2021-01-31 19:42:36 
Jak określić zapotrzebowanie domu na energię cieplną?
Ilość ciepła potrzebnego do ogrzania budynku zmienia się w sezonie grzewczym w bardzo szerokich granicach, ale do wyznaczenia efektywności źródła ogrzewania przyjmuje się skrajnie niskie temperatury występujące w określonym regionie kraju.
Standardowo przyjmowane dotychczas spadki temperatury na poziomie od -15 do -20 stopni Celsjusza, obecnie zdarzają się rzadko i trwają krótko, można więc do kalkulacji przyjmować nieco korzystniejsze warunki, dopasowane do miejscowego klimatu. Oczywiście zapotrzebowanie na ciepło zależeć będzie od ogrzewanej powierzchni, izolacyjności termicznej przegród zewnętrznych (ścian, stropów, okien) oraz intensywności wentylacji.
Około 150 kWh/m2 w starych domach
W starych domach, które jeszcze nie zostały poddane termomodernizacji orientacyjną moc grzewczą można ocenić na podstawie dotychczas wykorzystywanego ogrzewania (np. wielkości grzejników, pieców kaflowych) jak i sezonowego zużycia paliwa i mocy nominalnej kotłów.
Przykładowo, przy zużywaniu sezonowo 3 ton węgla do ogrzania 100 m2 powierzchni domu, jego zapotrzebowanie energetyczne wynosi ok. 150 kWh/m2, przy wymaganej mocy nominalnej na poziomie 9-12 kW.
Przy instalacjach grzejnikowych przyjmujemy, że żeberka żeliwne, stalowe o wysokości 60 cm i parametrach zasilania 90/70/20 przekazują moc ok. 80-100 W/sztukę , a piec kaflowy (przy systematycznym opalaniu) emituje ok. 2000 W z 1 m3 swojej objętości.
Można też posłużyć się metodą obliczeniową przyjmując odpowiednio przenikalności cieplne ścian zewnętrznych, stropów i dachów, okien z uwzględnieniem rodzaju materiału i grubości ich warstw składowych. Natomiast moc maksymalną potrzebną do pokrycia strat wentylacyjnych możemy przyjąć na poziomie 10 W/m2 ogrzewanej powierzchni.
Mniejsze zużycie energii po termomodernizacji
Po termomodernizacji, którą najczęściej łączy się z generalnym remontem domu, zapotrzebowanie na ciepło będzie znacznie mniejsze i uzależnione od pierwotnego stanu jak i efektywności ocieplenia. Przy słabej ciepłochronności przed modernizacją zmniejszenie zapotrzebowania może sięgać nawet ponad 50%.
Jeśli więc zmienimy kolejność prac remontowych - najpierw ocieplenia, a następnie wymiana instalacji centralnego ogrzewania - to łatwiej określimy, jaka będzie potrzebna nominalna moc grzewcza źródła ciepła jak i poszczególnych urządzeń grzewczych. Wymaga to jednak „przetestowania” starej instalacji przez jeden sezon i porównania z wcześniej uzyskiwanymi parametrami uwzględniając również zróżnicowanie warunków klimatycznych w tych okresach.
W praktyce precyzyjne określenie zapotrzebowania na nominalną moc grzewczą nie jest konieczne, gdyż instalacja przez zdecydowanie najdłuższy okres pracuje ze zredukowanym zapotrzebowaniem na ciepło, choć w zakresie urządzeń przekazujących energię cieplną (grzejników, rur grzejnych) wskazane jest nieznaczne przewymiarowanie, gdyż znacznie łatwiej zdławić ich moc niż zwiększyć w razie np. zmian funkcjonalnych pomieszczenia.
Ekologiczne źródła ogrzewania domu
Oprócz energii pozyskiwanej z OZE, co nie zawsze jest możliwe do realizacji jak i wiąże się ze znacznymi nakładami inwestycyjnymi, optymalnym źródłem ciepła do ogrzewania domu jednorodzinnego jest gaz ziemny, sieciowy, ale niestety nie wszędzie jest on dostępny, zwłaszcza w oddaleniu od większych miejscowości. Umożliwia wszechstronne wykorzystanie w instalacji c.o., c.w.u. jaki i do gotowania, a koszt kotłów, podgrzewaczy jest niski. Jego wykorzystanie nie stawia specjalnych wymagań dla istniejącej instalacji grzewczej może bowiem pracować w szerokim zakresie temperatur zasilania jak i mocy grzewczej.
Podobne własności osiąga instalacja wykorzystująca gaz płynny pobierany ze zbiornika naziemnego lub podziemnego i takie rozwiązanie jest dobrą alternatywą, w rejonach pozbawionych dostępu do sieci gazu ziemnego. Przy zbliżonych kosztach inwestycyjnych wyższe jednak będą koszty eksploatacji o ok. 20% (0,05 zł/kWh).
Za ekologiczne uznawane jest również wykorzystanie prądu elektrycznego do ogrzewania, ale jest to pojecie względne, gdyż główny surowiec wykorzystywany do jego wytwarzania - w Polsce niemal 90% wytwarzanej energii elektrycznej pochodzi z węgla kamiennego i brunatnego - a sprawność po uwzględnieniu strat wytwarzania i przesyłania wynosi ok. 30% .
W tym zakresie jest więc „ekologiczny” jedynie w miejscu wykorzystania, niemniej ogólny bilans może poprawić użycie prądu do zasilania pomp ciepła. Eliminuje to bilansowo straty energii powstającej na drodze elektrownia - odbiorca prądu, gdyż nijako zostają one - przynajmniej częściowo - zwrócone poprzez odzyskanie ciepła z gruntu czy powietrza.
Dostosowanie instalacji do źródła ciepła
Wszystkie wymienione powyżej źródła energii poznaczone są w zasadzie do zasilania urządzeń grzejnych pracujących centralnych systemach ogrzewania wodnego. Oczywiście przy braku takiej instalacji np. w domach ogrzewanych piecami, trzeba ją będzie rozprowadzić w systemie trójnikowym lub z rozdzielaczem, gdy można ułożyć rury pod pokryciem podłogowym w trakcie jego wymiany. Zasadniczymi elementami takiej instalacji jest kocioł lub pompa ciepła, a ogrzewanie realizowane jest przez system rur zasilających grzejniki lub pętle ogrzewania płaszczyznowego.
Wymiana starego kotła na gazowy kondnsacyjny
W przypadku wykorzystania kotłów gazowych na gaz ziemny jak i płynny sprawna, dotychczasowa instalacja grzejna w zasadzie nie wymaga przeprowadzenia poważniejszych modernizacji. Również w przypadku zaniechania ocieplenia budynku uzasadniona będzie instalacja gazowego kotła kondensacyjnego - o co często pytają inwestorzy - gdyż istniejące grzejniki najczęściej przez dużą część sezonu będą pracować z zakresie temperatur kondensacji, co jedynie nieznacznie obniży efektywność pozyskiwanej energii tą drogą.
Skuteczna regulacja temperatury w pomieszczeniach
Niemniej w starych instalacjach pojawi się problem ze skuteczną regulacją temperatury w poszczególnych pomieszczeniach - wiekowe zawory z reguły uległy zapieczeniu, a wymiana ich na nowe, termostatyczne może być technicznie kłopotliwa np. powodując ukręcenie złącza.
Również lansowane w niektórych publikacjach ograniczenia modernizacji jedynie do wymiany kotła i ewentualnie grzejników (pozostawiając stare rury) nie jest uzasadnione. Pomijając problemy z koniecznym demontażem połączeń, osady nagromadzone przez wiele lat użytkowania instalacji stwarzają zagrożenie dla funkcjonowania nowoczesnej automatyki kotłów i osprzętu a płukanie i odkamienianie rur nie daje gwarancji skutecznego ich oczyszczenia.
Wymiana rur i grzejników
Można przyjąć, że w ponad 30-letnich instalacjach powinno się wymienić rury i grzejniki, zwłaszcza że nową instalację bez większych problemów można rozprowadzić cienkimi rurkami PEX lub miedzianymi, umieszczonymi za maskującymi listwami przypodłogowymi, a ich przebieg w pionie zasłonić ekranem z płyty g-k. Pozwoli to też na elegancie podłączenie grzejników od podłogi, bez konieczności rozkuwania bruzd w ścianach czy podłogach.
Instalacja z pompą ciepła
Wygodnym i tanim eksploatacyjnie sposobem ogrzewania starego, remontowanego domu będzie wykorzystanie do tego celu gruntowej lub powietrznej pompy ciepła, co jednak wiąże się z dość znacznymi wydatkami inwestycyjnymi i najczęściej z koniecznością modernizacji instalacji grzewczej, aby umożliwić jej zasilanie wodą o możliwie niskiej temperaturze. Dzięki temu uzyskuje się wysoką efektywność pozyskiwania energii, co decyduje o mocy i kosztach ogrzewania.
Na instalację pompy ciepła w zasadzie możemy zdecydować się, jeśli dom będzie dobrze ocieplony, a istniejący system c.o. zapewni przekazywanie dostatecznej energii cieplnej. W razie potrzeby można np. zwiększyć powierzchnie grzejników (wymienić na większe lub dostawić nowe), a nawet zainstalować ogrzewanie płaszczyznowe - ścienne lub sufitowe, a niekiedy nawet ogrzewanie podłogowe.
Ze względu na znacznie niższe koszty inwestycyjne, jak i łatwą instalację, w takich obiektach najczęściej montowane są powietrzne pompy ciepła. Jednak przy ich doborze trzeba brać dwa negatywne zjawiska, jakie pojawiają się podczas ich użytkowania. Efektywność funkcjonowania pompy ciepła określa wskaźnik COP wyrażający stosunek pozyskanej energii cieplnej do pobranej energii elektrycznej, a jego wartość zależy od różnicy temperatur dolnego i górnego źródła ciepła - w tym przypadku - temperatury powietrza zewnętrznego i temperatury czynnika grzewczego w instalacji c.o.
Przy niskich temperaturach zewnętrznych spada efektywność i moc pompy, a jednocześnie rośnie zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania. W efekcie, przy znacznych spadkach temperatury sama pompa nie zapewnia dostatecznego ogrzewania, co wymaga uruchomienia wspomagania np. poprzez załączenie grzałki elektrycznej zasilanej z sieci.
Zależnie od parametrów pompy i instalacji grzewczej temperatury krytyczne występują się na różnym poziomie - najczęściej w przedziale temperatur zewnętrznych od -5 do -10 stopni Celsjusza. Przewidując takie wspomagania trzeba, sprawdzić, czy jego załączanie nie spowoduje nadmiernego obciążenia przyłącza elektroenergetycznego.
autor: Redakcja BudownicwaB2B
opracowanie: Aleksander Rembisz
zdjęcia: Karluk-Hydro (dystrybutor firmy SAS), Viessmann, Uponor, REGULUS®-system, Termo Organika
film: IMI Hydronic Engineering
Komentarze