Ogrzewanie - Budujemy Dom

DOM ENERGOOSZCZ}DNY
Ogrzewanie
W jaki sposób ogrzewaÊ dom energooszczÚdny?
W
ybór rodzaju ogrzewania domu zaleĝy od wielu lokalnych czynników i naleĝy tego wyboru dokonywaÊ indywidualnie dla konkretnego budynku. Generalnie moĝna stwierdziÊ, ĝe sposób ogrzewania domu zaleĝy od jego klasy energetycznej. Czym bardziej energooszczÚdne rozwiÈzania konstrukcji budynku, tym bardziej opïaca siÚ stosowanie
rozwiÈzañ o niskich kosztach inwestycyjnych, np. urzÈdzeñ elektrycznych.
StosujÈc sumaryczne kryterium kosztów: wykonania systemu grzewczego i eksploatacji w okresie ĝycia urzÈdzeñ grzewczych, najlepszym sposobem wytwarzania ciepïa w warunkach polskich jest zastosowanie kondensacyjnego kotïa gazowego. Pod warunkiem, ĝe do dziaïki doprowadzona jest sieÊ gazowa.
JeĂli sieci gazowej nie ma, i w najbliĝszym czasie nie planuje siÚ jej budowy, alternatywÈ moĝe byÊ pompa ciepïa wspóïpracujÈca z niskotemperaturowym ogrzewaniem podïogowym, pobierajÈca ciepïo z gruntu lub powietrza.
Szacuje siÚ, ĝe pompa ciepïa zasilona 1 kWh energii, moĝe oddaÊ nawet 5 kWh energii cieplnej.
Niekïopotliwym ěródïem ciepïa do ogrzewania domu mogÈ byÊ kolektory sïoneczne wspóïpracujÈce np. z kominkiem
z pïaszczem wodnym. Ale kolektory sïoneczne jako niezaleĝne ěródïo ciepïa w naszym klimacie zapewniajÈ ciepïÈ wodÚ
jedynie miÚdzy kwietniem a wrzeĂniem, nie zawsze wiÚc sÈ opïacalnÈ inwestycjÈ.
Do ogrzewania domu jednorodzinnego moĝna teĝ uĝywaÊ paliw odnawialnych, i wyposaĝyÊ dom np. w kocioï na pelety.
Waĝne jest by zwróciÊ uwagÚ na automatykÚ wymienionych urzÈdzeñ grzewczych, która zapewnia racjonalne, a wiÚc
ekonomiczne, zuĝycie paliwa.
W domu energooszczÚdnym moĝna takĝe zastosowaÊ ogrzewanie nadmuchowe.
Dlaczego dom
energooszczÚdny
warto ogrzewaÊ kotïem
kondensacyjnym?
Co to znaczy,
ĝe sprawnoĂÊ kotïa
przekracza 100%?
S
Gazowy kocioï kondensacyjny
ze zintegrowanym zasobnikiem c.w.u.
fot. Viessmann
K
otïy kondensacyjne wspóïpracujÈ najefektywniej z niskotemperaturowymi systemami grzewczymi, jakie stosuje
siÚ wïaĂnie w domach energooszczÚdnych.
ZapewniajÈ wystarczajÈcÈ iloĂÊ ciepïa, kosztem stosunkowo niewielkiego zuĝycia gazu,
a wiÚc sÈ sposobem na tanie grzanie domu.
Jednak aby byïo to moĝliwe, kocioï powinien
byÊ fachowo serwisowany (czÚĂciej, a wiÚc
droĝej niĝ kocioï tradycyjny), gdyĝ kotïy te
sÈ wraĝliwe, np. na jakoĂÊ wody. Kotïy kondensacyjne majÈ wysokÈ sprawnoĂÊ – ponad 100%, wynikajÈcÈ z wykorzystywania
do ogrzewania domu takĝe ciepïa kondensacji (stÈd ich nazwa).
prawnoĂÊ zwykïych niekondensacyjnych kotïów moĝe siÚgaÊ najwyĝej
94–96%. Kotïy kondensacyjne majÈ sprawnoĂÊ wyĝszÈ o minimum 10% – najlepsze
z nich mogÈ osiÈgnÈÊ nawet 109%. To, ĝe
sprawnoĂÊ przekracza 100%, co brzmi niedorzecznie, wynika po prostu z definicji
sprawnoĂci kotïa, którÈ stworzono kiedyĂ
dla kotïów niekondensacyjnych – jedynych,
jakie znano. Zaïoĝono wtedy, ĝe w gorÈcych
spalinach ulatujÈcych przez komin musi zawsze znajdowaÊ siÚ dwutlenek wÚgla i para
wodna. A za sprawnoĂÊ przyjÚto iloĂÊ ciepïa, jaka uwalnia siÚ podczas spalania paliwa, pomijajÈc tÚ jego iloĂÊ, która uchodzi
na zewnÈtrz w parze zawartej w spalinach.
Obliczona wedle tej zasady sprawnoĂÊ kotïów kondensacyjnych powiÚksza siÚ o ciepïo odzyskane z pary wodnej i dlatego przekracza 100%.
PATRONI CYKLU
30
BD10_dom_energooszczedny.indd 30
2009-09-17 17:07:51
Ogrzewanie
Ile moĝna zaoszczÚdziÊ dziÚki
zainwestowaniu w kocioï
kondensacyjny?
Z jakimi instalacjami
mogÈ wspóïpracowaÊ
kotïy kondensacyjne?
Z
S
kraplanie pary wodnej moĝe zachodziÊ
tylko wówczas, gdy woda grzewcza
pïynÈca w instalacji c.o. ma niskÈ temperaturÚ. JeĂli nie byïaby odpowiednio ochïodzona, skraplanie mogïoby nie zachodziÊ
w ogóle lub zachodziïoby w bardzo niewielkim stopniu. W instalacjach z kotïem:
gazowym – woda powracajÈca z instalacji nie powinna mieÊ wiÚcej niĝ 50°C; pra- Kotïy kondensacyjne
ca kotïa jest najbardziej ekonomiczna, gdy najefektywniej
woda powracajÈca ma temperaturÚ od 30 wspóïpracujÈ
z niskotemperaturowym
do 40°C;
ogrzewaniem
olejowym – temperatura wody powraca- podïogowym
jÈcej z instalacji powinna byÊ o 10°C niĝsza, czyli wynosiÊ maksimum 30–40°C.
Uwarunkowania te wynikajÈ z temperatury spalin, w której w kotïach gazowych i olejowych nastÚpuje kondensacja pary wodnej.
Jak widaÊ, kotïy kondensacyjne pracujÈ efektywnie jedynie w instalacjach niskotemperaturowych. MogÈ to byÊ zarówno instalacje
z ogrzewaniem podïogowym, jak i tradycyjnymi grzejnikami. Im
niĝsza jest temperatura wody zasilajÈcej instalacjÚ, tym wiÚksze
muszÈ byÊ powierzchnie grzejników, ĝeby mogïy ogrzaÊ pomieszczenie. WiÚksze grzejniki sÈ oczywiĂcie odpowiednio droĝsze.
fot. Kan
aïóĝmy, ĝe zapotrzebowanie domu na energiÚ wynosi 15 kW,
a w ciÈgu roku kocioï bÚdzie pracowaï 1800 h, co oznacza
zuĝycie roczne 15 kW x 1800 h = 27 000 kWh energii.
Porównamy dwa warianty ogrzewania tego domu: kotïem tradycyjnym i kondensacyjnym. Zaïóĝmy nastÚpujÈce dane:
cena gazu ziemnego – 2,41 zï/m3,
wartoĂÊ opaïowa gazu – 9,6 kWh/m3,
sprawnoĂÊ kotïów:
tradycyjnego (renomowanej firmy) – 94%,
kondensacyjnego – 108%.
Obliczmy ile gazu zuĝyjÈ w ciÈgu roku kotïy:
tradycyjny 27 000 kWh : 9,6 kWh/m3 : 94% = 2992 m3,
kondensacyjny 27 000 kWh : 9,6 kWh/m3 : 108% = 2604 m3.
W zwiÈzku z tym roczny koszt paliwa do zasilania kotïów:
tradycyjnego – 2992 m3 u 2,41 zï/m3 = 7210 zï,
kondensacyjnego – 2604 m3 u 2,41 zï/m3 = 6276 zï.
OszczÚdnoĂci wynikajÈce z zastosowania kotïa kondensacyjnego mogÈ wiÚc wynieĂÊ 934 zï rocznie.
Uwaga! Kocioï to inwestycja na wiele lat. Zanim siÚ go kupi,
trzeba zapytaÊ o jego sprawnoĂÊ, bo im sprawniejszy kocioï,
tym wiÚksze bÚdÈ oszczÚdnoĂci paliwa, a wiÚc tym mniejsze
rachunki za ogrzewanie.
Czy sÈ jakieĂ inne korzyĂci z zastosowania kotïa kondensacyjnego?
K
ocioï pracuje z peïnÈ mocÈ – takÈ, na
jakÈ siÚ go kupuje – tylko kilka lub
kilkanaĂcie dni w roku. Moc kotïa dobiera siÚ bowiem tak, by ogrzaï on dom w dni
o temperaturze obliczeniowej, choÊ w rzeczywistoĂci Ărednia temperatura zimÈ bÚdzie duĝo wyĝsza. Temperatura obliczeniowa zaleĝy od rejonu Polski i wynosi
na przykïad:
w województwie mazowieckim -18°C,
nad morzem -16°C,
na Suwalszczyěnie (najzimniejszy region Polski) -24°C.
Wiadomo, ĝe caïÈ zimÚ nie ma nigdzie aĝ
takiego mrozu: Ărednia temperatura wynosi okoïo 0°C. To oznacza, ĝe kocioï dobrany na temperaturÚ obliczeniowÈ pracuje ze Ărednim obciÈĝeniem 30%.
W kotïach tradycyjnych (szczególnie tych
dawniej produkowanych) grzanie z takÈ
sprawnoĂciÈ oznacza dodatkowe zuĝycie pa-
liwa, gdyĝ im niĝsze jest obciÈĝenie cieplne kotïa, tym niĝsza teĝ jego sprawnoĂÊ.
WiÚksze zuĝycie paliwa to wyĝsze koszty
eksploatacyjne. RozwiÈzaniem tego problemu moĝe byÊ zastosowanie kotïa mniejszej
mocy, który nie wystarczy do ogrzewania
domu w najsilniejsze mrozy, ale przez wiÚkszoĂÊ sezonu grzewczego bÚdzie miaï wyĝszÈ
sprawnoĂÊ, co oznacza bardziej ekonomicznÈ pracÚ. Tak ogrzewany dom podczas silnych mrozów dogrzewa siÚ kominkiem lub
grzejnikami elektrycznymi, ale zapewnienie w ten sposób ekonomicznej pracy kotïa
zwiÚksza koszty inwestycyjne, bo wymaga
dodatkowego systemu grzewczego.
Z kotïami kondensacyjnymi jest odwrotnie – im mniejsze jest ich obciÈĝenie, tym
wiÚksza sprawnoĂÊ. Przewymiarowanie
kotïa przynosi zatem korzyĂci, a nie straty: dom nie bÚdzie niedogrzany w silne
mrozy, ani nie trzeba bÚdzie przepïacaÊ
za ogrzewanie, gdy jest wzglÚdnie ciepïo.
Z tÈ zaletÈ kotïa kondensacyjnego wiÈĝe
siÚ jeszcze jedna niebagatelna oszczÚdnoĂÊ – przygotowanie c.w.u. Niezaleĝnie
od tego, czy kupimy kocioï jedno- czy dwufunkcyjny, latem bÚdzie on pracowaï wyïÈcznie na potrzeby przygotowania ciepïej
wody – z duĝo mniejszym obciÈĝeniem niĝ
zimÈ. A to okaĝe siÚ zaletÈ, a nie problemem – kocioï kondensacyjny bÚdzie pracowaï wówczas duĝo bardziej efektywnie
niĝ pozostaïe typy kotïów.
PrzewaĝajÈca wiÚkszoĂÊ kotïów kondensacyjnych ma zamkniÚtÈ komorÚ spalania,
co oznacza, ĝe powietrze potrzebne do
spalania nie jest pobierane z pomieszczenia, w którym znajduje siÚ kocioï, ale specjalnym przewodem – z zewnÈtrz. Proces
spalania jest zatem odizolowany od pomieszczenia, co eliminuje zagroĝenie cofania siÚ spalin.
31
BD10_dom_energooszczedny.indd 31
2009-09-17 17:08:11
DOM ENERGOOSZCZ}DNY
Czy automatyka kotïa moĝe dodatkowo
zmniejszyÊ zuĝycie energii?
oĝe. Dobra automatyka moĝe zmniejszyÊ zuĝycie energii nawet o 25%. Najefektywniejsza jest pod
tym wzglÚdem automatyka, która dopasowuje moc kotïa do warunków pogodowych.
Warto teĝ zastosowaÊ odpowiedni programator z cyklem dobowym i tygodniowym. W programatorze dobowym moĝna okreĂliÊ godziny pracy kotïa w ciÈgu dnia, a w programatorze tygodniowym – zaprogramowaÊ pracÚ kotïa w kaĝdym dniu tygodnia, dziÚki czemu kocioï bÚdzie pracowaï ze zmniejszonÈ mocÈ,
kiedy nikogo nie ma w domu, a takĝe w nocy.
Dom z instalacjÈ wyposaĝonÈ w automatykÚ pogodowÈ trzeba umiejÚtnie eksploatowaÊ. JeĂli pomieszczenie trzeba przewietrzyÊ przez otwarcie okien, naleĝy to robiÊ intensywnie i krótko. Na czas wietrzenia powinno siÚ zamknÈÊ zawory termostatyczne, w przeciwnym razie zwiÚkszÈ one temperaturÚ grzejników,
co bÚdzie oznaczaÊ niepotrzebnÈ stratÚ energii.
Grzejników nie naleĝy zabudowywaÊ, zasïaniaÊ meblami ani teĝ ich zakrywaÊ osïonami czy zasïonami
z tkanin, gdyĝ blokuje to odpïyw ciepïa do pomieszczenia.
Nie warto teĝ ogrzewaÊ pomieszczeñ do zbyt wysokiej temperatury. Kaĝdy stopieñ wiÚcej to nawet o 6%
wyĝsze rachunki za ogrzewanie.
J
fot. Ciepïo-Tech
est to urzÈdzenie grzewcze przystosowane do spalania
gazu, w technologii kondensacji z pulsacyjnym systemem
spalania. W takim urzÈdzeniu zamiast tradycyjnego palnika,
znajduje siÚ komora spalania, do której zostaje doprowadzona
mieszanka gazowo-powietrzna. Powstaïe spaliny z duĝÈ szybkoĂciÈ zostajÈ wyrzucone do nagrzewnicy wytwarzajÈc podciĂnienie. W ciÈgu jednej sekundy zachodzi ponad 100 takich
cykli. Temperatura spalin w momencie ich wyrzutu do nagrzewnicy wynosi ponad 800°C. Nagrzewnica wykonana jest z odpowiednio wyprofilowanych rurek. Powstaïe impulsy cieplne
przesuwajÈ siÚ stopniowo przez rurki nagrzewnicy, w sposób
nieregularny, zakïócony, co pozwala na bardzo skuteczny odbiór ciepïa. Spaliny przechodzÈc przez nie schïadzajÈ siÚ
do temperatury ok. 25°C. Para
wodna zawarta w spalonych
gazach skrapla siÚ i zamienia
siÚ w ciecz. Komora spalania
oraz nagrzewnica zanurzone sÈ
w cieczy, która odbiera ciepïo
od nagrzewnicy rurowej.
CechÈ charakterystycznÈ kotïa pulsacyjnego jest jego duĝa
sprawnoĂÊ – Ărednio powyĝej
109%, która utrzymuje siÚ na
staïym poziomie dla róĝnej
temperatury wody grzewczej.
Kocioï pulsacyjny moĝne spalaÊ gaz
ziemny lub propan i osiÈgaÊ sprawnoĂÊ
na poziomie 109%
Nowoczesne kotïy kondensacyjne
wyposaĝone sÈ w automatykÚ
pozwalajÈcÈ sterowaÊ procesem
spalania tak, by urzÈdzenie wytwarzaïo
jak najwiÚcej ciepïa kosztem
minimalnego zuĝycia gazu
Czy kocioï kondensacyjny
tak jak tradycyjny wymaga
podïÈczenia do komina?
N
ie zawsze, poniewaĝ spaliny
z kotïów kondensacyjnych
moĝna usuwaÊ za pomocÈ systemu powietrzno-spalinowego typu „rura
w rurze”, który moĝna wyprowadziÊ zarówno przez dach, jak i bezpoĂrednio
przez ĂcianÚ domu. Przez ĂcianÚ moĝna
jednak odprowadzaÊ spaliny tylko z kotïów o mocy nie przekraczajÈcej 21 kW.
Moĝna równieĝ, zamiast gotowego zestawu powietrzno-spalinowego w istniejÈcym lub nowobudowanym kominem, zamontowaÊ rurÚ ze stali kwasoodpornej
– spaliny bÚdÈ wtedy odprowadzane tÈ
rurÈ, a powietrze bÚdzie dopïywaÊ kanaïem, jaki powstaje w przewodzie kominowym wokóï rury. Warunkiem wïaĂciwej
pracy takiego systemu jest zachowanie co
najmniej 3-centymetrowego odstÚpu miÚdzy rurÈ ze stali a wewnÚtrznymi Ăciankami komina.
Kwasoodporne rury ceramiczne stanowiÈce
wkïad kominowy pozwalajÈ na utrzymanie
w przewodzie spalinowym odpowiedniej
temperatury, umoĝliwiajÈcej prawidïowy ciÈg
spalin
fot. IBF
Co to jest gazowy kocioï
pulsacyjny?
fot. Vaillant
M
32
BD10_dom_energooszczedny.indd 32
2009-09-17 17:08:33
Ogrzewanie
Co moĝe obniĝyÊ sprawnoĂÊ kotïa
kondensacyjnego?
S
prawnoĂÊ kotïa zaleĝy od jakoĂci paliwa. JeĂli jest to gaz, znaczenie
dla sprawnoĂci kotïa majÈ: wartoĂÊ opaïowa gazu, jego skïad, a takĝe ciĂnienie w sieci zasilajÈcej.
JeĂli paliwem jest gaz pïynny lub olej opaïowy, po kaĝdej dostawie
oleju opaïowego naleĝy wyregulowaÊ kocioï i przeczyĂciÊ palnik.
Niewykonanie tych czynnoĂci moĝe spowodowaÊ spadek sprawnoĂci kotïa.
Uwaga! PoĂredni wpïyw na sprawnoĂÊ kotïa moĝe mieÊ jakoĂÊ wody,
a zwïaszcza jej twardoĂÊ. Jeĝeli woda jest zbyt twarda, osadza w instalacji kamieñ kotïowy, czego efektem sÈ znaczne straty energii i zmniejszenie sprawnoĂci kotïa. Z tego wzglÚdu w instalacjach zasilanych
twardÈ wodÈ naleĝy stosowaÊ zmiÚkczacze. SprawnoĂÊ kotïa spadnie takĝe wówczas, gdy temperatura wody powracajÈcej bÚdzie wyĝsza niĝ 30–40°C.
Kiedy warto zastosowaÊ
pompÚ ciepïa?
N
ajkrótsza odpowiedě brzmi – gdy w pobliĝu domu
nie ma sieci gazowej lub trzeba by budowaÊ bardzo dïugie kilkusetmetrowe przyïÈcze. Pompa ciepïa,
choÊ sama jest kosztowna, moĝe zapewniÊ bardzo tanie
ogrzewanie. W domu o powierzchni 150 m2 – jeĂli zastosowano wïaĂciwe rozwiÈzania – ogrzewanie i przygotowanie c.w.u. przez pompÚ ciepïa moĝe kosztowaÊ okoïo 1200 zï/rok, podczas gdy ogrzewanie takiego samego
domu gazem lub olejem kosztowaÊ bÚdzie co najmniej
3000 zï/rok (a ceny tych paliw ciÈgle rosnÈ), a prÈdem
elektrycznym – co najmniej 6000 zï/rok.
Pompa ciepïa to urzÈdzenie o najniĝszych kosztach eksploatacyjnych.
Jaka jest najwaĝniejsza róĝnica miÚdzy kotïem a pompÈ ciepïa?
Z
Pompy ciepïa oferowane sÈ w róĝnych
standardach wykonania, np. wersje
podstawowe umoĝliwiajÈ sterowanie
podgrzewaniem wody i obiegami grzewczymi,
zarzÈdzanie zasobnikiem buforowym i ukïadem
solarnym oraz wspóïpracÚ z termostatem
pokojowym. Modele bardziej rozbudowane
mogÈ byÊ dodatkowo wyposaĝone w pompÚ
do obiegu solanki, pompÚ obiegu grzewczego
i naczynie wzbiorcze solanki
Pompy ciepïa mogÈ byÊ wyposazone w ekran
z wyĂwietlaczem w jÚzyku polskim umoĝliwiajÈcy
sterowanie pracÈ caïej instalcji z pompÈ ciepïa
fot. Hydro-Tech
fot. Herz
astosowanie do ogrzewania domu kotïa na paliwo staïe, gazowe czy pïynne wiÈĝe siÚ ze zuĝyciem jednego z tych paliw, bo caïa energia cieplna powstaje w wyniku jego spalania; jest to energia, którÈ w caïoĂci trzeba kupiÊ. SprawnoĂÊ
cieplna – czyli stosunek uzyskanego ciepïa do wartoĂci opaïowej paliwa – zaleĝy od rodzaju kotïa i wynosi 70–96%
(w kotïach tradycyjnych) i ponad 100% (w kotïach kondensacyjnych).
W pompach ciepïa gïównym ěródïem energii jest darmowe ciepïo: gruntu, zbiornika wodnego lub powietrza zewnÚtrznego. Pompa
ciepïa, wykorzystujÈc takie ěródïa moĝe podgrzewaÊ wodÚ w instalacji grzewczej. Funkcjonuje podobnie jak domowa chïodziarka,
która ciepïo odebrane od umieszczonych wewnÈtrz produktów przekazuje do pomieszczenia, w którym stoi.
Do „przetransportowania” ciepïa z oĂrodka o niĝszej temperaturze do oĂrodka o wyĝszej
temperaturze niezbÚdna jest energia zuĝywana przez sprÚĝarkÚ. Stosunek energii cieplnej pozyskanej z dolnego ěródïa do zuĝytej przez napÚd pompy nazywamy wspóïczynnikiem efektywnoĂci COP (ang. Coefficient of
Performance). Jego wartoĂÊ zaleĝy od samej
konstrukcji pompy i od róĝnicy temperatury
dolnego ěródïa ciepïa, czyli np gruntu i wody
w instalacji. Im mniejsza jest ta róĝnica, tym
wyĝszÈ wartoĂÊ ma wspóïczynnik COP.
W domowych instalacjach grzewczych wartoĂÊ COP waha siÚ w granicach 3–5, co oznacza, ĝe zuĝywajÈc 1 kWh energii elektrycznej do napÚdu pompy ciepïa pozyskujemy
3–5 kWh energii cieplnej do ogrzewania
domu.
Wynika z tego, ĝe pompa ciepïa zuĝywajÈc
1 kW energii w ciÈgu godziny, produkuje od
3 do 5 razy wiÚcej energii cieplnej.
33
BD10_dom_energooszczedny.indd 33
2009-09-17 18:25:04
DOM ENERGOOSZCZ}DNY
Jak dziaïa pompa ciepïa zasilajÈca domowÈ instalacjÚ grzewczÈ?
½
kazywanie darmowego ciepïa ze ěródïa naturalnego (gruntu, wody,
powietrza), nazywanego
ěródïem dolnym do domowej instalacji grzewczej, nazywanej ěródïem
górnym. NajwaĝniejszÈ
sprawÈ jest przepompowanie jak najwiÚcej energii cieplnej Q kosztem
jak najmniejszego zuĝycia energii elektrycznej
Qe – czyli osiÈgniÚcie
jak najwiÚkszej sprawnoĂci pompowania ciepïa, okreĂlanej wspóïczynnikiem COP.
fot. Bosch
ródïem ciepïa do
½ródïem ciepïa dla pompy ciepïa najczÚĂciej
ogrzewania domu
jest grunt, woda lub powietrze
moĝe byÊ grunt, woda lub
powietrze. SÈ to ěródïa
o temperaturze niĝszej niĝ
oczekuje siÚ w pomieszczeniach, a wiÚc zadaniem pompy ciepïa jest
pobranie energii cieplnej z oĂrodka o niĝszej
temperaturze (np. woda
gruntowa ma temperaturÚ
7–12°C, a powietrze moĝe
mieÊ nawet 20°C) i przekazanie go do pomieszczenia o wyĝszej temperaturze (ok. 20°C).
Wywoïuje to skojarzenie
z pompowaniem ciepïa:
z doïu (z oĂrodka chïodnego) do góry (do cieplejszych pomieszczeñ w domu).
Codziennie mamy do czynienia z takim pompowaniem ciepïa w naszej lodówce czy zamraĝarce. Z wnÚtrza lodówki, a ĂciĂlej z umieszczonych w niej produktów ĝywnoĂciowych, jest „wypompowywane” ciepïo, które nastÚpnie jest przekazywane do pomieszczenia na
zewnÈtrz lodówki, wskutek czego grzeje ona pomieszczenie, w którym stoi. Wyobraěmy sobie teraz, ĝe do wnÚtrza lodówki wpïywa
w ciÈgïym obiegu woda ze studni o temperaturze 10°C i po schïodzeniu w lodówce do 5°C wypïywa z tejĝe lodówki, a nastÚpnie jest
zrzucana do innej studni. Woda caïy czas dostarcza do wnÚtrza lodówki ciepïo, które jest z niej zabierane i oddawane na zewnÈtrz lodówki – do pomieszczenia. Tak wïaĂnie – co do fizycznej zasady
– dziaïa pompa ciepïa.
¿eby mogïa dziaïaÊ, musi byÊ zasilana prÈdem elektrycznym (lub
ciepïem w przypadku pomp absorbcyjnych), który umoĝliwia przezasilanie ciepïem
z dolnego ěródïa
(woda, solanka lub glikol)
parownik
sprÚĝarka
skraplacz
COP =
Q
Qc
SprawnoĂÊ pompowania ciepïa jest tym wiÚksza, im mniejsza jest
róĝnica temperatury miÚdzy odbiornikiem (ěródïem górnym) a ěródïem ciepïa (ěródïem dolnym). TÚ zaleĝnoĂÊ moĝna zapisaÊ wzorem:
T2
COP = T –T
u ηp+ 1,
2
1
w którym:
T1 i T2 to wyraĝona w kelwinach temperatura ěródïa i odbiornika ciepïa,
ηp jest wewnÚtrznÈ sprawnoĂciÈ agregatu pompy ciepïa i wynosi 0,5–0,6.
Jedynka we wzorze odpowiada energii cieplnej pochodzÈcej wprost
ze strat energii elektrycznej (zwiÈzanych z pracÈ agregatu sprÚĝarkowego) pobieranej przez pompÚ ciepïa.
W domowych instalacjach grzewczych zasilanych pompÈ ciepïa
COP osiÈga wartoĂÊ od 3 do 6, najczÚĂciej od 4 do 5.
zasilanie
instalacji
ogrzewania
T2
górne ěródïo
Q
ěródïo
górne
ěródïo
dolne
T1
dolne ěródïo
powrót ochïodzonej wody,
solanki lub glikolu
do dolnego ěródïa
zawór
rozprÚĝny
obieg
termodynamiczny
powrót z instalacji
ogrzewania
energia
czerpana
z wody,
gruntu lub
powietrza
energia elektrycznaczerpana
pobierana do dziaïania systemu Qe
ogrzewania pompÈ ciepïa
Q = COP • Qe
COP – wspóïczynnik sprawnoĂci
pompy ciepïa zwykle
przyjmuje wartoĂci
od 3 do 6
Schematy dziaïania pompy ciepïa
34
BD10_dom_energooszczedny.indd 34
2009-09-17 17:09:24
Ogrzewanie
Jaka moc powinna mieÊ pompa ciepïa do domu energooszczÚdnego
o powierzchni 150 m2?
D
om energooszczÚdny ma dobrÈ termoizolacjÚ i moĝna przyjÈÊ, ĝe do ogrzania jego pomieszczeñ wystarczy moc grzewcza 30 W/m2.
JeĂli ïÈczna powierzchnia ogrzewanych pomieszczeñ budynku wynosi np.
150 m 2, to do jego ogrzewania powin-
na wystarczyÊ pompa ciepïa o mocy:
150 m2 u 30 W/m2 = 4,5 kW.
Jeĝeli ta sama pompa ciepïa ma nie tylko ogrzewaÊ dom, ale równieĝ przygotowywaÊ c.w.u. dla czteroosobowej rodziny, to trzeba moc pompy powiÚkszyÊ
jeszcze o 1,2 kW, bo jedna osoba zuĝywa
przeciÚtnie na dobÚ 50 l wody o temperaturze 45°C, do czego potrzebna jest moc
grzewcza 0,3 kW.
A zatem do domu energooszczÚdnego o powierzchni 150 m2 na potrzeby ogrzewania
i przygotowania c.w.u. potrzebna jest pompa ciepïa o mocy grzewczej ok. 6 kW.
W jaki sposób moĝna pobieraÊ ciepïo gruntu na potrzeby
ogrzewania domu?
C
iepïo gruntu moĝna pobieraÊ za poĂrednictwem:
wymiennika (kolektora) poziomego, czyli wÚĝownicy z rur plastikowych uïoĝonych na gïÚbokoĂci 1,5–2 m. Do uzyskania mocy grzewczej 1 kW trzeba uïoĝyÊ 25–
50 m rur, co zajmuje powierzchniÚ 30–60 m2;
wymiennika spiralnego z rur uïoĝonych w gruncie spiralnie;
wymiennika pionowego z rur wprowadzonych do gruntu na gïÚbokoĂÊ 30–50 m;
dwóch oddalonych od siebie studni: jedna sïuĝy do pobierania wody cieplejszej,
a druga – do odprowadzania wody ochïodzonej, z której pobrane zostaïo ciepïo.
pompa
ciepïa
wymiennik gruntowy spiralny
Cztery rodzaje ěródïa dolnego
ogrzewanie podïogowe
pompa
ciepïa
ogrzewanie podïogowe
ogrzewanie podïogowe
pompa
ciepïa
pompa
ciepïa
wymiennik
gruntowy pïaski
> 15 m
studnia
czerpalna
ogrzewanie podïogowe
30–150 m
wymiennik gruntowy
pionowy
studnia
chïonna
Jakie argumenty przemawiajÈ za ogrzewaniem domu pompÈ ciepïa?
O
to tylko niektóre z nich:
jest to sposób na korzystanie z darmowej energii z niewyczerpywalnego ěródïa: gruntu, wody lub powietrza. Stosunek
potrzebnej do zasilania pompy energii
elektrycznej do uzyskanej darmowej energii cieplnej dochodzi do 1:5;
koszt eksploatacji pompy ciepïa ograniczony jest do kosztu zakupu energii elektrycznej niezbÚdnej do pracy sprÚĝarki;
wydatki na ogrzewanie domu pompÈ
ciepïa prawie nie zaleĝÈ od zmian cen paliw (np. gazu czy oleju opaïowego), spowodowanych wyczerpywaniem siÚ zaso-
bów naturalnych czy miÚdzynarodowymi
konfliktami gospodarczymi i politycznymi;
w przeciwieñstwie do innych ěródeï
ciepïa, urzÈdzenia te sÈ caïkowicie bezpieczne (nie groĝÈ wybuchem czy poĝarem).
35
BD10_dom_energooszczedny.indd 35
2009-09-17 17:09:41
DOM ENERGOOSZCZ}DNY
W jaki sposób dobiera
siÚ rodzaj wymiennika
gruntowego?
K
aĝda inwestycja wymaga indywidualnej
analizy. Firma oferujÈca pompy ciepïa
przede wszystkim powinna zebraÊ informacje
dotyczÈce warunków gruntowo-wodnych, by
zaproponowaÊ optymalne rozwiÈzanie.
Jak dobiera siÚ
ěródïo górne w domu
ogrzewanym przez
pompÚ ciepïa?
I
m mniejsza róĝnica temperatury miÚdzy dolnym a górnym ěródïem ciepïa, tym niĝsze
koszty eksploatacji, dlatego najlepiej, gdy pompa ciepïa wspóïpracuje z systemami grzewczymi o niskiej temperaturze zasilania. Z tego
wzglÚdu najkorzystniej poïÈczyÊ jÈ z ogrzewaniem podïogowym, którego temperatura
nie powinna przekraczaÊ 30°C ze wzglÚdu na
komfort cieplny mieszkañców domu.
O czym warto pamiÚtaÊ,
kiedy planuje siÚ
ogrzewanie domu pompÈ
ciepïa?
NajwiÚkszÈ wartoĂÊ COP, a wiÚc i najniĝsze
koszty eksploatacyjne zapewnia niskotemperaturowe ogrzewanie podïogowe i pompa ciepïa
typu ciepïa woda-woda, gdyĝ róĝnica temperatur miÚdzy wynosi zaledwie 20°C (podïogówka
30°C, woda gruntowa 10°C).
Najbezpieczniejszym i niew ymagajÈcym duĝej powierzchni gruntu jest system
solanka-woda z kolektorem pionowym z kilku
sond gïÚbokoĂci kilkudziesiÚciu metrów.
Najïatwiejszym inwestycyjnie, bo niewymagajÈcym budowy dolnego ěródïa jest instalacja
z pompÈ ciepïa typu powietrze-woda, jednak
wartoĂÊ COP tego systemu jest najniĝsza.
Najbardziej zaawansowanym technicznie rozwiÈzaniem jest pompa ciepïa z bezpoĂrednim odparowaniem czynnika grzewczego, oferowana
przez nielicznych producentów.
Ile trzeba zainwestowaÊ, ĝeby ogrzewaÊ
dom pompÈ ciepïa?
D
o przeszïoĂci naleĝÈ juĝ zniechÚcajÈce kosztorysy w granicach
60 000–70 000 zï za system ogrzewania pompÈ ciepïa wraz z montaĝem.
NajczÚĂciej kosztorysy firm mieszczÈ
siÚ w granicach od 25 000 do 45 000 zï.
Oprócz pompy ciepïa zasilana niÈ instalacja grzewcza wymaga wykonania
instalacji dolnego ěródïa ciepïa oraz
zbiornika c.w.u.
Oto ïÈczne koszty takiej instalacji
w domu o powierzchni okoïo 150 m2:
pompa ciepïa o mocy 7–10 kW – ok.
15 000 zï,
zbiornik c.w.u. – 2000–6000 zï,
dolne ěródïo – od 3000 do 15 000 zï,
w zaleĝnoĂci od rodzaju systemu,
pozostaïe elementy takie jak pompy
obiegowe, armatura instalacyjna wraz
z montaĝem, czyli elementy, które sÈ
teĝ niezbÚdne w instalacji zasilanej ze
ěródeï konwencjonalnych (np. kotïem
gazowym) – 5000–9000 zï. Co ïÈcznie
daje sumÚ 25 000–45 000 zï.
Jak wypada porównanie z kosztami
takiej samej instalacji zasilanej kotïem
gazowym?
P
orównania wymagajÈ tylko koszty tych elementów, które róĝniÈ te instalacje:
z pompÈ ciepïa: pompa ciepïa + zbiornik c.w.u. + dolne ěródïo: ïÈcznie 20 000–
36 000 zï,
z kotïem gazowym: kocioï + zbiornik c.w.u. + przyïÈcze: 12 000–28 000 zï
(zaleĝnie od rodzaju kotïa i sposobu przygotowania c.w.u., a takĝe kosztów przyïÈcza). O ile koszt przyïÈcza dïugoĂci kilkunastu metrów wynosi od 5000 zï, to
dwustumetrowe moĝe kosztowaÊ nawet 12 000 zï.
A zatem caïkowity koszt inwestycyjny instalacji z pompÈ ciepïa: 25 000–45 000 zï
moĝe byÊ o 13 000–17 000 zï wyĝszy niĝ instalacji ogrzewania gazowego.
Wydatki mogÈ byÊ porównywalne, jeĂli do instalacji ogrzewania gazowego wybierzemy drogi kocioï kondensacyjny, a dïugoĂÊ przyïÈcza gazowego bÚdzie
znaczna.
Do analogicznych wniosków prowadzi porównanie z ogrzewaniem olejowym.
Porównanie sumarycznych kosztów róĝnych instalacji (inwestycje + 15 lat eksploatacji)
36
BD10_dom_energooszczedny.indd 36
2009-09-17 18:33:47
Ogrzewanie
N
iekoniecznie. IstniejÈ absorpcyjne pompy ciepïa
wykorzystujÈce energiÚ cieplnÈ zamiast energii elektrycznej. OczywiĂcie urzÈdzenia te
potrzebujÈ energii elektrycznej do zasilania elektronicznych urzÈdzeñ sterujÈcych, ale
jej zuĝycie jest porównywalne
do zapotrzebowania na energiÚ urzÈdzeñ AGD pracujÈcych
w trybie czuwania.
Innym nowoczesnym rozwiÈzaniem jest zastosowanie w pompie ciepïa silnika gazowego. RozwiÈzanie
to zmniejsza zuĝycie energii
elektrycznej w sezonie letnim
(na chïodzenie) i zimowym (na
ogrzewanie). DodatkowÈ zaletÈ tego rozwiÈzania jest moĝliwoĂÊ odzyskania ciepïa odpadowego uwolnionego przez
pïaszcz silnika oraz ze spalin,
a takĝe ïatwa regulacja prÚdkoĂci kompresora poprzez regulacjÚ dopïywu gazu.
Róĝnice miedzy pompÈ ciepïa
zasilanÈ energia elektrycznÈ
a urzÈdzeniem zasilanym gazem widaÊ szczególnie w trybie ogrzewania. Podczas pracy
pompy zasilanej gazem wydziela siÚ duĝo ciepïa odpadowego.
Obecnie trwajÈ badania nad
moĝliwoĂciami jego efektywnego zagospodarowania np. do
chïodzenia absorpcyjnego. Jest
to jednak kosztowny i skomplikowany system. Ciepïo odpadowe moĝna w prosty sposób
wykorzystaÊ do kontrolowania
wilgotnoĂci pomieszczeñ przez
caïy rok, a takĝe do ogrzewania
pomieszczeñ w zimie. Tym samym ogranicza siÚ dodatkowo
zuĝycie energii.
Czy pompa ciepïa wymaga konserwacji
i na czym prace te polegajÈ?
P
ompa ciepïa jak kaĝde urzÈdzenie grzewcze wymaga obsïugi serwisowej, jednak nie tak
czÚstej i nie w tak szerokim zakresie jak kocioï. Najwaĝniejszym czynnikiem, na który naleĝy zwróciÊ uwagÚ podczas przeglÈdów jest sprawdzenie odpowiedniego przepïyw po obu stronach ukïadu. Konieczne jest czyszczenie filtrów ěródïa dolnego i górnego oraz, w przypadku
pomp glikolowych, kontrola stÚĝenia pïynu niezamarzajÈcego.
W niektórych przypadkach, szczególnie przy urzÈdzeniach typu woda-woda pracujÈcych
z wodÈ mocno zmineralizowanÈ, przeglÈdy serwisowe potrzebne sÈ czÚĂciej. Bowiem zanieczyszczona woda powoduje osadzanie siÚ kamienia wewnÈtrz wymiennika i czÚsto zapycha
studnie zrzutowe.
Pompy ciepïa typu powietrze-woda wymagajÈ najmniej czynnoĂci serwisowych. Moĝna powiedzieÊ, ĝe same siÚ czyszczÈ podczas funkcji odszraniania parownika, konieczne jest tylko
sprawdzanie filtra ěródïa górnego.
Czy warto w domu energooszczÚdnym
zastosowaÊ ogrzewanie nadmuchowe?
T
ak, ogrzewanie nadmuchowe jest systemem szeroko rozpowszechnionym w USA i Kanadzie,
a ostatnio zyskuje równieĝ na popularnoĂci w Polsce. Do ogrzewania powietrza wykorzystuje siÚ piec nadmuchowy z wymiennikiem ciepïa zasilany gazem, olejem opaïowym, ciepïÈ
wodÈ lub wyposaĝony w elektrycznÈ nagrzewnicÚ. Jako ěródïo zasilania moĝna wykorzystaÊ
równieĝ: gazowy kocioï kondensacyjny, pompÚ ciepïa typu powietrze-powietrze, nagrzewnice powietrza na paliwa staïe lub
kominek.
Taki system grzewczy ïatwo powiÈzaÊ z wentylacjÈ mechanicznÈ z odzyskiem ciepïa. PowracajÈce z ukïadu wentylacyjnego zuĝyte powietrze przepuszczane jest przez wymiennik krzyĝowy,
który umoĝliwia odzysk pozostaïego ciepïa poprzez wymieszanie go ze Ăwieĝym powietrzem, pïynÈcym z czerpni zewnÚtrznej. Tak przygotowane powietrze przechodzi przez filtr, w którym jest oczyszczone oraz do pieca nadmuchowego, gdzie jest
ogrzewane. NastÚpnie ciepïe powietrze wydmuchiwane jest do
kanaïów, którymi jest dostarczane do poszczególnych pomieszczeñ. Kanaïy transportujÈce powietrze wykonywane sÈ zwykle z
blachy stalowej ocynkowanej i izolowane weïnÈ mineralnÈ oraz
warstwÈ folii aluminiowej. Moĝna je równieĝ wykonaÊ z tworzyw sztucznych. CharakteryzujÈ siÚ maïym ciÚĝarem oraz dobrym stopniem izolacji termicznej i akustycznej.
ZaletÈ systemu jest moĝliwoĂÊ wykorzystywania go w lecie do
klimatyzowania pomieszczeñ. W tym celu, na kanale za piecem instaluje siÚ chïodnicÚ powietrza, która w okresie letnim,
bÚdzie schïadzaÊ powietrze dochodzÈce z czerpni.
Tak wiÚc koszt inwestycji rozkïadaÊ siÚ bÚdzie na dwa systemy
– grzania i chodzenia.
Piec nadmuchowy dla domu o potwierdzani 150 m2 kosztuje
8000–10 000 zï, a kompletna instalacja 15 000–20 000 zï.
Piec nadmuchowy moĝe byÊ zasilany gazem,
olejem opaïowym lub energiÈ elektrycznÈ
fot. Miller
Czy pompa
ciepïa musi
wykorzystywaÊ
energiÚ
elektrycznÈ?
37
BD10_dom_energooszczedny.indd 37
2009-09-17 17:10:15