Instalacje w domu jednorodzinnym

Ogrzewanie domu jednorodzinnego wraz z systemem podgrzewania ciepłej wody użytkowej, stanowi w skali roku nawet do 80–90 proc. całkowitych kosztów jego eksploatacji. W związku z tym, od tego jak efektywny będzie wybrany system ogrzewania, zależy bezpośrednio obciążenie domowego budżetu. Jakie rozwiązania wybrać?

Instalacja z kotłem gazowym kondensacyjnym

ogrzewania nowych budynków jest zastosowanie kotła gazowego kondensacyjnego, który, dzięki wykorzystaniu ciepła kondensacji zawartego w parze wodnej, jest rozwiązaniem o bardzo wysokiej efektywności. Przykładem takiego kotła (przeznaczonego do instalacji CO i podgrzewania CWU) jest kompaktowy kocioł Vitodens 222-F firmy Viessmann o mocy znamionowej mieszczącej się w zakresie 3,2÷35 kW (odpowiedniej dla budynku Meteor 2). Sprawność znormalizowana kotła Vitodens 222-F — w zależności od sposobu jej podawania — osiąga Hs = 98 proc. (w odniesieniu do ciepła spalania gazu ziemnego) lub Hi = 109 proc. (w odniesieniu do wartości opałowej gazu). Kocioł posiada wbudowany zasobnik CWU o pojemności 100 lub 130 l, który może być ładowany warstwowo lub przez wężownicę grzewczą. Do cech charakterystycznych urządzenia należy zastosowanie m.in. powierzchni ze specjalnej stali kwasoodpornej z dodatkiem molibdenu i tytanu InoX-Radial, promiennikowego palnika o modulowanej płynnie mocy — MatriX (modulacja w zakresie 25–100 proc.) oraz systemu automatycznej regulacji spalania Lambda Pro Control. Niewątpliwą jego zaletą jest także możliwość współpracy z kolektorami słonecznymi.

Kocioł gazowy kondensacyjny najlepiej współpracuje z ogrzewaniem płaszczyznowym niskotemperaturowym, w przypadku którego temperatura czynnika grzewczego nie powinna przekraczać 35-45°C. Instalacje tego typu są obecnie standardem w budynkach energooszczędnych i pasywnych, w związku z czym uzasadnione będzie ich zastosowanie również w przypadku budynku Meteor 2. Z uwagi na stosunkowo duży ciężar instalacji, ogrzewanie podłogowe wykonane w tzw. technologii mokrej (z rurami umieszczonymi w wylewce jastrychowej), może zostać zastąpione na poddaszu przez system ogrzewania płaszczyznowego ściennego wykonany w tzw. technologii suchej (rury z tworzywa sztucznego w płytach prefabrykowanych). Poszczególne pętle grzewcze instalacji centralnego ogrzewania łączy się ze sobą za pomocą rozdzielaczy (po jednym rozdzielaczu na każdej kondygnacji), które zapewniają optymalny rozdział czynnika grzewczego przy niskich oporach przepływu.

Kocioł, kominek i kolektory — ogrzewanie zintegrowane

Rozwinięciem instalacji grzewczej z kotłem gazowym kondensacyjnym jest system zintegrowanego ogrzewania, wyposażony w dodatkowe elementy grzewcze. Gotowe rozwiązanie w tym zakresie oferuje firma Makroterm — w systemie oferowanym przez tę firmę kocioł traktowany jest jako pomocnicze, szczytowe źródło ciepła, natomiast podstawowymi elementami są turbokominek oraz próżniowe kolektory słoneczne Turbosolar. Turbokominek wyposażony jest w płaszcz wodny oraz specjalny wymiennik ciepła w postaci spiralnej wężownicy z blachy nierdzewnej, przez którą bezpośrednio przepływa czynnik grzewczy. Ciepło wytworzone w trakcie spalania drewna w kominku jest przekazywane, za pośrednictwem wymiennika, bezpośrednio do systemu grzewczego oraz systemu przygotowania ciepłej wody użytkowej. Kontrolę nad procesem spalania sprawuje mikroprocesorowy sterownik, który reguluje pracę turbiny nadmuchowej, umieszczonej pod kominkiem i doprowadzającej powietrze do spalania.

Ważnym elementem zintegrowanego ogrzewania są próżniowe kolektory słoneczne Turbosolar, które ogrzewają wodę użytkową w okresie letnim i częściowo dogrzewają ją w pozostałych porach roku. W zależności od wielkości zapotrzebowania na ciepłą wodę, stosuje się zbiorniki solarne o pojemności od 200 do 500 l (połączone za pomocą wężownicy z turbokominkiem). Alternatywą do stosowania zbiorników solarnych jest możliwość wykorzystania turbokominka jako bufora, przejmującego nadwyżkę ciepła z kolektorów słonecznych, a następnie przekazującego ją do instalacji ogrzewania. Dodatkowo nadwyżka ciepła może zostać przekazana np. do grzejników suszarkowych, do ogrzania wanny i wszystkich innych możliwych obiegów ciepła.

Precyzyjne zarządzanie przepływem ciepła w układzie grzewczym zapewnia specjalny integrator — urządzenie łączące ze sobą kocioł, kominek, system solarny oraz instalację grzewczą (ogrzewanie płaszczyznowe w przypadku budynku Meteor 2). Integrator nie tylko zapewnia optymalne wykorzystanie wytworzonego ciepła, ale również stanowi element łączący całą instalację grzewczą. Umożliwia szybkie i proste podłączenie poszczególnych urządzeń grzewczych i odbiorników ciepła.

Istotną zaletą zintegrowanego ogrzewania jest możliwość indywidualnego dostosowania go do indywidualnych potrzeb użytkownika. W przypadku budynku Meteor 2, zastosowany może być turbokominek o mocy nie większej niż 32 kW (zapewniający całkowite pokrycie potrzeb grzewczych budynku) oraz 3-4 kolektory słoneczne, które w przypadku 4-osobowej rodziny będą w stanie pokryć do 50 proc. rocznego zapotrzebowania na odpowiedciepłą wodę użytkową. Kocioł gazowy w takim układzie będzie wykorzystywany przede wszystkim w najzimniejszych dniach roku oraz do podtrzymania ciepła w przypadku nieobecności domowników.

Koszt kompletnego systemu zintegrowanego ogrzewania, w zależności od wybranych opcji, to ok. 30 tys. zł.

Alternatywa — ogrzewanie powietrzne

Alternatywnym rozwiązaniem do ogrzewania wodnego, cieszącym się dużą popularnością zwłaszcza w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie, jest ogrzewanie powietrzne. Powietrze ma, w porównaniu do wody, bardzo małą pojemność cieplną, w związku z czym wytworzenie niewielkiej ilości ciepła znacznie podnosi jego temperaturę. Mała bezwładność cieplna doskonale sprawdza się w instalacjach grzewczych — już po kilku minutach ogrzewania temperatura w pomieszczeniach (nawet o znacznej kubaturze) wykazuje zmiany wykrywalne przez termostat. Oczywiście należy pamiętać, że gorące powietrze równie szybko obniża swoją temperaturę w momencie wyłączenia źródła ciepła.

W instalacji ogrzewania powietrznego niemal cała ilość ciepła wykorzystywana jest bezpośrednio na ogrzewanie budynku — w tym przypadku nie ma bowiem czynników pośrednich, obniżających jego sprawność (medium grzewczego, grzejników itp.). Znaczną ilość ciepła odzyskuje się ponadto z już ogrzanego pomieszczenia poprzez jego częściową recyrkulację (część powietrza zużytego jest zawracana do źródła ciepła, gdzie łączy się ze świeżym powietrzem zewnętrznym i ponownie ulega podgrzaniu). Udział świeżego powietrza w ogólnym wydatku wentylacyjnym uzależniony jest od rodzaju obiektu — w budynkach jednorodzinnych jest to na ogół 10 proc. Ogrzewanie powietrzne jest ponadto mniej zawodne od wodnego, gdyż w przypadku wyłączenie prądu w zimie, nie ma zagrożenia zamarznięcia przewodów i ich uszkodzenia.

Oferowany przez firmę Miller system HVAC jest rozwiązaniem zapewniającym pełną obróbkę powietrza: wentylację, filtrowanie, nawilżanie, chłodzenie oraz jonizację. Poszczególne moduły, realizujące różne funkcje, mogą być zainstalowane jednorazowo lub etapami.

Najczęściej stosowanym źródłem ciepła w systemie jest nagrzewnica powietrza na gaz ziemny lub lekki olej opałowy. Jej podstawowe części to:

• wysokosprawny wymiennik (ogniowopowietrzny), w którym następuje wymiana ciepła pomiędzy spalinami a ogrzewanym powietrzem;
• cichobieżny wentylator wymuszający obieg powietrza w instalacji kanałowej;
• wentylator spalin;
• system zabezpieczeń, zawierający czujniki temperatury, czujnik ciągu kominowego, czujnik kontroli płomienia itp.

Gorące powietrze, ogrzane w nagrzewnicy, jest rozprowadzane do pomieszczeń za pomocą kanałów powietrznych. Istnieją różne warianty rozprowadzenia kanałów. W przypadku budynku Meteor 2, który jest budynkiem niepodpiwniczonym, kanały mogą być prowadzone na parterze (nad sufitem podwieszanym z kratkami nawiewnymi sufitowymi bądź pod posadzką z kratkami nawiewnymi podłogowymi) lub na piętrze (nad sufitem podwieszanym) i na poddaszu (w przestrzeni strychu nieużytkowego).

Ważnym etapem podczas projektowania instalacji ogrzewania nawiewowego jest obliczenie przekrojów kanałów z uwzględnieniem zapotrzebowania poszczególnych pomieszczeń na ciepłe, zimne oraz świeże powietrze. Rozdział powietrza uzyskuje się poprzez dobranie odpowiednich przekrojów kanałów nawiewnych oraz zastosowanie specjalnych przepustnic (żaluzji) przy kratkach nawiewnych.

Integralną częścią systemu HVAC jest sterownik Miller, który kontroluje pracę systemu: grzanie, chłodzenie i wentylację. Główną zaletą sterownika jest możliwość jego programowania. Urządzenie posiada możliwość sterowania temperaturą w czterech przedziałach czasowych w ciągu doby, dla każdego dnia tygodnia (w zależności od typu sterownika). Najpowszechniej stosowany program tygodniowy to: 5+1+1 (od poniedziałku do piątku, sobota, niedziela).

Systemy powietrzne Miller nie tylko pozwalają uzyskać komfortowe warunki we wnętrzach, ale również okazują się korzystne ekonomicznie. Koszt instalacji tego systemu w nowo budowanych domach w wersji podstawowej jest niższy od tradycyjnie stosowanego ogrzewania wodnego.

Automatyka budynkowa

Poprawnie dobrany i działający system grzewczy, wentylacyjny i przygotowania ciepłej wody użytkowej to oczywiście nie wszystko. Bardzo ważnym aspektem nowoczesnego budynku jest zapewnienie jego wygodnego i możliwie bezobsługowego użytkowania. Służą do tego systemy automatyki budynkowej, które, w zależności od stopnia swojej złożoności, pozwalają na sterowanie tylko wybranymi instalacjami lub całością budynku.

Przykładem systemu automatyki budynkowej jest polski system Fibaro — rozwiązanie umożliwiające zdalne sterowanie sprzętami RTV i AGD, oświetleniem, poziomem temperatury, roletami, markizami, bramami i furtkami, alarmem oraz systemem monitoringu. Systemem zarządza się za pośrednictwem komputera lub telefonu, można nim również sterować głosowo za pomocą specjalnej aplikacji na smartfony i tablety.

System Fibaro oparty jest na bezprzewodowej technologii z wave, niwelującej całkowicie potrzebę kucia ścian i zakładania dodatkowego okablowania. Zbudowany jest z czterech współpracujących ze sobą elementów:

• centralki HOME CENTER, zarządzającej pracą całego systemu, w której skonfigurowane są sekwencje działań urządzeń zgodnie z wymaganiami i przyzwyczajeniami użytkownika;
• modułów wykonawczych, montowanych w puszkach podtynkowych. Moduły typu on/off, dimer i roller shuter wykonują polecenia zadane przez centralkę. Komunikując się bezpośrednio z wybranymi urządzeniami (np. oświetleniem, bramą, roletami), wymuszają na nich pożądaną reakcje;
• sensorów, czyli różnego rodzaju czujek, które przekazują do modułów odpowiedciepłą nie sygnały wejściowe (np. sygnał wykrycia ruchu);
• interfejsu do sterowania (zaprojektowanego na telefon komórkowy, tablet bądź każde urządzenie z dostępem do internetu) umożliwiającego bieżące sterowanie domem oraz zdalny dostęp z każdego miejsca na świecie.

artykuł pochodzi z kwartalnika
Kreator Projekty wydanie 04/2013

Elementem dodatkowym systemu jest miniaturowy moduł wejścia umożliwiający integrację z różnego rodzaju urządzeniami, a w szczególności istniejącymi już sensorami.

System Fibaro jest obecnie jednym z najtańszych rozwiązań domów inteligentnych, ponieważ, z uwagi na zastosowaną technologię bezprzewodową, można go montować całkowicie bezinwazyjnie, bez dodatkowego okablowania. Cena systemu jest wynikową liczby punktów elektrycznych w obiekcie oraz intensywności zautomatyzowania domu — dla budynku Meteor 2 nie powinna przekroczyć 15 tys. zł. Montaż systemu Fibaro przynosi także wiele oszczędności związanych z mediami — pozwala zaoszczędzić do 30 proc. energii elektrycznej oraz 23 proc. ciepła.

Krzysztof Sornek
AGH Akademia Górniczo-Hutniczna Wydział Energetyki i Paliw
Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego