Pozornie drogie

Celem funkcjonowania zintegrowanego systemu ogrzewania i wentylacji budynków jednorodzinnych jest radykalne zmniejszenie kosztów ogrzewania przy jednoczesnym zapewnieniu komfortu cieplnego. Komfort cieplny zapewniony jest wtedy, kiedy w czasie przebywania w pomieszczeniu w ogóle nie myślimy o ogrzewaniu czy klimatyzacji. Istnieją cztery podstawowe warunki zapewnienia komfortu cieplnego:

• temperatura powietrza,
• wilgotność powietrza,
• ruch powietrza,
• czystość powietrza.

Nie bez znaczenia jest także zapewnienie komfortu w lecie, kiedy temperatura powietrza w pomieszczeniach może być za wysoka. Temperaturę powietrza zapewnia system grzewczy w różnej postaci:

• ogrzewanie piecami kaflowymi,
• ogrzewanie grzejnikowe,
• ogrzewanie podłogowe,
• ogrzewanie kominkowe powietrzne oraz wiele innych, będących kombinacją różnych systemów.

Każdy z tych systemów posiada określone wady i zalety, w zależności od wymagań dotyczących kosztów ogrzewania, wygody obsługi czy jakości powietrza. Wilgotność powietrza zależna jest również od systemu ogrzewania budynku. W budynkach tradycyjnych panuje powszechnie system wentylacji grawitacyjnej, gdzie zapotrzebowanie ciepła na podgrzanie świeżego powietrza pokrywa system ogrzewania.
Im niższa temperatura powierzchni ogrzewalnych, tym mniejsze wysuszanie powietrza w pomieszczeniach. W okresie zimowym, szczególnie przy mrozach, powietrze zewnętrzne jest suche i ogrzewanie powoduje jego dalsze wysuszanie. Największe wysuszanie powietrza powstaje przy kominkowym ogrzewaniu powietrznym, wtedy powietrze nawiewane w systemie kanałowym podgrzewane jest pośrednio spalinami, a więc powierzchnią grzejną o bardzo wysokiej temperaturze.
Ruch powietrza zależy od systemu ogrzewania i wentylacji. Przy zastosowaniu ogrzewania grzejnikowego zimne powietrze przy oknie podgrzewane jest grzejnikiem, unosi się do góry i powoduje ruch powietrza. Dlatego grzejniki powinny być umieszczane pod oknem. Jednak przy nowoczesnych oknach o małym współczynniku przenikania ciepła i coraz niższej temperaturze wody grzewczej zaczyna to mieć niewielkie znaczenie.
W systemie wentylacji grawitacyjnej mamy do czynienia z niekontrolowanym ruchem powietrza. Istnieją tzw. strefy martwe oraz strefy tzw. przeciągu. Przy obecnej szczelności budynku i tendencji zamykania otworów wentylacyjnych w celu oszczędności energii cieplnej, wilgoć wytwarzana w pomieszczeniach, szczególnie w okresach niskich temperatur, nie jest odprowadzona dostatecznie i w sposób kontrolowany. Może to powodować zawilgocenie ścian i w konsekwencji doprowadzić do szkód budowlanych.
Ogrzewanie więc powierzchniami grzejnymi o wysokiej temperaturze może pozornie złagodzić ten problem, jednak cały system rozdziału powietrza i ciepła powinien być ?pod kontrolą?. Pod pojęciem czystości powietrza rozumie się dużą ilość tlenu, małą ilość bakterii i pyłów szkodliwych dla zdrowia oraz małą ilość wszelkiego rodzaju ?zapachów?. Dostateczną ilość tlenu zapewnia doprowadzenie odpowiedniej ilości świeżego powietrza, a więc zapewnienie odpowiedniej wymiany powietrza w pomieszczeniu. Ograniczenie bakterii, pyłów i zapachów zapewniają filtry powietrza w przypadku zastosowania wentylacji mechanicznej. Źródłem tych zanieczyszczeń może być np. sąsiad ogrzewający dom kotłem węglowym. Oto jedna z możliwości podwyższenia komfortu cieplnego przy uwzględnieniu jak najniższych kosztów ogrzewania i klimatyzacji. Rozwiązaniem, lub przynajmniej zdecydowanym złagodzeniem problemów, jest opisany niżej zintegrowany system grzewczo-klimatyzacyjny.
Podstawowymi elementami tego systemu są:

• system ogrzewania niskotemperaturowego,
• pompa ciepła powietrze-woda,
• system wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła za pomocą wymiennika krzyżowego (rekuperatora),
• wymiennik gruntowy,
• kominek z płaszczem wodnym.

System ten może być stosowany także w różnych kombinacjach i być dopasowany do warunków lokalizacji budynku, wymagań pod względem kosztów ogrzewania, wygody obsługi czy komfortu powietrza. W system ten można włączyć też układ kolektorów słonecznych.

Podstawowym warunkiem zastosowania pompy ciepła do ogrzewana budynku jest system ogrzewania wodą grzewczą o temperaturze nieprzekraczającej 55°C. Można założyć też wyższą temperaturę, jednak sprawność pompy ciepła wraz ze wzrostem tej temperatury maleje, czyniąc zastosowanie pompy ciepła do ogrzewania mniej opłacalne. Najkorzystniejszy pod względem kosztów eksploatacyjnych jest, mało jeszcze znany w Polsce, system ogrzewania elementami betonowymi budynku z wmontowanymi rurami grzejnymi. Temperatura zasilania wynosi tutaj ok. 25°C. Następnym systemem grzewczym jest system ogrzewania podłogowego o temperaturze wody grzewczej 35°C.
Przy nowoczesnej technologii produkcji grzejników istnieje też możliwość zastosowania ogrzewania grzejnikowego o temperaturze zasilania 55°C. Im niższa temperatura czynnika grzewczego, tym większe oszczędności eksploatacyjne systemu grzewczego.

Co to jest pompa ciepła? Jest to urządzenie, które pobiera z naszego środowiska naturalnego ciepło przy niskiej temperaturze i oddaje je do systemu grzewczego przy temperaturze np. 55?C. Określenie pompa ciepła wzięło się z tego, że energię cieplną o niskim poziomie temperatury znajdującą się w środowisku naturalnym trzeba ?przepompować? na poziom temperatury możliwy do wykorzystania dla ogrzewania pomieszczeń.
System grzewczy z pompą ciepła powietrze-woda, mało jeszcze rozpowszechniony w Polsce, jest najpopularniejszym systemem w krajach wiodących w technice ogrzewania pompą ciepła, jak Szwecja i Szwajcaria. Głównym źródłem energii grzewczej na potrzeby centralnego ogrzewania, wentylacji i ciepłej wody użytkowej jest powietrze. Pompa ciepła powietrze-woda może pokryć całkowite zapotrzebowanie ciepła przy zastosowaniu systemu wentylacji mechanicznej z rekuperatorem i czerpiącej powietrze poprzez wymiennik gruntowy. W przypadku niedoboru mocy grzewczej istnieje możliwość automatycznego włączenia się grzałki elektrycznej. Udział grzałki elektrycznej nie powinien przekroczyć jednak 5% całkowitego rocznego zapotrzebowania energii cieplnej. Pompa ciepła o niższej mocy grzewczej niż jej maksymalne zapotrzebowanie pracuje oszczędniej niż pompa ?przewymiarowana?, niwelując lub wręcz zmniejszając całoroczne zapotrzebowanie energii elektrycznej.
Głównym mankamentem powietrznej pompy ciepła jest spadek jej mocy grzewczej przy obniżaniu temperatury zewnętrznej. Podawany w katalogach pobór mocy elektrycznej uwzględnia pobór mocy wentylatora. Natomiast przy podawaniu współczynnika efektywności pomp ciepła woda-woda czy solanka/woda nie uwzględnia się zapotrzebowania mocy elektrycznej do napędu pompy głębinowej czy pompy obiegowej solanki. Zapotrzebowanie tej mocy waha się od 10 do 30% mocy sprężarki. Współczynnik efektywności całego systemu z pompą ciepła jest więc odpowiednio niższy. Przy bliższych analizach okazuje się, że średni roczny współczynnik efektywności całego systemu z powietrzną pompą ciepła jest porównywalny ze współczynnikiem dla systemów gruntowych, a w niektórych przypadkach do systemów ze studnią głębinową. Przy obliczaniu kosztów ogrzewania należy też uwzględnić koszty serwisowania systemu grzewczego. W przypadku powietrznej pompy ciepła są one zdecydowanie niższe.

W praktyce projektowania spotykamy najczęściej tendencje przewymiarowywania instalacji wentylacji. Takie podejście pozwala wprawdzie uniknąć zarzutu niedostatecznej ilości świeżego powietrza, prowadzi jednak do nadmiernych kosztów ogrzewania.
Zainstalowanie instalacji wentylacji mechanicznej pozwala na zoptymalizowanie dopływu świeżego powietrza do pomieszczeń.
Przy obecnych normach ocieplenia i szczelności budynków proporcje strat ciepła przez przegrody budowlane do strat ciepła na wentylację uległy radykalnej zmianie. W dobrze ocieplonym budynku straty ciepła na wentylację stanowią ok. 50%.
W systemie wentylacji grawitacyjnej ciepłe powietrze z ogrzanych pomieszczeń usuwane jest bezpośrednio na zewnątrz, a więc bezpowrotnie tracone. Przy zastosowaniu rekuperatora, tzn. wymiennika krzyżowego, ciepłe powietrze usuwane z pomieszczeń podgrzewa świeże powietrze zewnętrzne nawiewane do pomieszczeń. W zależności od produktu i wydajności powietrza sprawność takich wymienników dochodzi do 96%, co oznacza, że odzyskujemy około 45% całkowitego zapotrzebowania ciepła na ogrzewanie i wentylację budynku. Oprócz oszczędności w kosztach ogrzewania budynku zmniejsza to wielkość pompy ciepła, a więc i koszty inwestycji centrali grzewczej.

Grunt jest ?magazynem? ciepła. Ciepło uzyskane od promieniowania słonecznego i wód opadowych ogrzewa grunt w lecie, powodując, że w zimie na głębokości poniżej 1 m jego temperatura jest wyższa od 0°C. Przepuszczając przez grunt powietrze w odpowiedniej ilości w wymienniku gruntowym o specjalnej budowie, podgrzewamy je w okresie niskich temperatur zewnętrznych. To podgrzane powietrze możemy wykorzystać do nawiewu do pompy ciepła powietrze-woda, podwyższając tym samym jej współczynnik efektywności. Przy ogólnych rozważaniach można przyjąć, że podgrzanie powietrza o 1K podwyższa moc grzewczą pompy ciepła o ok. 3%. Zmniejsza więc zapotrzebowanie prądu o ok. 3%. Przy zastosowaniu wentylacji mechanicznej z rekuperatorem wymiennik gruntowy spełnia wiele dodatkowych ról. Oprócz podgrzewania powietrza do pompy ciepła, podgrzewa także powietrze nawiewane do rekuperatora, stanowi też znakomity, naturalny, biologiczny filtr i nawilżacz powietrza. W okresie letnim temperatura gruntu jest niższa od temperatury powietrza zewnętrznego. Przy zastosowaniu wentylacji mechanicznej powietrze zewnętrzne czerpiemy poprzez wymiennik gruntowy, powodując obniżenie jego temperatury, a więc w ogólnym pojęciu klimatyzujemy pomieszczenia. Odpowiednio dobrany wymiennik gruntowy jest najtańszym inwestycyjnie i najtańszym w eksploatacji klimatyzatorem budynku. Reasumując, jest on dodatkowym źródłem ciepła w zimie i źródłem ?chłodu? w lecie.

Kominek stał się w ostatnich latach nieodzownym elementem wyposażenia budynków jednorodzinnych. Pełni on rolę dekoracyjną, ale także stwarza przyjemną atmosferę domową w długie zimowe wieczory. W niektórych domach stanowi on nawet źródło ogrzewania w powietrznym systemie ogrzewania budynku. System ten jest w pełni uzasadniony w domach letniskowych, w których pobyt ludzi ogranicza się do krótkich okresów. Jak już wspomniałem na wstępie, ogrzewanie takie posiada szereg wad, w związku z czym nie jest uwzględnione w systemie ogrzewania pompą ciepła.
Istnieje jednak rodzaj kominków z płaszczem wodnym, gdzie energia cieplna wytwarzana przy spalaniu drewna podgrzewa wodę w płaszczu kominkowym. Włączając ten obieg grzewczy do systemu grzewczego z pompą ciepła, możemy częściowo odzyskać energię cieplną powstałą przy spalaniu drewna. Dzięki kominkowi przy okazji odzyskujemy energię grzewczą, nie może być on jednak podstawowym źródłem ciepła. Ten dodatkowy odzysk ciepła może się wahać w bardzo szerokich granicach, zależnych od przyzwyczajeń, wymagań dotyczących wygody mieszkańców i wielu innych czynników.

Podstawowym elementem systemu jest pompa ciepła powietrze-woda czerpiąca powietrze poprzez wymiennik gruntowy. Pompa ciepła ?ładuje? zasobnik buforowy wody grzewczej wodą o temperaturze zależnej od temperatury zewnętrznej. Po osiągnięciu wymaganej temperatury następuje wyłączenie sprężarki pompy ciepła.
Pompy obiegowe instalacji c.o. pobierają ciepło ze zbiornika buforowego, obniżając temperaturę wody w buforze. Po spadku temperatury wody następuje włączenie sprężarki pompy ciepła i następuje ponownie proces ?ładowania? bufora.
Zasobnik buforowy jest więc bardzo ważnym elementem systemu, regulującym pracę pompy ciepła. Spełnia on rolę sprzęgła hydraulicznego oddzielającego obiegi instalacji c.o. od obiegu pompy ciepła. Włączanie pompy ciepła zależne jest od temperatury wody w buforze. Jeśli wodę tę podgrzejemy innym źródłem ciepła, pompa ciepła nie włączy się. W opisywanym systemie, tym innym źródłem ciepła może być kominek z płaszczem wodnym włączonym w obieg bufora. Ze względu na różny charakter zabezpieczenia ciśnieniowego obiegu pompy ciepła i obiegu kominka, obiegi te muszą być rozdzielone wymiennikiem płytowym. Obieg kominka pracował będzie w systemie otwartym, obieg pompy ciepła i instalacji centralnego ogrzewania w systemie zamkniętym. W przypadku zaniku prądu (pompy obiegowe wyłączone) palenisko powinno być automatycznie schładzane wodą z wodociągu płynącą przez wężownicę umieszczoną w kominku.

Opisany powyżej system grzewczy jest systemem inwestycyjnie pozornie drogim. Najtańsze inwestycyjnie systemy grzewcze są systemami najdroższymi w eksploatacji. Biorąc jednak pod uwagę komfort cieplny pomieszczeń, komfort obsługi i niezawodność systemu oraz to, że oprócz funkcji grzewczych zapewnia on klimatyzowanie pomieszczeń oczyszczonym powietrzem w zimie i w lecie, system ten charakteryzuje się bardzo niskimi kosztami eksploatacyjnymi. Koszt inwestycji zwraca się bardzo szybko, jeśli weźmiemy pod uwagę oszczędności w kosztach ogrzewania i klimatyzacji w stosunku do kosztów tradycyjnych systemów jak np. kotłowni olejowe czy gazowe Dlatego jestem przekonany, że u wielu świadomych tego użytkowników domów, kominek znajdzie zastosowanie.

źródło www.wtb.pl