Ogrzewanie i wentylacja - dom energooszczędny

Kluczowym elementem budynku energooszczędnego jest wysokowydajny system grzewczy wykorzystujący odnawialne źródła energii. Wybór konkretnego rozwiązania uzależniony jest od szeregu czynników, do których zaliczyć można m.in. dostępność paliwa, koszty inwestycyjne i eksploatacyjne, wymagany komfort obsługi czy restrykcje prawne w zakresie stosowania odnawialnych źródeł energii.

Podstawowym elementem każdego systemu CO oraz systemu przygotowania ciepłej wody użytkowej jest źródło ciepła, które w przypadku budynków energooszczędnych powinno być oparte na wykorzystaniu energii ze źródeł odnawialnych. Z punktu widzenia zapotrzebowania budynku na ciepło istotny jest również system wentylacji — w nowoczesnych obiektach stosuje się wentylację mechaniczną wyposażoną w urządzenia odzyskujące ciepło (m.in. rekuperatory i regeneratory).

Meteor 2 — przykładowy budynek

Budynek Meteor 2 zalicza się do grupy obiektów niskoenergetycznych — jego wskaźnik E, obliczany jako stosunek rocznego zapotrzebowania netto na energię w odniesieniu do powierzchni użytkowej budynku, nie przekracza wartości 30 kWh/(m²•rok). Tak wysoki standard energetyczny osiągnięty został m.in. dzięki prostej i zwartej konstrukcji, zastosowaniu materiałów o wysokich parametrach termoizolacyjnych oraz dzięki odpowiednim rozwiązaniom systemowym.

Budynek posiada dwie kondygnacje nadziemne: parter oraz poddasze użytkowe. Wyposażony jest w instalację CO, system przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła. Dodatkowo możliwe jest zastosowanie systemu chłodzenia. Powierzchnia przestrzeni użytkowej (o regulowanej temperaturze) wynosi 154,90 m kw. Dodatkowo w budynku znajduje się pomieszczenie techniczne oraz garaż, które nie są wyposażone w urządzenia grzewcze. Obiekt przeznaczony jest dla 3–5- osobowej rodziny.

Ściany zewnętrzne wykonane są w technologii dwuwarstwowej: ściana nośna z pustaków ceramicznych ocieplona jest warstwą styropianu, charakteryzującego się bardzo niską wartością współczynnika przewodzenia ciepła (λ=0,031 W/mK). Okna oraz drzwi balkonowe w przegrodach zewnętrznych zamontowane są w sposób ograniczający do minimum występowanie mostków cieplnych (λ=1,1 W/mK). Ponadto pozostałe przegrody, oddzielające część ogrzewaną od środowiska zewnętrznego oraz pomieszczeń nieogrzewanych, wykonane są w wysokim standardzie energetycznym, gwarantując wysoki poziom ochrony cieplnej budynku.

Budowa instalacji centralnego ogrzewania

Instalacja CO w standardowym wykonaniu stanowi połączenie dwóch systemów — ogrzewania płaszczyznowego (podłogowego) na parterze oraz systemu płytowych grzejników ściennych na poddaszu użytkowym. Obliczeniowe parametry pracy takiej instalacji to odpowiednio 45/35/20°C i 75/65/20°C. W związku z tym konieczne jest utworzenie dwóch oddzielnych obiegów lub zastosowanie zaworu mieszającego. Źródłem ciepła może być np. kocioł gazowy kondensacyjny, pompa ciepła lub kocioł na paliwo stałe.

Alternatywnym rozwiązaniem jest ogrzewanie płaszczyznowe na obu kondygnacjach. W tym przypadku, dla uniknięcia nadmiernego obciążenia stropu, instalację grzewczą na poddaszu można wykonać w postaci ogrzewania ściennego (układanego na mokro, czyli przez otynkowanie rur umocowanych na ścianie lub na sucho, tzn. przez wykorzystanie płyt prefabrykowanych z zintegrowanymi rurami). Brak tradycyjnych grzejników eliminuje potrzebę wytwarzania ciepła o wyższych parametrach temperaturowych, co przekłada się na niższe koszty eksploatacyjne.

Dom Meteor 2 ©MTM STYL

Inne możliwe rozwiązania to ogrzewanie powietrzne w systemie DGP (energooszczędny system dystrybucji gorącego powietrza z kominka) oraz ogrzewanie za pomocą kabli lub mat grzewczych. Drugi z wymienionych sposobów nie wymaga budowy instalacji grzewczej i stosowania tradycyjnego źródła ciepła. W celu wykorzystania tańszej energii elektrycznej w taryfie nocnej, może być wykonane w systemie akumulacyjnym. Jednak ze względu na wysokie koszty eksploatacyjne jest stosunkowo rzadko wykorzystywany (głównie w budynkach o bardzo dobrych parametrach izolacyjności termicznej oraz do ogrzewania pojedynczych pomieszczeń, np. łazienek).

Przygotowanie ciepłej wody użytkowej

Instalacja ciepłej wody użytkowej w budynku Meteor 2 zawiera trzy zawory czerpalne, umieszczone w kuchni oraz łazience. Źródłem ciepła do podgrzewania wody może być tu kocioł jedno- lub dwufunkcyjny, przepływowy podgrzewacz wody, pojemnościowy podgrzewacz wody lub inne urządzenie grzewcze (np. to zastosowane w instalacji CO) sprzężone z zasobnikiem ciepłej wody użytkowej. W tym ostatnim przypadku uzasadnione jest zamontowanie kolektorów słonecznych, które zapewnią pokrycie zapotrzebowania na ciepło w miesiącach letnich.

Wybór źródła ciepła

Najczęściej stosowanym rozwiązaniem w nowoczesnych budynkach mieszkalnych są obecnie gazowe kotły kondensacyjne, które dzięki odzyskiwaniu dodatkowego ciepła ze spalin (kondensacji), pracują nawet o kilkanaście procent efektywniej od tradycyjnych urządzeń. Tu oszczędności uzyskuje się również dzięki niskiej temperaturze spalin ograniczającej stratę kominową. Zużycie gazu, w porównaniu z nowymi kotłami niekondensacyjnymi, jest mniejsze o ok. 20 proc., natomiast w stosunku do starszych konstrukcji kotłów gazowych — o 40 proc. Kotły zasilane gazem ziemnym posiadają z reguły duży zakres modulacji palnika (30- 100 proc.), a dodatkowym udogodnieniem może być niezależna nastawa mocy dla systemu ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej.

Poza ekonomicznymi korzyściami, coraz większe znaczenie odgrywa także czynnik ekologiczny, a dokładnie wielkość emisji zanieczyszczeń generowanych przez konkretną technologię. W przypadku urządzeń gazowych oddziaływanie na środowisko jest znacznie mniejsze niż np. przy kotłach opalanych węglem kamiennym.

Zastosowanie w budynku Meteor 2 wiszącego kotła gazowego pozwoli uzyskać dobre świadectwo charakterystyki energetycznej — wartość EP będzie równa 60,41 kWh/(m²•rok ). Należy zaznaczyć, że kocioł ten może współpracować z pojemnościowym podgrzewaczem wody lub podgrzewaczem biwalentnym (w przypadku zastosowania kolektorów słonecznych do podgrzewu CWU).

Drugim z grupy najbardziej popularnych rozwiązań są pompy ciepła. Zainteresowaniem cieszą się przede wszystkim rozwiązania typu woda-woda, solanka-woda oraz powietrze-woda. Poza wysoką efektywnością pracy (średnioroczne COP > 4), zaletą tych urządzeń jest fakt, iż mogą służyć nie tylko do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej, ale także do chłodzenia (rewersyjne sprężarkowe pompy ciepła). Niskie koszty eksploatacyjne oraz wysoki wskaźnik EP budynków z pompą ciepła przyczynia się do ciągłego wzrostu popularności tych urządzeń. Przeszkodą pozostają wciąż wysokie nakłady inwestycyjne (przede wszystkim koszt wykonania kolektorów i sond gruntowych).

Montaż ogrzewania podłogowego ©VIESSMANN

Wysoki komfort ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej zapewniają także kotły olejowe. Jednak generują one wysokie koszty eksploatacyjne. Najnowsze rozwiązania wykorzystują technikę kondensacji, dzięki czemu ich sprawność jest o ok. 10 proc. lepsza w porównaniu z tradycyjnymi kotłami olejowymi. Warto pamiętać, że do zastosowania kotłów opalanych olejem, konieczna jest budowa zbiornika na olej opałowy, co w niektórych przypadkach (np. przy zbiorniku podziemnym) oznacza zdecydowanie wyższe koszty inwestycyjne.

Alternatywnym rozwiązaniem są kotły na paliwo stałe, które zaliczyć należy do tanich w eksploatacji oraz uniwersalnych źródeł ciepła. Aktualnie najchętniej stosowane rozwiązania to urządzenia z automatycznymi podajnikami paliwa, które — w zależności od konstrukcji — przeznaczone są do spalania paliw stałych, takich jak m.in. ekogroszek oraz miał węgla kamiennego. Coraz częściej stosuje się także kotły opalane biomasą (drewnem kawałkowym, zrębkami czy słomą). Kotły tego typu odznaczają się niskimi kosztami eksploatacyjnymi. Z kolei ich wadą jest konieczność okresowej obsługi i magazynowania paliwa. W nowoczesnych budynkach energooszczędnych, w których nie przewiduje się kotłowni dostosowanej do potrzeb kotłów na paliwo stałe, urządzenia takie przeważnie nie są stosowane.

Uzupełnieniem podstawowego źródła ciepła może być kominek z płaszczem wodnym lub zespół kolektorów słonecznych. Zastosowanie tego typu rozwiązań pozwala obniżyć koszty związane z przygotowaniem ciepłej wody użytkowej i/lub ogrzewaniem.

Wybór systemu wentylacji

Istotnym elementem, wpływającym w znaczny sposób na ilość wymaganego do wytworzenia ciepła, jest rodzaj zastosowanego systemu wentylacji. Optymalne warunki klimatyczne, a także wysoką efektywność pracy, zapewnia nowoczesna wentylacja mechaniczna z rekuperacją. W porównaniu z tradycyjną wentylacją grawitacyjną, pozwala zaoszczędzić 30–40 proc. ciepła, które w przypadku wentylacji naturalnej tracone jest na skutek wymiany ciepłego powietrza usuwanego z pomieszczeń na zimne pochodzące z zewnątrz. Im lepiej zaizolowany jest budynek (ocieplenie ścian, jakość okien i drzwi), tym większe oszczędności. Dobrze zaprojektowana wentylacja mechaniczna rozwiązuje wszystkie problemy tradycyjnego układu wentylacji grawitacyjnej:

• potrafi wymienić w każdym pomieszczeniu dokładnie tyle powietrza, ile potrzeba dla zachowania komfortu, ale i dla ograniczenia strat ciepła;
• jest niezależna od warunków pogodowych;
• daje możliwość regulacji centralnej i miejscowej;
• przy zastosowaniu rekuperatora umożliwia oszczędzanie energii przez odzyskiwanie ciepła z powietrza usuwanego i wstępne podgrzewanie powietrza nawiewanego.

Chłodzenie

Integralną częścią nowoczesnych budynków jest coraz częściej system chłodzenia, który zapewnia optymalne warunki użytkowania budynku również w okresie letnim. Klimatyzatory typu split to jeden ze sposobów chłodzenia. Urządzenia tego typu zapewniają tylko częściowe uzdatnianie powietrza (ogrzewanie i chłodzenie). Stanowią ponadto dodatkowy element wystroju wnętrz, a to nie zawsze jest pożądane przez inwestorów. Ograniczone możliwości ma również zastosowanie systemu chłodzenia płaszczyznowego, wykorzystującego jako źródło ciepła i chłodu rewersyjne pompy ciepła. W takim przypadku elementy grzewcze (podłoga czy ściana) stają się w lecie powierzchniami chłodzącymi. Jeśli występuje potrzeba kompletnej obróbki powietrza, może zapewnić ją zastosowanie centrali klimatyzacyjnej (zamiast centrali wentylacyjnej). Wtedy poza regulacją temperatury nawiewanego powietrza, możliwe jest jego osuszanie i nawilżanie. System taki jest stosunkowo drogi, jednak pozwala regulować w precyzyjny sposób parametry komfortu użytkowania budynku.

Piec ©VIESSMANN

∗∗∗

Wybór instalacji grzewczej w domu o niskim zużyciu energii uzależniony jest od wielu czynników. Jednak szeroka oferta dostępnych na rynku rozwiązań pozwala na dostosowanie instalacji do parametrów cieplnych budynków, naszych oczekiwań, a także kwoty, którą chcemy przeznaczyć na ten cel.

Krzysztof Sornek
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza
Wydział Energetyki i Paliw

ZDANIEM EKSPERTA

Jakie są najczęściej wybierane źródła ciepła w budynkach energooszczędnych?

Dom energooszczędny może być ogrzewany praktycznie każdym dostępnym źródłem ciepła. O wyborze odpowiedniego decydują preferencje inwestora oraz szczegółowa analiza ekonomiczna kosztów inwestycji i późniejszych kosztów eksploatacji. Idealnym rozwiązaniem, może dlatego najczęściej wybieranym, jest pompa ciepła.

Warto wiedzieć, że najniższe koszty ogrzewania zapewnia pompa ciepła wykorzystująca ciepło z gruntu. Przy niewiele większych kosztach eksploatacji, ale niższych kosztach inwestycji, doskonale sprawdzi się również pompa wykorzystująca ciepło z powietrza atmosferycznego. Szczególnie ciekawym rozwiązaniem są tutaj pompy ciepła typu split. Składają się z dwóch części: jednostki montowanej na zewnątrz budynku, np. powieszonej na ścianie zewnętrznej, oraz jednostki wewnętrznej, którą można zamontować praktycznie w każdym miejscu w budynku. Obie połączone są przewodami o małej średnicy, przez które przepływa czynnik chłodniczy. Jednostka wewnętrzna może być również wyposażona w zbiornik ciepłej wody użytkowej, a to znacznie zmniejsza ilość potrzebnego miejsca w kotłowni.

Alternatywę dla pomp ciepła stanowią m.in. kotły kondensacyjne zasilane gazem ziemnym. Dobrej klasy urządzenia pracują z mocą już od 1,9 kW. Niezależnie od temperatur zewnętrznych, płynnie dopasowują ilość dostarczanego ciepła do budynku wtedy, kiedy jest rzeczywiście potrzebne. W każdej chwili do kotła kondensacyjnego można łatwo dołożyć pompę ciepła, np. wykorzystującą ciepło z powietrza. Wówczas oba źródła ciepła mogą wzajemnie i automatycznie się uzupełniać, dostarczając komfortową i tanią energię.

Ogrzewanie domu pompą ciepła lub gazem ziemnym jest równoznaczne z niskimi kosztami ogrzewania i bezobsługową pracą instalacji, którą można kontrolować i sterować z dowolnego miejsca.

Krzysztof Gnyra
konsultant firmy
VIESSMANN

artykuł pochodzi z kwartalnika
Kreator Projekty wydanie 04/2012
więcej o kwartalniku czytaj na
Kreator Projekty.pl