Pompy ciepła - ogrzewanie domu energooszczędnego

Tekst: Tomasz Walczak (autor jest doradcą ds. energii odnawialnych)

Prezentowany dom jest przykładem nowoczesnego budownictwa jednorodzinnego. Najpierw zrobiono wszystko, aby zminimalizować w nim zapotrzebowanie na ciepło, potem wybrano urządzenie, które to ciepło zapewni.

Planując budowę, właściciele postawili sobie dwa cele. Po pierwsze - dom miał być ładny i funkcjonalny. Po drugie - koszty jego utrzymania miały być możliwie jak najmniejsze. Właściciele zdawali sobie jednak sprawę z tego, że dla osiągnięcia zamierzonego celu nie wystarczy wybranie nowoczesnego systemu grzewczego. Dlatego postanowili skorzystać z pomocy fachowców, którzy doradzili im inne energooszczędne rozwiązania.

Dom energooszczędny, czyli jaki?

Taki, którego zapotrzebowanie na ciepło wynosi poniżej 60 kWh/m2/rok (w sumie 8500 kWh/rok) czyli połowę tego co uwzględniają współczesne standardy. Osiągnięto to na kilka sposobów. Przede wszystkim dzięki dobremu ociepleniu budynku i wstawieniu szczelnych okien. Nie bez znaczenia jest też odpowiednie ustawienie budynku względem stron świata.

Ściany. Nadziemie - z cegły silikatowej grubości 18 cm, ocieplone styropianem o grubości 25 cm (współczynnik przenikania ścian U = 0,15 W/(m2.K). Tak samo grubą warstwę styropianu zastosowano w podłodze na gruncie. Ograniczono też straty ciepła przez ściany fundamentowe - ocieplono je zarówno od wewnątrz (5 cm styropianu), jak i od zewnątrz (15 cm styropianu).

Dach. Ocieplono go 30-centymetrową warstwą wełny mineralnej.

Okna. W ścianach budynku - plastikowe - o całkowitym współczynniku przenikania ciepła (rama + szyba) U = 1,2 W/(m2.K). Okna dachowe - drewniane o współczynniku U = 1,6 W/(m2.K).

Lokalizacja. Dom ustawiono na działce tak, aby jak najwięcej przeszkleń znajdowało się po stronie południowej, a jak najmniej - po stronie północnej. Takie usytuowanie umożliwia ogrzewanie części pomieszczeń przez słońce. Na południe wychodzą m.in. okna salonu, z tym że dzięki umieszczeniu ich pod dużym zadaszeniem letnie, wysoko wędrujące słońce nie będzie przegrzewać pomieszczeń, a w zimie, kiedy jest nisko, promienie słoneczne będą wnikać do wnętrza i bezpłatnie je dogrzewać. Ważne jest również to, że po stronie wejściowej budynku - zorientowanej na wschód - tworzy się strefa ciszy, ponieważ w Polsce dominują wiatry zachodnie.

Źródła ciepła

Ogrzewanie. Właściciele zdecydowali się na ogrzewanie domu za pomocą pompy ciepła. Dlaczego? W okolicy nie ma sieci gazowej, a zatem z paliw konwencjonalnych mieli do wyboru gaz płynny, olej opałowy lub prąd. Z porównania kosztów ogrzewania wyszło, że ogrzewanie pompą ciepła będzie znacznie tańsze od pozostałych (tabela 1).

Właściciele zdecydowali się na pompę ciepła pracującą w systemie woda-woda, czyli pobierającą ciepło z wód gruntowych. Wymagało to zbudowania dwóch studni: czerpnej i zrzutowej. Z pierwszej woda jest pobierana, a po schłodzeniu w pompie ciepła o mniej więcej 4°C (w ten sposób przekazywane jest ciepło) zawraca do studni zrzutowej oddalonej od czerpnej około 25 m.

W całym domu (bez garażu) zastosowano ogrzewanie podłogowe. Zaprojektowano je w taki sposób, aby jego maksymalna moc grzewcza była osiągana wtedy, gdy woda w instalacji ma temperaturę ok. 35°C. Dzięki temu efektywność pompy, czyli stosunek mocy grzewczej pompy do ilości pobieranej przez nią energii elektrycznej, nie powinna być mniejsza niż 4, co oznacza, że z 1 kWh energii elektrycznej uzyskamy minimum 4 kWh ciepła.

Podgrzewanie wody. Energia potrzebna do przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) pochodzi z dwóch źródeł: podstawowego, jakim jest pompa ciepła, oraz uzupełniającego, czyli zamontowanego na dachu kolektora słonecznego. Właściciele zdecydowali się na montaż kolektora, by maksymalnie obniżyć koszty podgrzewania wody, zakładali bowiem spore jej zużycie: nawet do 350 l/dobę. Wybrano kolektor próżniowy - o wiele bardziej wydajny niż kolektory płaskie. W ciągu roku jest on w stanie dostarczyć około 45% energii potrzebnej do podgrzewania wody.

Woda ogrzewa się w dużym dwupłaszczowym zasobniku. Jest to duża bańka (wys. 190 cm, śr. 80 cm) o całkowitej pojemności 500 litrów, w której znajduje się zbiornik c.w.u. o pojemności 140 litrów. Zasobnik działa w taki sposób, że pompa ciepła nagrzewa wodę w dużym zasobniku, a od niej ogrzewa się woda w zbiorniku c.w.u.

Zasobnik jest również przystosowany do odbioru ciepła z kolektora słonecznego. Służy do tego zamontowana w dolnej części zbiornika wężownica.

W celu zminimalizowania strat ciepła cały zbiornik jest ocieplony 10 centymetrami izolacji.

Wentylacja z odzyskiem ciepła

Inwestorzy zaakceptowali decyzję projektanta o zastosowaniu w budynku wysokowydajnego systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła, współpracującego z gruntowym wymiennikiem ciepła. Głównym motywem tej decyzji była troska o jakość powietrza wewnętrznego, a dopiero na drugim miejscu - oszczędności związane z kosztami ogrzewania. Inwestorzy mieli dość przeciągów, z którymi się borykali w mieszkaniu w bloku, gdy w zimie chcieli mieć świeże powietrze. Tutaj jest inaczej. Kiedy na zewnątrz jest -20°C, a w domu +20°C, do pomieszczeń wlatuje powietrze o temperaturze około +19°C. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu jego dwuetapowego podgrzewania. Wstępne podgrzanie następuje w gruntowym wymienniku ciepła, który tutaj został wykonany ze żwiru. Kiedy na zewnątrz jest -20°C, powietrze ogrzewa się mniej więcej do 0°C. Kolejny etap następuje w umieszczonym w domu rekuperatorze, gdzie powietrze napływające z zewnątrz ogrzewa się od ciepłego powietrza usuwanego z domu na zewnątrz.

Faktyczna sprawność systemu wynosi około 95%. Miesięczne koszty związane z zasilaniem wentylatorów nie przekroczą 10 zł. Nad całością czuwa nieskomplikowana automatyka, żeby użytkownik nie musiał się o nic martwić. Jedyna obsługa, która jest wymagana, to regularne, mniej więcej comiesięczne, czyszczenie filtrów powietrza.

Warto też dodać, że w budynku w ogóle nie ma kominów do wentylacji grawitacyjnej. Przy zastosowaniu takiego systemu nie są one potrzebne.

Ile to kosztowało?

1. Pompa ciepła wraz z dwiema studniami: 25 000 zł

2. Pompy, armatura i zbiornik na c.w.u.: 8000 zł

3. Ogrzewanie podłogowe: 18 000 zł

4. System wentylacji nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła: 13 500 zł

5. Żwirowy gruntowy wymiennik ciepła do wentylacji: 8000 zł

6. Próżniowy kolektor słoneczny wraz z całym osprzętem: 8000 zł

Co to za dom

Parterowy z użytkowym poddaszem i dużym dwustanowiskowym garażem w bryle budynku.

Powierzchnia netto domu: ok. 230 m2

Powierzchnia użytkowa: 187,12 m2

w tym:

- parter 77,04 m2

- poddasze 72,18 m2

- garaż 37,90 m2

Tabela 1.

Porównanie rocznych kosztów ogrzewania i przygotowania ciepłej wody (po odjęciu zysku z kolektora) zależnie od źródła ciepła (Roczne zapotrzebowanie energii: ogrzewanie = 8500 kWh; grzanie wody = 3000 kWh)



Źródło ciepłac.o.c.w.u.
1. Energia elektryczna: 1 taryfa (cena prądu: 0,38 zł/kWh)3200 zł1200 zł
2. Gaz płynny propan (cena gazu: 2,3 zł/l)3200 zł1200 zł
3. Energia elektryczna - ogrzewanie akumulacyjne: przy zużyciu prądu: 80% wg taryfy II i 20% wg taryfy I (cena prądu: II taryfa - 0,26 zł/kWh, I taryfa - 0,43 zł/kWh)2500 zł800 zł
4. Olej opałowy (cena oleju: 2,5 zł/l)2400 zł850 zł
5. Ogrzewanie kominkiem (drewno brzozowe o wilgotności 20%, 150 zł/mp)1000 zł-
6. Pompa ciepła woda/woda: licznik dwutaryfowy - zużycie prądu 70% wg taryfy II i 30% wg taryfy I650 zł300 zł
Pompa ciepła - jak działa?

Zasada działania pompy ciepła polega na transporcie energii z tzw. źródła dolnego do górnego, jakim jest domowa instalacja centralnego ogrzewania. Im mniejsza różnica temperatury między tymi źródłami, tym efektywniej pracuje pompa.

Dolne źródła. Najlepszymi są wody gruntowe, które mają zawsze temperaturę w granicach 10-12°C. Aby pozyskać z nich ciepło, wierci się dwie studnie: czerpną i zrzutową.

Źródłem dolnym może być też grunt, w którym można ułożyć kolektor poziomy (na głębokości 1,5-2 m, co jest rozwiązaniem tańszym, ale mniej efektywnym) lub wykonać kolektor pionowy, czyli odwierty na głębokość 20 m i więcej. Jest to rozwiązanie droższe ale lepsze, bo im głębiej, tym grunt jest cieplejszy.

Górne źródło. Powinno to być ogrzewanie niskotemperaturowe: podłogowe lub ścienne. W takich systemach temperatura wody zasilającej nie przekracza 45°C, podczas gdy ogrzewanie grzejnikowe jest projektowane zwykle na 70°C.

Zapisz się na NEWSLETTER. Co tydzień najnowsze wiadomości o budowie, remoncie i wykańczaniu wnętrz w Twojej poczcie e-mail: Zobacz przykład



Skomentuj:

Pompy ciepła - ogrzewanie domu energooszczędnego