Odnawialne źródła energii w systemach grzewczych w budynku jednorodzinnym

Nowo projektowane budynki muszą spełniać warunki dotyczące izolacyjności przegród i oszczędności energii zawarte w Rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1]. Przegrody muszą się charakteryzować współczynnikami przenikania ciepła U, wyrażonymi w W/(m²·K), mniejszymi lub równymi wartościom podanym w tabelach, a dla budynku mieszkalnego jednorodzinnego wskaźnik zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP_H+W na potrzeby ogrzewania, wentylacji oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej, obliczony zgodnie z metodyką wykonywania świadectw charakterystyki energetycznej budynku [2], musi być mniejszy lub równy 70 kWh/(m²·rok) (dla budynku wielorodzinnego wartość ta wynosi 65) [1]. Im mniejszym wskaźnikiem zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną charakteryzuje się budynek, tym mniejsza jest emisja dwutlenku węgla do atmosfery, co oznacza, że zastosowano bardziej ekologiczne rozwiązania zasilania w energię.

Wskaźnik zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną dla budynku mieszkalnego wyposażonego w instalacje ogrzewania i wentylacji oraz ciepłej wody użytkowej obliczany jest ze wzoru:

EP_H+W = (Q_K,H⋅ w_H+ Q_K,W⋅ w_w + E_el,pom⋅ w_el)/A_f

Wskaźnik odniesiony jest do powierzchni o regulowanej temperaturze powietrza w budynku A_f, czyli praktycznie do powierzchni ogrzewanej budynku.

Roczne zapotrzebowanie na energię końcową dla systemu ogrzewania Q_K,H oraz dla systemu przygotowania ciepłej wody użytkowej Q_K,W oblicza się, uwzględniając sprawności systemów ogrzewania i ciepłej wody, zgodnie ze wzorami:

Q_K,H = Q_H,nd /η_H,tot

i

Q_K,W = Q_W,nd /η_W,tot

η_H,tot = η_H,g ⋅ η_H,s ⋅ η_H,d ⋅ η_H,e

i

η_W,tot   = η_W,g ⋅ η_W,s ⋅ η_W,d ⋅ η_W,e

Średnioroczne sprawności w instalacji ogrzewania (η z indeksem H) oraz ciepłej wody użytkowej (η z indeksem W) oznaczają odpowiednio średnioroczne sprawności: wytwarzania (η_H,g i η_W,g), akumulacji (η_H,s i η_W,s), przesyłu (η_H,d i η_W,d) oraz wykorzystania i regulacji (η_H,e i η_W,e).

Fot. stock.adobe/urasak

W obliczeniach wg rozporządzenia [2] uwzględnia się również energię elektryczną pomocniczą E_el,pom służącą do napędu urządzeń pomocniczych w rozpatrywanych systemach technicznych.

Współczynniki nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej w_H, w_w i w_el na wytworzenie i dostarczenie energii do systemów w budynku są przyjmowane na podstawie tabeli z rozporządzenia [2]. W przypadku miejscowego wytwarzania energii w budynku: z paliw konwencjonalnych są równe 1,1; z energii słonecznej, wiatrowej czy geotermalnej są równe 0, a z biomasy i biogazu wynoszą odpowiednio 0,2 i 0,5. Jak widać, zastosowanie źródeł energii odnawialnej w budynku znacznie zmniejsza wskaźnik EP_H+W i tym samym umożliwia spełnienie wymagań warunków technicznych [1]. W praktyce budynki spełniające wymagania warunków technicznych dotyczące maksymalnych współczynników przenikania ciepła [1] nie spełnią wymagań odnośnie do maksymalnego wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną bez zastosowania w systemach instalacyjnych dużego udziału odnawialnych źródeł energii.

PRODUKTY >>> Ogrzewnictwo i ciepłownictwo >>>

Odnawialne źródła energii – z jakiego wsparcia finansowego mogą skorzystać inwestorzy

Zastosowanie technologii opartych na OZE ciągle jeszcze generuje wysokie koszty inwestycyjne, wyższe niż w przypadku źródeł energii opartych na paliwach konwencjonalnych, dlatego też istotne dla inwestorów są programy wsparcia przedsięwzięć w budynkach nowo wznoszonych czy modernizowanych. Wsparcie finansowe w ramach programu „Czyste powietrze” czy „Ustawy o wspieraniu termomodernizacji i remontów (…)” przeznaczone jest dla budynków modernizowanych.

Dla nowych budynków przewidziany jest program „Moje ciepło”, który umożliwia uzyskanie bezzwrotnej dotacji na zakup i montaż pompy ciepła wraz z osprzętem na cele ogrzewania lub ogrzewania i przygotowania c.w.u. w budynkach o podwyższonym standardzie energetycznym. Wymogiem jest, aby budynek spełniał bardziej restrykcyjne wymagania energooszczędności niż te, które są w aktualnych warunkach technicznych [1]. W roku 2022 wymagany był maksymalny wskaźnik EP_H+W = 63 kWh/(m²·rok) (o 10% mniejszy niż wg rozporządzenia [1]), a w następnych latach ma być zmniejszony do 55 kWh/(m²·rok). Wysokość dotacji to 30–45% kosztów kwalifikowanych inwestycji, ale nie więcej niż 7000 zł w przypadku powietrznej pompy ciepła i 21 000 zł w przypadku gruntowej pompy ciepła. W budynku nie może być równocześnie zastosowane dodatkowe źródło ciepła na cele ogrzewania opalane paliwem stałym (np. kominki z płaszczem wodnym lub z rozprowadzeniem powietrza).

Program „Mój prąd 4.0” jest programem wsparcia dla instalacji fotowoltaicznych o mocy od 2 do 10 kWp odebranych od dnia 1 kwietnia 2022 r. w budynkach nowych czy modernizowanych. Wielkość dotacji zależy od zakresu inwestycji, która może obejmować oprócz mikroinstalacji PV również następujące elementy: magazyn ciepła, magazyn energii elektrycznej, montaż inteligentnych systemów zarządzania energią. Rozliczanie realizowane jest w systemie net-billingu, co oznacza, że rozliczana będzie nie ilość (jak w systemie net-metering), ale wartość energii według aktualnych stawek. Prosumenci sprzedają nadwyżki energii do sieci elektroenergetycznej według średnich cen z poprzedniego miesiąca (od sprzedanej energii nie płacą VAT, akcyzy ani podatku dochodowego), a gdy instalacja produkuje za mało energii w stosunku do chwilowych potrzeb, kupują energię elektryczną z sieci według wybranej taryfy ze wszystkimi obciążeniami.

W dalszej części artykułu:

Odnawialne źródła energii w przykładowym budynku jednorodzinnym

Opis analizowanych wariantów rozwiązań instalacyjnych

• Pompa ciepła i instalacja fotowoltaiczna
• Kocioł gazowy i kolektory słoneczne

Wskaźniki rocznego zużycia energii oraz emisja CO₂

Odnawialne źródła energii – porównanie kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych przedstawionych wariantów

Cały artykuł dostępny jest w numerze 3/2023 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”.

dr inż. Aleksandra Specjał
Politechnika Śląska
Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki

Literatura
1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (t.j. Dz.U. z 2022 r. poz. 1225).
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej (Dz.U. z 2015 r. poz. 376).