Sześć lat temu jako inwestor budujący dom jednorodzinny osobiście doświadczyłem jak wiele istotnych i trudnych decyzji, zarazem w bardzo w krótkim czasie trzeba podjąć. I te najtrudniejsze dotyczyły wyboru typu i wielkości budynku oraz instalacji w budynku. Każdy inwestor (również i ja) po pewnym czasie wyciągi z wnioski z tego co by zrobił gdyby mógł zbudować jeszcze raz. W moim przypadku – gdybym budował jeszcze raz to byłby to pewnie dom parterowy i o około 2 razy mniejszej powierzchni użytkowej. Na pewno nie zmieniłbym sposobu ogrzewania – pompa ciepła i ogrzewanie oraz chłodzenie podłogowe.

Obecnie w budownictwie jednorodzinnym w Polsce zachodzą szybkie i znaczne zmiany. Budowane są coraz mniejsze budynki (w 2014 roku średnia powierzchnia wynosiła około 137,9 m2). Są coraz lepiej izolowane, a standardem staje się zastosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Coraz większe znaczenie ma w takich budynkach nie tylko ogrzewanie ale i chłodzenie. Za tymi trendami podążają (ciągle w niewystarczającym stopniu) architekci, projektanci oraz instalatorzy. Programy dofinasowania NFOSiGW NF 15 i NF 40 budynków pasywnych i energooszczędnych oraz ostre wymogi Warunków Technicznych w 2014, 2017, a szczególnie w 2021 roku zmuszą architektów do zmian w podejściu do projektowania budynku. Bez kompleksowego spojrzenia na projektowanie będzie to trudne i bardzo kosztowne dla inwestorów. Zmieni to też diametralnie sytuację instalatorów centralnego ogrzewania.
Już obecnie klienci dążą do kompleksowego wykonania i zatrudniania jednego wykonawcy instalacji. Aby instalator mógł wykonać instalację często musi podchodzić globalnie do całego budynku. Powinien być doradcą i mieć wiedzę na temat budynku oraz nowoczesnych technologii. Można powiedzieć, że powinien się stać instalatorem systemowym.

Od 2009 roku obserwujemy systematyczny wzrost grubości izolacji w domach w projektach typowych. W 2009 roku udział nowych domów jednorodzinnych z ponadstandardową izolacją cieplną wynosił tylko 1%, podczas gdy w 2013 r. było to już 21%, a dane do końca sierpnia 2014 pokazują ciągłe zwiększenie udziału takich budynków, do 28% (rys. 1). Zakładając, że dynamika zmian nie ulegnie zmianie z ostatnich lat (przyrosty 30% rok do roku), to w 2015 r. udział budynków o ponadstandardowej izolacji powinien przekroczyć 35% (prognozy własne autora).

rysunek1

 

Małe, parterowe budynki – samowystarczalne energetycznie

Każdy dodatkowy metr kwadratowy powierzchni więcej w inwestycji w budynku jednorodzinnym, to wzrost kosztów inwestycyjnych na poziomie około 2500 zł. Czyli np. redukując powierzchnię nowego budynku np. z 160 m2 do 120 m2 powierzchni użytkowej (o 40 m2) zmniejszamy koszty inwestycyjne o około 100 000 zł.

Warto część tych pieniędzy zainwestować w wentylację mechaniczną czy pompę ciepła z ogrzewaniem płaszczyznowym (podłogowym) czy też instalację fotowoltaiczną na dachu jedno- lub dwuspadowym. Coraz częściej inwestorzy myślą o małych budynkach, ale za to lepiej wyposażonych. Z biegiem lat wzmocni się widoczny w USA i w Europie Zachodniej trend budowy małych budynków jednorodzinnych, doskonale wyposażonych i w pełni samowystarczalnych energetycznie.

Czy wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła będzie standardem?

Szczególni e w niewielkich budynkach jednorodzinnych wzrasta znaczenie dobrze działającej wentylacji. W takich budynkach można stwierdzić z dużą pewnością, że wentylacja grawitacyjna nie ma prawa dobrze funkcjonować. W szczelnym budynku, o dobrej izolacyjności przegród i okien wentylacja naturalna wydaje się być kwiatkiem do kożucha. W niewielkich pomieszczeniach przy gorszej wentylacji występują znaczne problemy z odprowadzaniem dwutlenku węgla i pary wodnej (rys.2).

Również łączne koszty wykonania wentylacji grawitacyjnej są o wiele większe niż to się pierwotnie wydaje. Koszt wykonania stopy fundamentowej (zbrojenie i beton) pod kominy wentylacyjne, materiału i robocizny przy wykonywaniu kominów, obróbki kominowej z cegły klinkierowej, czy koszt pracochłonnej obróbki blacharskiej sięgają łącznie nawet kilkunastu tysięcy złotych. Inwestorzy często nie łączą tych wydatków.

rysunek2

 

Dach jedno- lub dwuspadowy z panelami fotowoltaicznymi, czy wielospadowy bez – koszt ten sam

W momencie, w którym ponad 5 lat temu budowałem dom jednorodzinny instalacje fotowoltaiczne była jeszcze technologią stosunkowo drogą. W ciągu ostatnich pięciu lat koszt produkcji fotowoltaiki spadł ponad 50%. W ciągu ostatnich 35 lat potaniał prawie 100-krotnie. Wg międzynarodowych ekspertów należy spodziewać się dalszego spadku cen na poziomie ok. 10% rocznie.
Różnica w kosztach inwestycyjnych pomiędzy dachem dwuspadowym, a dachem wielospadowym w budynku jednorodzinnym może sięgać nawet 100% (jest to związane z większymi kosztami materiałów, oraz jeszcze większego nakładu robocizny). Oznacza to, że w cenie dachu wielospadowego można wykonać dach dwuspadowy lub jednospadowy z fotowoltaiką o mocy 5 kWp. W przypadku dachu wielospadowego z lukarnami zastosowanie fotowoltaiki najczęściej jest mocno ograniczone lub w ogóle niemożliwe (ze względu na występujące zacienienie przez konstrukcję dachu lub lukarny). Zastosowanie w budynku fotowoltaiki i dodatkowo układu akumulacji energii elektrycznej pozwala pójść w kierunku budynku samowystarczalnego. W kwietniu 2015 roku pojawił się w sprzedaży akumulator firmy Tesla o pojemności 10 kWh, w cenie 3500 dolarów. To istotny i brakujący element rewolucji w świecie zielonej energii, gdyż baterie mogą stać się doskonałym uzupełnieniem paneli fotowoltaicznych. Tesla budując (w Kalifornii) największą na świecie fabrykę akumulatorów elektrycznych, przybliża moment masowej produkcji samochodów elektrycznych. Barierą cenową jest koszt akumulatorów elektrycznych na poziomie 250 USD/1 kWh. Wg specjalistów stanie się to w przeciągu następnych 3-4 lat. Rozwój technologii magazynowania energii elektrycznej, paneli PV czy pomp ciepła przybliża nas do idei budynków samowystarczalnych.

rysunek3

 

Wymogi min. energii pierwotnej EP w WT 2017 i 2021

Zapisy Warunków Technicznych znacząco wpłyną na wybór technologii do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody po 2017 i 2021.
Do tego zagadnienia odnosi się opracowanie autorstwa dr Piotra Jadwiszczaka z Politechniki Wrocławskiej wydane przez PORT PC we wrześniu 2014 r. „Zastosowanie pomp ciepła w świetle nowych warunków technicznych w 2014, 2017 i 2021 r. oraz programu NF40”

W analizie obliczeniowej sprawdzono możliwości spełnienia rosnących wymagań zawartych w nowelizacji WT dokonano wariantowej analizy kilku rodzajów budynków, w tym parterowego budynku wolno stojącego o powierzchni 86 m2 z nieużytkowym poddaszem. Budynek został zlokalizowany w II strefie klimatycznej, w rejonie stacji meteorologicznej Wrocław.

Rozwiązania konstrukcyjne zapewniają minimalne wymagane właściwymi przepisami współczynniki izolacyjności cieplnej przegród budowlanych U (jak w tabeli 1, artykułu „Budynki według nowych standardów energetycznych”) oraz szczelność powietrzną n50 = 2,0 1/h w wypadku wentylacji naturalnej oraz n50 = 0,6 1/h w wypadku wentylacji mechanicznej z rekuperacją. Założono, że budynki zamieszkuje czteroosobowa rodzina. Zużycie c.w.u. o temperaturze 55°C wynosi 35 l/os.d. Standardowe wewnętrzne zyski ciepła przyjęto na poziomie 3,0 W/m2.

Dla opisanego budynku wyznaczono wskaźnik EP w czterech wariantach (w źródłowym opracowaniu występuje dziewięć wariantów) wyposażenia instalacyjnego:

Wariant 1:
Budynek ocieplony jest zgodnie z minimalnymi standardami WT dla danego roku, ogrzewanie zapewnia niskoparametrowa instalacja wodna centralnego ogrzewania zasilana dwufunkcyjnym gazowym kotłem kondensacyjnym, z przepływowym przygotowaniem c.w.u., w budynku występuje wentylacja grawitacyjna. Nośnikiem energii jest gaz ziemny (współczynnik nakładu wi = 1,1) oraz pomocnicza energia elektryczna (wi = 3,0). W analizie jest to rozwiązanie bazowe, obecnie często wybierane przez projektantów i inwestorów.

Wariant 2
W budynku z wariantu 1 zastosowano układu solarnego wspomagającego przygotowanie c.w.u. Kolektory słoneczne pokrywają 60% rocznego zapotrzebowania ciepła na cele c.w.u. (współczynnik nakładu wi = 0), wymagają wprowadzenia zasobnika c.w.u. i zużycia dodatkowej energii elektrycznej (współczynnik nakładu wi = 3,0) do zasilania układu automatycznej regulacji, pompy solarnej i pompy ładującej zasobnik z kotła gazowego. Również zamiast wentylacji grawitacyjnej występuje układ wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła, który ograniczając zapotrzebowanie energii użytkowej wymaga zwiększonej szczelności powietrznej budynku (zmiana wskaźnika n50 z 2,0 na 0,6 1/h) oraz zasilania pomocniczą energią elektryczną.

W wariancie 3, w budynku występuję pompa ciepła typu solanka/woda (B/W) z gruntowym wymiennikiem ciepła. Zwiększono przez to efektywność systemu i udział energii odnawialnej, co obniża zapotrzebowanie energii końcowej. Zmiana źródła ciepła wymaga wprowadzenia zasobnikowego systemu przygotowania. c.w.u., tym samym dodatkowej pompy ładującej zasobnik. Jedynym nośnikiem energii jest tu energia elektryczna o współczynniku nakładu wi = 3,0. W wariancie zastosowano wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła. Wentylacja mechaniczna odzyskuje energię z powietrza wywiewanego, wymagając jednak zasilania dodatkową energią elektryczną (wi = 3,0) i zwiększenia szczelności powietrznej budynku n50 do poziomu 0,6 1/h.

Wariant 4 jest identyczny jak wariant 3, lecz zastosowano w nim pompę ciepła typu powietrze woda.

rysunek4

 

rysunek5

 

Jak słusznie zauważa dr Piotr Jadwiszczak w podsumowania opracowania, konsekwencje nowelizacji wymagań WT w 2017 i 2021 roku powinny zachęcić osoby projektujące budynki w Polsce do bardziej kompleksowego podejścia do technologii grzewczej. Każdy budynek musi być rozpatrywany energetycznie jako całość: obudowa cieplna oraz system grzewczy, wentylacyjny i przygotowania c.w.u. Budynki, ich komponenty oraz systemy energetyczne powinny być projektowane na podstawie wariantowych analiz energetycznych, a nie jedynie w celu spełniania jednostkowych wymagań minimalnych obecnego prawa. Obliczenia wykazują, że stosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła w nowych budynkach parterowych będzie w większości przypadków (poza kotłem na biomasę) jako rozwiązanie pozwalające na spełnienie rosnących wymagań WT 2017 i 2021.

Autor opracowania zwraca uwagę, że w przypadku budynków jednorodzinnych parterowych spełniające wymogi aktualnego programu dopłat NF40 mogą nie spełniać wymagań zużycia energii pierwotne EP odpowiednich WT w 2017 i 2021.

Obliczenia opracowania dla przykładowego budynku parterowego wykazały, że wypełnienie jednostkowych wymagań programu NF nie gwarantuje spełnienia zaostrzających się wymagań WT 2021. Aby spełnić wymagania WT w 2017 (EP=95 kWh/(m2*rok) konieczne będzie zastosowanie np. instalacji fotowoltaicznej zdolnej dostarczyć około 20% energii elektrycznej, jako energii napędowej do pompy ciepła. Aby spełnić warunki Warunków Technicznych (EP=70 kWh/(m2*rok) w 2021 udział własnej produkcji energii elektrycznej z OZE musiałby już sięgać około 40%. Zastosowania kotła na biomasę do ogrzewania budynku i podgrzewania wody użytkowej pozwoli każdorazowo na zrealizowanie min. wymogów min. WT w 2017 i WT w 2021 r.

Niestety biorą pod uwagę pojawiające się trendy wykonywania certyfikatów energetycznych budynków spełnienie warunków EP może być realizowane w czysto fikcyjny, czyli papierowy sposób. W czasie tworzenia certyfikatu można zadeklarować ogrzewanie kotłem na biomasę (bardzo niski współczynnik nakładu energii pierwotnej Wi=0,2) podczas gdy w rzeczywistości będzie się używać do ogrzewania innego paliwa (głównie ekogroszku lub tańszej odmiany węgla np. miału). Już w tej chwili projektanci obniżają obliczeniowo wartość wskaźnika EP przez czystoformalny zabieg deklarowania spalania paliwa odnawialnego – czego w przyszłości nikt nie będzie w stanie sprawdzić, a przekłada się to na wzrost tzw. niskiej emisji zanieczyszczeń.

Jakie rozwiązanie grzewcze zastosować w nowym budynku?

Jakie są koszty ogrzewania: eksploatacyjne, inwestycyjne i całkowite roczne?

Jakie rozwiązanie ogrzewania wybrać w nowym budynku? Porównane zostaną koszty ogrzewania i całkowite koszty roczne wg metodologii VDI 2067 wybranych 5 technologii grzewczych: kondensacyjny kocioł gazowy, kocioł na pelety, sprężarkowa pompa ciepła powietrzna i gruntowa. Aby można dobrze ocenić koszty w analizie wzięto też pod uwagę powszechnie oceniany jako najtańszy w eksploatacji retortowy kocioł węglowy.

W naszym przykładzie założyliśmy że jednorodzinny budynek parterowy ma powierzchnię ogrzewaną 120 m2. W każdym z opisywanych wariantów wzięto pod uwagę zastosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła i zwiększenie szczelności budynku (n50 < 0,6 1/h). Dotyczy to wszystkich pomieszczeń poza pomieszczeniem kotłowni, w której będzie zastosowana wentylacja grawitacyjna. Założono, że budynki zamieszkuje rodzina czteroosobowa. Zużycie c.w.u. o temperaturze 55°C wynosi 35 l/os.d. Zapotrzebowanie EU przyjęto na poziomie ok. 40 kWh/(m2*rok).

Kondensacyjny kocioł gazowy
W budynku o tak małej powierzchni ogrzewanej i niewielkiej projektowej mocy częściowej ok. 3-4 kW, kocioł kondensacyjny powinien mieć co najmniej zakres modulacji od min. 2 kW lub 3 kW i zapewne tylko wiszący (dwufunkcyjny lub z dodatkowym zasobnikiem c.w.u.). Wyzwaniem jest lokalizacja w dodatkowym pomieszczeniu. Przypisy dopuszczają zabudowę w pomieszczeniu o wentylacji naturalnej (grawitacyjnej) lub zrównoważonej, nawiewno-wywiewnej. Można zinterpretować ten wymóg jako konieczność zastosowania w pomieszczeniu kotła nawiewu i wywiew powietrza.

Kocioł na pelety. Ograniczeniem stosowania kotła na pelet w tak małym budynku jest wymóg dodatkowego dedykowanego pomieszczenia na kocioł z peletem. W pomieszczeniu powinna być zamontowana wentylacja grawitacyjna. Aby kocioł na pelet mógł osiągnąć wysoką sprawność średnioroczną na poziomie powyżej 80% potrzebne jest zabudowanie bufora wody grzewczej i zapewne ze względu na ograniczenia miejsca brak miejsca modułu świeżej wody (przepływowego podgrzewania wody użytkowej). Potrzebna jest też przestrzeń na pelet (około 3 m3 objętości i prawie 2 tony wagi). Skład paliwa powinien być umieszczony w wydzielonym pomieszczeniu technicznym w pobliżu kotła lub w pomieszczeniu, w którym znajduje się kocioł.

Pompa ciepła powietrze/woda
Założenia: SCOP 3,0, sprężarka inwerterowa o mocy min 2 kW, konieczność chłodzenia budynku. Pompa ciepła powietrze woda pozwala zrealizować chłodzenie. Dobra współpraca z instalacją fotowoltaiczną. Możliwość lepszego wykorzystywania taniej taryfy nocnej w okresie zimowym dzięki dodatkowym akumulatorom elektrycznym.

Pompa ciepła solanka/woda

Założenia: SCOP 3,5, konieczność chłodzenia budynku. Pompa ciepła w wersji solanka woda pozwala zrealizować chłodzenie pasywne (bez udziału pracy sprężarki pompy ciepła). Dobra współpraca z instalacją fotowoltaiczną. Możliwość lepszego wykorzystywania taniej taryfy nocnej w okresie zimowym dzięki dodatkowym akumulatorom elektrycznym.

Kocioł retortowy

W poniższych zestawieniach kocioł na węgiel pojawia się jako punkt odniesienia do innych technologii. Ale gdybyśmy chcieli zastosować takie urządzenie to dosyć trudno byłoby znaleźć kocioł węglowy o tak niewielkiej mocy grzewczej. Podobnie jak w przypadku kotła na pelet, ograniczeniem stosowania kotła na węgiel w tak małym budynku jest wymóg dodatkowego dedykowanego pomieszczenia na kocioł z peletem. W pomieszczeniu powinna być zamontowana wentylacja grawitacyjna. Aby kocioł węglowy mógł osiągnąć wysoką sprawność średnioroczną na poziomie powyżej 75% potrzebne jest zabudowanie bufora wody grzewczej i Potrzebna jest też przestrzeń na węgiel (około 3 m3 objętości i prawie 2 tony wagi). Skład paliwa powinien być umieszczony w wydzielonym pomieszczeniu technicznym w pobliżu kotła.

Koszty eksploatacyjne ogrzewania

rysunek6

 

rysunek7

 

Całkowite koszty roczne – podsumowanie

Najniższymi całkowitymi kosztami roczne ogrzewania charakteryzuje się pompa ciepła typu powietrze/woda (rys. 7). Gdyby uwzględnić dodatkowo koszty chłodzenia budynku najtańszym rozwiązaniem (najniższe koszty roczne) charakteryzować się będą zarówno pompa ciepła powietrze/woda jaki pompa ciepła typu solanka/woda. Zastosowanie pompy ciepła zapewnia znacznie lepszą integracje techniki grzewczej z instalacją fotowoltaiczną i systemem akumulacji elektrycznej. Wbrew powszechnej opinii w tak małych budynkach całkowite koszty roczne dla kotła węglowego, retortowego będą prawie najwyższe spośród wszystkich 5 rozwiązań grzewczych. Podobnie się ma spraw w przypadku kotła na pelet. W obydwu przypadkach Jest to związane z dodatkowymi kosztami inwestycyjnymi na magazyn paliwa.

Źródło: www.instalreporter.pl

WWW.KOSTRZEWA.COM.PL