Instalacje energooszczędne w domu: koszty i opłacalność

Jak zdefiniować dom energooszczędny?

W powszechnym mniemaniu jest to nieruchomość, w której zastosowano specjalne przegrody, minimalizujące emisję ciepła na zewnątrz domu.

W praktyce o energooszczędności określonej inwestycji decyduje przede wszystkim implementacja różnych, przenikających się ze sobą instalacji, działających zarówno w sposób pasywny, jak i aktywny.

Czerp energię z zewnątrz!

Kluczem do pełnej energooszczędności jest nie tylko redukcja traconej energii, ale przede wszystkim pozyskiwanie jej z zewnątrz.

Służą ku temu różne instalacje energooszczędne w domu jednorodzinnym, których rolą jest konwertowanie energii odnawialnej w energię użytkową.

Nie jest to łatwe, gdyż energia odnawialna charakteryzuje się zwykle pewnym dynamizmem.

Trudno dokładnie przewidzieć, jak dużą ilość energii uzyskamy z otoczenia, gdyż zwykle wpływ na nią mają zmienne warunki atmosferyczne.

W poniższym artykule przeanalizujemy najpopularniejsze rodzaje instalacji energooszczędnych montowanych w domach jednorodzinnych.

Wskażemy również ich najważniejsze zalety i wady, a także zajmiemy się ich opłacalnością z uwzględnieniem określonych warunków miejscowych.
Bez względu na to jaki system grzewczy wybierzemy, wydatki na ogrzewanie domu będą stanowiły 70-80% całkowitych kosztów jego użytkowania. Decydujący wpływ na wysokość tych wydatków mają w szczególności:

• Ciepłochronność budynku, a z tym wiąże się ilość energii potrzebnej do jego ogrzania.
• Rodzaj wykorzystanego paliwa.

Orientacyjnie w zależności od regionu kraju i poziomu ciepłochronności domu jednorodzinnego, przewiduje się zużycie 80-120kWh/m2 na rok, zapotrzebowania na energię do ogrzania.

Przybliżone koszty montażu instalacji energooszczędnych w domu o powierzchni użytkowej ~160m2

Energia pozyskiwana z wiatru

Turbiny wiatrowe to urządzenia elektrodynamiczne, których zadanie polega na konwersji energii wiatru, do energii elektrycznej.

Małe, przydomowe elektrownie wiatrowe w niczym nie przypominają dużych wiatraków, instalowanych głównie nad morzem lub w Bieszczadach.

Ich moc jest stosunkowo niska i zwykle nie przekracza 2 – 3 kW.

Jak działa turbina wiatrowa?

Turbina wiatrowa składa się z wirnika i prądnicy (generatora elektrycznego).

Energia wiatru napędza wirnik, który następnie wprawia w ruch turbinę.

Istotnym problemem związanym z montażem turbiny wiatrowej jest wymóg maksymalnego wykorzystania jej efektywności.

W tym celu, montuje się ją albo bardzo wysoko, albo pomiędzy budynkami (gdzie wiatr przyspiesza).

Budowa elektrowni wiatrowej

Turbiny wiatrowe występują najczęściej w dwóch różnych konfiguracjach.

Pierwsza z nich posiada wirnik o osi poziomej, która przypomina śmigła.

Z kolei w drugiej konfiguracji, wirnik jest usytuowany pionowo, co przedkłada się na działanie niezależne od kierunku wiatru.

Turbiny z wirnikiem poziomym muszą posiadać specjalny statecznik, który usytuuje je względem wiejącego wiatru.

Niestety, wiąże się to z większą podatnością turbiny na silne podmuchy wiatru (powyżej 100 km/h).

Dostępne na rynku turbiny potrafią zapewnić moc rzędu 2 – 3 kW.

Najbardziej rozbudowane konstrukcje mogą zaoferować aż dwa razy więcej, ale są to z reguły rozwiązania masywne i nieporęczne (waga około 200 kg).

Dzięki włóknom szklanym i węglowym, konstrukcje te charakteryzują się bardzo dużą odpornością na oddziaływania zewnętrzne.

Do ich optymalnej pracy wymagany jest wiatr o prędkości około 10 m/s.

Oczywiście turbina wiatrowa wytworzy energię również przy znacznie słabszym wietrze (od 2 m/s), aczkolwiek uzyskana w ten sposób moc będzie stanowić około 10 procent nominalnej mocy generatora.

Pozwolenia i efektywność turbin wiatrowych

Budowa turbiny wiatrowej nie jest obarczona dodatkowymi pozwoleniami, o ile ma ona charakter wolno stojący.

Oznacza to, że nie może ona posiadać dodatkowej podstawy, np. w postaci fundamentu.

Zamontowanie jej na dachu domu nie wymaga więc dodatkowych formalności.

Czy turbina wiatrowa jest opłacalna?

Standardowa elektrownia wiatrowa, której moc nominalna to około 500 W, kosztuje co najmniej 7 – 15 tysięcy złotych.

Na tym jednak koszty się kończą, gdyż użytkownik turbin nie musi ponosić praktycznie żadnych kosztów eksploatacyjnych.

Wadą takich systemów jest ich niska skuteczność związana z klimatem.

Szacuje się, że przy optymalnej sile wiatru, elektrownia wiatrowa może wytwarzać energię w co czwarty dzień (zdolność wytwórcza na poziomie 25 procent).

Zaletą systemów opartych na turbinach wiatrowych, jest ich duża mobilność.

Można je zamontować dosłownie wszędzie.

Zaleca się również, by w skład takich instalacji wchodził akumulator, a także stabilizatory napięcia i częstotliwości.

Instalacje energooszczędne – kolektory słoneczne

Zadaniem kolektorów słonecznych jest przekazanie energii słonecznej do wewnętrznego obwodu grzewczego, a następnie wykorzystanie jej np. do ogrzewania wody.

Oczywiście kolektor słoneczny nie posiada 100 procentowej sprawności.

Część energii zostanie bezpośrednio utracona, np. w formie emitowanego promieniowania świetlnego.

Kolektory słoneczne rurowe, czy płaskie?

Kolektory słoneczne produkuje się w dwóch podstawowych wersjach:

• płaskiej,
• rurowej.

Konstrukcja płaska jest najbardziej rozpowszechniona.

Nic w tym dziwnego – jej cena jest zdecydowanie niższa, a parametry tylko niewiele słabsze od kolektorów rurowych.

W obydwu rozwiązaniach substancją roboczą jest glikol, który jest odporny na działanie niskich temperatur.

Woda byłaby co prawda znacznie tańsza, ale ze względu na możliwość odkładania się kamienia, nie zaleca się jej wykorzystywania w kolektorach słonecznych.

Podstawowym elementem kolektora płaskiego jest absorber, będący stalową, miedzianą, lub aluminiową płytą.

Zwykle jest on pokryty dodatkową powłoką, zwiększającą ilość pochłanianych promieni świetlnych.

Kolektory słoneczne są obowiązkowo wyposażane w specjalne płaty wykonane z twardego i wytrzymałego szkła.

Chronią one powierzchnię absorbera przed uszkodzeniem, zwiększając jednocześnie efektywność jego pracy (efekt szklarniowy).

Dobry kolektor powinien być też zabezpieczony specjalną warstwą izolującą, która zapobiegnie utracie ciepła w wymienniku.

Alternatywą dla kolektorów płaskich są kolektory rurowe próżniowe.

Ich zaletą jest możliwość wykorzystywania promieniowania rozproszonego, a więc takiego, które przebija się przez warstwę chmur.

Dzięki temu są one nieco wydajniejsze, niż ich płaskie odpowiedniki.

Dostępne na rynku kolektory rurowe można podzielić na dwa podstawowe rodzaje – z bezpośrednim przepływem czynnika bądź z rurką ciepła.

W pierwszym wariancie kolektor posiada kilkanaście szklanych rur, w których występuje próżnia.

Dzięki niej straty ciepła do otoczenia są zdecydowanie niższe.

W każdej z rur znajduje się absorber i rurka, wewnątrz której czynnik roboczy jest nagrzewany.

W wariancie drugim czynnik roboczy jest doprowadzony do stanu gazowego, a następnie przesyłany do wymiennika, gdzie ulega skropleniu.

Zaletą tego rozwiązania jest bardzo duża sprawność, dzięki czemu kolektor ten sprawdzi się również zimą i w pochmurne dni.

Czy solary się opłacają?

Systemy solarne są dość kosztowne.

Niemniej perspektywa posiadania dostępu do ciepłej wody bez konieczności rozpalania pieca w miesiącach wiosennych i letnich jest bardzo kusząca.

Na łączny koszt zakupu i montażu kolektorów słonecznych składa się nie tylko sam kolektor, ale i:

• rury,
• zasobniki,
• grzałki elektryczne,
• pompy cyrkulacyjne,
• układy automatyki.

Koszty eksploatacji instalacji są relatywnie niskie, aczkolwiek zdarzają się tu awarie (np. układów automatyki).

W bardziej zaawansowanych instalacjach (z pompą cyrkulacyjną) pojawia się też koszt energii elektrycznej, niezbędnej do pracy pompy.

Podsumowując, kolektory słoneczne są opłacalną inwestycją, aczkolwiek czas jej zwrotu jest stosunkowo długi i wynosi od 5 do nawet 10 lat (w zależności od wykorzystywanego paliwa do ogrzewania domu).

Wody z kolektorów nie wykorzystamy raczej do podgrzania domu.

Opcjonalnie możemy nią podgrzać wodę w basenie.

Wybierając kolektory słoneczne, możemy liczyć na stosunkowo duże zyski.

Szacuje się, że pozwolą one zredukować koszty eksploatacji c.w.u nawet o 70 procent (w okresie letnim).

Pompa ciepła

Wbrew pozorom nazwa pompa ciepła nie ogranicza się wyłącznie do jednego urządzenia.

Tak naprawdę dotyczy ona całej instalacji, pobierającej ciepło bezpośrednio z otoczenia.

Instalacja pompy ciepła składa się z następujących elementów:

• wymiennika pobierającego ciepło z otoczenia,
• sprężarki,
• wymiennika oddającego ciepło bezpośrednio do instalacji,
• zaworu.

Elementy te tworzą obieg zamknięty.

Oznacza to, że krążący w jego wnętrzu czynnik chłodniczy, nie musi być uzupełniany.

Jak  działa pompa ciepła?

Substancją przekazującą ciepło pomiędzy otoczeniem a domem jest specjalny czynnik chłodniczy.

Poprzez system parowników, rur i sprężarek, przenosi on ciepło uzyskane w ziemi, wodzie, lub innym, naturalnym środowisku bezpośrednio do układu oddającego ciepło wewnątrz domu.

Obecnie w sprzedaży znajdują się trzy różne systemy pomp ciepła.

Różnią się one pomiędzy sobą sposobem pozyskiwania energii z zewnątrz.

Pompa ciepła powietrze – woda

To  układ, w którym czynnik chłodzący pobiera energię cieplną z ciepła atmosferycznego i odprowadza go do wymiennika ciepła, znajdującego się najczęściej w wodzie.

Pompa ciepła solanka – woda

To instalacja pobierająca ciepło bezpośrednio z warstw powierzchniowych.

Czynnikiem chłodzącym jest tu solanka, która charakteryzuje się bardzo niską temperaturą zamarzania (co jest konieczne na tak niewielkiej głębokości).

Pompa ciepła woda – woda.

To układ, w którym ciepło jest pobierane z wód gruntowych i oddawane do instalacji ogrzewającej wnętrze domu.

Wadą tego rozwiązania jest wykorzystanie dość dużych ilości wody, które w warunkach naturalnych nie zawsze mają określoną temperaturę.

Instalacja takiego układu wymaga najczęściej odpowiedniego urzędowego zezwolenia.

Ile to kosztuje pompa ciepła i czy warto w nią zainwestować?

Koszt zakupu, instalacji i użytkowania pompy ciepła jest dość wysoki.

Trudno oszacować konkretną wartość danej inwestycji, gdyż jest ona uzależniona od szeregu czynników, takich jak:

• moc układu,
• głębokość, na której zostanie on zamontowany,
• wykorzystane materiały,
• zapotrzebowanie gospodarstwa domowego na ciepło,
• ewentualne czynności formalne.

Mimo to, użytkowanie pompy ciepła wiąże się ze sporymi oszczędnościami, szacowanymi na poziomie od 50 do nawet 70 procent.

Koszty zakupu i instalacji pompy ciepła można znacząco zredukować, dzięki specjalnym dofinansowaniom.

Można je uzyskać z trzech źródeł:

1. Banku Gospodarki Krajowej.
2. Budżetu gminy.
3. Wojewódzkich Funduszy Ochrony Środowiska.

Zaletą pomp ciepła jest też ich uniwersalność.

Można je wykorzystywać zarówno latem, jak i zimą.

W lecie doskonale sprawdzą się one jako zamiennik klimatyzacji, wydajnie schładzając powietrze we wnętrzu domu.

Z kolei zimą pozwolą na zredukowanie kosztów ponoszonych z tytułu ogrzewania domu.

Wadą pomp ciepła jest konieczność zasilenia ich energią elektryczną.

Na szczęście zamontowana w układzie sprężarka nie pobiera dużo energii.

Instalacje energooszczędne – rekuperator

Podstawową cechą instalacji rekuperacyjnej, jest możliwość odzyskania ciepła z powietrza usuwanego na zewnątrz i ponowne jego przekazywanie do wnętrza domu.

Jest to możliwe dzięki odpowiedniej konstrukcji tzw. central rekuperacyjnych.

Ścianki oddzielające od siebie dwa przeciwstawne prądy powietrza są bardzo cienkie i jednocześnie mają dużą powierzchnię.

Dzięki temu ciepło przenika przez nie stosunkowo łatwo.

Dlaczego warto mieć rekuperator?

Instalacja systemu rekuperatorów wiąże się z wieloma korzyściami. Oto najważniejsze z nich:

Brak alergenów

W większości systemów rekuperacyjnych zainstalowane są specjalne filtry, które wychwytują cząstki mogące odpowiadać za powstanie reakcji alergicznych.

Z reguły bardzo powoli ulegają one zapchaniu, co przedkłada się na relatywnie niskie koszty wykorzystywania systemów rekuperacyjnych.

Brak konieczności montowania dodatkowych systemów wentylacyjnych

Instalacja rekuperacyjna sama w sobie jest układem wentylacyjnym.

Dzięki wbudowanym kanałom przepływu powietrza, pozostałe elementy elewacyjne mogą być hermetyczne, co oczywiście ma ogromny wpływ na ogólną charakterystykę termoizolacyjną budynku.

Możliwość sterowania z zewnątrz

Układ rekuperacyjny nie jest układem pracującym w sposób stały i nieprzerwany.

Jego pracę można regulować za pomocą odpowiednich przekaźników.

Dzięki temu możliwe jest dokładne wyregulowanie instalacji np. pod kątem intensywności nawiewu.

Rekuperatory i ich rodzaje

Istnieją trzy podstawowe rodzaje rekuperatorów, które różnią się pomiędzy sobą konstrukcją i metodą wymiany ciepła.

Rekuperatory z czynnikiem pośrednim

To urządzenia, które stosowane są zwłaszcza w tych obiektach, które zimą są ogrzewane a latem chłodzone.

Rozwiązanie to ma jedną, istotną wadę.

Jeśli rurka pracuje w układzie grawitacyjnym, konieczne jest zamontowanie kanału nawiewnego, bezpośrednio nad kanałem wywiewnym.

W ten sposób ciepłe, wywiewane powietrze, będzie ogrzewało metodą konwekcji powietrze wpływające do wnętrza domu.

Rekuperatory z ruchomym wypełnieniem

To urządzenia, które wymagają zastosowania dodatkowych napędów elektrycznych.

Służą one do napędzania dodatkowych wirników posiadających specjalne wypełnienie akumulacyjne.

Niestety, nie jest to jedyna wada tych urządzeń.

Częstym problemem występującym w tych układach jest pojawiająca się nieszczelność pomiędzy ścianką (nieruchomą) a wypełnieniem (ruchomym), co w oczywisty sposób zmniejsza parametry instalacji.

Rekuperatory płytowe

To urządzenia, które są najczęściej wybierane przez budujących domy jednorodzinne.

Ich konstrukcja jest stosunkowo prosta, co przedkłada się na mniejszą awaryjność i niższą cenę układu.

Najpopularniejszym wariantem płytówek są rekuperatory krzyżowe.

Jaki rekuperator będzie najlepszy?

W związku z tym, że rekuperatory instaluje się w domach o zwiększonej hermetyczności ścian, dobór odpowiednich urządzeń jest szczególnie ważny.

Podstawowym kryterium jest tutaj ilość powietrza, jaką w ciągu godziny dany rekuperator może dostarczyć do wnętrza domu.

Istnieje nawet norma, która określa, jak dużo powietrza powinna mieć do dyspozycji osoba, przebywająca w różnych pomieszczeniach.

O ile w przypadku zwykłych pomieszczeń, człowiek dorosły powinien mieć do dyspozycji 30 metrów sześciennych powietrza na godzinę, o tyle w przypadku tzw. pomieszczeń specjalnych, zapotrzebowanie to będzie nieco inne.

Przykładowo dla kuchni z oknem i kuchenką gazową, optymalna ilość świeżego powietrza oscyluje w okolicach 70 metrów sześciennych na godzinę.

Zastąpienie kuchenki gazowej urządzeniem elektrycznym, wpływa na drastyczny spadek zapotrzebowania na świeże powietrze.

W analogicznej kuchni z kuchenką elektryczną spadnie ono do zaledwie 30 metrów sześciennych na godzinę.

Jeśli dana kuchnia nie posiada okna, zapotrzebowanie to nieco wzrośnie do 50 metrów sześciennych na godzinę.

Analogiczna wartość została przewidziana dla łazienki.

W przypadku toalety zapotrzebowanie to będzie jeszcze mniejsze i wyniesie około 30 metrów sześciennych na godzinę.

Jak obliczyć wydajność wymaganego rekuperatora?

Najlepiej pomnożyć ją przez ilość mieszkających w danym domu osób, a następnie zsumować wartości przypisane dla każdego z pokoi.

Przykładowo, jeśli łączna powierzchnia domu wynosi od 150 do 200 metrów kwadratowych, konieczny będzie zakup urządzenia zapewniającego od 300 do nawet 400 metrów sześciennych na godzinę.

Tak duża wydajność będzie jednak wiązać się z większym zużyciem energii.

Do zasilenia wyżej wymienionego rekuperatora, konieczne będzie źródło o mocy co najmniej 300 W.

Co wpływa na wybór instalacji energooszczędnej

1. Architektura budynku.
   Jednym z najistotniejszych założeń domu energooszczędnego, czy domu pasywnego jest zwarta i prosta bryła domu.
   Budynki mieszkalne jednorodzinne o skomplikowanej architekturze, rozległych poziomach i zbyt otwartych dużych przestrzeniach, trudniej jest ogrzać.
   Instalacje w takich budynkach też będą kosztowniejsze, niż w przypadku budynków o zwartej kubaturze.
2. Lokalizacja pomieszczenia kotłowni.
   Ważnym czynnikiem jest również lokalizacja w budynku pomieszczenia kotłowni (miejsce pieca CO, pompy ciepła itp.) – najlepiej, aby to pomieszczenie umieścić “pośrodku” domu, tak aby optymalnie można było rozprowadzić poszczególne instalacje.
3. Orientacja domu na działce.
   Przy zastosowaniu instalacji solarnej ważna jest orientacja domu na działce, oraz rodzaj połaci dachowej.
   Koszt systemu solarów może wynieść od około 25 000 zł do 50 000 zł, w zależności od wielkości domu.
   W domach, w których zaprojektowano płaski dach bez problemu można zamontować panele solarne na specjalnym stelażu z możliwością obracania się za ruchem słońca.
   W domach z dachem dwuspadowym również nie będzie problemu, ale już przy dachach wielospadowych z licznymi lukarnami jedynym rozwiązaniem może okazać się montaż paneli słonecznych na stelażu samonośnym na terenie działki.
   Problemem w tym przypadku może być brak wystarczającej ilości miejsca na działce.
4. Wielkość działki.
   Przy wyborze pompy ciepła wielkość działki ma również duże znaczenie – jeśli dysponujemy niewielką parcelą, wówczas stosujemy instalację pionową, przy dużej działce – instalację poziomą.
   Mało kto zdaje sobie sprawę, że tak naprawdę energia wykorzystywana przez pompę ciepła nie pochodzi z ziemi, tylko z energii słonecznej.
   Mankamentem tego rozwiązania jest konieczność zasilania jednostki centralnej pompy ciepła z sieci elektrycznej.

Podsumowanie

W naszym klimacie, nie istnieje możliwość ogrzania domu z wyłącznym wykorzystaniem źródeł odnawialnych.

Niemniej, instalacje energooszczędne w domu jednorodzinnym i tak będą miały bardzo duży wpływ na redukcję kosztów ogrzewania i ewentualnej klimatyzacji.

Warto zastanowić się nad stosowaniem rozwiązań energooszczędnych, tym bardziej, że w niedalekiej przyszłości “zmuszą” nas do tego nowe przepisy dotyczące charakterystyki energetycznej budynków.

Nowelizacja tych przepisów ma na celu przygotowanie Inwestorów, projektantów, producentów materiałów budowlanych, oraz wykonawców do wymagań Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r., w sprawie charakterystyki energetycznej domów.

Dyrektywa ta zobowiązuje państwa członkowskie do wprowadzenia zmiany sposobu wznoszenia budynków tak, aby od początku 2021 r. wszystkie nowo powstające budynki były obiektami “o niemal zerowym zużyciu energii”.