Dom energooszczędny. Ogrzewanie domu energooszczędnego

Ogrzewanie domu energooszczędnego powinno być starannie przemyślane i zaprojektowane. Najniższe koszty eksploatacji zapewniają urządzenia wykorzystujące odnawialne źródła energii, ale dla wielu inwestorów są zbyt drogie. W polskich warunkach, biorąc pod uwagę koszty wykonania systemu grzewczego i jego eksploatacji, do ogrzewania domu energooszczednego warto wybrać gazowy kocioł kondensacyjny. Z kolei na terenach bez sieci gazowej sprawdzą się kotły na biomasę (drewno lub pelety) oraz gruntowa pompa ciepła.

Ogrzewanie domu - kocioł kondensacyjny na gaz

Kocioł musi być wyposażony w automatykę pogodową wspieraną czujnikiem temperatury wewnętrznej zainstalowanym w pomieszczeniu reprezentatywnym. System regulacji musi pozwalać na programowanie żądanej temperatury w ciągu doby (na przykład obniżenie jej nocą) i tygodnia. Grzejniki powinny mieć jak najmniejszą bezwładność cieplną i być wyposażone w zawory z głowicami termostatycznymi o zakresie proporcjonalności 1 K (z wyjątkiem grzejnika w pomieszczeniu reprezentatywnym, który nie może mieć głowicy termostatycznej). Kocioł kondensacyjny podłącza się do przewodu powietrzno-spalinowego - pobiera powietrze do spalania z zewnątrz. Moc systemu centralnego ogrzewania zasilanego przez kocioł kondensacyjny musi odpowiadać projektowemu obciążeniu cieplnemu budynku. Dobrane urządzenie powinno mieć jak najmniejszą moc minimalną i duży zakres pracy ciągłej, a parametry pracy instalacji centralnego ogrzewania (w przypadku ogrzewania grzejnikowego to 55/45°C) oraz jej typ powinny zapewniać maksymalną sprawność kotła. Decyzja o zasilaniu instalacji kotłem gazowym jest uzależniona od możliwości doprowadzenia do działki sieci gazowej.

Pompa ciepła

Alternatywą dla kotła gazowego może być pompa ciepła pobierająca ciepło z gruntu i współpracująca z niskotemperaturowym ogrzewaniem podłogowym. Koszty inwestycyjne takiej instalacji są dość wysokie, jednak rekompensują je oszczędności wynikające z małego zużycia energii. Tańsze inwestycyjnie byłoby zainstalowanie pompy wykorzystującej jako źródło ciepła powietrze zewnętrzne, ale w polskich warunkach klimatycznych stosowanie jej do ogrzewania nie jest ekonomicznie uzasadnione. Aby zapewnić wysoką sprawność pracy pompy ciepła i efektywną pracę systemu grzewczego, należy:

• wybrać pompę ciepła:

– ze sprężarką typu Scroll,
– o wysokim średniosezonowym współczynniku efektywności COP ≥ 3,5,
– wykorzystującą czynnik roboczy R410A,
– z dużym zakresem regulacji mocy grzewczej,
– w przypadku urządzeń wielosprężarkowych wyposażoną w układ automatyki sterującej, zapewniający równy czas pracy wszystkich pomp lub sprężarek;

• wyposażyć system w zasobnik buforowy o odpowiedniej pojemności i możliwie małych stratach postojowych, jeżeli pompa ciepła tego wymaga;
• zastosować jako dolne źródło ciepła gruntowy wymiennik pionowy, co pozwoli na oszczędność miejsca, zapewni wysoką sprawność pracy pompy oraz latem umożliwi chłodzenie budynku;
• zastosować energooszczędne pompy obiegowe, zużywające do 80% mniej energii elektrycznej niż tradycyjne;
• wykonać niskotemperaturowe ogrzewanie podłogowe o jak najniższych obliczeniowych parametrach wody na zasileniu i powrocie z instalacji, na przykład 35/28°C.

W celu zoptymalizowania kosztów zakupu pompy ciepła i wykonania dolnego źródła ciepła jej moc trzeba dobrać w taki sposób, aby pokrywała ok. 75% projektowego obciążenia cieplnego budynku. Pozostałą część powinny pokryć grzałki elektryczne zamontowane w zbiorniku buforowym. W takim układzie pompa ciepła będzie odpowiadać za ogrzewanie domu do temperatury zewnętrznej mniej więcej -15°C (dla strefy III), poniżej tej temperatury będą się włączały dodatkowe grzałki elektryczne. Pompa ciepła będzie dostarczała około 90% całkowitej ilości ciepła potrzebnej do ogrzewania domu.

Kominek

Może być wspomagającym źródłem ciepła w domach o niskim zapotrzebowaniu na energię. Ze względu na małe projektowe obciążenie cieplne należy stosować kominki o niewielkiej mocy – mniej więcej 3-6 kW – dostosowanej do charakterystyki energetycznej budynku, aby nie przegrzewać pomieszczeń i nie zwiększać strat ciepła. Kominki muszą mieć zamkniętą komorę spalania i niezależne, izolowane termicznie doprowadzenie powietrza do spalania z zewnątrz. System spalinowy, komora spalania i kanał nawiewny powinny być połączone i szczelne. Zaleca się stosowanie kominów zewnętrznych. System rozprowadzenia ciepłego powietrza z kominka po budynku powinien być oddzielny i niezależny od systemu wentylacji.

Instalacja grzewcza

Aby działała efektywnie i zapewniała wysoki komfort cieplny, musi być zaprojektowana i zwymiarowana na podstawie wartości projektowego obciążenia cieplnego wyznaczonego dla budynku zgodnie z normą PN-EN 12831 „Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego”. Ponadto powinna:

• zapewniać równomierny przestrzenny rozkład temperatury odczuwalnej (średnia arytmetyczna sumy temperatury powietrza i średniej temperatury powierzchni przegród) w pomieszczeniach;
• umożliwiać regulację temperatury odczuwalnej, np. za pomocą zaworów z głowicami termostatycznymi o zakresie proporcjonalności 1 K;
• być wyposażona w automatyczny układ regulacji mierzący temperaturę zewnętrzną i wewnętrzną oraz dostosowujący parametry pracy instalacji do aktualnych potrzeb i umożliwiający programowanie temperatury odczuwalnej w pomieszczeniach w ciągu dnia i tygodnia;
• efektywnie wykorzystywać ciepło dostarczane przez system grzewczy;
• mieć urządzenia do monitorowania jego zużycia;
• być zwarta, kompaktowa i zblokowana;
• mieć jak najkrótsze przewody w celu ograniczenia strat ciepła i ciśnienia;
• być zasilana przez źródło ciepła o wysokiej sprawności;
• być wyposażona w łatwe do czyszczenia grzejniki, prawidłowo usytuowane w pomieszczeniu, nieosłonięte i wyposażone w ekrany odbijające promieniowanie cieplne;
• być trwała i tania w eksploatacji;
• być jak najmniej uciążliwa dla środowiska naturalnego, np. korzystać z odnawialnych źródeł energii;
• mieć przewody rozprowadzające zaizolowane i ułożone powyżej warstwy izolacji w podłodze na gruncie lub w stropie nad nieogrzewanym poddaszem; grubość warstwy izolacji powinna być dobrana zgodnie ze szczegółowymi wymaganiami.

Niskotemperaturowe ogrzewanie podłogowe

Warunkiem koniecznym do zapewnienia wysokiej sprawności źródła ciepła (jeśli będzie nim np. pompa ciepła czy kondensacyjny kocioł gazowy) może być zastosowanie niskotemperaturowego ogrzewania podłogowego. Takie ogrzewanie ma wiele zalet. Przede wszystkim zapewnia lepsze warunki higieniczne i wyższy komfort cieplny dzięki niższej temperaturze powietrza i jej równomiernemu rozkładowi w całym pomieszczeniu oraz mniejszym konwekcyjnym ruchom powietrza unoszącym kurz i brudzącym ściany. Brak grzejników sprawia, że wnętrza są bardziej estetyczne i łatwiejsze do utrzymania w czystości, a niższa temperatura nośnika ciepła sprzyja obniżeniu jego sezonowego zużycia. Decydując się na taki system grzewczy, nie można jednak zapominać o jego wadach:

• dużej bezwładności cieplnej;
• podwyższonych wymaganiach w odniesieniu do regulacji eksploatacyjnej – układ powinien być wyposażony w regulację centralną z regulatorem inteligentnym PID, pozwalającym na działanie z wyprzedzeniem i uczenie się systemu oraz w regulację miejscową;
• konieczności precyzyjnego zwymiarowania instalacji (zmiana wielkości grzejników po wykonaniu instalacji jest niemożliwa);
• ograniczaniu mocy cieplnej grzejnika przez dywan, meble itp.;
• wyższych kosztach inwestycyjnych w porównaniu z ogrzewaniem grzejnikowym;
• większym zużyciu energii pomocniczej do napędu pomp obiegowych i układów regulacji.

Ogrzewanie powietrzne

W domach, w których wskaźnik zapotrzebowania na moc grzewczą odniesiony do powierzchni ogrzewanej wynosi około 20 W/m², można zrezygnować z tradycyjnego ogrzewania wodnego na rzecz ogrzewania powietrznego. Aby sprawdzić, czy takie rozwiązanie jest możliwe, trzeba porównać projektowane obciążenie cieplne z mocą ogrzewania nadmuchowego pracującego na projektowanych, niezwiększonych strumieniach powietrza wentylacyjnego. Jeżeli okaże się, że różnica jest niewielka i do jej pokrycia wystarczą grzejniki zlokalizowane tylko w łazienkach lub pod największymi oknami, można zrezygnować z instalowania ogrzewania wodnego w całym budynku i zaprojektować tylko ogrzewanie powietrzne. W budynkach z ogrzewaniem powietrznym nie potrzeba grzejników. Ciepło można dostarczać do pomieszczeń za pomocą systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła. Powietrze nawiewane jest cieplejsze od tego w pomieszczeniu, co pozwala wykorzystać efekt Coandy (strumień powietrza nawiewanego przylega do sufitu, który w ten sposób staje się kanałem półotwartym transportującym powietrze na koniec pomieszczenia), a więc uprościć system wentylacji, zastosować krótsze kanały i ograniczyć straty ciśnienia. System ma wprawdzie małą bezwładność cieplną, ale gorszy pionowy rozkład temperatury (cieplej na górze, chłodniej na dole), mniej korzystny sposób przekazywania ciepła i zazwyczaj brak regulacji miejscowej (strumienie powietrza wentylacyjnego dopływające do poszczególnych pomieszczeń nie są indywidualnie regulowane i mają taką samą temperaturę).

Regulacja instalacji grzewczej

Po wykonaniu instalacji grzewczej należy ją wyregulować. Trzeba ustawić przepływ czynnika grzewczego przez poszczególne obiegi grzewcze zgodnie z projektem, aby zapewniały wymaganą temperaturę we wszystkich ogrzewanych pomieszczeniach. Regulować hydraulicznie należy każdą instalację. Powinien to zrobić wykonawca-instalator. Regulacja polega na takim ustawieniu nastawy wstępnej zaworu termostatycznego, aby ilość czynnika grzewczego płynąca przez grzejnik była zgodna z projektem i odpowiednia do jego wielkości, czyli strat ciepła w danym pomieszczeniu i założonej temperatury. Gdy przepływy w instalacji będą zakłócone, nie będzie możliwa efektywna praca regulatorów, a wspólny dla całej instalacji regulator centralny nie będzie działać efektywnie. W konsekwencji w pomieszczeniach nie uda się osiągnąć komfortu, a w całym budynku - oczekiwanej energooszczędności.

Warunki skorzystania z dopłaty - regulacja systemu grzewczego

Po zakończeniu prac wykonawca sporządza protokół wyregulowania instalacji grzewczej. Powinien on zawierać:

• dane budynku: jego adres, powierzchnię;
• datę regulacji;
• imię i nazwisko osoby lub dane firmy wykonującej badanie;
• rodzaj instalacji, typ, zastosowany osprzęt, armaturę i źródło ciepła;
• wyregulowane wielkości przepływów czynnika grzewczego oraz porównanie ich z wielkościami projektowanymi;
• wielkość całkowitego zapotrzebowania na moc do celów grzewczych i źródła ciepła oraz porównanie ich z wielkościami projektowanymi;
• opis sposobu działania układu regulacji automatycznej.

Wyregulowanie musi obejmować całą instalację.