Ten artykuł czytasz w ramach bezpłatnego limitu

Każdy budynek w ciągu roku zużywa określoną ilość energii niezbędnej do jego użytkowania. W trosce o środowisko naturalne oraz naszą przyszłość konieczne jest dążenie do minimalizowania zużywanej na ten cel energii nieodnawialnej, czyli pochodzącej z paliw kopalnych. Powinna być ona zastępowana w jak największym stopniu energią odnawialną (energią promieniowania słonecznego, wiatru, energią zakumulowaną w gruncie, wodzie lub powietrzu). Zastosowanie odnawialnych źródeł energii (OZE) nie tylko wiąże się ze znaczną redukcją zanieczyszczeń powietrza, ale także zapewnia oszczędności użytkownikom systemów i urządzeń na niej bazujących. Im większy będzie udział energii odnawialnej w bilansie energetycznym domu, tym większe mogą być oszczędności na kosztach związanych z jego ogrzewaniem, chłodzeniem, podgrzewem wody użytkowej, a także zużyciem energii elektrycznej. Aby faktycznie odciążyć domowy budżet poprzez ograniczenie wydatków pochłaniających jego największą część, niezbędne jest racjonalne wykorzystywanie energii w domu, zarówno nieodnawialnej, jak i odnawialnej.

Ile energii może zużywać dom?

Ilość energii nieodnawialnej, jaką może obecnie zużywać nowo powstający lub modernizowany budynek do ogrzewania, wentylacji, chłodzenia, przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz oświetlenia, określają przepisy zawarte w „Warunkach technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie" (WT). Według nich z początkiem 2021 r. maksymalna dopuszczalna wartość współczynnika EP, definiującego roczne zapotrzebowanie budynku na nieodnawialną energię pierwotną, nie może przekraczać 70 kWh/m2 rok. Aby spełnić obecne wymagania dotyczące wskaźnika EP, nie wystarczy dobra izolacyjność termiczna przegród domu (podłogi na gruncie, ścian zewnętrznych, dachu) i zastosowanie energooszczędnej stolarki. Główne znaczenie ma w tym przypadku rodzaj źródła energii zastosowanego w budynku i wyposażenie instalacyjne. Spełnienie choćby minimalnych wymagań zawartych w WT 2021 wiąże się z koniecznością zastosowania urządzeń korzystających z energii odnawialnej. Im większy będzie jej udział, tym łatwiej będzie osiągnąć wymagany lub jeszcze korzystniejszy wskaźnik EP, a im zapotrzebowanie domu na energię nieodnawialną będzie niższe, tym budynek będzie bardziej energooszczędny i tańszy w utrzymaniu.

Ogrzewanie kotłem kondensacyjnym lub pompą ciepła a nowe przepisy

Jak obowiązujące przepisy wpływają na wybór systemu grzewczego w domu jednorodzinnym? Pomimo ocieplenia budynku zgodnie z wymogami (zwłaszcza w przypadku spełnienia jedynie minimalnych wymagań dot. współczynnika przenikania ciepła U) i wyposażenia domu w wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła, przy zastosowaniu kotła kondensacyjnego standardowy dom jednorodzinny nie spełni wymogów WT 2021 dotyczących minimalnego zużycia energii nieodnawialnej (EP < 70 kWh/m2 rok). Okazuje się, że może to być trudne również w przypadku wariantu z ogrzewaniem powietrzną lub gruntową pompą ciepła. Dlaczego tak się dzieje, mimo że pompy ciepła korzystają z energii odnawialnej? Na końcową wartość wskaźnika EP wpływa tzw. współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej. Określa on, jak bardzo obciążająca środowisko naturalne jest produkcja energii końcowej z danego źródła.

WIĘCEJ CZYTAJ W DODATKU "ENERGOOSZCZĘDNE MATERIAŁY I INSTALACJE"

Różne paliwa i media mają różne współczynniki. Dla przykładu kolektory słoneczne i panele fotowoltaiczne charakteryzują się współczynnikiem nakładu 0, kotły na biomasę 0,2, kotły gazowe 1,1, a urządzenia elektryczne 3. Pompy ciepła korzystają z energii elektrycznej (jest ona potrzebna do pracy sprężarki), jednak zużywają jej stosunkowo niewiele w stosunku do ilości ciepła, które wytwarzają. Przy obecnej metodologii wpływa to jednak na wartość końcową współczynnika EP budynków ogrzewanych pompą ciepła. Bardzo ważnym czynnikiem jest natomiast sprawność urządzenia, która z kolei wpływa na wartość energii końcowej (EK). Sprawność końcowa pomp ciepła kształtuje się na poziomie kilkuset procent, co jest w tym przypadku bardzo dużą zaletą tych urządzeń. Budynki, w których zainstalowano pompę ciepła, cechuje bowiem niskie zapotrzebowanie energii końcowej, co przekłada się na niskie koszty ogrzewania.

Wentylacja z odzyskiem a wskaźnik EP

Wpływ na energochłonność budynku ma m.in. jego wentylacja. Ta z odzyskiem ciepła, czyli rekuperacją stała się już niemal standardem w przypadku nowych domów. Choć wyraźnie obniża zapotrzebowanie energetyczne budynku, podobnie jak wypełnienie minimalnych wymagań izolacyjności przegród U, nie gwarantuje spełnienia warunku EP.

Aby skutecznie usuwać wilgoć i zużyte powietrze z pomieszczeń, wentylacja powinna pracować ciągle, również podczas zimnych dni. Wraz ze wzrostem sprawności odzysku ciepła w rekuperatorze wzrasta ryzyko zamarzania wymiennika. W wielu rozwiązaniach działanie systemu ochrony przed zamarzaniem wymiennika może generować wysokie koszty eksploatacji instalacji wentylacji z odzyskiem ciepła.

Z kolei mniejsza sprawność odzysku ciepła to niższe temperatury powietrza nawiewanego do pomieszczeń i konieczność jego dogrzewania do wymaganej temperatury. Gdy w tym celu załącza się nagrzewnica elektryczna rekuperatora, może to wpływać negatywnie na koszty eksploatacji, ale również na wysokość wskaźnika EP budynku.

Rozwiązanie: instalacja fotowoltaiczna

Sposobem na zwiększenie udziału OZE w bilansie energetycznym domu i zwiększenie korzyści wynikających z ich wykorzystania jest połączenie w jednej instalacji urządzeń korzystających z różnych źródeł energii odnawialnej. Niemal w każdym wariancie instalacji, czy to w przypadku najbardziej popularnych urządzeń takich, jak gazowe kotły kondensacyjne czy powietrzne lub gruntowe pompy ciepła, uzupełnienie systemu o instalację fotowoltaiczną powoduje znaczne obniżenie wskaźnika nieodnawialnej energii pierwotnej EP do wartości wymaganych przez WT 2021 (kocioł kondensacyjny + wentylacja z odzyskiem ciepła), a nawet jeszcze korzystniejszych (pompy ciepła + wentylacja z odzyskiem ciepła). Co najważniejsze, połączenie instalacji fotowoltaicznej np. z pompą ciepła przyniesie także korzyści ekonomiczne, w postaci maksymalnego obniżenia rachunków za energię oraz korzyści ekologiczne w postaci instalacji w 100 proc. korzystającej z czystej energii. Dzięki instalacji fotowoltaicznej każdy budynek może być niezależny energetycznie i produkowaną z promieniowania słonecznego energię wykorzystywać do zaspokajania wszystkich potrzeb energetycznych – zasilania sprzętów elektrycznych, oświetlenia budynku, a także do jego ogrzewania i chłodzenia oraz przygotowywania ciepłej wody użytkowej.

Maksymalne wykorzystanie energii odnawialnej

Instalacja fotowoltaiczna pracuje w ciągu dnia. Wytworzony przez nią prąd z promieniowania słonecznego jest zużywany na bieżąco przez znajdujące się w budynku sprzęty AGD i RTV oraz inne odbiorniki. Często jednak (zwłaszcza w okresie letnim) instalacja fotowoltaiczna wytwarza więcej energii, niż wynosi zapotrzebowanie na nią w danej chwili. W przypadku popularnego rozwiązania, jakim jest net-metering, nadwyżka prądu solarnego trafia do sieci energetycznej, gdzie jest magazynowana. Wprowadzoną do sieci energię można odebrać w czasie, kiedy instalacja fotowoltaiczna nie pracuje, np. nocą, lub w okresach, kiedy ilość wytwarzanego przez nią prądu nie wystarcza na pokrycie bieżących potrzeb, np. w pochmurne jesienne i zimowe dni. Tym samym darmowy prąd solarny wytworzony przez panele fotowoltaiczne może zasilać rekuperator, pompę ciepła lub kocioł kondensacyjny przez cały sezon grzewczy, powodując, że ich praca będzie jeszcze bardziej energooszczędna i przyjazna środowisku.

WIĘCEJ CZYTAJ W DODATKU "ENERGOOSZCZĘDNE MATERIAŁY I INSTALACJE"

Przekazując do sieci 10 kW energii, można odebrać 8 kW (w przypadku instalacji o mocy do 10 kW). Pozostałe 20 proc. energii to forma opłaty za magazynowanie prądu. Z ekonomicznego punktu widzenia najkorzystniejszym rozwiązaniem dla właścicieli instalacji fotowoltaicznych jest więc maksymalne wykorzystanie prądu solarnego na bieżąco, czyli w momencie, w którym jest produkowany. Latem pompa ciepła zasilana energią pochodzącą z promieniowania słonecznego może pracować na potrzeby przygotowywania ciepłej wody użytkowej. Może również chłodzić pomieszczenia w upalne dni. Będzie wówczas pracować w sposób odwrócony – działając jak chłodziarka. W ten sposób pompa ciepła współpracując z instalacją fotowoltaiczną może zapewniać komfortową temperaturę w domu praktycznie przez cały rok pracując przy tym w 100 proc. ekologicznie i oszczędnie.

Kompletny system energetyczny

W typowych rozwiązaniach każdy system pracuje niezależnie. Instalacja fotowoltaiczna produkuje prąd, pompa ciepła załącza się wtedy, kiedy potrzebuje, wentylacja z odzyskiem ciepła również pracuje niezależnie. Najbardziej zaawansowane rozwiązania pozwalają na współpracę poszczególnych instalacji, tak aby maksymalnie wykorzystywały prąd słoneczny na własne potrzeby. Jeśli w danej chwili instalacja fotowoltaiczna produkuje więcej prądu niż wykorzystują domowe odbiorniki (urządzenia RTV i AGD, oświetlenie), zanim zostanie on odprowadzony do sieci energetycznej, może zostać wykorzystany przez pompę ciepła i system wentylacji. Za pomocą dodatkowego licznika energii elektrycznej regulator pompy ciepła „wie" dokładnie, ile prądu słonecznego ma do dyspozycji w danej chwili. Może załączyć pompę ciepła na potrzeby ogrzewania lub chłodzenia domu czy przygotowania c.w.u. Jeśli w instalacji znajduje się zasobnik buforowy wody grzewczej, może załączyć pompę ciepła, która zasilana darmowym prądem będzie ładować zasobnik. Odpowiednio skonfigurowana pompa ciepła będzie na bieżąco pobierała energię na potrzeby grzewcze lub chłodnicze, a ewentualny nadmiar energii solarnej zmagazynuje w izolowanym zbiorniku wody użytkowej w formie ciepła dostępnego dla domowników do późniejszego wykorzystania.

Również rekuperator może być zasilany i sterowany przez regulator pompy ciepła, korzystając ten sposób aktywnie z prądu słonecznego. Urządzenie można np. wyposażyć w układ hydrauliczny, za pomocą którego pompa ciepła będzie dogrzewać do odpowiedniej temperatury powietrze nawiewane do wnętrz budynku zimą – znacznie taniej niż standardowa grzałka elektryczna wykorzystywana często przez rekuperator.

Nowe warunki techniczne wymagają bardziej kompleksowego podejścia do budynku i zastosowanych w nim rozwiązań. Już na etapie projektowania należy wykonać dokładną analizę energetyczną i ekonomiczną wybranych systemów. Z ekonomicznego i ekologicznego punktu widzenia, najwięcej korzyści zapewnia połączenie pompy ciepła z instalacją fotowoltaiczną, umożliwiając rezygnację z paliw kopalnych i całkowite uniezależnienie się od zewnętrznych dostawców energii.

Chłodzenie i ogrzewanie klimatyzatorem za darmo

Przykładem urządzeń, które maksymalnie wykorzystują prąd solarny w momencie jego szczytowej produkcji, są klimatyzatory. Pracują one z największą intensywnością w tym samym czasie, gdy fotowoltaika wytwarza najwięcej energii, czyli w słoneczne, letnie dni. Zakładając, że klimatyzator typu split o mocy chłodniczej 3,5 kW zużywa średnio podczas pracy około 1000 W i chłodzi pomieszczenie przez 6 godzin w ciągu dnia, instalacja fotowoltaiczna o mocy np. 3-4 kW pokryje w 100% jego zapotrzebowanie na energię (ok. 6 kWh dziennie). Oznacza to możliwość klimatyzowania pomieszczenia za darmo. Nowoczesne klimatyzatory oprócz podstawowej funkcji chłodzenia wyposażone są także w funkcję ogrzewania, pracując przy tym jak pompa ciepła. Pobierają energię skumulowaną w powietrzu zewnętrznym i przekazują ją w postaci ciepła do pomieszczenia. Dzięki temu mogą współpracować z instalacją fotowoltaiczną i wykorzystywać prąd solarny również do ogrzewania pomieszczeń, zastępując w tej roli np. kocioł gazowy. Nowoczesne klimatyzatory Vitoclima 200 i Vitoclima 300 ogrzewają pomieszczenia nawet przy temperaturze zewnętrznej dochodzącej do -15°C. Vitoclima 300 zaopatrzona jest ponadto w grzałki, które uzupełniają ewentualne niedobory mocy, co w połączeniu z instalacją fotowoltaiczną czyni je bardzo opłacalną alternatywą np. dla kotła gazowego.

Obliczeniowy koszt ogrzewania

Analiza energetyczna nowo powstającego lub modernizowanego domu nie powinna opierać się jedynie na wymaganym przepisami wskaźniku nieodnawialnej energii pierwotnej EP. Z punktu widzenia inwestorów bardzo ważny jest również wskaźnik zapotrzebowania energii końcowej EK, który określa ilość energii zużywanej przez budynek w skali roku. Przy znajomości ceny 1 kWh energii z danego nośnika, wskaźnik ten pozwala określić średnie roczne koszty ogrzewania domu różnymi źródłami ciepła i wybrać najbardziej optymalne rozwiązanie.

Beata Augustowska, Budomedia

Czytaj ten tekst i setki innych dzięki prenumeracie

Wybierz prenumeratę, by czytać to, co Cię ciekawi

Wyborcza.pl to zawsze sprawdzone informacje, szczere wywiady, zaskakujące reportaże i porady ekspertów w sprawach, którymi żyjemy na co dzień. Do tego magazyny o książkach, historii i teksty z mediów europejskich. Zrezygnować możesz w każdej chwili.