Systemy grzewcze w budynkach pasywnych

Budynki energooszczędne, a pasywne w szczególności posiadają bardzo małe zapotrzebowanie na energię do ogrzewania. Wynika to bezpośrednio z odpowiedniego zaprojektowanego i wykonanego budynku, w którym zostały spełnione wszystkie najważniejsze założenia, jakie stawia się przed budynkiem pasywnym.

Bardzo niskie zapotrzebowanie na energię do ogrzewania przekłada się bezpośrednio na wybór systemu grzewczego. Obecnie na rynku dostępnych jest bardzo wiele urządzeń i systemów grzewczych. Należą do nich miedzy innymi: system oparty na gazie, pompy ciepła, piece na drewno i pellet oraz systemy grzania prądem. Każdy z tych systemów ma swoje zalety i wady, wiele z nich zależy od subiektywnego spojrzenia Inwestora. Warto jednak pokazać kilka uniwersalnych zalet i wad dla poszczególnych systemów.

Niskie zapotrzebowanie na energię a wpływ na wybór systemu grzewczego

Budynki energooszczędne można podzielić w zależności od ich zapotrzebowania na energię:

• Budynek energooszczędny 40-70 kWh/m2/rok
• Budynek niskoenergetyczny 15-40 kWh/m2/rok
• Budynek pasywny < 15 kWh/m2/rok

Każdy budynek na etapie wykonywania projektu powinien podlegać szczegółowej weryfikacji jego zapotrzebowania na energię. Pozwala to wówczas na osiągnięcie odpowiednio zamierzonego standardu energooszczędności oraz wpływa bezpośrednio na koszt eksploatacji systemu grzewczego.

Zapotrzebowanie na energię do ogrzewania budynków energooszczędnych ma również duży wpływ na dobór urządzeń oraz ich moc. XX wiek przyzwyczaił nas do tego, że w budynku musi znajdować się piec o dużej mocy, by zaopatrzył w niezbędne ciepło, jakie uciekało przez słabą izolację, mostki cieplne, okna, drzwi i nieszczelności. Mamy obecnie XXI wiek, więc czas na zmiany nie tylko w sposobie budowania, ale również w sposobie patrzenia na budynek jako całości zależnych od siebie elementów.

Zapotrzebowanie na energię do grzania wpływa w znaczny sposób na moc urządzenia, jakie warto wybrać do wytwarzania ciepła w domu. Dla budynku energooszczędnego, dla którego wyliczono zapotrzebowanie na energię na poziomie 40-70 kWh/m2 moc systemu grzewczego wynosi, przy uwzględnieniu strat i zapasu mocy, około 0,06–0,09 kW/m2.

Dla budynku niskoenergetycznego, dla którego wyliczono zapotrzebowanie na energię na poziomie 15-40 kWh/m2 moc systemu grzewczego wynosi, przy uwzględnieniu strat i zapasu mocy, około 0,02–0,06 kW/m2.

Dla budynku pasywnego, dla którego wyliczono zapotrzebowanie na energię na poziomie >15 kWh/m2 moc systemu grzewczego wynosi, przy uwzględnieniu strat i zapasu mocy, około 0,02 kW/m2.

Z powyższej tabeli wysuwa się bardzo logiczny wniosek. Im mniejsze zapotrzebowanie na energię do ogrzewania, tym mniejszy system powinien zostać do tego budynku dobrany. Dla budynków pasywnych moc systemu grzewczego można przyrównać do mocy suszarki do włosów, a w przypadku budynków energooszczędnych musimy już stosować urządzenia o znacznej mocy, czyli 3-5 suszarek ;)

W celu dokładnego pokazania, jakie urządzenia nadają się do wytwarzania ciepła do ogrzewania w domach energooszczędnych, poniżej umieszczona została tabela ukazująca zakres mocy:

Powyższą tabelę wzbogaciłem o elementy związane z odpowiedzią na temat możliwości zastosowania danego systemu jako również elementu odpowiedzialnego za podgrzewanie ciepłej wody użytkowej. Ilość ciepła potrzebną do ogrzewania ciepłej wody użytkowej najczęściej oblicza się dla konkretnego przypadku i przyjmuje się, że na jedną osobę potrzebujemy 50l ciepłej wody o temp. 40°C w ciągu doby.

Dla czteroosobowej rodziny dzienne zapotrzebowanie wynosi więc ok. 200l/dobę. Oczywiście są sytuacje kiedy tej wody potrzeba znacznie więcej, w związku z czym warto przyjąć rezerwę w wysokości minimalnej + zużycie 1 osoby/dobę, co dla tego przykładu wyniesie 250l/dobę.

Woda w systemach CWU zazwyczaj podgrzewana jest do około 50°C, ale już podczas jej używania wykonujemy czynność mieszania i doprowadzenia jej do temperatury 40°C, która to jest optymalna do kąpieli.

W zbiorniku o pojemności 250 l można zakumulować około 11,64 kW energii w postaci ciepłej wody. Aby dobrać idealną moc urządzenia do podgrzewania ciepłej wody użytkowej oprócz określenia jej ilości należy odpowiedzieć sobie, jaki jest optymalny czas jej nagrzania. Ma to znaczenie, gdy zależy nam na ciągłym dostępie do ciepłej wody dla całej rodziny. Tak naprawdę ten aspekt ma największe znaczenie przy określeniu mocy urządzenia i jest on bardzo indywidualny.

Jak widać, dla mocy rzędu 3 kW czas nagrzewania zbiornika 250 l od temperatury wody 100C do 500C wyniesie ok. 4 godzin. Biorąc pod uwagę, że mówimy o dziennym zapotrzebowaniu, jest to czas wystarczający do nagrzania.

Dwukrotne zwiększenie mocy spowoduje dwukrotne zmniejszenie czasu nagrzewania.

Jakiej mocy potrzebuje mój dom?

Wiedząc już, że na moc niezbędną do komfortowego mieszkania w domu energooszczędnym w okresie całego roku potrzebujemy systemu do CWU oraz systemu do CO. Moc obu tych systemów musi być dopasowana do zapotrzebowania budynku na ciepło oraz na ciepłą wodę użytkową dla jego mieszkańców.

Przykład:

Dom jednorodzinny o powierzchni 150 m2 z przeznaczeniem dla 4-osobowej rodziny.

Według obliczeń zapotrzebowanie na energię do ogrzewania wnosić będzie 10 kWh/m2/rok.

• Obliczenie mocy systemu grzewczego: 10 kWh/m2/rok * 150 m2 = 1 500 kWh
• Moc systemu grzewczego: 1,5 kW
• Moc sytemu grzewczego dla potrzeb: CWU 1,5-3,0 kW
• Moc CO + CUW = 3,0 – 4,5 kW.

Opracował:
Piotr Wojtaszek
Under_Up Sp. z o.o.