Koszty energii w nowoczesnym domu

Budowa domu to wielkie wyzwanie. Planując jego realizację należy mieć na uwadze dobrą lokalizację, niebanalny wygląd, komfort użytkowania, odpowiednią okolicę, koszt budowy, a także koszty późniejszej eksploatacji.

Czynniki wpływające na kaszty utrzymania domu

Na koszty związane z utrzymaniem domu podczas jego eksploatacji duży wpływ mają niewątpliwie wydatki na zakup niezbędnych paliw i energii. Sporym obciążeniem dla budżetu domowego jest rachunek z elektrowni, ale on w znacznym stopniu zleży od liczby nagromadzonego sprzętu RTV i AGD, jego efektywności energetycznej i częstotliwości wykorzystania. Na cieplne potrzeby energetyczne budynku największy wpływ ma zapotrzebowanie energetyczne obiektu związane z centralnym ogrzewaniem (CO), straty energii cieplnej przez przegrody, wentylacja (mechaniczna lub grawitacyjna) i sposób przygotowania ciepłej wody użytkowej (CWU).

Kompaktowy kocioł
kondensacyjny ©VIESSMANN

W starszym budownictwie najwięcej energii/paliw pochłaniały potrzeby energetyczne związane z zapewnieniem odpowiedniego komfortu cieplnego. Obecnie to się zmienia — coraz większa świadomość wpływu spalania paliw kopalnych na środowisko i bardziej rygorystyczne wymagania techniczne (Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie Dz.U. 2002 nr 75 poz. 690) sprawiają, że wznoszone domy charakteryzują się coraz wyższym standardem izolacyjności cieplnej i średniej sezonowej sprawności całkowitej systemu grzewczego i przygotowywania CWU.

Ze względu na ilość energii koniecznej do zapewnienia odpowiedniego komfortu cieplnego, wyrażonej w jednostkach kilowatogodzin [kWh] przypadających na jednostkę powierzchni użytkowej [mkw.] o regulowanej temperaturze budynku, możemy obiekty podzielić na:

—budynki spełniające obecne wymagania prawne – od 90 do 120 kWh (m²·rok);
—budynki niskoenergetyczne – od 30 do 60 kWh/ (m²·rok);
—budynki pasywne – poniżej 15 kWh/ (m²·rok);
—budynki zeroenergetyczne – — niepotrzebujące zewnętrznych dostaw paliw i energii.

Wysoki standard izolacyjności cieplnej budynków wpływa na zmniejszenie procentowego udziału potrzeb energetycznych związanych z ogrzewaniem w stosunku do innych potrzeb energetycznych (wentylacja czy przygotowanie CWU). Prawdą jest (o ile porównuje się te same nośniki energii), że im mniej energii będzie potrzebować projektowany budynek, tym mniejszy będzie koszt jego późniejszej eksploatacji. W rzeczywistości, zestawiając różne możliwości dostarczania energii do projektowanych budynków, sprawa jest bardziej skomplikowana. Trudno jest bowiem porównać ze sobą tak odmienne rodzaje paliw jak np. węgiel i gaz ziemny. Koszty wykorzystywania tych paliw można wyliczyć, uwzględniając ich wartości opałowe (lub ciepło spalania). Przykładowo, mnożąc cenę gazu ziemnego, wyrażonego w złotych za metr sześcienny (1 Nm3 – jeden metr sześcienny w warunkach normalnych; ciśnienie: 101325 Pa; temperatura: 273,15 K – 0°C) i jego wartość opałową (przyjętą 10 kWh/Nm³) otrzymamy wskaźnik kosztu jednostki energii paliwa. Niestety wartość ta nie jest parametrem wystarczającym do tego, by wybrać paliwo najbardziej korzystne. Dodatkowym problemem w porównaniu kosztów są opłaty stałe, pobierane niezależne od ilości wykorzystanego paliwa oraz koszty pracy, którą musimy wykonać indywidualnie, uzupełniając paliwo (nie dotyczy gazu ziemnego) czy usuwając powstały podczas spalania popiół.

Sprawność wytwarzania energii

Kocioł na paliwo stałe ©GAMRAT

Ważnym czynnikiem wpływającym na faktyczny koszt, który ponosi właściciel budynku na potrzeby ogrzewania, wentylacji czy przygotowania CWU, jest sprawność, z jaką paliwa możemy transformować w energię cieplną. Sprawność transformacji energii chemicznej paliw w energię użytkową wraz ze sprawnościami poszczególnych podsystemów energetycznych budynku, odgrywa kluczową rolę (poza kosztem paliw) w kształtowaniu wysokości późniejszych kosztów użytkowania budynku. Wpływ na całkowitą sprawność mają:

—średnia sezonowa sprawność wytworzenia energii cieplnej z paliw dostarczonych do granicy bilansowej budynku; —średnia sezonowa sprawność akumulacji ciepła w elementach pojemnościowych systemu CO/CWU budynku;
—średnia sezonowa sprawność transportu nośnika ciepła w obrębie budynku;
—średnia sezonowa sprawność regulacji i wykorzystania ciepła w obrębie budynku.

Rodzaj wykorzystywanego paliwa ma kluczowy wpływ na sprawność wytwarzania energii w kotle. W zależności od jakości wykonania kotłów, ich sprawność podczas spalania paliw stałych wynosi ok. 90 proc., podczas gdy kotły zasilane paliwami gazowymi posiadają sprawność o 10 proc. wyższą, a w przypadku kotłów kondensacyjnych przekraczają 100 proc.

Charakterystyka ocenianego budynku i porównywanych paliw

Dla możliwości porównania kosztów dostarczenia energii cieplnej dla CO, wentylacji i systemu przygotowania CWU wybrano projekt domu o powierzchni użytkowej 171 mkw., zapotrzebowaniu na energię CO i wentylacji na poziomie 5000,52 kWh/rok i zapotrzebowaniu do przygotowania CWU na poziomie 2412,39 kWh/m². Parametry domu kwalifikują go do budynków niskoenergetycznych – całkowite zapotrzebowanie na energię użytkową wynosi 43,35 kWh/m² w skali roku. Przeprowadzona analiza zakłada porównanie trzech rodzajów paliw: gazu ziemnego z sieci (taryfa W-2.1), peletu drzewnego oraz węgla kamiennego (ekogroszku).

Gaz ziemny sieciowy

Wykorzystanie gazu ziemnego jako paliwa do zapewnienia energii dla budynków jest rozwiązaniem najbardziej ergonomicznym. Do zalet tego paliwa można zaliczyć: bezobsługowość (jedynie okresowe przeglądy i czyszczenie kotłów), brak konieczności wyznaczenia miejsca do składowania paliwa, niską emisję szkodliwych substancji do powietrza oraz łatwą automatykę. W analizowanym wariancie jako źródło energii cieplnej założono wykorzystanie dwóch kotłów gazowych. Dla określenia całkowitej ilości potrzebnego paliwa przewidziano średnio sezonową sprawność dla potrzeb CO na poziomie 94 proc., a dla przygotowania CWU na poziomie 55 proc. (główne straty to przesył i akumulacja). Łączne potrzeby energetyczne przy takich sprawnościach wynoszą odpowiednio: 5319,70 kWh/rok dla CO i wentylacji oraz 4386,16 kWh/rok dla przygotowania CWU, generując łącznie potrzeby energetyczne (energia końcowa) na poziomie 9 705,86 kWh/rok.

Przy założeniu, że 1 Nm³ gazu ziemnego zawiera energię równą 10 kWh, łącznie w skali roku będziemy potrzebować 971 Nm³ gazu ziemnego, a to kwalifikuje odbiorcę do taryfy W-2.1 (zapotrzebowanie wyższe niż 300 Nm³, a niższe niż 1200 Nm³). Dane na temat kosztów stałych i zmiennych dla dobranej taryfy W-2.1 Polskiego Górnictwa Naftowego i Gazownictwa SA zawiera tabela nr 1.

Tabela 1. Koszty stałe i zmienne dla taryfy W-2.1 Źródło: PGNiG

Pelet drzewny

Piec gazowy ©VIESSMANN

Pelet drzewny powstaje na skutek wywierania dużego ciśnienia na biomasę (zazwyczaj trociny drzewne) i ma postać granulatu (o szerokości 6-8 mm i kilkucentymetrowej długości). Materiał ten zalicza się do odnawialnych źródeł energii. Wśród jego zalet najczęściej wymienia się czystość spalania (nie powstaje sadza), pozostawianie niewielkiej ilości popiołu (ok. 1 proc. masy paliwa), przyjemny zapach oraz bezpieczeństwo (nie istnieje zagrożenie wybuchu).

W wariancie dostarczania energii ze spalania peletu drzewnego, dla przykładowego projektu wykorzystano kocioł dwufunkcyjny z palnikiem wyposażonym w podajnik i zasobnik paliwa. Zakładana sprawność instalacji do celów CO oscyluje wokół 89 proc., a do przygotowania CWU – 55 proc. Łączne potrzeby energetyczne przy założonych sprawnościach wynoszą odpowiednio: 5618,56 kWh/rok dla CO i wentylacji oraz 4386,16 kWh/rok dla przygotowania CWU, dając łączne potrzeby energetyczne na poziomie 10 004,72 kWh/rok.

Dla oszacowania ilości potrzebnego peletu przyjęto parametry paliwa o nazwie Ecopellet, wytwarzanego przez największego polskiego producenta peletu drzewnego – firmę Barlinek SA. Jego wartość opałowa wynosi 5,3 kWh/kg, a łączna masa potrzebnego paliwa w całym roku – 1888 kg.

Tabela 2. Przykładowe ceny peletu drzewnego

Węgiel kamienny (ekogroszek)

Węgiel kamienny wykorzystywany jest jako paliwo zaspokajające zdecydowaną większość potrzeb energetycznych kraju – zarówno tych przemysłowych, jak i tych w gospodarstwach domowych. Jest to bowiem paliwo uniwersalne, wciąż relatywnie tanie i łatwe w magazynowaniu — nie nasiąka wodą i posiada dużą gęstość energetyczną. Do jego zalet zalicza się również bezpieczeństwo dostaw (w zdecydowanej większości pochodzi z krajowego wydobycia).

Podczas wyliczania kosztów zastosowania tego paliwa w przykładowym domu założono wykorzystanie kotła dwufunkcyjnego z palnikiem retortowym wyposażonym w podajnik i zasobnik paliwa. Takie rozwiązanie jest stosunkowo wygodne, a jego obsługa w dużej mierze automatyczna. Zakładana sprawność instalacji do celów CO to 80 proc., a do CWU – 49 proc. Łączne potrzeby energetyczne przy założonych sprawnościach wynoszą: 6250,65 kWh/rok dla CO i wentylacji oraz 4923,24 kWh/rok dla przygotowania CWU, generując łącznie potrzeby energetyczne na poziomie 11173,89 kWh/rok.

Dla oszacowania ilości potrzebnego paliwa przyjęto parametry paliwa Ekogroszek workowany – Wesoła Iskra i(kopalnia KWK Mysłowice-Wesoła). Jego wartość opałowa wynosi 7,8 kWh/kg, a łączna masa potrzebnego paliwa dla całego roku wyniesie 1433 kg.

Tabela 3. Ceny ekogroszku

Porównanie kosztów ogrzewania

Każdy spośród trzech przeanalizowanych wariantów ogrzewania dla przykładowego domu posiada wady i zalety. Jednak każdemu rozwiązaniu można przyporządkować cechę wiodącą. I tak: kocioł na gaz ziemny charakteryzuje ergonomiczność, kocioł na biomasę (pelet) ekologia, a kocioł z podajnikiem z podajnikiem retortowym na węgiel kamienny – ekonomia. Najtańszym paliwem (spośród trzech porównywanych) dla analizowanego domu okazał się węgiel kamienny (ekogroszek). Najdroższym z kolei gaz ziemny przewodowy. W środku stawki uplasowało się rozwiązanie wykorzystujące pelet drzewny.

artykuł pochodzi z kwartalnika
Kreator Projekty wydanie 02/2013
więcej o kwartalniku czytaj na
Kreator Projekty.pl

W analizowanym przypadku różnica cenowa pomiędzy rozwiązaniem najtańszym a najdroższym nie jest duża (877,77 zł brutto w skali roku) i raczej nie będzie przesądzać o wyborze konkretnego wariantu. W tym przypadku większy znaczenie będą mieć kwestie wygody oraz wpływu na środowisko. Należy jednak pamiętać, że prezentowane porównanie dotyczy domu niskoenergetycznego, którego zapotrzebowanie energetyczne jest nawet pięciokrotnie niższe niż w przypadku najpopularniejszych budynków średniej klasy.

Łukasz Zywar