Oszczędne w praktyce
Do ogrzewania domów energooszczędnych najczęściej wybiera się urządzenia wykorzystujące energię odnawialną.
Autor: Andrzej Szandomirski
Najważniejsze to dobrze ocieplić dom. Będzie potrzebne niewiele energii, aby go ogrzać, a urządzenia będą mogły mieć niedużą moc. Projekt domu: Marcin Rubik
Wiele nowoczesnych urządzeń grzewczych, które uznajemy za ekologiczne i ekonomiczne (takich jak pompy ciepła, kolektory słoneczne), jest drogich w momencie zakupu. Dodatkowo w domu o niewielkim zapotrzebowaniu na ciepło wysoki koszt ich zakupu prawdopodobnie nigdy nie będzie zrekompensowany przez niskie koszty eksploatacji. Mimo to warto w nie inwestować z myślą o ochronie środowiska.
Pompy ciepła – energia z gruntu, wody, powietrza
Można już uznać, że pompa ciepła jest jednym z powszechnie stosowanych urządzeń grzewczych. W Polsce instaluje się ich kilka tysięcy rocznie. Najłatwiej i najtaniej jest zainstalować pompę ciepła czerpiącą ciepło z powietrza. Ma ona jednak wady – jej efektywność zależy od warunków atmosferycznych i jest niewielka zimą, gdy temperatura powietrza spada znacznie poniżej zera. Pompa nie pracuje wtedy ekonomicznie i musi ją wspomagać inne urządzenie (na przykład wbudowana grzałka elektryczna). Najwięcej ciepła pompa może pozyskać z wody gruntowej lub powierzchniowej, która ma stosunkowo wysoką i stabilną temperaturę przez całą zimę. Instalacje wykorzystujące wodę wymagają jednak kosztownej i dość kłopotliwej konserwacji i nie są polecane do obiektów o niewielkim zapotrzebowaniu na ciepło. W energooszczędnym domu jednorodzinnym nie warto ich stosować. W naszych warunkach najlepiej spisują się pompy czerpiące ciepło z gruntu. Na głębokości około 1,5 m jego temperatura wynosi zimą od 5 do 8°C. Układając w nim rury, w których krąży czynnik roboczy transportujący ciepło do pompy, można uzyskać trzy-cztery razy większą jego ilość od pobieranej przez pompę energii elektrycznej (to znaczy, że współczynnik efektywności pompy COP wynosi 3-4). 1 kWh ciepła dostarczanego przez pompę kosztuje wówczas około 12 gr. Dla porównania wytworzenie 1 kWh ciepła z gazu to koszt 23 gr. Zastosowanie pompy będzie bardziej efektywne gdy urządzenie będzie pełniło również funkcję klimatyzacji. I drugi warunek: moc pompy nie powinna przekraczać 50-80% maksymalnego (chwilowego) zapotrzebowania na ciepło, dzięki czemu będzie pracować ekonomicznie. W ciągu roku i tak tylko 10% ciepła trzeba będzie dostarczyć z innego źródła – grzałki elektrycznej albo kominka.
Kolektory słoneczne – do ogrzewania wody
Kolektory służą do ogrzewania wody za pomocą promieniowania słonecznego. Nie potrzebują do tego paliwa ani energii elektrycznej (poza niewielką ilością do napędu pompy obiegowej). Do funkcjonowania instalacji solarnej niezbędny jest zbiornik o pojemności kilkuset litrów. Słońce ogrzewa wodę tylko w ciągu dnia, dlatego musi on pełnić funkcję „akumulatora ciepła” umożliwiającego korzystanie z gorącej wody nie tylko wieczorem, ale także następnego dnia rano. Kolektory stosuje się do podgrzewania wody użytkowej, choć teoretycznie mogłyby zasilać także instalację centralnego ogrzewania. Tego się jednak nie praktykuje – żeby ogrzać niewielki dom jednorodzinny, potrzeba od 45 do 75 m2 ich powierzchni. W dodatku zimą, kiedy ciepło jest najbardziej potrzebne, straty ciepła przez obudowy kolektorów są zbyt wielkie, a przy dużym zachmurzeniu i w nocy kolektory są bezużyteczne.
Dr Andrzej Wiszniewski z Narodowej Agencji Poszanowania Energii radzi, by dobierać kolektor tak, aby pokrywał 30-35% zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową. Dla czteroosobowej rodziny optymalny zestaw będzie miał powierzchnię 6 m2. Ważny jest zbiornik magazynujący ciepłą wodę – im większy, tym lepiej, minimum to 200 l (dla 4 m2 kolektorów). Atutem jest niezależność mieszkańców, przyjemność korzystania z nieograniczonej ilości ciepłej wody. Ważny jest też zysk dla środowiska – użytkujemy ciepłą wodę, której produkcja nie wiąże się z bezpośrednimi stratami w przyrodzie.
Urządzenia na drewno i biomasę
Kotły na biomasę to nowoczesne urządzenia o sprawności przekraczającej 70%. Zrębki, pelety, drewno kawałkowane, ziarno, słoma – te materiały emitują tyle CO2, ile pozyskały w ciągu życia. Atutem powinna być krótka droga biomasy od producenta do domu (mniejsze straty dla środowiska wynikające z transportu). Wady? Trzeba zaakceptować fakt, że kocioł na biomasę nie jest urządzeniem bezobsługowym. Najmniej obsługi wymaga kocioł na pelety – ładuje się go raz, dwa razy w tygodniu. Potrzebne jest też miejsce na przechowywanie paliwa. Zrębków w ogóle nie da się przechować, bo zaczynają gnić, drewno zaś wymaga sezonowania. Na sezon potrzeba około 6 ton tego surowca.
Kominki i kozy. To rozwiązanie dla tych, którzy nie chcą dużo inwestować. Drewno jest jednym z najtańszych paliw, w dodatku uznawanym za ekologiczne: po pierwsze – jest odnawialne, po drugie – z jego spalania powstaje tylko tyle dwutlenku węgla, ile wcześniej wykorzystały drzewa w procesie fotosyntezy. W większości nowych domów jest kominek, zazwyczaj wyposażony w zamknięty wkład, który jest efektywnym urządzeniem grzewczym. Wkład kominkowy umożliwia wykorzystanie do ogrzewania domu około 70% ciepła powstającego ze spalania drewna. Możliwa jest też regulacja prędkości spalania, dzięki czemu można ograniczyć przegrzewanie pomieszczeń i wydłużyć czas palenia (paliwo uzupełnia się co kilka godzin), jednocześnie ograniczając zużycie drewna. Kominek z wkładem może ogrzewać nie tylko pomieszczenie, w którym się znajduje, ale nawet cały dom, jeśli jest wyposażony w kanały do rozprowadzania ogrzanego powietrza albo ma tak zwany płaszcz wodny i – podobnie jak kocioł – ogrzewa wodę w instalacji centralnego ogrzewania. Wadą ogrzewania kominkowego jest konieczność zaangażowania się w jego obsługę. Jeżeli systematycznie co dwie- -trzy godziny nie uzupełnia się drewna, kominek przygasa i w pomieszczeniach szybko robi się zimno. Jednak gdy dom jest bardzo dobrze ocieplony i straty ciepła są małe, temperatura utrzymuje się w nim dłużej. Dlatego ogrzewanie kominkowe można polecić do domów energooszczędnych.
Kotły kondensacyjne – wygoda i bezpieczeństwo
Dom energooszczędny można też ogrzewać kotłem na gaz lub olej. Wybierając tego typu kocioł, warto zwrócić uwagę na jego moc. Najczęściej przekracza ona 15 kW, więc jest znacznie większa niż zapotrzebowanie na nią w bardzo dobrze ocieplonym domu. Dopiero od niedawna producenci oferują urządzenia o nieco mniejszej mocy, właśnie z myślą o domach energooszczędnych. Duża moc przydaje się do podgrzewania wody użytkowej (krócej się czeka na jej podgrzanie), ale gdy zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania pomieszczeń jest niewielkie, może być przyczyną nieekonomicznej pracy kotła i szybszego zużywania się jego podzespołów. Dlatego do domu energooszczędnego, stosuje się takie, które został skonstruowane z myślą o ogrzewaniu domów o niewielkim zapotrzebowaniu na ciepło. Nowoczesne ekonomiczne kotły kondensacyjne mogą pracować z mocą zaledwie 4 kW.
Własny prąd
Prąd za darmo to niestety temat dla pasjonatów. Mimo wysokich kosztów instalacji dostarczanej przez nią energii jest niewiele. Układy fotoogniw (ogniw fotowoltaicznych) zamieniają energię promieniowania słonecznego w elektryczną. Fotoogniwa wykorzystuje się do zasilania pojedynczych urządzeń, a także do zaopatrywania w energię elektryczną obiektów znacznie oddalonych od sieci energetycznej (systemy wolno stojące), a nawet do budowy elektrowni słonecznych o mocy rzędu wielu megawatów zasilających sieć energetyczną. Do efektywnego wykorzystywania prądu wytwarzanego z energii słonecznej jest potrzebna instalacja, która oprócz baterii słonecznych składa się z akumulatorów, regulatora sterującego procesem ich ładowania i rozładowania, regulatora napięcia, a jeśli zachodzi konieczność zmiany prądu stałego na przemienny, także przetwornicy częstotliwości. Jeżeli z tego wszystkiego zrezygnujemy, instalacja będzie znacznie prostsza i tańsza. Jednak zasilane z niej urządzenia będą funkcjonowały tylko wtedy, gdy do ogniw docierać będzie dostatecznie dużo światła. Dużą przeszkodą w rozpowszechnieniu tej niewątpliwie przyjaznej dla środowiska technologii (o ile przestrzega się norm ochrony środowiska przy produkcji ogniw) jest cena. W dodatku powierzchnia fotoogniw o mocy 2,5 kW to około 20 m2, więc pewnie nie zawsze znajdzie się na nie miejsce.
Turbiny wiatrowe
Na dwóch trzecich powierzchni Polski są dobre warunki do ich pracy. Zasada działania jest prosta. Wirnik turbiny przekształca energię wiatru w energię mechaniczną, napędzając generator prądu (jak dynamo w starym rowerze). Problemy z konstrukcją takiej elektrowni wynikają z potrzeby uzyskania wysokiej sprawności urządzenia i umożliwienia jego funkcjonowania w jak najszerszym zakresie prędkości wiatru. Współczesne ogromne wiatraki są bardzo zaawansowane, jeśli chodzi o materiały używane do ich budowy i aerodynamikę, więc kosztują setki tysięcy złotych. Oczywiście trudno sobie wyobrazić takie urządzenie w indywidualnym gospodarstwie domowym. Przydomowe turbiny są znacznie mniejsze. Ich wirniki mają średnicę od 1 do 4 m, a moc wynosi od 100 do 1000 W. W sprzyjających warunkach są w stanie dostarczyć około 3 kWh energii na dobę. Minimalna prędkość wiatru, przy której turbina może zacząć działać, to 2,5 m/s, ale do osiągnięcia mocy nominalnej potrzeba prędkości około 10 m/s. Żeby wytwarzanej przez nią energii wystarczyło do zasilania wszystkich domowych urządzeń, należałoby zainstalować co najmniej kilka turbin. Turbiny wiatrowe, podobnie jak fotoogniwa, nie gwarantują stałego zaopatrzenia w energię. Zdolność wytwórcza turbin jest szaco wana na 25%, to znaczy, że gdy wiatr wieje optymalnie (zgodnie z danymi statystycznymi), można liczyć, że na 100 dni elektrownia wiatrowa będzie wytwarzać prąd przez 25. Zarówno turbinę wiatrową, jak i baterie słoneczne należy zatem traktować jako elementy systemu złożonego także z innych źródeł energii, i to już raczej konwencjonalnej, przyczyniające się jedynie do obniżenia kosztów eksploatacji urządzeń elektrycznych.
Układy mieszane
Nadzieja na oszczędzanie środowiska to kogeneracja – jednoczesne wytwarzanie prądu i ciepła. A na razie, specjaliści z branży grzewczej namawiają do zastosowania w domu kilku urządzeń grzewczych. Łączenie funkcji pompy ciepła z klimatyzacją, ogrzewanie gazowe i kolektor słoneczny, ogrzewanie elektryczne i kominek albo kocioł na biomasę – to polecane rozwiązania. Inwestor zyskuje bezpieczeństwo – może sezonowo korzystać ze słońca, z taniej biomasy, a w najtrudniejszych okresach z paliwa droższego. Znów na dalszy plan schodzi pytanie o koszt inwestycji – liczą się rachunki za ogrzewanie, poczucie bezpieczeństwa i komfort mieszkańców.
