Oszczędzaj nieodnawialne źródła energii - inwestuj w pierwsze paliwo - cz. 6, ogrzewanie domu

Tekst Ludomir Duda, Wiesław Rudolf

Ta część naszego cyklu o oszczędzaniu energii w budownictwie będzie dotyczyć kwestii ogrzewania domu. Wybór źródła ciepła zależy od wielu czynników, a w pierwszej kolejności - od dostępności. W zależności od lokalizacji działki, możemy mieć nawet trzy sieciowe źródła energii: ciepło z elektrociepłowni, gaz ziemny i oczywiście prąd, który według przepisów powinien być dostępny na gruntach przeznaczonych pod budownictwo. W tym odcinku przyjmijmy, że mamy do dyspozycji gaz sieciowy, czyli metan.

Gaz sieciowy, czyli metan to najprzyjaźniejsze dla środowiska naturalnego paliwo nieodnawialne. Ogrzewanie nim domu przy zastosowaniu kotłakondensacyjnego daje naprawdę wymierne korzyści i wydaje się być jedynym racjonalnym wyborem.
Gaz sieciowy, czyli metan to najprzyjaźniejsze dla środowiska naturalnego paliwo nieodnawialne. Ogrzewanie nim domu przy zastosowaniu kotłakondensacyjnego daje naprawdę wymierne korzyści i wydaje się być jedynym racjonalnym wyborem.
Fot. VAILLANT
Ogrzewanie gazem

Jest to najprzyjaźniejsze dla środowiska paliwo nieodnawialne, bowiem tylko część zawartej w nim energii chemicznej pochodzi od atomów węgla. W wyniku spalania metanu, otrzymujemy energię przy znacznie mniejszej emisji CO2 niż ma to miejsce przy spalaniu węgla kamiennego. Ponadto, metan może być paliwem odnawialnym, jeśli pochodzi z biogazowni. To istotne, bo w naszym cyklu zajmujemy się nie tylko minimalizowaniem kosztów ogrzewania domu, ale także zmniejszaniem zużycia paliw kopalnych i emisji zanieczyszczeń.

Do przemiany energii chemicznej paliwa w ciepło potrzebny jest kocioł. Inwestycja w kocioł o wyższej sprawności, czyli w lepsze wykorzystanie energii chemicznej paliwa, jest właśnie inwestycją w PIERWSZE PALIWO.

Wybór kotła do ogrzewania domu

Gaz jest jednym z najtańszych źródeł ciepła (po zsumowaniu kosztów paliwa i nakładów inwestycyjnych) spośród tych, które nie wymagają obsługi. Niemniej jednak ceny gazu, jak i pozostałych paliw, szybko rosną, a roczny koszt ogrzewania stanowi istotne obciążenie budżetu domowego. Dlatego warto przeanalizować opłacalność inwestycji w PIERWSZE PALIWO, czyli w kocioł kondensacyjny charakteryzujący się najwyższą sprawnością wśród kotłów gazowych.

Jego komora spalania jest zamknięta i oddzielona od otoczenia. Powietrze do spalania gazu dostarczane jest do wnętrza kotła za pomocą wentylatora o zmiennej prędkości obrotowej. W zależności od wymaganej chwilowej mocy kotła, automatyka podaje do komory spalania odpowiednią ilość gazu, a wentylator pracuje z prędkością, która zapewnia stały, niewielki nadmiar powietrza do spalania (rzędu 25-30%). Dzięki temu spalenie metanu jest całkowite, przy zminimalizowanych stratach ciepła przez komin. Takie rozwiązanie pozwala podnieść sprawność kotła z 91-92% do 98-99%.

Jednak najważniejsza zaleta kotła kondensacyjnego jest zawarta w jego nazwie. To właśnie kondensacja pary wodnej, powstającej w reakcji spalania gazu ziemnego, powoduje największy wzrost sprawności tego kotła. Spaliny mogą być w nim schłodzone nawet do 30-40°C, wobec min. 110°C w kotle atmosferycznym. W tych temperaturach para wodna zawarta w spalinach skrapla się wewnątrz kotła i w przewodach spalinowych. Dzięki temu możemy uzyskać dodatkowe kilka procent energii (maksymalnie 11%).

Jak działa kocioł atmosferyczny

Kocioł atmosferyczny (inaczej z otwartą komorą spalania), jak sama nazwa wskazuje, to urządzenie, w którym proces spalania gazu nie jest oddzielony od otoczenia. Powietrze do spalania gazu jest pobierane z pomieszczenia, w którym kocioł się znajduje. Kocioł tego typu jest podłączony do standardowego komina (najczęściej ceramicznego lub z wkładem stalowym). Po uruchomieniu, kocioł spala gaz, produkując gorące spaliny. Te, jako znacznie lżejsze od otaczającego powietrza, unoszą się przez komin. Nazywamy to ciągiem kominowym, w wyniku którego w pomieszczeniu, w którym znajduje się kocioł, powstaje niewielkie podciśnienie. Ono powoduje zasysanie świeżego powietrza z zewnątrz, które zajmuje miejsce powietrza zużytego do spalania. Gorące spaliny, zanim opuszczą komin, oddają część ciepła w wymienniku kotła wodzie. W zależności od pogody, a szczególnie temperatury i ciśnienia powietrza zewnętrznego, wartość ciągu kominowego jest różna (najniższa latem, gdy w upalny dzień kocioł podgrzewa ciepłą wodę). Różna jest też ilość powietrza, która przepływa przez kocioł. Zimą może to być nawet dwa razy więcej, niż jest potrzebne do spalania gazu. Wiąże się to ze stratą części energii, która jest marnowana na podgrzanie nadmiaru powietrza w komorze spalania do temperatury spalin wypływających z kotła atmosferycznego, czyli około 110-120°C.



Wymagania dla kotłów

-Atmosferyczny. Kocioł tego typu musi być umieszczony w pomieszczeniu o kubaturze co najmniej 8 m3, do którego następuje dopływ odpowiedniej ilości powietrza do spalania. Pomieszczenie powinno być wolne od oparów czy pyłu, który mógłby w krótkim czasie zanieczyścić palnik i wymiennik ciepła kotła. Z tego powodu należy bezwzględnie unikać montażu kotła atmosferycznego w kuchni bądź łazience. Pracujący w tych pomieszczeniach kocioł ma mniejszą żywotność i wymaga częstszej konserwacji. Inną konsekwencją pracy kotła jest wychładzanie pomieszczenia, w którym się znajduje, z powodu ciągłego napływu zimnego powietrza niezbędnego do procesu spalania.

Z tych powodów jedynym sensownym miejscem montażu kotła atmosferycznego jest oddzielne pomieszczenie techniczne. Musi być ono wyposażone w komin oraz kratkę nawiewną i kanał wywiewny wyprowadzony ponad dach budynku. Pomieszczenie takie może być częściowo wykorzystane do innych celów, ale nadal nie powinno się w nim magazynować chemikaliów czy dopuszczać do zapylenia powietrza.

-Kondensacyjny. Wystarczająca dla niego kubatura to 6,5 m3. Kocioł ten nie pobiera powietrza do spalania z pomieszczenia, dlatego można go umieścić również w łazience czy kuchni. Podwyższona wilgotność może mieć pewien wpływ na skrócenie żywotności kotła, ale na pewno nie będzie skutkowała spadkiem sprawności urządzenia. Nie będzie też uciążliwego napływu zimnego powietrza do pomieszczenia.

Dla takiego kotła nie trzeba też budować tradycyjnego komina. Wystarczy zestaw umieszczonych koncentrycznie rur - powietrznej i spalinowej. Rury te można wyprowadzić poziomo przez ścianę pod warunkiem, że moc kotła jest niższa od 21 kW, a w domu energooszczędnym z pewnością taka będzie.

Koszty inwestycyjne

Dom, którym zajmujemy się w naszym cyklu, ma różne zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania. Najwięcej potrzebuje go dom ocieplony "normowo" z wentylacją naturalną, najmniej - dom z bardzo dobrze ocieplonymi przegrodami zewnętrznymi, oknami z roletami i wentylacją mechaniczną. W zależności od przyjętego wariantu ocieplenia budynku i rodzaju wentylacji, do ogrzania domu w okresie zimowym będzie niezbędna moc:

-wariant I - dom "normowy" - 9,9 kW;

-wariant II - dom bardzo dobrze ocieplony - 6,5 kW;

-wariant III - dom bardzo dobrze ocieplony, z wentylacją mechaniczną - 3,4 kW.

Kocioł kondensacyjny. Dla uzyskania odpowiedniej sprawności, kocioł powinien mieć jak najniższą moc i szeroki zakres modulacji. Na szczęście, w ostatnich latach w ofercie wielu firm pojawiają się kotły małej mocy, odpowiednie do użytkowania w budynku energooszczędnym. Przykładowo, możemy zastosować kocioł kondensacyjny o mocy w zakresie 5,3-12,9 kW. Jak widać, można go zastosować w każdym z rozpatrywanych wariantów domów.

Dla przygotowania ciepłej wody, należy zastosować do kotła zasobnik ciepłej wody o pojemności zapewniającej jednorazowo napełnienie wanny. Zalecane jest zastosowanie zasobnika o pojemności co najmniej 150 l. Może on zapewnić jednorazowo 195 l wody o temperaturze 45°C.

Koszty inwestycyjne związane z wyborem kotła kondensacyjnego wyniosą:

-zakup kotła i zasobnika ciepłej wody - 11 045 zł;

-zakup przewodów powietrzno-spalinowych do odprowadzenia spalin i poboru powietrza - 698 zł;

-montaż kotłowni - 2000 zł,

czyli łącznie: 13 743 zł.

Kocioł atmosferyczny. Tu również dla każdego z wariantów domu możemy wybrać model o mocy od 6,4 do 12 kW.

Koszty inwestycyjne związane z wyborem kotła atmosferycznego wyniosą:

-zakup kotła i zasobnika ciepłej wody - 8314 zł;

-zakup komina systemowego o długości 8 m - 3409 zł;

-montaż komina systemowego - 1000 zł;

-montaż kotłowni - 2000 zł,

czyli łącznie: 14 723 zł.

Porównanie kosztów. Różnica w kosztach inwestycyjnych wynosi więc 980 zł - na korzyść kotła kondensacyjnego.

Koszty eksploatacyjne

Koszty eksploatacyjne to koszt przeglądu i konserwacji kotła oraz koszty zużytego gazu. Przy ustalaniu ceny gazu brutto (z opłatami stałymi i przesyłowymi), istotne znaczenie ma wielkość jego zużycia. Zastosowanie kotła kondensacyjnego w wariancie III domu, pozwoliło obniżyć łączne zużycie gazu do 1044 m3/rok, dzięki czemu użytkownik zostanie zakwalifikowany do innej grupy taryfowej (W-2 zamiast W-3), przez co opłata miesięczna obniży się o ponad 30 zł.

Ogrzewanie domu. W zależności od wariantu wykonania budynku, do jego ogrzewania należy dostarczyć:

-wariant I - dom "normowy" - 22 995 kWh/rok;

-wariant II - dom bardzo dobrze ocieplony - 15 151 kWh/rok;

-wariant III - dom bardzo dobrze ocieplony, z wentylacją mechaniczną - 7862 kWh/rok.

Dla domu "normowego", gdzie zarówno kocioł kondensacyjny, jak i atmosferyczny mają moc niewiele wyższą od maksymalnego zapotrzebowania na ciepło, możemy przyjąć średnioroczną sprawność kotła kondensacyjnego na poziomie 107%, a sprawność atmosferycznego - 90%.

W pozostałych wariantach domu, gdzie zapotrzebowanie na ciepło jest już dużo mniejsze od mocy maksymalnej kotła, możemy przyjąć sprawność kotła kondensacyjnego na poziomie 109% i atmosferycznego - 88%.

Wartość opałowa 1 m3 gazu ziemnego to 9,35 kWh/m3.



Przygotowanie ciepłej wody. Oddzielnie należy potraktować zużycie gazu na potrzeby ciepłej wody. Tutaj oba kotły zasilając zasobnik, przez większość czasu będą pracowały z wysoką mocą oraz wysoką temperaturą (pod koniec procesu dogrzewania zasobnika). W związku z tym, dla kotła atmosferycznego możemy przyjąć sprawność równą wartości maksymalnej 92%. Jeśli chodzi o kocioł kondensacyjny, większość współczesnych urządzeń posiada funkcję dopasowania temperatury pracy kotła do zadanej temperatury ciepłej wody. Dzięki temu w początkowej fazie ładowania zasobnika, kocioł schładza spaliny do temperatury poniżej 55°C, przez co dochodzi do kondensacji. Gdy temperatura zasobnika rośnie, zjawisko to zanika, ale kocioł kondensacyjny nadal pracuje z wyższą sprawnością od kotła atmosferycznego z powodu ciągłej kontroli ilości powietrza podawanego do palnika. Badania wykazały, że kotły kondensacyjne wyposażone w opisany system regulacji podczas zasilania zasobnika osiągają sprawność 104%.

Do określenia kosztów ogrzewania ciepłej wody musimy jeszcze oszacować ilość energii zużywanej na ten cel w ciągu roku (tabela 2). Założyliśmy, że w domu będą przebywały 4 osoby, z których każda zużywa w ciągu doby średnio 35 l ciepłej wody o temperaturze 55°C (przyjęto, że średnioroczna temperatura zimnej wody wynosi 10°C).



Koszty całkowite. Całkowite koszty eksploatacji kotłów atmosferycznych i kondensacyjnych dla poszczególnych wariantów domu, po zsumowaniu opłat za ogrzewanie, przygotowanie ciepłej wody i wykonanie corocznego przeglądu (dla kotła atmosferycznego 150 zł i kondensacyjnego - 250 zł) przedstawiamy w tabeli 3. Koszty te określono na podstawie taryfy gazowej, z uwzględnieniem łącznego zużycia gazu i 23% podatku VAT. Jak wynika z naszego zestawienia, największa różnica w kosztach ogrzewania domu i przygotowania ciepłej wody jest w domu najlepiej ocieplonym z wentylacją mechaniczną.



Sprawność kotłów

Tradycyjny kocioł atmosferyczny ma sprawność około 90-92%. Przy czym kaloryczność gazu podawana przez dostawcę jest mniejsza od jego energii chemicznej, ponieważ przyjęto, że temperatura spalin opuszczających kocioł jest wyższa niż 100°C. Taki sposób definiowania kaloryczności gazu wynika z tego, że materiał, z jakiego wykonane są wymienniki ciepła kotłów atmosferycznych, nie jest odporny na działanie kwasów w kondensacie powstającym podczas skraplania pary wodnej zawartej w spalinach. Dlatego ciepło gorących spalin nie jest wliczane do kaloryczności gazu.

Kocioł kondensacyjny wykonany jest ze stali kwasoodpornej, i dzięki temu może odzyskiwać ciepło ze spalin i z kondensacji pary wodnej. Tym samym sprawność średnioroczna, liczona w stosunku do podawanej przez dostawcę kaloryczności gazu, może osiągać wartość nawet 107-109%. Kocioł taki produkuje więc więcej ciepła niż podawana przez dostawcę kaloryczność gazu.

Taki nieco paradoksalny wynik wynika wyłącznie z historycznej konwencji definiowania kaloryczności gazu. Niestety, wyższa od 100% sprawność kotła, jako niewiarygodna, budzi nieufność potencjalnych nabywców kotłów kondensacyjnych.

W budynkach energooszczędnych rzeczywista sprawność obu rodzajów kotłów może się znacznie różnić od wartości podawanych w raportach z badań urządzeń. Trzeba bowiem wziąć pod uwagę, że w domu niskoenergetycznym kotły będą pracowały w czasie całego sezonu grzewczego z niewielką częścią swojej nominalnej mocy. To będzie skutkowało jeszcze wyższą, niż podawana przez producentów, różnicą w sprawności tych urządzeń.

W kotle kondensacyjnym praca z niską mocą jest bardzo korzystna. Pracując z mniejszą mocą, kocioł ten produkuje mniej spalin, które wolniej przepływają przez rozbudowany wymiennik ciepła, ulegając silniejszemu schłodzeniu. W takich warunkach, przy niskiej temperaturze zasilania, jaką gwarantuje nam instalacja podłogowa, kocioł może schłodzić spaliny nawet do 30-40°C i osiągnąć sprawność jedynie o 2% mniejszą niż energia chemiczna spalanego gazu.

Z kotłem atmosferycznym sprawa ma się inaczej. Pracując z niską mocą, traci on na sprawności, bo choć ilość spalanego gazu jest precyzyjnie regulowana, to na ilość powietrza przepływającego przez kocioł nie mamy większego wpływu. Przy niskiej mocy jest ona z reguły dwa razy większa, niż potrzeba do całkowitego spalenia podawanej do palnika ilości gazu. W efekcie część powietrza niepotrzebnie chłodzi kocioł. Pracując z wysoką mocą kocioł, atmosferyczny traci 19-21% energii chemicznej gazu, pracując z niską mocą, jest to już 22-24%, a więc 10-krotnie więcej niż kocioł kondensacyjny. Dodatkowo, po wyłączeniu się palnika, przez taki kocioł w dalszym ciągu przepływa powietrze (zasysane przez ciąg kominowy). Powoduje to szybkie wychłodzenie kotła. To zjawisko powoduje dalszy spadek średniorocznej sprawności urządzenia.

Takie zjawisko nie występuje w kotle kondensacyjnym, bo po wyłączeniu palnika zatrzymuje się wentylator i powietrze praktycznie przestaje przepływać przez kocioł.

Zatem zastosowanie kotła atmosferycznego w domu energooszczędnym o zapotrzebowaniu na ciepło o wiele mniejszym od mocy maksymalnej kotła, będzie skutkowało znacznie niższą, niż podawana przez producenta, sprawnością urządzenia. Przy kotle kondensacyjnym sytuacja jest odwrotna. Praca z niską mocą i niską temperaturą powrotu wody grzewczej (przy ogrzewaniu podłogowym), to idealne warunki dla kotła kondensacyjnego.

Tylko kocioł kondensacyjny

We współczesnym domu ogrzewanym gazem zastosowanie kotła kondensacyjnego wydaje się być jedynym racjonalnym wyborem. Dla każdego z wariantów domu okazało się to najkorzystniejszym rozwiązaniem.

Inwestycja. Wybierając kocioł kondensacyjny możemy uniknąć budowania komina spalinowego. Wystarczy poziomy wyrzut spalin przez ścianę kotłowni. Dzięki temu już na etapie inwestycji zastosowanie lepszego rozwiązania jest tańsze. Poza tym, brak dużego komina w domu to mniejsze straty ciepła.

Wybór miejsca montażu. Stosując kocioł kondensacyjny, nie musimy wydzielać w domu osobnej kotłowni. Możemy znaleźć dla niego miejsce w łazience, kuchni czy spiżarni. W ten sposób znacznie lepiej uda nam się wykorzystać powierzchnię użytkową domu.

Eksploatacja. Zastosowanie kotła kondensacyjnego pozwala znacznie zredukować koszty ogrzewania domu i przygotowania ciepłej wody. Co prawda koszt corocznego przeglądu jest nieznacznie wyższy, ale za to jakość pracy kotła o wiele wyższa. Współczesne kotły kondensacyjne pracują bardzo cicho, co ma szczególne znaczenie przy montażu w kuchni lub łazience.

Bezpieczeństwo. Ważną cechą kotła kondensacyjnego jest praktycznie 100% zabezpieczenie użytkowników przed możliwością zaczadzenia. Nawet całkowite wyeliminowanie dopływu powietrza do pomieszczenia, w którym znajduje się kocioł (na przykład przez nierozważne zatykanie kratek nawiewnych przez użytkowników), nie skutkuje zabójczą emisją tlenku węgla.

Koszt pierwszego paliwa

Kocioł kondensacyjny daje oszczędności w kosztach zużywanego gazu - w zależności od wariantu domu - w wysokości od 528 do 754 zł/rok. Przyjmując wartość opałową 1 m3 gazu ziemnego na poziomie 9,35 kWh/m3, oznacza to zmniejszenie zużywanej energii od 4940 do 7050 kWh.

Jednocześnie kocioł kondensacyjny wraz z kosztami komina jest o 980 zł tańszy od kotła atmosferycznego!

Tym samym stoimy wobec dylematu, jak tutaj wyliczyć koszt PIERWSZEGO PALIWA. Formalnie, dla III wariantu domu będzie to, przy założeniu 15-letniego czasu życia obu kotłów:

-980 zł : 15 : 7050 kWh = -0,009 zł/kWh!

Zdając sobie jednak sprawę, jak trudnym byłby ten tekst, w którym nie tylko sprawność kotłów jest wyższa od 100%, ale dodatkowo mamy ujemną cenę energii, postanowiliśmy sprawę uprościć.

Przyjmijmy, że poniesione nakłady to zakup tego egzemplarza Ładnego Domu, z którego mogli się Państwo o tym wszystkim dowiedzieć. Wtedy cena PIERWSZEGO PALIWA za 1 kWh w okresie 15-letnim wyniesie:

6,90 zł : 15 : 7050 = 0,00007 zł, czyli 0,007 grosza!



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



Skomentuj:

Oszczędzaj nieodnawialne źródła energii - inwestuj w pierwsze paliwo - cz. 6, ogrzewanie domu