Jednym z najpopularniejszych urządzen grzewczych jest kocioł gazowy. Jego zastosowanie w budynku o nowym standardzie WT 2017 wymaga jednak podjęcia dodatkowych kroków. Może być koniecznie uzupełnienie wyposażenia domu o wentylację mechaniczną z rekuperacją ciepła i/lub o instalację solarnę.
1. Kocioł gazowy w budynku o standardzie WT 2017
10 wariantów obliczeń dla budynku jednorodzinnego z kotłem gazowym
Czynniki wpływające na zużycie energii pierwotnej przez budynek
Zalecenia dla spełnienia warunków WT 2017 w domu z kotłem gazowym
Wydanie 1/2016
20.02.2017
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl
2. 2
Warunki techniczne WT 2017
Maksymalne zużycie energii pierwotnej EP
Zgodnie z warunkami technicznymi WT 2017, budynki jednorodzinne projektowane
od 2017 roku muszą cechować się odpowiednim standardem izolacji cieplnej, a także
efektywnością energetyczną systemu grzewczo-wentylacyjnego. Warunki WT 2017
określają maksymalne dopuszczalne zużycie energii pierwotnej EP. Jednostkowo nie może
ono przekraczać 95 kWh rocznie na 1 m2 powierzchni użytkowej budynku niezależnie od
rodzaju nośnika energii. Im mniej efektywne wytwarzanie energii pierwotnej, tym trudniejsze
będzie spełnienie wymagania jej maksymalnego zużycia (EPmax = 95 kWh/m2rok).
3. 3
Rodzaje energii
Energia pierwotna
EP
Energia końcowa
EK
Energia użytkowa
EU
Energia pierwotna to energia zawarta w paliwie wykorzystywanym
do wytwarzania energii elektrycznej lub ciepła przesyłanego np.
z elektrociepłowni. Zużycie energii pierwotnej mówi o obciążeniu
środowiska naturalnego. Tak zwany współczynnik nakładu równy
np. 3,0 mówi o tym, że dostarczenie do budynku 1 kWh energii
końcowej EK wymaga wytworzenia 3 kWh energii pierwotnej EP.
Energia końcowa to energia dostarczana do budynku, mierzona
na liczniku energii elektrycznej, na gazomierzu lub wprost przeliczana
na podstawie magazynowanej ilości paliwa (paliwo stałe, olej opałowy).
Jej zużycie jest zależne od wymaganej ilości energii użytkowej EU
i od efektywności energetycznej systemu ogrzewania, chłodzenia,
wentylacji i podgrzewania ciepłej wody użytkowej.
Energia użytkowa to energia zużywana w obrębie budynku dla
potrzeb ogrzewania, chłodzenia, wentylacji i podgrzewania ciepłej
wody użytkowej. Jej zapotrzebowanie wynika wprost ze standardu
izolacji cieplnej budynku, ilości zużywanej wody użytkowej, sposobu
korzystania (osłabienie nocne ogrzewania, praca pompy cyrkulacji
wody użytkowej, itd.).
4. 4
Kocioł gazowy dla budynku jednorodzinnego
wykonanego w standardzie WT 2017
Podstawowym rozwiązaniem stosowanym w nowych budynkach jednorodzinnych są kotły
gazowe. Od lipca 2015 roku po wejściu w życie dyrektywy tzw. ErP (ekoprojekt), do wyboru
dla nowych budynków pozostają tylko kotły kondensacyjne posiadające klasę efektywności
energetycznej A.
Czy jednak zastosowanie samego kotła kondensacyjnego gwarantuje spełnienie warunku
WT 2017 przez budynek? Czy jest konieczne zastosowanie dodatkowych elementów
systemu grzewczego, wentylacyjnego i podgrzewania wody użytkowej? Jakie czynniki
odgrywają wpływ na obniżenie zużycia energii pierwotnej?
5. 5
Przykładowy budynek 1-rodzinny
- podstawowe parametry techniczne
Dla celów porównawczych, dokonano obliczeń zapotrzebowania na energię pierwotną
dla 10-ciu wariantów systemów grzewczych z kotłem kondensacyjnym.
Budynek z poddaszem użytkowym – wg projektu pracowni architektonicznej Archon
Konstrukcja budynku masywna (ściany zewnętrzne z bloczków betonowych)
Przegrody spełniają warunki WT 2017 w zakresie współczynnika przenikania ciepła U
o Strefa klimatyczna III, temperatura
zewnętrzna obliczeniowa: – 20 oC
o Temperatura wewnętrzna (pokoje/łazienki):
21/25 oC, osłabienie nocne o 1 stopień
o Powierzchnia ogrzewana (wg OZC): 149 m2
o Kubatura ogrzewania (wg OZC): 372 m3
o System ogrzewania podłogowego 35/28 oC
o System wentylacji: grawitacyjna lub
mechaniczna (zależnie od wariantu obliczeń)
o Zużycie wody użytkowej: 280 l/dzień
(70 l/dzień os., podgrzew 10/45 oC)
7. 7
Przykładowy budynek 1-rodzinny
- wykaz przegród budynku
Rodzaj elementu
Współczynnik przenikania ciepła
przegrody U [W/(m2·K)]
uzyskany wymagany WT 2017
Ściana zewnętrzna 0,228 0,230
Ściana wewnętrzna 0,284 0,300
Stropodach wentylowany 0,178 0,180
Strop pod poddaszem 0,179 1,800
Strop – ciepło do dołu 0,244 0,250
Podłoga na gruncie 0,286 0,300
Okna zewnętrzne 1,500 1,500
Okna połaciowe w dachu 1,300 1,300
Drzwi zewnętrzne 1,500 1,500
o ściana zewnętrzna
styropian 16 cm
o ściana wewnętrzna (przy
nieogrzewanym pomieszczeniu)
styropian 12 cm
o stropodach
wełna mineralna 25 cm
o strop pod poddaszem
wełna mineralna 18 cm
Uzyskanie współczynników U
będzie już możliwe stosując
podwójne przeszklenie okien.
Przegrody budynku spełniają minimalne wymagania Warunków Technicznych WT 2017.
W obliczeniach zastosowano grubości izolacji cieplnej dla spełnienia wymaganych
warunków (bez względu na występujące w sprzedaży standardowe grubości), np.:
8. 8
Podstawowe obliczone parametry
cieplne budynku 1-rodzinnego
Podstawowe wyniki obliczeń uzyskane
w programie Audytor OZC 6.6 Pro:
o Projektowa strata ciepła przez przenikanie: 5,70 kW
o Projektowa wentylacyjna strata ciepła: 2,67 kW
o Całkowita projektowa strata ciepła: 8,38 kW
Szczegółowe obliczenia projektowego
obciążenia cieplnego pomieszczeń, sezonowego
zapotrzebowania na energię cieplną budynku
oraz parametrów charakterystycznych
dla Świadectw Energetycznych, wykonano
w programie Audytor OZC 6.6 Pro firmy Sankom
9. 9
Wykorzystane komponenty w 10-ciu
wariantach obliczeniowych
W 10-ciu wariantach uwzględniono m.in. takie urządzenia jak:
Gazowy 1-funkcyjny kocioł kondensacyjny Vaillant ecoTEC o mocy grzewczej 3,3–14 kW
z podgrzewaczem wody o pojemności 150 litrów VIH R 150/6M lub gazowy kompaktowy
kocioł kondensacyjny Vaillant auroCOMPACT VSC D o mocy 4,3–21,5 kW z wbudowanym
solarnym podgrzewaczem wody 190 litrów
Opcjonalnie instalację solarną z 2 kolektorami płaskimi Vaillant VK 135 VD
Opcjonalnie rekuperator rekuperator recoVAIR VAR 260/4
System ogrzewania grzejnikowego lub podłogowego
Szczelność budynku: n50 = 3,0 h-1 (wentylacja grawit.) lub n50 = 1,5 h-1 (mechaniczna)
11. 11
EPmax WT 2017 = 95 kWh/m2rok
EP = 164,9 kWh/m2rok
WARIANT W1
uzyskany wskaźnik zużycia energii pierwotnej EP = 164,9 kWh/m2rok, znacznie
przekracza wartość dopuszczalną według warunków WT 2017 (o ponad 70%)
Wariant W1 jako wariant startowy (podstawowy) zakłada, że w budynku jednorodzinnym
o standardzie izolacji cieplnej zgodnym z warunkami WT 2017, zastosowano kocioł gazowy
kondensacyjny 1-funkcyjny, wiszący współpracujący z podgrzewaczem ciepłej wody
użytkowej. System grzewczy grzejnikowy pracuje z automatyką centralną kotłową.
Wentylacja naturalna funkcjonuje przy standardowej szczelności budynku (n50 = 3,0 h-1).
!
12. 12
WARIANT W2
EPmax WT 2017 = 95 kWh/m2rok
EP = 156,6 kWh/m2rok
W porównaniu do wariantu poprzedniego W1 zwiększono szczelność powietrzną budynku
(do wymagań jak dla wentylacji mechanicznej), pozostałe komponenty – bez zmian:
o Kocioł kondensacyjny zainstalowany w pomieszczeniu nieogrzewanym
o Ogrzewanie grzejnikowe z regulacją centralną bez miejscowej (bez zaworów termostatycznych)
o Wentylacja naturalna (grawitacyjna)
o Szczelność powietrzna budynku n50 = 1,5 h-1
WNIOSEK: zwiększenie szczelności powietrznej budynku obniżyło jego potrzebny cieplne
(energia użytkowa EU) i w konsekwencji tego obniżyło także zużycie energii pierwotnej EP.
Zużycie energii pierwotnej EP pozostaje nadal o blisko 65% wyższe od dopuszczalnego
(95 kWh/m2rok). Niezbędne jest dalsze obniżenie zapotrzebowania na energię użytkową
EU, końcową EK (wyższa efektywność urządzeń) oraz pierwotną (udział energii odnawialnej
w bilansie energetycznym budynku).
13. 13
WARIANT W3
EPmax WT 2017 = 95 kWh/m2rok
EP = 144,7 kWh/m2rok
W porównaniu do wariantu poprzedniego W2, zastosowano wentylację mechaniczną
z odzyskiem ciepła, pozostałe komponenty pozostawiono bez zmian:
o Kocioł kondensacyjny zainstalowany w pomieszczeniu nieogrzewanym
o Ogrzewanie grzejnikowe z regulacją centralną bez miejscowej (bez zaworów termostatycznych)
o Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła (rekuperator, sprawność 87%)
o Szczelność powietrzna budynku n50 = 1,5 h-1
WNIOSEK: zastosowanie rekuperatora obniżyło o ok. 17% potrzeby energii użytkowej EU,
jednak energia elektryczna potrzebna dla pracy rekuperatora zwiększyła zużycie energii
pierwotnej. Ostatecznie zużycie energii EP w porównaniu do wariantu wyjściowego
W1 obniżyło się o ok. 12%. Ważne jest zwracanie uwagi na efektywność energetyczną
rekuperatorów (np. certyfikat domu pasywnego jak dla Vaillant recoVAIR).
14. 14
WARIANT W4
EPmax WT 2017 = 95 kWh/m2rok
EP = 131,1 kWh/m2rok
Wariant bazuje na wariancie wyjściowym W1, gdzie jedyną różnicę stanowi zastosowanie
instalacji solarnej dla podgrzewania wody użytkowej (2 płaskie kolektory słoneczne):
o Kocioł kondensacyjny zainstalowany w pomieszczeniu nieogrzewanym
o Ogrzewanie grzejnikowe z regulacją centralną bez miejscowej (bez zaworów termostatycznych)
o Wentylacja naturalna (grawitacyjna)
o Szczelność powietrzna budynku n50 = 3,0 h-1
o Instalacja solarna dla podgrzewania wody użytkowej CWU (60% pokrycia rocznych potrzeb)
WNIOSEK: zastosowanie małej instalacji solarnej dla wspomagania podgrzewania wody
użytkowej, nie zapewni niższego od wymaganego zużycia energii pierwotnej. Wentylacja
naturalna, niski poziom szczelności budynku, a także większe straty ciepła z kotła do
pomieszczenia nieogrzewanego i brak automatyki miejscowej powodują wysokie potrzeby
energii użytkowej i końcowej. Instalacja solarna wprost zmniejsza zużycie energii
pierwotnej, ale w stopniu niewystarczającym.
15. 15
WARIANT W5
EPmax WT 2017 = 95 kWh/m2rok
EP = 110,9 kWh/m2rok
Wariant w porównaniu do poprzedniego W4 różni się dodatkowym zastosowaniem
wentylacji mechanicznej ze zwiększeniem szczelności budynku n50 = 1,5 h-1:
o Kocioł kondensacyjny zainstalowany w pomieszczeniu nieogrzewanym
o Ogrzewanie grzejnikowe z regulacją centralną bez miejscowej (bez zaworów termostatycznych)
o Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła (rekuperator, sprawność 87%)
o Szczelność powietrzna budynku n50 = 1,5 h-1
o Instalacja solarna dla podgrzewania wody użytkowej CWU (60% pokrycia rocznych potrzeb)
WNIOSEK: w dalszym ciągu niekorzystne warunki zabudowy kotła w pomieszczeniu
nieogrzewanym, a także brak regulacji miejscowej wpływa na większe od dopuszczalnego
zużycie energii pierwotnej. Wariant W5 jest podobny do W3, różniąc się zastosowaniem
instalacji solarnej. Instalacja solarna obniża o ok. 24% zużycie energii pierwotnej EP,
jednak nie wystarcza to do spełnienia warunków WT 2017.
16. 16
WARIANT W6
EPmax WT 2017 = 95 kWh/m2rok
EP = 103,8 kWh/m2rok
Wariant w porównaniu do poprzedniego W5 różni się jedynie umieszczeniem kotła
w pomieszczeniu mieszkalnym, co poprawia bilans zysków ciepła budynku:
o Kocioł kondensacyjny zainstalowany w pomieszczeniu ogrzewanym
o Ogrzewanie grzejnikowe z regulacją centralną bez miejscowej (bez zaworów termostatycznych)
o Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła (rekuperator, sprawność 87%)
o Szczelność powietrzna budynku n50 = 1,5 h-1
o Instalacja solarna dla podgrzewania wody użytkowej CWU (60% pokrycia rocznych potrzeb)
WNIOSEK: umieszczenie kotła w pomieszczeniu mieszkalnym wpływa na spadek potrzeb
energii końcowej, jaką należy doprowadzić do budynku. Świadczy to o wzroście
efektywności energetycznej systemu grzewczego. W dalszym jednak ciągu nie jest
spełniony warunek WT 2017 i zużycie energii pierwotnej EP jest wyższe do dopuszczalnego
wynoszącego 95 kWh/m2rok.
17. 17
WARIANT W7
EPmax WT 2017 = 95 kWh/m2rok
EP = 92,7 kWh/m2rok
Wariant w porównaniu do poprzedniego W6 różni się zastosowaniem regulacji miejscowej
w systemie ogrzewania grzejnikowego
o Kocioł kondensacyjny zainstalowany w pomieszczeniu ogrzewanym
o Ogrzewanie grzejnikowe z regulacją centralną oraz miejscową (z zaworami termostatycznymi)
o Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła (rekuperator, sprawność 87%)
o Szczelność powietrzna budynku n50 = 1,5 h-1
o Instalacja solarna dla podgrzewania wody użytkowej CWU (60% pokrycia rocznych potrzeb)
WNIOSEK: zastosowanie miejscowej regulacji wydajności grzewczej grzejników, w postaci
zaworów termostatycznych, zwiększa efektywność energetyczną systemu (niższe potrzeby
energii końcowej EK). Dzięki temu zapotrzebowanie energii pierwotnej EP może być
obniżone poniżej dopuszczalnego poziomu 95 kWh/m2rok.
18. 18
WARIANT W8
EPmax WT 2017 = 95 kWh/m2rok
EP = 98,8 kWh/m2rok
Wariant w porównaniu do poprzedniego W7 różni się zastosowaniem systemu ogrzewania
podłogowego z centralną regulacją wydajności:
o Kocioł kondensacyjny zainstalowany w pomieszczeniu ogrzewanym
o Ogrzewanie podłogowe z centralną regulacją wydajności
o Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła (rekuperator, sprawność 87%)
o Szczelność powietrzna budynku n50 = 1,5 h-1
o Instalacja solarna dla podgrzewania wody użytkowej CWU (60% pokrycia rocznych potrzeb)
WNIOSEK: zastosowanie ogrzewania podłogowego obniża parametry pracy kotła co
zwiększa jego efektywność energetyczną, jednak może wymagać większej ilości energii
elektrycznej dla pracy pompy obiegowej (większy pobór energii i czas pracy w porównaniu
do ogrzewania grzejnikowego). Wobec tego zużycie energii pierwotnej może przekroczyć
dopuszczalny wg warunków WT 2017 poziom.
19. 19
WARIANT W9
EPmax WT 2017 = 95 kWh/m2rok
EP = 94,4 kWh/m2rok
Wariant w porównaniu do poprzedniego W8 różni się zastosowaniem w systemie
ogrzewania podłogowego dodatkowej miejscowej regulacji wydajności:
o Kocioł kondensacyjny zainstalowany w pomieszczeniu ogrzewanym
o Ogrzewanie podłogowe z centralną oraz miejscową regulacją wydajności
o Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła (rekuperator, sprawność 87%)
o Szczelność powietrzna budynku n50 = 1,5 h-1
o Instalacja solarna dla podgrzewania wody użytkowej CWU (60% pokrycia rocznych potrzeb)
WNIOSEK: zastosowanie dodatkowej miejscowej regulacji wydajności ogrzewania
podłogowego (np. zawory regulacyjne na pętlach ogrzewania) zwiększa efektywność
energetyczną systemu grzewczego obniżając potrzeby energii końcowej EK. Tym samym
potrzeby energii pierwotnej ulegają obniżeniu i tak jak w tym przykładzie W7, mogą być
niższe od poziomu dopuszczalnego wg warunków technicznych WT 2017.
20. 20
WARIANT W10
EPmax WT 2017 = 95 kWh/m2rok
EP = 91,6 kWh/m2rok
Wariant w porównaniu do poprzedniego W10 różni się wzrostem standardu izolacyjności
cieplnej w układzie podgrzewania ciepłej wody użytkowej
o Kocioł kondensacyjny zainstalowany w pomieszczeniu ogrzewanym
o Ogrzewanie podłogowe z centralną oraz miejscową regulacją wydajności
o Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła (rekuperator, sprawność 87%)
o Szczelność powietrzna budynku n50 = 1,5 h-1
o Instalacja solarna dla podgrzewania wody użytkowej CWU (60% pokrycia rocznych potrzeb)
o Wzrost sprawności przesyłu ciepła w instalacji CWU z 80 do 84%
WNIOSEK: wzrost sprawności przesyłu ciepła w układzie podgrzewania ciepłej wody
użytkowej pozwolił dodatkowo obniżyć potrzeby energii końcowej budynku. Przekłada się
to wprost na niższe zużycie energii pierwotnej EP. W układzie podgrzewania ciepłej wody
użytkowej leży znaczny potencjał do obniżania zużycia energii pierwotnej budynku.
21. 21
Podsumowanie wariantów W1-W10
WARIANT : W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 W8 W9 W10
Kocioł kondensacyjny
w pomieszczeniu nieogrzewanym
Kocioł kondensacyjny
w pomieszczeniu mieszkalnym
Ogrzewanie grzejnikowe
z regulacją centralną
Ogrzewanie grzejnikowe
z regulacją centralną i miejscową
Ogrzewanie podłogowe
z regulacją centralną
Ogrzewanie podłogowe
z regulacją centralną i miejscową
Szczelność budynku 1,5
Szczelność budynku 3,0
Wentylacja naturalna
Wentylacja mechaniczna
Instalacja solarna
Podwyższony standard izolacji
cieplnej instalacji wody CWU
Zużycie energii EP [kWh/m2rok] 164,9 156,6 144,7 131,1 110,9 103,8 92,7 98,8 94,4 91,6
22. 22
ZALECENIA – ogólne możliwości obniżania
zużycia energii przez budynek
Energia pierwotna
EP
Energia końcowa
EK
Energia użytkowa
EU
Korzystanie z paliw o niskim współczynniku nakładu wi (paliwa
gazowe i ciekłe oraz biomasa), a także wykorzystywanie energii
odnawialnej – w szczególności za pomocą kolektorów słonecznych
o zerowym współczynniku nakładu (czyli zerowym zużyciu energii
pierwotnej EP).
Stosowanie urządzeń i systemów o najwyższej efektywności
energetycznej – pomp ciepła i kotłów kondensacyjnych, które
zapewniają jak najwyższą sprawność przetwarzania energii
pierwotnej EP na końcową EK. Stosowanie regulatorów
miejscowych (zaworów termostatycznych), a także ograniczanie
strat ciepła systemów grzewczych.
Obniżanie potrzeb energetycznych budynku poprzez stosowanie
określonego standardu izolacji cieplnej przegród budynku, także
szczelności powietrznej budynku i przede wszystkim wentylacji
mechanicznej z odzyskiem ciepła,
23. 23
Kotły gazowe w kompletnych systemach
w budynkach o standardzie WT 2017
Zastosowanie wysokosprawnego kotła kondensacyjnego w połączeniu z instalacją
solarną, a także wentylacją z odzyskiem ciepła pozwala nie tylko spełnić wymagania
warunków WT 2017, ale także uzyskać najwyższy poziom komfortu i bezpieczeństwa
użytkowania. Istotny wpływ na efektywność całego systemu odgrywa także automatyka
i urządzenia regulacyjne, bez której uzyskania korzystnej wartości wskaźnika zużycia
energii pierwotnej może być znacznie utrudnione.