczby zachorowań zwłaszcza na choroby układu oddechowego i układu krążenia). Jest szczególnie niebezpieczne dla małych dzieci, osób starszych i chorych.

Za zły stan powietrza, jakim oddychamy, w znaczącym stopniu odpowiada tzw. niska emisja, czyli m.in. zanieczyszczenia emitowane przez lokalne kotłownie, domowe kotły grzewcze czy kominki, w których często w niewłaściwy sposób spalane jest niewłaściwe paliwo.

Wprowadzone w kilku województwach uchwały antysmogowe przede
wszystkim zakazują palenia w kotłach i kominkach najbardziej przyczyniającymi się do zanieczyszczenia powietrza paliwami – mułami węglowymi, flotokoncentratem, węglem brunatnym lub kamiennym o niskiej wartości opałowej oraz drewnem o wilgotności ponad 20%. Zabraniają też instalowania nowych kotłów i kominków, które nie spełniają określonych wymogów w zakresie efektywności energetycznej i emisji zanieczyszczeń.

Nowoczesne kotły klasy 5, spełniające wymagania ekoprojektu, emitują o 20–50% mniej szkodliwych substancji w porównaniu do kotłów klasy 4. Są przy tym dużo bardziej wydajne niż kotły starszych typów.

Niskie wartości emisji zanieczyszczeń i wysoka sprawność kotłów klasy 5 to efekt zastosowania w nich nowoczesnych rozwiązań technologicznych.
Są wyposażone w sterowane elektronicznie systemy precyzyjnego dozowania powietrza i paliwa do paleniska. Ich komory spalania są wykonane z materiałów ceramicznych akumulujących ciepło, co pozwala uzyskać wysoką temperaturę potrzebną do spalania lotnych substancji wydzielających się z paliwa.

W kanałach spalinowych kotłów znajdują się zawirowywacze (turbulizatory), zaburzające ruch spalin, co powoduje, że intensywniej oddają ciepło wodzie, dzięki czemu zwiększa się sprawność kotła. Przyczyniają się też do zatrzymywania pyłu, zmniejszając jego emisję.

W zależności od rodzaju kotła, w urządzeniu można spalać wyłącznie węgiel typu ekogroszek albo granulat z biomasy (pelet). W kotłach spełniających wymagania ekoprojektu nie ma tak zwanego rusztu awaryjnego, umożliwiającego spalanie np. śmieci.

Nie tylko rodzaj paliwa ma wpływ na zanieczyszczenie środowiska, ale również sposób, w jaki jest ono spalane. Kotły na paliwa stale są produkowane w różnych klasach. Norma PN-EN 303–5:2012 definiuje trzy klasy kotłów: 3 (najniższą), 4 i 5 (najwyższą).

Przynależność kotła do określonej klasy określa spełnienie warunków dotyczących zarówno sprawności cieplnej urządzenia, jak i granicznych wartości emisji zanieczyszczeń dla tej klasy, podanych z uwzględnieniem rodzaju paliwa, mocy kotła, a także sposobu załadunku. Węgiel spalany w kotle klasy 5 będzie emitował znacznie mniej szkodliwych substancji w porównaniu do kotła klasy 1.

Pompy ciepła

Pompy ciepła należą do najbardziej efektywnych i ekologicznych systemów ogrzewania budynków i przygotowania ciepłej wody użytkowej. Minimum 3/4 energii dostarczanej przez pompy ciepła do celów grzewczych jest pobierane bezpłatnie z otoczenia, resztę stanowi prąd elektryczny. Nie powinien więc dziwić fakt, że w porównaniu do innych źródeł ciepła wykazują niższe koszty eksploatacji.

Pompy ciepła umożliwiają wykorzystanie ciepła niskotemperaturowego i odpadowego. Dolnym źródłem ciepła dla pompy ciepła może być grunt, powietrze (zewnętrzne lub wywiewane), wody gruntowe lub powierzchniowe,
niskoparametrowe wody geotermalne czy ścieki. Pozyskanie tego typu energii wymaga jednak nakładu energii elektrycznej w celu umożliwienia zastosowania jej do ogrzewania. Dzięki pompie ciepła można ogrzewać budynek i przygotowywać wodę użytkową, oszczędzając energię paliw pierwotnych i chroniąc środowisko naturalne.

Należy jednak podkreślić, że nie każde dolne źródło ciepła pompy ciepła sprawdza się w polskich warunkach klimatycznych. Dużą stabilnością pracy w ciągu roku charakteryzują się gruntowe pompy ciepła, co wynika oczywiście ze stabilności temperaturowej dolnego źródła ciepła.

Powietrzna pompa ciepła w czasie mrozów wymaga dodatkowego źródła ciepła. Wynika to z dużej zmienności temperatur powietrza zarówno w okresie dobowym, jak i w całym okresie grzewczym. Zastosowanie gruntowej pompy ciepła jest jednak warunkowane wykonaniem instalacji dolnego źródła, która z uwagi na pracochłonną i drogą technologię często przekracza wartość samej pompy ciepła.

Efektywność pompy ciepła jest tym wyższa, im mniejsza jest różnica temperatury pomiędzy górnym źródłem ciepła (do którego energia jest przekazywana) a dolnym źródłem ciepła (z którego energia cieplna jest pobierana). Z uwagi na to polecanym typem ogrzewania, dobrze współpracującym z pompą ciepła, jest ogrzewanie podłogowe i grzejnikowe niskotemperaturowe.

Pompa ciepła jako urządzenie pobierające do swojej pracy energię elektryczną może współpracować z instalacją fotowoltaiczną. Gruntowe pompy ciepła są również wykorzystywane do współpracy z kolektorami słonecznymi.

W budynkach wyposażonych w pompy ciepła nie ma potrzeby wykonywania komina spalinowego, przyłącza gazowego czy przeznaczania miejsca na magazyn paliwa. Należy jednak taką decyzję podjąć na etapie powstawania projektu architektonicznego lub modernizacji budynku.

Inwestycja w pompy ciepła może być opłacalna również bez wykonywania
zasadniczych zmian w instalacji grzewczej, np. w budynkach ogrzewanych
olejem opałowym, gazem płynnym lub energią elektryczną.

Ogrzewanie elektryczne

Ogrzewanie prądem zawsze było postrzegane jako drogie. Jednak czasy się zmieniły i warto przychylnym okiem spojrzeć na ogrzewanie elektryczne, które może stanowić alternatywę dla ogrzewania gazowego, nie mówiąc już o kotłach na paliwo stałe.

Zalety ogrzewania elektrycznego są wielorakie. Przede wszystkim wszyscy mamy dostęp do energii elektrycznej. Każdy budynek ma przyłącze energetyczne. Równie istotne są niskie nakłady inwestycyjne. Cena 1 kWh ciepła uzyskanego z energii elektrycznej jest stosunkowo wysoka w porównaniu do innych paliw, co przekłada się na wysokie koszty eksploatacyjne.
Jednak w przypadku budynków niskoenergochłonnych można zaakceptować wyższą cenę energii elektrycznej. Ponadto dystrybutorzy energii często oferują niestandardowe taryfy (np. II taryfa poboru energii elektrycznej), które mogą wygenerować pewne oszczędności przy stosowaniu np. elektrycznego pieca akumulacyjnego z dynamicznym rozładowaniem, albo odpowiednio zaprojektowanego ogrzewania podłogowego z dużą akumulacją ciepła.

Odpowiednia taryfa w połączeniu z przystosowanymi do niej urządzeniami instalacyjnymi mogą pomóc w rozwiązaniu problemu dużych kosztów
ogrzewania domu jednorodzinnego energią elektryczną.

W przypadku ogrzewania elektrycznego nie ma potrzeby wydzielania specjalnego pomieszczenia, gromadzenia paliwa czy budowy komina. Nie ma też zagrożenia wybuchem lub zaczadzeniem, jak w przypadku innych źródeł ciepła.

Ogrzewanie elektryczne można dostosować do indywidualnych potrzeb i wymagań użytkowników, trybu życia, przeznaczenia pomieszczeń itp. Można je dowolnie rozbudowywać i w przypadku przeprowadzki zabrać ze sobą. Do wyboru mamy całą gamę grzejników elektrycznych: tradycyjne, promiennikowe, konwektorowe, akumulacyjne itp. A precyzyjną regulację i sterowanie urządzeniami umożliwiają regulatory i termostaty.

Nie bez znaczenia jest fakt, że ogrzewanie elektryczne nie emituje spalin i nie zanieczyszcza powietrza, gdyż korzysta z energii elektrycznej wytworzonej w elektrowni lub elektrociepłowni, w których istnieje możliwość dokładniejszego oczyszczania spalin.

Panele fotowoltaiczne

Panele fotowoltaiczne (PV) wytwarzają energię elektryczną, wykorzystując promieniowanie słoneczne. Na zmiany intensywności promieniowania
słonecznego w cyklu rocznym nie mamy żadnego wpływu, a, niestety, bez
intensywnego nasłonecznienia nie możemy liczyć na uzyskanie wystarczającej ilości energii. W rezultacie nie możemy spodziewać się dużej wydajności instalacji w sezonie zimowym. Nie ma słońca – nie ma energii. W związku z tym nasuwa się pytanie: czy i kiedy warto wybrać panele fotowoltaiczne?

Ich niezaprzeczalną zaletą jest uniwersalność – elektryczność jest znacznie bardziej uniwersalną formą energii niż ciepło pozyskiwane w kolektorach słonecznych. Jednak w chwili obecnej panele fotowoltaiczne mają mniejszą sprawność wytwarzania niż kolektory słoneczne wodne.

Uzyskaną energię elektryczną możemy wykorzystać w dowolny sposób. Od oświetlenia przez zasilanie domowych urządzeń po ogrzewanie i przygotowanie ciepłej wody. Warto podkreślić, że ta energia elektryczna jest czystą energią, wytworzoną z odnawialnej energii słonecznej.

Panele fotowoltaiczne są łatwe w montażu i proste w eksploatacji. Najlepiej umieścić je na dachu budynku, ale nic nie stoi na przeszkodzie, żeby znalazły się w pewnej odległości od domu, np. na dachu budynku gospodarczego lub na odpowiedniej konstrukcji na ziemi. Jednak w naszym klimacie mogą stanowić jedynie dodatkowe źródło energii.

Ile kosztuje ogrzewanie?

Niestety, na to pytanie nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Ceny urządzeń grzewczych są bardzo różne. Różne są też nakłady inwestycyjne oraz koszty eksploatacji i serwisu. Przyjmuje się, że inwestycyjnie najtańsze jest ogrzewanie elektryczne konwekcyjne, gdyż nie wymaga kotła i instalacji centralnego ogrzewania. Nieco droższe są elektryczne piece akumulacyjne. Następne w kolejności są instalacje centralnego ogrzewania zasilane
z kotłów. Instalacja z gruntową pompą ciepła będzie najdroższa inwestycyjnie. Ale będzie za to charakteryzować się najniższymi kosztami eksploatacyjnymi.

Należy podkreślić, że koszt ogrzewania domu zależy nie tylko od systemu
grzewczego, jaki zastosujemy. Wpływ ma także technologia i materiały, z jakich dom jest zbudowany, jego wielkość i lokalizacja, przyzwyczajenia oraz tryb życia domowników, a także wiele innych czynników. Jedno jest pewne: powinniśmy wybierać świadomie i brać pod uwagę różne rozwiązania.

Opracowano dla Leroy Merlin przy współpracy z dr inż. Agnieszką Flagą-Maryańczyk i dr inż. Bogusławem Maludzińskim z Wydziału Inżynierii Środowiska, Instytutu Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza Politechniki Krakowskiej