Energia cieplna w budynkach wielorodzinnych – jak zaprojektować efektywne instalacje ciepłej wody użytkowej oraz instalacje grzewcze?
Autor: Shutterstock
Kaskada kotłów gazowych w kotłowni lokalnej
Wybór optymalnego sposobu, w jaki energia cieplna zostanie dostarczona do budynku wielorodzinnego, wymaga dogłębnej analizy specyfiki obiektu i jego otoczenia. Instalacja ciepłej wody użytkowej oraz instalacja grzewcza powinny zapewniać mieszkańcom bezpieczeństwo, bezawaryjność, energooszczędność, a także w miarę możliwości automatyzacje.
Spis treści
- Jakich danych potrzebujemy, by zaprojektować instalacje ciepłej wody użytkowej oraz instalacje grzewcze?
- Energia cieplna w budynku a wskaźnik EP
- Instalacja ogrzewania centralnego a może ogrzewanie indywidualne – co wybrać?
- Węzeł ciepłowniczy
- Instalacja grzewcza współpracująca z kotłem gazowym
- Instalacja ciepłej wody użytkowej oraz instalacja grzewcza współpracujące z pompą ciepła
- Inne rozwiązania: kotły na paliwo stałe, kocioł olejowe
Jakich danych potrzebujemy, by zaprojektować instalacje ciepłej wody użytkowej oraz instalacje grzewcze?
Instalacje grzewcze oraz instalacje ciepłej wody użytkowej powinny być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby zapewnić komfort mieszkańcom, a jednocześnie nie narażać ich na wysokie rachunki. Muszą być bezpieczne, bezawaryjne, energooszczędne, najlepiej także zautomatyzowane.
- Przeczytaj też: Czym jest wspólnota mieszkaniowa?
Zanim wybierze się konkretne rozwiązanie, warto zebrać szereg danych na temat budynku i jego okolicy, by mieć pełny obraz sytuacji. To pozwoli przeanalizować różne możliwości i wybrać optymalne rozwiązanie. Ważne są wielkość działki, kubatura obiektu, liczba mieszkańców, a także dostępne miejsce na działce i w budynku, które można przeznaczyć na montaż urządzeń i instalacji. Przede wszystkim jednak należy sprawdzić infrastrukturę w sąsiedztwie inwestycji i dostępność mediów. Jeśli w pobliżu znajduje się sieć gazowa, ciepłownicza lub geotermalna, warto uzyskać dane na temat warunków podłączenia, możliwości ich finansowania i terminów realizacji.
Trzeba też dowiedzieć się, czy w okolicy danej inwestycji nie obowiązują uchwały antysmogowe, mające na celu stopniowe eliminowanie urządzeń przyczyniających się do wytwarzania szkodliwego dla zdrowia ludzi i środowiska smogu. Te wszystkie informacje pozwolą brać pewne rozwiązania pod uwagę albo wykluczą ich zastosowanie, a wówczas trzeba szukać innych opcji.
Polecany artykuł:
Energia cieplna w budynku a wskaźnik EP
To w jaki sposób energia cieplna będzie dostarczana do budynku w dużej mierze zależy od przepisów związanych z efektywnością energetyczną budynków, określone w warunkach technicznych.
Konieczne jest spełnienie wymagań określających wartość wskaźnika nieodnawialnej energii pierwotnej – EP. Maksymalna dopuszczalna wartość EP na potrzeby ogrzewania, wentylacji, przygotowywania ciepłej wody dla budynków wielorodzinnych wynosi 65 kWh/(m2·rok).
Przy jej obliczaniu uwzględnia się zarówno sposób ogrzewania obiektu i podgrzewania wody użytkowej, jak i izolacyjność przegród zewnętrznych. W praktyce okazuje się, że nawet przy bardzo dobrym ociepleniu budynku trudno jest spełnić wymagania dotyczące EP. Często niezbędne do tego jest zastosowanie źródeł energii odnawialnej. Trzeba to uwzględnić przy projektowaniu źródła ciepła, instalacji grzewczej i przygotowania ciepłej wody użytkowej.
- Przeczytaj również: Czy świadectwo energetyczne jest obowiązkowe?
W tym celu sporządza się charakterystykę energetyczną dla każdego budynku i określonej lokalizacji. Oblicza się w niej m.in. konieczny do spełnienia EP udział odnawialnych źródeł energii w całkowitym bilansie energetycznym budynku. Charakterystyka energetyczna jest załącznikiem do projektu budowlanego, a wykonanie jej powinno się zlecić projektantowi z uprawnieniami. Dodatkowo, aby mógł sporządzić charakterystykę energetyczną, musi być on wpisany na listę osób do tego uprawnionych (rejestrcheb.mrit.gov.pl/rejestr-uprawnionych).
Warto przy tym pamiętać, że zgodnie z warunkami technicznymi w przypadku budynków podlegających przebudowie wymagania odnośnie do EP uznaje się za spełnione, jeżeli przegrody oraz wyposażenie techniczne budynku podlegające przebudowie odpowiadają przynajmniej wymogom izolacyjności cieplnej.
Instalacja ogrzewania centralnego a może ogrzewanie indywidualne – co wybrać?
Standardowym rozwiązaniem stosowanym w nowych budynkach są instalacje centralnego ogrzewania. Mogą pracować tylko na potrzeby ogrzewania albo również przygotowywać ciepłą wodę użytkową. W źródle ciepła, którym może być węzeł ciepłowniczy, kocioł na gaz, rzadziej olej lub paliwo stałe, albo pompa ciepła, przygotowywany jest czynnik grzewczy, który systemem przewodów jest rozprowadzany po całym budynku. Trafia do odbiorników ciepła, którymi najczęściej są grzejniki ścienne lub zabudowane w podłodze, ale może to być też ogrzewanie podłogowe, i w ten sposób ciepło jest przekazywane do poszczególnych pomieszczeń. Instalacja ogrzewania centralnego i urządzenia do ogrzewania są wymiarowane zgodnie z normami dotyczącymi obliczania zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń, a także obliczania oporu cieplnego i współczynnika przenikania ciepła przegród budowlanych.
Do obliczania szczytowej mocy cieplnej przyjmuje się wartość temperatury zewnętrznej – w zależności do strefy, w której znajduje się obiekt – w zakresie od –16 do –24°C (zgodnie z normą), a temperatury wewnętrznej na poziomie 20°C dla pomieszczeń przeznaczonych na stały pobyt ludzi, 24°C w łazienkach, 8°C na klatkach schodowych. Dodatkowo, określając moc, uwzględnia się także specyfikę poszczególnych źródeł ciepła, tak by zapewnić ciągłość ogrzewania w całym sezonie grzewczym, a także dostępność ciepłej wody użytkowej przez cały rok.
Przeczytaj również: Nowoczesne grzejniki stalowe i aluminiowe a efektywność cieplna
W systemach centralnych grzejniki oraz inne urządzenia odbierające ciepło z instalacji grzewczej powinny być wyposażone w regulatory dopływu ciepła. Działają one automatycznie w zależności od zmian temperatury wewnętrznej w pomieszczeniach. Indywidualną regulację w poszczególnych pomieszczeniach zapewniają montowane przy grzejnikach zawory z głowicami termostatycznymi. Konieczne są urządzenia do rozliczania kosztów ogrzewania na poszczególne lokale mieszkalne. Obsługą i konserwacją centralnego systemu grzewczego zajmuje się zarządca lub administrator budynku, który zleca obowiązkowe przeglądy, interweniuje w razie awarii.
Rzadziej spotykanym rozwiązaniem, raczej nadającym się do mniejszych budynków i kamienic, są indywidualne urządzenia grzewcze, zaopatrujące w ciepło poszczególne lokale mieszkalne. Mogą pracować na potrzeby ogrzewania lub ciepłej wody użytkowej albo spełniać obie te funkcje. W praktyce są to np. wiszące kotły kondensacyjne zasilane gazem, niekiedy indywidualne podgrzewacze wody użytkowej. Są kompaktowe, zautomatyzowane, bezobsługowe. Kotły mogą być dwufunkcyjne, więc rozwiązują problem i ogrzewania, i podgrzewania wody użytkowej. Użytkownicy mogą w pewnym stopniu indywidualnie wpływać na wysokość rachunków za ogrzewanie, racjonalnie zużywając energię, ograniczając przegrzewanie pomieszczeń, obniżając temperaturę na czas nieobecności itd.
Zaplanowanie indywidualnych urządzeń grzewczych w każdym mieszkaniu wiąże się jednak z koniecznością rozprowadzenia instalacji gazowej po całym budynku (ograniczeniem jest wysokość budynku), znalezienia miejsca na liczniki gazu (na klatce schodowej), wykonaniem rozbudowanego systemu do odprowadzania spalin i doprowadzania powietrza, a także odprowadzenia kwaśnych skroplin z kotła. Do obowiązków każdego z właścicieli lokali należy też obsługa i konserwacja takiego urządzenia. Za to nie trzeba wydzielać osobnego, zwykle sporego pomieszczenia na wspólną kotłownię ani rozprowadzać instalacji grzewczej po całym budynku (w tym np. cyrkulacji c.w.u.).
Węzeł ciepłowniczy
Korzystanie z miejskiej sieci ciepłowniczej to wygodne rozwiązanie, ale nie zawsze dostępne, bo możliwe tylko w obiektach, które położone są w jej zasięgu. Dodatkowo muszą dopuszczać je warunki techniczne, a ponadto powinno być ekonomicznie uzasadnione.
Zarządca budynku występuje do gestora sieci ciepłowniczej o warunki przyłączenia. Na ich podstawie wykonuje się projekt przyłącza oraz węzła cieplnego, które trzeba zlecić projektantowi instalacji sanitarnych z uprawnieniami. Czasami wymagane są dwa odrębne projekty – instalacji sanitarnej i elektrycznej. Przedsiębiorstwa ciepłownicze mają swoje wytyczne odnośnie do projektowania przyłącza cieplnego i samego węzła oraz ich montażu. Przy czym dostępne są różne opcje – węzeł cieplny można wybudować na własny koszt na podstawie projektu uzgodnionego w przedsiębiorstwie ciepłowniczym, a niekiedy oferowana jest budowa węzłów, które pozostają własnością przedsiębiorstwa ciepłowniczego, na jego koszt.
- Przeczytaj również: Klimatyzator do mieszkania
Węzeł może dostarczać energię cieplną tylko na potrzeby ogrzewania (jednofunkcyjny) albo również ciepłej wody (dwufunkcyjny). Niekiedy w budynku potrzebne jest ciepło technologiczne, np. przy technologii basenowej lub klimatyzacji (np. gdy na parterze znajdują się lokale usługowe), wówczas węzeł jest trzyfunkcyjny. Na węzeł ciepłowniczy należy wydzielić pomieszczenie techniczne. Niezbędna jest w nim sprawna wentylacja, a także podłączenie do kanalizacji, studzienka schładzająca.
W budynku podłączonym do sieci ciepłowniczej powinny być zamontowane układ pomiarowo-rozliczeniowy (ciepłomierz) służący do rozliczania zużytego ciepła, a także urządzenia umożliwiające indywidualne rozliczanie kosztów ogrzewania poszczególnych lokali (zarówno mieszkalnych, jak i usługowych, jeśli takie są). Systemy grzewcze zasilane w ten sposób powinny być wyposażone w automatykę, która reguluje dopływ ciepła adekwatnie do zmian warunków atmosferycznych.
- Zobacz też: Liczniki ze zdalnym odczytem
Sieć ciepłownicza zapewnia stabilne dostawy energii, dobrze współpracuje z różnymi typami instalacji, bo może dostarczać czynnik grzewczy o określonych parametrach (niskich lub wysokich). Ograniczeniem jest jej dostępność. Nie zawsze technicznie możliwe i opłacalne jest wykonywanie bardzo długiego przyłącza cieplnego, np. gdy budynek znajduje się w dużej odległości od sieci. Czasochłonne jest też uzyskanie niezbędnej dokumentacji, uzgodnień i wykonanie przyłącza.
Polecany artykuł:
Instalacja grzewcza współpracująca z kotłem gazowym
Ogrzewanie gazowe do niedawna było jednym z polecanych rozwiązań z uwagi na wygodę, niezawodność i stosunkowo niskie koszty eksploatacji. Nowoczesne kotły to urządzenia kondensacyjne, czyli osiągające wysoką sprawność. Mają zamkniętą komorę spalania, dzięki czemu są bezpieczne, bo proces spalania jest odizolowany od kotłowni. Są praktycznie bezobsługowe. Ich pracą mogą sterować zaawansowane układy automatyki, dzięki czemu szybko dostosowują się do bieżących warunków i potrzeb mieszkańców. Wpływa to korzystnie na efektywność pracy i przenosi realne oszczędności.
- Przeczytaj również: Detekcja gazu w kotłowni
Kotłownia gazowa wymaga doprowadzenia gazu do budynku. To ogranicza możliwość wyboru takiego rozwiązania. Instalacje dostarczające gaz muszą spełniać szereg wymagań wynikających ze specyfiki tego paliwa, a także warunków technicznych przyłączenia określonych przez dostawcę tego paliwa. Pomieszczenie, w którym znajdzie się kotłownia gazowa, musi być zgodne z wymogami dotyczącymi wysokości, kubatury, wentylacji i odprowadzenia spalin, a także dopływu powietrza do spalania określonymi w warunkach technicznych, normach i odrębnych przepisach.
Ograniczenia w rozprowadzeniu instalacji gazowej dotyczą np. budynków o wysokości większej niż 35 m nad poziomem terenu. Może być ona doprowadzona jedynie do pomieszczeń technicznych (z urządzeniem gazowym) umieszczonych w piwnicy i na najniższej kondygnacji naziemnej, ale także na najwyższej kondygnacji budynku lub nad nią, pod warunkiem zastosowania urządzeń stabilizujących ciśnienie gazu.
Wymagania względem kotłowni zależą również od mocy kotła. Do 30 kW może to być pomieszczenie nieprzeznaczone na stały pobyt ludzi, powyżej 60 kW musi to być wydzielone lub przewidziane wyłącznie na kotłownię pomieszczenie techniczne.
Kotły gazowe mogą być wiszące lub stojące, niekiedy stosuje się kaskadę dwu lub więcej urządzeń. Dostarczają ciepło na potrzeby ogrzewania, a także wody użytkowej, a wtedy potrzebne są zbiorniki do jej magazynowania. Trzeba przewidzieć na nie miejsce, bo są one zwykle bardzo duże, aby zapewnić wszystkim mieszkańcom komfort korzystania z c.w.u.
Gdy źródłem ciepła jest kocioł gazowy, niezbędny jest – oprócz projektu ogrzewania – również projekt instalacji gazowej. Znajdą się w nim wytyczne wykonania przyłącza gazu, a także rozprowadzenia instalacji gazowej wewnątrz budynku (do kotłowni). Konieczne jest też zamontowanie skrzynki gazowej z kurkiem głównym, umożliwiającym odcięcie dopływu paliwa, a także licznikiem gazu. Niekiedy trzeba spełnić dodatkowe formalności, np. zastosowanie instalacji gazowej w budynku o wysokości powyżej 25 m wymaga uzyskania pozytywnej opinii wydanej przez właściwego komendanta wojewódzkiego Państwowej Straży Pożarnej.
- Przeczytaj również: Czy czujnik czadu wykryje gaz?
Gdy w pobliżu działki nie ma sieci gazowej, można rozważyć korzystanie z instalacji zbiornikowej na propan-butan, ale tylko w przypadku budynków niskich. W tym przypadku jest jednak konieczne znalezienie miejsca na zbiornik zewnętrzny – do wyboru jest wersja naziemna i podziemna.
Rozważając wybór ogrzewania gazowego, warto zwrócić uwagę na wskaźnik EP. Niekiedy wybór kotła gazowego jako jedynego źródła ciepła w budynku nie pozwala uzyskać niskiego EP i konieczne jest zastosowanie OZE. To zwykle komplikuje instalację, bo potrzebne jest drugie – odnawialne źródło ciepła. Może nim być pompa ciepła wspomagana fotowoltaiką lub instalacja solarna.
Instalacja ciepłej wody użytkowej oraz instalacja grzewcza współpracujące z pompą ciepła
Na potrzeby ogrzewania i przygotowywania ciepłej wody użytkowej może też pracować pompa ciepła, powietrzna lub gruntowa. Te w pełni zautomatyzowane urządzenia z grupy odnawialnych źródeł energii stają się coraz bardziej popularne. Ich udoskonalane konstrukcje i nowoczesne technologie pozwalają stosować je zarówno w budynkach nowych, jak i modernizowanych. Niewątpliwym atutem pomp ciepła są niskie koszty eksploatacyjne, bo pozyskują darmową energię zakumulowaną w powietrzu lub w gruncie.
Inwestycyjnie zdecydowanie tańsze są pompy ciepła powietrzne niż gruntowe. Łatwiej też znaleźć na nie miejsce, bo można je ustawić przy budynku, ale też na dachu, co jest mniej uciążliwe (np. w kwestii hałasu). W zależności od warunków atmosferycznych zmienia się ich efektywność, a poniżej określonej temperatury wymagają wspomagania elektrycznego.
Droższym, za to bardziej stabilnym źródłem energii, osiągającym lepszą efektywność są pompy gruntowe. Pracują efektywnie cały rok, bo w gruncie panują stabilne warunki temperaturowe. Jednak wykonanie odwiertów lub ułożenie wymiennika gruntowego jest nie tylko drogie, lecz także często trudne do zrealizowania, np. w gęstej, miejskiej zabudowie.
- Zobacz: Efektywność pomp ciepła
Pompy ciepła to ekologiczne i energooszczędne rozwiązanie, trzeba jednak pamiętać o tym, że wraz ze spadkiem temperatury poniżej 0°C (w warunkach obliczeniowych) obniża się ich efektywność (współczynnik COP) i wymagają zasilania energią elektryczną. Jeśli będzie do tego wykorzystywana energia z sieci elektroenergetycznej, to wiąże się ze wzrostem kosztów eksploatacyjnych całego systemu. Dodatkowo energia elektryczna, która jest wytwarzana z użyciem paliw kopanych, np. węgla, nie wlicza się do rozwiązań ekologicznych i może to uniemożliwić spełnienie wymogów EP. Z tego względu lepszym rozwiązaniem, choć wymagającym dodatkowych nakładów inwestycyjnych, jest pozyskiwanie energii do zasilania pomp z instalacji fotowoltaicznej. Korzysta się wtedy z darmowego, odnawialnego źródła energii, jakim jest promieniowanie słoneczne. Na panele PV trzeba jednak przewidzieć sporo miejsca na dachu lub elewacji, co nie zawsze jest łatwe do spełnienia, gdy jest ich kilkanaście lub kilkadziesiąt, a przy tym nie mogą być zacienione i muszą być odpowiednio zorientowane względem stron świata.
- Dowiedz się więcej: Współczynniki COP i SCOP
Inną opcją na zasilanie pompy ciepła jest korzystanie z tzw. z gwarancją pochodzenia, którą udostępniają niektórzy gestorzy sieci elektroenergetycznej. Wówczas ta część energii, którą dostarczają pozyskiwana jest z odnawialnych źródeł energii, np. farm wiatrowych lub fotowoltaicznych. Dzięki temu zalicza się ją do rozwiązań ekologicznych.
W budynkach wielorodzinnych coraz częściej spotykanym rozwiązaniem są instalacje hybrydowe działające w oparciu o powietrzne pompy ciepła i drugie, konwencjonalne urządzenie grzewcze, takie jak kocioł, będące źródłem szczytowym. Dla konkretnych warunków i lokalizacji oblicza się punkt biwalentny, do którego to pompa ciepła dostarcza energię cieplną do budynku, a poniżej niego układ grzewczy zasila kocioł. To zapewnia ekonomiczną pracę systemu i ogranicza zużycie energii elektrycznej przez pompę ciepła.
Inne rozwiązania: kotły na paliwo stałe, kocioł olejowe
Choć nowoczesne kotły na paliwa stałe z automatycznymi podajnikami i zasobnikami paliwa spełniają restrykcyjne wymogi dotyczące niskoemisyjności (np. te na pelety), to jednak z uwagi na konieczność stałego nadzoru, uciążliwą obsługę czy konieczność magazynowania paliwa na miejscu odchodzi się od tego typu rozwiązań na rzecz tych bardziej ekologicznych i w pełni bezobsługowych.
Do mniej popularnych rozwiązań, przede wszystkim z uwagi na wysoki koszt wytworzenia 1 kWh energii cieplnej, należy kotłownia olejowa. Podobnie jak gazowa nie wymaga zaangażowania w obsługę. Wymaga przeznaczenia osobnego pomieszczenia na kocioł, a także miejsca na zbiorniki do przechowywania oleju opałowego. Trzeba pamiętać o uzupełnieniu dostaw z odpowiednim wyprzedzeniem, aby go nie zabrakło. Pomieszczenia na kocioł i zbiorniki oleju muszą spełniać szereg wymagań, ale niekiedy jest to jedyna dostępna opcja.
