JAK WYBRAĆ ŹRÓDŁO CIEPŁA?

Zbliżający się sezon grzewczy jest zawsze pretekstem do refleksji, jaki system ogrzewania jest najkorzystniejszy dla użytkownika, czyli, upraszczając, jak najtaniej ogrzać dom czy mieszkanie, zapewniając sobie komfort cieplny potrzebny do przebywania w zajmowanych pomieszczeniach.

Fakt, że ciepło stanowi ok. 80–85% udział w bilansie energetycznym gospodarstwa domowego, wskazuje, że jest o czym dyskutować, szczególnie teraz, gdy mamy do czynienia z lawinowym wzrostem cen nośników energii, czyli energii elektrycznej, gazu, ale także węgla czy biomasy, w tym najbardziej popularnego pelletu. Wzrosty cen surowców energetycznych mają oczywiście przełożenie na koszty ciepła sieciowego dostarczanego w miastach do budynków za pośrednictwem sieci centralnego ogrzewania.

Czynniki wyboru

Wybór źródła ciepła zależy od wielu czynników. Bardzo często użytkownicy końcowi, mając jakiś wybór, w pierwszej kolejności kierują się kryterium możliwości dostępnego dofinansowania, a nie kosztami, jakie będą generowane w przyszłości przez dane źródło ciepła w trakcie eksploatacji. Dlatego warto zrewidować standardowy schemat tworzenia instrumentów wsparcia i przejść na wsparcie sektorowe, co oznacza, by zamiast wspierania konkretnej technologii wspierać cały sektor zazielenia ciepła oraz dać wybór najbardziej efektywnego rozwiązania. Bez względu na to, jaki rodzaj ogrzewania wybierzemy, należy pamiętać, że koszty ogrzewania zależą od wielu czynników, wśród których gdzieś na dalszej pozycji jest sam wybór źródła ciepła.

Kultura eksploatacji

Planując ogrzewanie domu, powinniśmy pamiętać, że „najtańsza energia to ta, której nie zużywamy”, dlatego zacznijmy od kultury eksploatacji instalacji grzewczej. Polega to pokrótce na optymalnym wykorzystaniu dostępnych zasobów ciepła, czyli utrzymywaniu odpowiedniego do potrzeb użytkowych poziomu temperatury w pomieszczeniach. Dzięki temu zużywamy tyle ciepła, ile rzeczywiście potrzebujemy i eliminujemy np. otwieranie okien w przegrzewanych pomieszczeniach przy równoczesnym maksymalnym poborze ciepła do ich ogrzewania.

Analiza warunków wyjściowych

Wszelkie dywagacje na temat porównań kosztów różnych sposobów ogrzewania należy traktować z dużą rezerwą. Wskaźnikowe porównanie aktualnych kosztów wytworzenia ciepła przy wykorzystaniu danego nośnika energii też jest złudne, ponieważ ceny nośników są zmienne w czasie, do tego są często różne w zależności od lokalizacji i ich dostępności na miejscu. Na przykład: jak zakwalifikować ciepło pozyskiwane z kolektorów słonecznych, w wypadku gdy Słońce nie wystawia faktury za dostarczoną energię? Dlatego w większości tego typu zestawień ciepło słoneczne nie jest ujmowane, w wyniku czego rzadziej jest brane pod uwagę jako źródło ciepła do ogrzewania, a nie tylko do przygotowania c.w.u. Należy też pamiętać, że nie wszędzie można taką technologię zastosować, ale jeżeli jest taka możliwość, to możemy w namacalny sposób ograniczyć koszty ogrzewania. Warto także zwrócić uwagę, że często nieco wyższe koszty inwestycji w źródło ciepła i w termomodernizację budynku mogą się zwrócić w szybkim czasie poprzez niższe koszty eksploatacji.

Wybór systemu ogrzewania jest jedną z kluczowych decyzji związanych z budową czy renowacją domu, a szeroka gama dostępnych na rynku technologii umożliwia wybór najbardziej efektywnego źródła ciepła dopasowanego do lokalnych warunków i standardu technicznego budynku. Jest wiele kryteriów dotyczących planowania systemu ogrzewania domu. Trzeba jeszcze raz podkreślić, że na ilość potrzebnego do ogrzania domu ciepła wpływ mają dwa główne czynniki: kultura użytkowników oraz sama konstrukcja budynku i likwidacja potencjalnych miejsc strat ciepła. Dopiero wtedy, znając jeszcze lokalne możliwości pozyskiwania ciepła, można wybrać odpowiednią dla określonego domu technologię ogrzewania.

Chodzi o to, aby w pierwszej kolejności korzystać z tych źródeł, które są dostępne na miejscu i nie trzeba używać zewnętrznych nośników energii. Do takich rozwiązań można zaliczyć wykorzystanie pasywnego ciepła słonecznego, pamiętając równocześnie o unikaniu przegrzewania się domu w okresie letnim, oraz ciepła pochodzącego z najbliższego otoczenia budynku – gruntu, wody, powietrza, jak również samych dostępnych lokalnie nośników energii i paliw. Każde rozwiązanie jest dobre, jeżeli w efekcie pozwoli na ponoszenie niskich kosztów energii z tytułu ogrzewania w trakcie eksploatacji. Dom energooszczędny potrzebuje znacznie mniej energii w porównaniu do konwencjonalnego budynku. Dlatego tego typu obiekty są ogrzewane za pomocą instalacji pracującej na tzw. niskich parametrach, czyli temperatura zasilania ogrzewania podłogowego czy grzejników jest dużo niższa w porównaniu z tym, do czego byliśmy przyzwyczajeni przez dziesiątki lat. Dodatkowo już standardem w budownictwie energooszczędnym jest odzysk ciepła z wentylacji, czyli rekuperacja. Dzięki temu moc urządzeń grzewczych – bez względu na to, które zostanie wybrane – jest znacznie zredukowana w stosunku do domów o podobnej funkcjonalności, które były budowane w technologii konwencjonalnej. Ma to bezpośrednie przełożenie na obniżenie kosztów inwestycyjnych związanych z zakupem źródła ciepła lub późniejszymi kosztami ogrzewania.

Należy unikać przewymiarowania instalacji i źródeł ciepła

Wyższa założona moc to często wyższe zużycie gazu, pelletu, energii elektrycznej w wypadku pomp ciepła lub kotłów elektrycznych, a co za tym idzie – wyższe koszty inwestycji i eksploatacji. Przy doborze mocy należy się kierować wielkością ogrzewanej powierzchni oraz powiązaną z tym kubaturą, uwzględniając strefy temperaturowe w domu, aby uniknąć pełnego ogrzewania tych pomieszczeń, które ze względu na funkcję nie wymagają temperatury uzyskiwanej w obszarach mieszkalnych. Trzeba zwrócić uwagę, czy dane urządzenie spełni założenia projektowe. W przeciwnym wypadku będziemy narzekać albo na zimno w domu, albo na zbyt wysokie opłaty za ciepło, albo na jedno i drugie.

Lokalizacja projektowanego domu ma duże znaczenie

Wbrew krążącym na rynku opiniom nie ma urządzenia, które można by zastosować wszędzie z takim samym efektem. Na przykład dom dobrze zlokalizowany względem kierunków świata umożliwi zastosowanie z powodzeniem darmowego ciepła pochodzącego z energii słonecznej. Ale w innej lokalizacji stopień zacienienia budynku i jego sąsiedztwa może być tak duży, że bardziej będzie się opłacało zastosować np. pompę ciepła. Trzeba też uważać na to, czy dolne źródło ciepła pompy będzie w stanie zapewnić wystarczającą ilość ciepła z gruntu, wody, powietrza czy wilgoci zawartej w powietrzu, jak również zwrócić uwagę na zakładaną sprawność takiej pompy, żeby nie było konieczne nadmierne zużycie dodatkowej energii elektrycznej do prawidłowego funkcjonowania instalacji. W obszarach zurbanizowanych może nie być technicznych możliwości do zainstalowania kolektorów słonecznych lub pomp ciepła, ale są do dyspozycji jeszcze inne technologie grzewcze zasilane np. gazem, energią elektryczną czy biomasą.

Opłacalność uzależniona od czynników

Nie można jednoznacznie stwierdzić, które ze wspomnianych rozwiązań jest obecnie najbardziej opłacalne w kontekście zarówno kosztów zakupu, jak i późniejszej eksploatacji. Po prostu nie da się jednoznacznie sklasyfikować opłacalności ogrzewania na ogólnym poziomie. Na rynku krążą różne opinie, zestawienia, statystyki oraz porównania, które w efekcie pokazują takie wyniki, jakich oczekują zleceniodawcy publikowanych raportów czy studiów. Z dostępnych statystyk można się często dowiedzieć, że najtańszym źródłem energii jest węgiel, a jeszcze lepszym – ciepło systemowe. Obecnie widać, że ceny węgla i paliw węglopochodnych biją rekordy, pomijając fakt, że w większości przypadków ten sposób grzania jest głównym źródłem niskiej emisji, która jest bardzo szkodliwa dla zdrowia użytkowników takich instalacji oraz ich sąsiadów. Statystyki często wskazywały, że OZE są bardzo drogie i w ogóle się nie opłacają, ponieważ stopa zwrotu inwestycji to według tych opracowań kilkadziesiąt lat. Tymczasem, wraz z cenami nośników energii, okres zwrotu tych instalacji coraz bardziej się skraca. Na końcu pod względem wysokich kosztów ogrzewania jest zwykle wymieniana energia elektryczna. Jeżeli jednak prosument ma do tego idealne warunki lokalizacyjne oraz techniczne i zdecyduje się np. na zainstalowanie paneli fotowoltaicznych lub małej turbiny wiatrowej, z których uzyskiwana energia elektryczna będzie wykorzystywana także do zasilania pompy ciepła lub kotła elektrycznego – wtedy ma ogrzewanie praktycznie za darmo, szczególnie gdy będzie mógł magazynować wytworzoną energię na miejscu, a nie w sieci. Okres zwrotu takich instalacji, pomimo wysokich kosztów początkowych, ulega znacznemu skróceniu.

Kotły gazowe też przeszły swoją drogę ewolucji technicznej i obecnie montowane urządzenia kondensacyjne pozwalają na bardzo wydatne ograniczenie kosztów z tytułu ogrzewania – pod warunkiem, że mamy przyłącze gazowe oraz ceny gazu będą na przystępnym poziomie. Warto tutaj dodać, że obecnie montowane gazowe kotły kondensacyjne w ogromnej większości są dostosowane do wykorzystania mieszanki gazu zawierającej 20% wodoru, a w przyszłości będą wykorzystywać nawet 100% wodoru, co potwierdzają działające obecnie projekty pilotażowe. Zresztą, jeśli chodzi o wygodę, jest to technologia sprawdzona, praktycznie bezobsługowa i ograniczenie kosztów ogrzewania w istniejących budynkach zależy od nas samych. Zmienne zapotrzebowanie na ciepło można w gazowym kotle kondensacyjnym skorygować tzw. modulacją mocy, która w wielu kotłach jest standardem.

Gaz a dekarbonizacyjne wyzwania

Gazy odnawialne i zdekarbonizowane mają zasadnicze znaczenie dla osiągnięcia do 2050 r. neutralności zasobu budynków pod względem emisji dwutlenku węgla, zwiększenia udziału elektryfikacji w zaopatrzeniu w energię w sposób bezpieczny oraz zwiększania efektywności energetycznej w gospodarce i gospodarstwach domowych. Oczekuje się, że budynki pozostaną największym odbiorcą zużywającym energię końcową, ze szczytowym zapotrzebowaniem na energię w okresach roku, kiedy panują najniższe temperatury. W związku z tym zwiększenie wykorzystania energii elektrycznej do ogrzewania pomieszczeń za pomocą wydajnych pomp ciepła jest jedną z dostępnych efektywnych technologii do osiągnięcia założonych celów. Jednak nie całe zapotrzebowanie na ciepło może być i będzie pokrywane przez elektryczne pompy ciepła oraz grzewcze układy hybrydowe, ze względu na możliwy niedobór w dostawach energii elektrycznej, a także problemy z siecią przesyłową i dystrybucyjną. Ograniczeniem w tym zakresie jest także wielkość zapotrzebowania na ciepło do ogrzania danego budynku, szczególnie już istniejącego, oraz specyfika lokalnego klimatu. Należy również podkreślić, że 75% budynków w Europie nie spełnia aktualnych wymogów efektywności energetycznej. Wysokie koszty początkowe inwestycji i zróżnicowane zachęty są jednymi z głównych barier utrudniających szybkość oraz głębokość renowacji. Wynika stąd, że znaczna część ciepła do ogrzewania pomieszczeń w budynkach mieszkalnych, biurowych i przemysłowych będzie musiała być generowana przez odnawialne źródła ciepła, niewykorzystujące energii elektrycznej jako podstawowego źródła.

Nowoczesna technologia gazowych kotłów kondensacyjnych pozwala na wykorzystanie mieszanek gazu z udziałem do 20% wodoru w mieszance gazu. Rozwiązania te pasują zarówno do nowo wybudowanych budynków, jak i domów poddawanych renowacji, a jednocześnie pozwalają na optymalne wykorzystanie istniejącej już infrastruktury przesyłowej oraz dystrybucyjnej gazu. Rozwijana jest szeroka gama produktów z przeznaczeniem dla ogrzewania budynków, które będą działać w zasilaniu 100% wodorem – co dotyczy zarówno ogrzewania, jak i przygotowania ciepłej wody użytkowej. Ogrzewanie gazowe to najczęściej stosowane źródło ciepła w budynkach na terenie UE: w 2017 r. kotły gazowe stanowiły 70% zainstalowanych urządzeń grzewczych wykorzystujących wodę jako nośnik ciepła.

Kolektory słoneczne

Inną technologią, która przeżywa w ostatnich latach renesans, jest wykorzystanie ciepła pozyskiwanego przez kolektory słoneczne. Konkretnym przykładem jest tzw. dom słoneczny, tj. taki, w jakim powyżej 50% rocznego zapotrzebowania na ciepło i ciepłą wodę użytkową pochodzi z energii słonecznej, a odbywa się to z wykorzystaniem lokalizacji oraz odpowiedniej architektury budynku. Ze względu na wzrastające koszty klasycznego ogrzewania, podwyżki cen węgla, gazu, oleju czy energii elektrycznej, można spokojnie przyjąć, że taka inwestycja w pełni się amortyzuje po 5–10 latach, porównując koszty ogrzewania ponoszone w domu energooszczędnym. Jeżeli porównanie odniesiemy do zwykłego domu o przeciętnej termoizolacji, ta amortyzacja następuje oczywiście dużo szybciej, jeżeli ograniczymy w nim straty ciepła. Po tym czasie ponoszone koszty z tytułu eksploatacji ogrzewania są minimalne.

Nowym praktycznym rozwiązaniem są hybrydowe układy grzewcze, łączące kolektory słoneczne z podstawowymi źródłami ciepła w jedną optymalną instalację, pozwalającą na najlepsze wykorzystanie lokalnych zasobów ciepła. Taka instalacja umożliwia wyłączenie podstawowego ogrzewania i c.w.u. w miesiącach letnich, części okresu jesiennego oraz wiosennego, a nawet w słoneczne dni w okresie zimowym, ponieważ ciepło jest pozyskiwane z promieniowania słonecznego. Jeżeli energia elektryczna jest również generowana ze światła słonecznego za pomocą systemu fotowoltaicznego (systemu PV lub kolektorów hybrydowych PVT łączących cechy kolektora grzewczego i fotowoltaiki), może być wykorzystana także do celów grzewczych. System pozyskiwania ciepła z energii słonecznej może być łączony w układy hybrydowe z klasycznymi systemami grzewczymi zasilanymi różnymi paliwami, takimi jak kotły gazowe, ogrzewanie elektryczne, a także z innymi urządzeniami wykorzystującymi odnawialne źródła energii, np. pompami ciepła, wydatnie ograniczając zużycie nośników energii służących do ich zasilania. Instalacje kolektorów słonecznych do dodatkowego wspomagania systemu grzewczego są najbardziej złożonymi, ale jednocześnie najbardziej efektywnymi energetycznie systemami ogrzewania, jeżeli pozwalają na to lokalne warunki nasłonecznienia i możliwości magazynowania ciepła. Taka forma słonecznego wykorzystania ciepła przynosi zwykle w całkowitych kosztach ogrzewania oszczędności od 10 do 30%. Wielką zaletą energii słonecznej jest to, że jest dostępna bezpłatnie i może być wykorzystywana, dając wymierny efekt ekonomiczny. Pewną niedogodnością jest nieregularność – ze względów pogodowych – dostępnych godzin słonecznych w klimacie umiarkowanym, czyli także w Polsce. Paradoksalnie Słońce pojawia się mniej, kiedy jest szczególnie potrzebne do ogrzewania budynków, a świeci szczególnie dużo, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest mniejsze, co trzeba uwzględnić przy projektowaniu instalacji, aby zapobiegać jej przegrzewaniu się. Żeby ten problem rozwiązać, a przynajmniej złagodzić, konieczne jest magazynowanie ciepła.

Pompy ciepła i hybrydowe możliwości

Inwestorzy często obawiają się, że nowoczesne rozwiązania grzewcze, jak np. pompy ciepła, mogą nie sprawdzić się przy niskich temperaturach. Jeżeli instalacja pomp ciepła jest dobrze dobrana i wykonana, to jest to urządzenie praktycznie bezobsługowe. Obecna różnorodność odmian pomp ciepła gwarantuje możliwość ich doboru w dużej części lokalizacji. Wysokosprawne pompy ciepła (charakteryzowane poprzez tzw. współczynnik COP, określający, w jakim stopniu urządzenie wykorzystuje darmowe ciepło z otoczenia w stosunku do zużytej energii elektrycznej) gwarantują, że nawet w zimne dni w domu będzie panowała komfortowa temperatura. Jeżeli nastąpi wychłodzenie dolnego źródła ciepła, to mamy do dyspozycji grzałkę elektryczną, która uzupełni brakujące ciepło. Do tego pompy ciepła można łączyć z innymi technologiami wykorzystującymi odnawialne źródła energii, np. z panelami fotowoltaicznymi czy kolektorami słonecznymi. Tego typu układy zaliczamy do hybrydowych. Na przykład pompy ciepła z panelami fotowoltaicznymi, najlepiej wzbogaconymi jeszcze o magazyn energii elektrycznej, mogą zapewnić 100% ciepła z OZE, ponieważ energia elektryczna potrzebna do zasilania pompy będzie pochodzić z energii słonecznej. Podobnie zresztą do zasilania pompy ciepła można zastosować małą turbinę wiatrową. Takie rozwiązania cieszą się coraz większym zainteresowaniem z uwagi na możliwą ograniczoną podaż energii elektrycznej – wynikającą ze zwiększenia zapotrzebowania na energię elektryczną ze strony innych – obok ogrzewnictwa – branż i dekarbonizacji energetyki polegającej na wyłączaniu elektrowni zasilanych paliwami kopalnymi, jeżeli wyłączane moce nie zostaną zrównoważone energią pochodzącą z OZE. Od kilku lat pojawiają się także komba urządzeń łączących w sobie rekuperator, pompę ciepła i np. kocioł gazowy.

Kotły na biomasę

Warto także zwrócić uwagę na kotły pelletowe, które są szczególnie popularne na obszarach wiejskich, gdzie jest łatwiejszy dostęp do paliwa i są większe możliwości jego magazynowania. Obecnie są to urządzenia spełniające wyśrubowane warunki ograniczania emisji, praktycznie w pełni zautomatyzowane pod kątem zasypu paliwa, inicjacji zapłonu oraz sterowania. Kotły pelletowe coraz częściej wykorzystują technologie kondensacji, przez co są mniej emisyjne i wymagają mniej paliwa do wytworzenia ciepła.

Nowoczesne urządzenia grzewcze zyskują na popularności

Urządzenia, które jeszcze niedawno były nowością dostępną tylko dla zapaleńców, stały się normą dostępną dla wszystkich. Technologia pomp ciepła, kolektorów słonecznych, nowoczesnych kotłów na biomasę czy kotłów gazowych lub elektrycznych bardzo się rozwinęła. Masowość produkcji spowodowała obniżki cen, dzięki czemu nowoczesne technologie są dostępne dla przeciętnego obywatela. Ten proces będzie postępować, dzięki czemu jest szansa na szybkie wyparcie starych, nieefektywnych energetycznie urządzeń przez te energooszczędne. Pewnym czynnikiem powodującym przyspieszenie w tej dziedzinie jest dopracowywanie i upowszechnianie rozwiązań z zakresu magazynowania ciepła. Coraz częściej stosuje się układy hybrydowe, w tym kolektory hybrydowe PVT, czyli kogenerację słoneczną, które zawierają w sobie także panele fotowoltaiczne.

Nie do przecenienia jest też świadomość obywateli i ich dążenie do niezależności energetycznej, co będzie miało z pewnością wpływ na dalszy rozwój energetyki rozproszonej, w tym także efektywnego ciepła rozproszonego. Rozwój technologii jest faktem, szczególnie w dziedzinie kotłów kondensacyjnych, układów mikrokogeneracyjnych, pomp ciepła, magazynowania ciepła, energetyki słonecznej, a także technologii, które są obecnie na poziomie nowatorskim, a o których z pewnością usłyszymy w najbliższych latach.

Zdjęcia: Janusz Starościk