Ogrzewanie i wentylacja – jak spełnić wymagania domu energooszczędnego?
Wymagania w zakresie oszczędności energii w budynkach zaostrzyły się w ostatnich latach i będą się dalej zaostrzać. Już samo wdrożenie WT 2021 spowoduje istotne zmiany, nie tylko w obudowie termicznej budynków, ale również w systemach c.o., chłodzenia, c.w.u. i wentylacji. Autorzy poradnika „Dom bez rachunków” pokazują, jakie rozwiązania tych systemów w typowym domu jednorodzinnym pozwalają w praktyce spełnić obecne i zaostrzone wymagania.
WT 2017 a WT 2021
Wymogi techniczne programu Czyste Powietrze w zakresie izolacji przegród opierają się o przyszłe Warunki Techniczne WT 2021, które będą mocno wspierać stosowanie efektywnych technologii, takich jak pompy ciepła czy systemy fotowoltaiczne w nowych budynkach, oraz wymuszą powszechne zastosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła (rekuperacją).
Nowe WT 2021 zaczną obowiązywać w przypadku pozwolenia na budowę od 1 stycznia 2021 r. i spowodują istotne obniżenie granicznych wartości maksymalnych współczynników przenikania ciepła przegród budowlanych Umax (tab. 1) oraz wskaźnika rocznego obliczeniowego zapotrzebowania budynku na nieodnawialną energię pierwotną EPmax (tab. 2). Będą mieć wpływ na stosunkowo duże zwiększenie izolacyjności przegród budowlanych.
Tabela 1. Maksymalna wartość Umax zależnie od rodzaju przegrody. Źródło: Poradnik „Dom bez rachunków”.
Tabela 2. Maksymalna wartość wskaźnika EPmax według WT. Źródło: Poradnik „Dom bez rachunków”.
Izolacyjność cieplna przegród budynku wpływa bezpośrednio na sezonowe zapotrzebowanie na ciepło użytkowe do ogrzewania. Z kolei zapotrzebowanie energii pierwotnej (EP) związane jest z wyposażeniem technicznym budynku i rodzajem zastosowanego źródła ciepła.
Model analizowanego budynku
W celu określenia możliwości spełnienia rosnących wymagań energetycznych WT 2017 i WT 2021 w odniesieniu do nowych budynków jednorodzinnych, przeprowadzono wielowariantową analizę porównawczą wpływu zastosowania różnych rozwiązań źródeł ciepła i wentylacji w typowym budynku jednorodzinnym.
Do analizy wybrano gotowy projekt domu o stosunkowo dużej liczbie realizacji. Jest to wolno stojący budynek jednorodzinny z poddaszem użytkowym, o łącznej powierzchni użytkowej 128 m2 (razem ze stanowiskiem garażowym). Jako lokalizację przyjęto Kraków (III strefa klimatyczna i stosunkowo typowy rozkład temperatur zewnętrznych dla Polski), a budynek został projektowo korzystnie zorientowany dużymi przeszkleniami na południe.
Wybór projektu tak małego budynku nie jest przypadkowy. Można przypuszczać, że w Polsce, tak jak w innych krajach europejskich, coraz częściej będą wznoszone domy o powierzchni około 130 m2 lub mniejsze. W każdym analizowanym przez nas wariancie rozwiązań przegrody budynku spełniały wymagania izolacyjności cieplnej – współczynniki przenikania ciepła U elementów budowlanych nie przekraczały opisanych w WT 2017 i WT 2021 wartości Umax oraz wymaganej wartości szczelności powietrznej n50. Praktyka wskazuje, że w wielu typowych projektach budynków wypełniane są jedynie minimalne wymagania odnośnie do izolacyjności i współczynnika U przegród budowlanych.
Można przypuszczać, że jest to spowodowane chęcią maksymalnego obniżenia kosztów inwestycji, tak aby dany projekt był atrakcyjny. Jeśli zatem w WT 2017 występuje wymóg wartości współczynnika U dla ścian zewnętrznych U = 0,23 W/(m2 K), to w projekcie wartość ta będzie wynosić również około 0,23 W/(m2 K).
Analiza wariantów ogrzewania wybranego budynku
W poszukiwaniu rozwiązań pozwalających spełnić wymagania EPmax według WT 2017 i WT 2021, przeprowadzono obliczenia zapotrzebowania energii końcowej i pierwotnej EP dla ośmiu wariantów źródeł ciepła (tab. 3) zasilających instalację płaszczyznowego, centralnego ogrzewania wodnego i zasobnikowy układ c.w.u. Analizowane warianty obejmują typowe rodzaje źródeł ciepła stosowane w nowych budynkach jednorodzinnych: kocioł na węgiel (groszek), na biomasę (granulat drzewny), kondensacyjny kocioł gazowy oraz pompy ciepła.
Tabela 3. Praktyczne zestawienie wymagań przegród dla standardu NF40 i WT 2021. Źródło: Poradnik „Dom bez rachunków”.
Wariant 1: groszek – węgiel
Nie jest w stanie spełnić wymagań EP według WT 2017 i WT 2021. Jest to rozwiązanie kłopotliwe dla użytkowników ze względu na konieczność obsługi kotła, magazynowania paliwa i usuwania produktów spalania. Istotnym utrudnieniem jest też konieczność wygospodarowania przestrzeni w budynku na kotłownię, magazyn paliwa, bufor wody grzewczej. Wysokie są również łączne nakłady finansowe na wykonanie komina.
Wariant 2: biomasa
Pomimo wysokiego zapotrzebowania energii użytkowej EU i końcowej EK, wariant ten spełnia wymagania EP i to zarówno według WT 2017, jak i WT 2021. Jest to możliwe dzięki temu, że biomasa charakteryzuje się bardzo niskim współczynnikiem nakładu energii pierwotnej (wi = 0,2). Podobnie jak w wariancie 1 jest to rozwiązanie kłopotliwe dla użytkowników ze względu na konieczność obsługi kotła, magazynowania paliwa i usuwania produktów spalania. W budynku konieczne jest wygospodarowanie przestrzeni na kotłownię, magazyn biomasy, bufor wody grzewczej. Wysokie są też łączne nakłady na budowę komina.
Wariant 3: gaz, grawitacyjna
Przy zastosowaniu w tym wariancie gazowego kotła kondensacyjnego jako źródła ciepła oraz wentylacji grawitacyjnej analizowany budynek jednorodzinny przekracza maksymalne wartości EP wg WT 2017 i WT 2021. Wyraźnie pokazuje to, że spełnianie przez budynek minimalnych wymagań Umax i n50 nie oznacza automatycznego spełnienia warunku EP, chociaż w budynku wykorzysta się kondensacyjne źródło ciepła.
Wariant 4: gaz, mechaniczna
Pomimo zastosowania w tym wariancie kotła kondensacyjnego oraz wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła (rekuperacją), analizowany budynek nadal przekracza maksymalne wartości EP wg WT 2017 i WT 2021.
Kolejny raz okazuje się zatem, że spełnienie minimalnych wymagań Umax i n50 przez budynek nie spowoduje automatycznego spełnienia warunku EP, nawet z zastosowaniem nowoczesnego, kondensacyjnego źródła ciepła i wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła (rekuperacją). Również zastosowanie wymogów izolacyjnych ze standardu NF 40 nie pozwoli na osiągnięcie wartości EP < EPmax.
Wariant 5: gaz/solar
Istotną próbą poprawienia wyników wariantu 4 jest zastosowanie kolektorów słonecznych do przygotowania c.w.u. z zachowaniem gazowego kondensacyjnego kotła jako podstawowe go źródła ciepła. Termiczny układ z kolektorami słonecznymi dostarcza w skali roku 60 proc. ciepła potrzebnego do przygotowania c.w.u., a jego praca wymaga dodatkowej, pomocniczej energii elektrycznej.
Zastosowanie kolektorów słonecznych w budynku w przypadku WT 2017 pozwala obniżyć zapotrzebowanie energii pierwotnej poniżej EPmax. Zastosowanie dodatkowych wymogów izolacyjnych ze standardu NF 40 pozwoli bez problemu na osiągnięcie wartości EP < EPmax również dla WT 2021.
Wariant 6: pompa ciepła p-w
Zastosowanie powietrznej pompy ciepła z instalacją ogrzewania podłogowego pozwala spełnić wymagania WT 2017. Niskie zapotrzebowanie energii końcowej wynika ze stosunkowo wysokich współczynników SCOP i zapowiada niewielkie koszty zaopatrzenia budynku w ciepło. Pompa ciepła zasilana jest energią elektryczną z sieci energetycznej, co podnosi zapotrzebowanie energii pierwotnej (wi = 3,0).
Mimo to pompa ciepła pozostaje wygodnym, bezobsługowym i tanim w eksploatacji źródłem ciepła, którego pracy nie towarzyszy niska (lokalna) emisja zanieczyszczeń powietrza. Zastosowanie dodatkowych wymogów izolacyjnych ze standardu NF 40 pozwoli bez problemu na osiągnięcie wartości EP < EPmax również dla WT 2021.
Wariant 7: pompa ciepła gruntowa
Wyższą średnioroczną wartością efektywności SCOP charakteryzują się pompy ciepła typu solanka-woda czerpiące ciepło z energii geotermalnej (o niskiej entalpi). Zastosowanie takiego rozwiązania w wariancie 7 pozwala spełnić wymagania WT 2017. Gruntowa pompa ciepła zapewnia wyższe SCOP od powietrznej pompy ciepła, wymaga jednak dodatkowego nakładu na pionowe czy poziome dolne źródło ciepła.
Trwałość dolnego źródła wynosi jednakże ponad 50 lat (nawet 80-100 lat), a pompa taka, dzięki funkcji chłodzenia pasywnego (bez pracy sprężarki), może maksymalnie obniżyć koszty chłodzenia budynku. Zastosowanie wymogów izolacyjnych ze standardu NF 40 pozwoli bez problemu na osiągnięcie wartości EP < EPmax.
Wariant 8: pompa ciepła p-w + PV
Niekorzystny wpływ zasilania pompy ciepła z sieci elektrycznej można ograniczyć, gdy zastosuje się instalację fotowoltaiczną do częściowego zasilania pompy ciepła. W wariancie 8 przyjęto, że instalacja PV pokrywa 30 proc. sezonowego zapotrzebowania energii elektrycznej do napędu pompy ciepła i urządzeń pomocniczych. W wariancie tym budynek osiąga granicę EP w standardzie WT 2017 i WT 2021.
Warto pamiętać, że samo spełnienie minimalnych wymagań WT odnośnie do obudowy termicznej budynku (nawet przy zastosowaniu wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła) nie zagwarantuje spełnienia warunku EP.
Już obecnie zgodnie z WT 2017 nie można w wielu nowych budynkach formalnie zastosować kotła węglowego lub kondensacyjnego kotła gazowego do ogrzewania i przygotowania c.w.u. Jeśli chce się spełnić wymagania EP przy zastosowaniu pomp ciepła zgodne z WT 2017 (EPmax ≤ 95 kWh/(m2 rok)) i WT 2021 (EPmax ≤ 70 kWh/(m2 rok)), warto zastosować wymogi izolacyjności z programu NF 40 lub standardu budynków pasywnych.
Obliczenia wykazują również, że możliwe jest stworzenie budynku blisko zeroenergetycznego, a nawet plus energetycznego z wykorzystaniem pomp ciepła częściowo zasilanych systemem PV. Układy fotowoltaiczne obniżają zapotrzebowanie nieodnawialnej energii końcowej do napędu pompy ciepła i urządzeń pomocniczych. Malejące ceny modułów PV oraz istniejący system opustu korzystnie wpływają na popularność ich stosowania.
Niewątpliwie godne polecenia są energooszczędne rozwiązania w bryle budynku połączone z nowoczesnymi, wysokoefektywnymi rozwiązaniami w zakresie źródeł energii (pompa ciepła z instalacją PV), instalacji płaszczyznowych, rekuperacji oraz odbiorników i systemów automatycznej regulacji.
Wartości EP dla ośmiu wariantów źródła ciepła i wentylacji w wybranym projekcie budynku jednorodzinnego. Źródło: Poradnik „Dom bez rachunków”.
Powyższy artykuł pochodzi z poradnika „Dom bez rachunków”. Poradnik można pobrać na stronie internetowej kampanii „Dom bez rachunków” pod tym linkiem.
Portal Gramwzielone.pl jest patronem medialnym kampanii „Dom bez rachunków”.
