Kolektory słoneczne i ogrzewanie pompą ciepła w świetle warunków technicznych na rok 2021

Domy budowane po 2020 roku będą musiały być znacznie lepiej zabezpieczone przed utratą ciepła. Zmiany zmierzają także w kierunku wykorzystania do ogrzewania budynków odnawialnych źródeł energii. Czy większe zastosowanie w budownictwie znajdą już wkrótce kolektory słoneczne i pompy ciepła?

Zmiany w sposobie obliczania charakterystyki energetycznej

Od początku 2014 roku wartość wskaźnika EP dla budynku jednorodzinnego nie może być wyższa niż 120 kWh/ (m²·rok), a od 2021 r. nie będzie mogła przekraczać 70 kWh/(m²·rok), przez co zaprojektowanie budynku stanie się dużo trudniejsze. Z myślą o ułatwieniu tego zadania Ministerstwo Infrastruktury i Rozwoju zmieniło w ubiegłym roku metodologię obliczania charakterystyki energetycznej budynku. Obowiązująca w tej chwili (na początku 2015 r.) różni się od wersji z 2008 r. wieloma szczegółami.

Główne zmiany dotyczące budynków mieszkalnych, mające znaczny wpływ na wartość wskaźnika EP, polegają na tym, że ilość ciepłej wody użytkowej (uzależniona wcześniej od liczby użytkowników) ma być teraz obliczana na podstawie powierzchni pomieszczeń o regulowanej temperaturze powietrza, a wartość strumienia powietrza zewnętrznego (wentylacyjnego) – na podstawie wskaźników powierzchniowych określonych w rozporządzeniu. Nieco zmieniły się też wartości zysków ciepła, które należy przyjmować do obliczeń. Symulacje wykazały, że wartości EP budynków uzyskiwane obecnie są niekiedy o kilkanaście procent niższe niż obliczane zgodnie z poprzednią metodologią.

Ulepszenie metodologii

Eksperci uznali jednak tę nową za bardzo niedoskonałą, twierdząc, że wyniki obliczeń wskaźnika EP nie będą odzwierciedlać rzeczywistości.

Krytykowane jest na przykład to, że w domach jednorodzinnych o dużej powierzchni ogrzewanej wynik obliczenia zapotrzebowania na ciepłą wodę w przeliczeniu na osobę jest dużo wyższy niż w małym domu zamieszkanym przez taką samą liczbę osób, co przeczy logice (w domu o powierzchni ogrzewanej 200 m², w którym mieszają cztery osoby, uzyskuje się wynik 70 l/os., a w mieszkaniu o powierzchni 60 m² – 24 l/os.).

Zauważono też, że wartości strumienia powietrza wentylacyjnego uzyskiwane przy obliczaniu wskaźnika EP bywają niższe niż wymagane ze względów higienicznych. Krytyka obecnej metodologii prawdopodobnie doprowadzi do jej kolejnej zmiany w niedługim czasie.

Wskaźnik EP - jak go obniżyć?

Można oczywiście ocieplić przegrody budowlane znacznie lepiej, niż wymagają tego przepisy. Jednak w wielu przypadkach zrealizowanie tak przyjętych założeń będzie drogie i kłopotliwe ze względów technicznych. Warto więc poszukać sposobów lepiej uzasadnionych ekonomicznie. Aby je znaleźć, trzeba przeanalizować to, jak poszczególne rozwiązania wpływają na wartość wskaźnika EP. Jeśli do ogrzewania domu wykorzystuje się energię ze źródeł odnawialnych (na przykład energię słoneczną), to oczywiście nie wlicza się jej do zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną.

A więc im udział OZE w ogrzewaniu budynku, jego wentylacji, przygotowywaniu ciepłej wody użytkowej i ewentualnie chłodzeniu jest większy, tym niższy jest wskaźnik EP. Realny udział urządzeń wykorzystujących energię ze źródeł odnawialnych do pokrycia zapotrzebowania budynku na ciepło jest jednak daleki od 100 proc. Do tego są one stosunkowo drogie i przez to wciąż znacznie mniej popularne niż tradycyjne urządzenia grzewcze, ale niewykluczone, że za sześć lat radykalnie się to zmieni.

Ile ciepła może dostarczyć kolektor słoneczny?

W rozporządzeniu w sprawie metodologii obliczenia charakterystyki energetycznej budynku nie ma mowy o sprawności kolektorów słonecznych ani o możliwej wielkości ich udziału w pokrywaniu zapotrzebowania na energię do ogrzewania, wentylacji i przygotowywania ciepłej wody użytkowej.

W Polsce przyjmuje się zwykle, że kolektory słoneczne zaspokajają mniej więcej połowę rocznego zapotrzebowania na energię potrzebną do przygotowywania w domu ciepłej wody użytkowej. Producenci tych urządzeń mówią nawet o 70%. Różne są systemy przygotowywania ciepłej wody użytkowej i same kolektory, różny może być stopień wykorzystania dostarczanej przez nie energii, więc na pewno nie da się stwierdzić, ile konkretnie ciepła dostarczą. Można być pewnym jedynie tego, że przeciętna instalacja solarna nie pokryje zapotrzebowania w całości. 

Czy kolektory słoneczne to przyszłościowe rozwiązanie?

Zatem czy ich zastosowanie jest korzystne z punktu widzenia spełnienia wymagań warunków technicznych? Ponieważ kolektory wykorzystują wyłącznie energię odnawialną, wartość współczynnika nakładu w i wynosi dla nich zero. Trzeba jednak uwzględnić energię pomocniczą potrzebną do napędu pompy obiegowej. Po przyjęciu 50-procentowego udziału kolektorów słonecznych w zaspokojeniu zapotrzebowania na energię końcową do przygotowywania c.w.u. w domu jednorodzinnym ogrzewanym kotłem na węgiel, gaz czy olej, w którym na osobę przypada mniej więcej 50 l ciepłej wody (a to zależy od wielkości powierzchni ogrzewanej), wskaźnik EP staje się niższy o kilkanaście kWh/(m²·rok).

Dzięki temu obecność kolektorów słonecznych w wielu przypadkach pomoże w dążeniu do uzyskania wartości EP niższej od ustalonego limitu. Nie obejdzie się przy tym bez radykalnej poprawy izolacyjności cieplnej przegród budowlanych w stosunku do minimalnych wymagań warunków technicznych lub zastosowania jeszcze innego rozwiązania energooszczędnego.

Ogrzewanie pompą ciepła a warunki techniczne obowiązujące od 2021 roku

Wprawdzie pompa ciepła dostarcza energię odbieraną z otoczenia, czyli z pewnością odnawialną (jej źródłem jest promieniowanie słoneczne), ale wymaga zasilania energią elektryczną, której pobiera niemało. A współczynnik w_i (dla energii elektrycznej wel) wynosi aż 3. O tym, czy z punktu widzenia ochrony środowiska,w świetle nowych przepisów budowlanych pompa ciepła będzie urządzeniem lepszym w systemie ogrzewania budynu niż kocioł na węgiel, zadecyduje przede wszystkim jej sprawność wyrażana współczynnikiem efektywności. 

Ważny jest też sposób wytwarzania zasilającej pompę ciepła energii elektrycznej. Jeżeli w 2021 r., tak jak obecnie, zgodnie z nowymi przepisami budowlanymi będzie dla niej przyjmowany współczynnik w_el = 3, to żeby ogrzewanie pompą ciepła nie szkodziło środowisku bardziej niż spalanie węgla w domowej kotłowni, jej współczynnik efektywności nie powinien być niższy niż 2,2 (sporo zależy także od poboru energii przez elektryczne urządzenia pomocnicze niezbędne do jej działania, a także od sprawności pozostałych elementów systemu ogrzewania budynku i przygotowania ciepłej wody, więc ta wartość jest tylko orientacyjna).

Pompa ciepła plus ogniwa

Dobrym, choć kosztownym sposobem na uzyskanie niskiego wskaźnika EP w domu z pompą ciepła jest zastosowanie w nim ogniw fotowoltaicznych – przekształcających energię słoneczną w elektryczną. Coraz więcej oferowanych na naszym rynku pomp ciepła typu powietrze-woda (najpopularniejszych) osiąga średni współczynnik efektywności znacznie przekraczający 2, ale te tańsze – niekoniecznie. To oznacza, że ich zastosowanie w ogrzewaniu budynku nie przełoży się na niższą wartość wskaźnika EP niż w przypadku domu z kotłem paliwowym.

Natomiast przeciętne pompy ciepła typu glikol-woda, czyli odbierające energię zakumulowaną w gruncie, charakteryzują się współczynnikiem efektywności na poziomie 3,5. Dzięki temu wskaźnik EP jest o blisko 20% niższy niż przy zastosowaniu do ogrzewania gazowego kotła kondensacyjnego wykorzystanego w ogrzewaniu budynku. Problemem wciąż jest wysoka cena tych urządzeń, lecz pociesza to, że zależy ona od mocy cieplnej, którą pozwala uzyskać pompa – urządzenie wystarczające do domu energooszczędnego kosztuje mniej niż to potrzebne do pokrycia strat ciepła w budynku gorzej ocieplonym.

Piotr Laskowski