Rekuperacja i pompa ciepła to idealna para?

Rekuperacja i pompa ciepła – najlepsze efekty są gdy zaplanujemy taki układ na etapie projektowania domu

Nowoczesne budownictwo wymaga wciąż nowych rozwiązań i trwają obecnie poszukiwania oszczędności na wielu płaszczyznach. Dlaczego musimy oszczędzać? Początek 2022 roku przywitał nas wyższymi kosztami utrzymania domów. Ceny energii elektrycznej i gazu rosną, dodatkowo inflacja. Od stycznia 2021 r. zaostrzeniu uległy Warunki Techniczne dla tych, którzy chcą budować lub modernizować swój dom. Zmienione standardy energooszczędności budynków podyktowane są stale rozwijającymi się technologiami w branży budowlanej. Nowe domy będą musiały wykorzystywać wyłącznie skuteczne metody izolacji, wentylacji i ogrzewania. To wszystko powoduje, że szukamy rozwiązań zmniejszających koszta utrzymania budynku [10][11][12].

Jednym z nowych i oryginalnych rozwiązań jest łączenie pomp ciepła do ogrzewania pomieszczeń i ciepłej wody użytkowej z systemami wentylacyjnymi z rekuperacją.

W artykule niniejszym będziemy starać się przekonać czytelnika, że to opłacalne połączenie, które może znacznie obniżyć wydatki na ogrzewanie. Warto jednak sobie zdawać sprawę, że największe efekty przyniosą rozwiązania optymalnie planowane już na etapie projektowania domu. Nie znaczy to oczywiście, że tylko w tym przypadku. Umiejętnie przeprowadzona modernizacja grzewcza i wentylacyjna domu też może przynieść oczekiwane efekty, ale przy mniejszym efekcie oszczędności [9][10].

Czy rekuperacja i pompa ciepła są konieczne razem?

Przeanalizujmy różne warianty. Opowiadając na oczywiste pytanie: Czy pompa ciepła jest konieczna w budynku z rekuperacją? Oczywiście nie! To nie jest artykuł promocyjny, zachęcający do zakupu tylko pomp ciepła oraz systemów rekuperacji. W budynku z rekuperacją może działać każdy system grzewczy: piec gazowy, pompa ciepła, ogrzewanie elektryczne. Z tymi źródłami też uzyskamy efekty rekuperacji o których mówiliśmy w innych artkułach niniejszego blogu.

Odwracając postawione pytanie: Czy rekuperacja jest konieczna w budynku z pompą ciepła? Nie, nie jest też konieczna. Ale w każdym budynku jakiś system wentylacji musi zostać wykonany. Wybór jest właściwie ograniczony do dwóch rodzajów wentylacji: grawitacyjnej lub energooszczędnej mechanicznej. Wentylacja grawitacyjna działała bez zarzutu w budynkach, w których montowano nieszczelne okna. Wtedy powietrze miało skąd „się wydostać”, by wytworzył się tzw. „ciąg kominowy”. Zaciągnięte przez nieszczelną stolarkę okienną powietrze z zewnątrz kierowało się do kratek wyciągowych, a stamtąd przez komin było usuwane na zewnątrz. W momencie, gdy w budynkach zaczęto montować szczelne okna, jedyną możliwością, by wentylacja grawitacyjna zadziałała, był montaż do okien nawiewników, które wpuszczą do pomieszczeń powietrze z zewnątrz umożliwiając powstanie ciągu wentylacyjnego.

Decyzja o inwestycji w rekuperację jest energooszczędną alternatywą wentylacji grawitacyjnej, która wietrzy wszystkie pomieszczenia w domu bez ich wychładzania oferując dodatkowo możliwość oczyszczania powietrza nawiewanego ze smogu, bakterii, zarodników pleśni i grzybów i zapachów. Dołączenie do niej pompy ciepła musi być poprzedzone analizą ekonomiczną jednak w większości przypadków zdecydowanie poprawia ekonomię eksploatacji naszego domu [5][6][7].

Co nam daje połączenie wentylacji i pompy ciepła? Przede wszystkim duże oszczędności!

To co już powiedzieliśmy w poprzednich artykułach na tym blogu instalacją, która przynosi największe straty ciepła w naszym domu jest wentylacja. Nawet połowa ciepła może „uciekać” z domu właśnie przez układ wentylacyjny. Słuszne zatem wydaje się skupienie działań na odzyskaniu tego ciepła, a to umożliwia rekuperacja – czyli zasilany elektrycznie system wentylacji mechanicznej, który poza odzyskiem ciepła również oczyszcza powietrze w domu [2][7][9].

Rys. 1. Wykaz strat energetycznych w budynku (*wentylacja grawitacyjna) [9]

Rekuperator ma za zadanie ogrzać napływające z zewnątrz domu powietrze tym powietrzem, które jest wywiewane z domu. Wyrównaniu temperatur nie towarzyszy jednak mieszanie się obu strumieni, dzięki czemu mamy pewność, że do domu napływa wyłącznie świeże powietrze, które „przejmuje temperaturę” powietrza wywiewanego [6][7].

Warto też sobie zdawać sprawę, że im niższe temperatury zewnętrzne i tym samym większa różnica temperatur, tym więcej energii można odzyskać dzięki rekuperacji. Warto o tym pamiętać szczególnie wtedy, gdy boimy się większych kosztów ogrzewania w przypadku mroźniejszej i dłuższej zimy [1][2][15].

Reasumując zatem dom z rekuperacją ma dużo niższe zapotrzebowanie na ciepło. Fakt ten zasługuje na szczególną uwagę przy systemie grzewczym opartym na pompie ciepła, bo dobierając urządzenie do niższej konsumpcji energetycznej analizowanego budynku, oszczędza się na [4][5][10][11][12]:

• Zastosowaniu tańszej wersji modelu pompy ciepła gruntowej lub powietrznej (ma ona po prostu mniejszą moc);

• Zastosowaniu tańszego/”mniejszego” dolnego źródła ciepła (mniej odwiertów – sond pionowych, mniejsza powierzchnia wymiennika poziomego gruntowego, mniejsza ilość wymaganej wody w przypadku korzystania z układu woda-woda itp.);

• Zastosowaniu mniejszej ilości pętli grzewczych w górnym źródle ciepła (oszczędności na wykonaniu ogrzewania podłogowego) w związku z obniżonym zapotrzebowaniem budynku na energię cieplną;

• optymalizacja wielkości innych odbiorników ciepła w domu, m.in. grzejników ściennych.

Oszczędności na kosztach inwestycyjnych systemu grzewczego z pompą ciepła w domu z rekuperacją sięgać mogą nawet 15 tys. zł [5][6][8].

Budynek wyposażony w rekuperację odzyskuje energię już z raz wytworzonego ciepła. Dzięki temu do obliczeń możemy uwzględnić temperatury w poszczególnych pomieszczeniach, ilość powietrza wentylacyjnego oraz temperaturę powietrza nawiewanego, która jest zdecydowanie wyższa w przypadku domów z rekuperacją. Takie podejście pozwala na wykorzystanie wszystkich zalet, jakie daje system wentylacyjny z rekuperacją w połączeniu z instalacją pompy ciepła oraz finalnie umożliwia optymalne dobranie parametrów obu instalacji. Instalacja wentylacyjna i grzewcza zaprojektowane pod kątem efektywnego współdziałania pozwalają nie tylko na spore oszczędności zarówno na samym doborze urządzenia grzewczego oraz doborze dolnego źródła, ale również na znaczne obniżenie kosztów eksploatacyjnych domu oraz optymalny komfort klimatyczny [3][4][7][8].

Źródła: www.instalreporter.pl oraz www.muratordom.pl

Rys. 2. Dolne źródła gruntowej pompy ciepła w przypadku domu z rekuperacją mogą być zdecydowanie tańsze (mniejsza powierzchnia, mniejsza długość itd.): wymiennik gruntowy poziomy, b) wymiennik gruntowy pionowy, c) wymiennik zatapiany w wodzie

Rys. 2. Przykłady ogrzewania podłogowego – dzięki rekuperacji oszczędzamy na koszcie wykonania takich układów grzewczych, Źródło: www.instalreporter.pl

Pompa ciepła z rekuperacją oznacza, że dom spełnia wymogi WT 2021

Jest to chyba najważniejsza sprawa. W świetle zmian w prawie unijnym od 1 stycznia 2021 roku wszystkie domy znajdujące się na terenach UE muszą spełniać wymogi budownictwa energooszczędnego. Wdrożenie WT 2021 spowodowało istotne zmiany, nie tylko w obudowie termicznej budynków, ale także w systemach c.o., chłodzenia, c.w.u. i wentylacji. Spełnienie tych restrykcyjnych wymogów możliwe jest w zasadzie jedynie przy zastosowaniu ekologicznych instalacji, takich jak panele fotowoltaiczne, pompa ciepła i rekuperacja [14].

Zatem łączenie energooszczędnych systemów pozwala efektywniej spełnić warunki stawiane przez WT 2021. Budynki niemal zeroenergetyczne nie stanowią ostatecznego standardu budownictwa ogólnego. W dłuższej perspektywie standardy te będą ewoluować w kierunku budownictwa zeroenergetycznego (zerowe zapotrzebowanie na energię pierwotną nieodnawialną dzięki wykorzystaniu OZE) i plusenergetycznego (oddającego więcej energii, niż zużywa) oraz energetyki rozproszonej opartej na OZE. Dzięki zwiększaniu grubości izolacji i stosowaniu nowych materiałów izolacyjnych poprawione zostaną również współczynniki przenikania ciepła przegród [13][14].

Założenie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła będzie nie tyle wyborem, co koniecznością. Wymogi techniczne programu Czyste Powietrze w zakresie izolacji przegród opierają się o warunki techniczne WT 2021. Nowe Warunki Techniczne wymuszają na nas wykorzystanie droższych technologii i to oczywiście oznacza wzrost kosztów całej budowy. W przypadku nowoczesnych instalacji opartych o pompę ciepła łączoną z rekuperacją musimy liczyć się ze wzrostem kosztów od kilku do kilkudziesięciu tysięcy złotych. Ta inwestycja ma nam się jednak szybko zwrócić biorąc pod uwagę obserwowany wzrost cen energii elektrycznej oraz gazu [4][5][7][10].

Patrząc na zasady dofinasowania inwestycji w programie Moje Ciepło widzimy, że w tym programie dotacje będą przyznawane na pompy ciepła w nowo budowanych domach o standardzie wyższym niż wynikający z obowiązujących warunków technicznych (WT 2021). Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej dofinansuje do 30% kosztów inwestycji, przy czym maksymalne dofinansowanie uzależniono od rodzaju pompy. Dotacja wyniesie 21 tys. zł w przypadku pompy gruntowej oraz 7 tys. zł w przypadku pompy powietrznej. Beneficjentami będą właściciele nowych domów jednorodzinnych. Budżet całego programu to 600 mln zł pochodzących z Funduszu Modernizacyjnego [13].

Podsumowanie

Co daje nam połączenie układ współpracy pompa ciepła plus rekuperacja? Oprócz bardzo wydajnej, skutecznej i ekonomicznej wentylacji, daje też oszczędności w postaci możliwości wykonania mniejszej liczby pętli ogrzewania płaszczyznowego. Pozwala też wybrać grzejniki o mniejszej mocy. Dlaczego? Zastosowanie rekuperacji obniża obciążenie grzewcze budynku, a więc pozwala na dobór mniejszej pompy ciepła oraz mniejszego sytemu wymiany ciepła na górnym i dolnym źródle ciepła

Do najważniejszych korzyści, które gwarantuje tego typu instalacja (pomijając oczywiste plusy samej wentylacji z rekuperacja) należą niższe rachunki za prąd (nawet o kilkadziesiąt procent), integracja inteligentnego systemu sterowania grzania i wentylacji oraz skuteczniejsza i oszczędniejsza wentylacja pomieszczeń.

W przypadku tego połączenia nie tak bardzo liczy się jego koszt, ile zyski zapewniane przez zastosowanie tego rozwiązania. Oszczędności na rachunkach liczy się w tym przypadku w tysiącach złotych w skali roku. Przy koszcie pompy ciepła rzędu 30 tys. zł i rekuperacji ok. 15 tys. zł inwestycja zwraca się w ciągu kilku lat, a służyć może kilka dekad.

Na nowe i modernizowane budynki nie można tylko patrzeć przez pryzmat samych zużytych materiałów na ocieplenie ścian i okna. Praktyka pokazuje wiele przykładów, w których nawet przy użyciu dobrych materiałów budynek niestety jest mało wydajny energetycznie. Dlatego przepisy zakładają również spadek zużycia tzw. energii pierwotnej, a więc energii ze źródeł nieodnawialnych, która musi być zużyta na potrzeby wentylacji, klimatyzacji, ogrzewania oraz przygotowywania ciepłej wody. Jest to bardzo ważny aspekt, dlatego że budynki odpowiadają za 40 proc. zużycia energii w całej gospodarce. Wszystko to powoduje, łączenie ze sobą energooszczędnych systemów grzewczych oraz wentylacji z rekuperacja staje się nie tylko świadomym wyborem, ale koniecznością.

Literatura

1. Gutkowski K., Butrymowicz D., Śmierciew K., Gagan J.: Chłodnictwo i klimatyzacja. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2020

2. Pełech A.: Wentylacja i klimatyzacja - podstawy. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław 2008

3. Rubik M.: Chłodnictwo, Pompy ciepła. Wyd. I, Wydawnictwo Grupa MEDIUM, Warszawa 2020

4. https://www.rekuperatory.pl/pompa-ciepla/ (dostęp 03.2022r.)

5. https://www.wentylacyjny.pl/1999-49-234-wentylacyjne-pompy-ciepla--wentylacja-i-ogrzewanie.html (dostęp 03.2022r.)

6. https://globenergia.pl/pompa-ciepla-i-rekuperacja-dlaczego-warto-je-polaczyc/ (dostęp 03.2022r.)

7. https://regiodom.pl/pompa-ciepla-z-rekuperatorem-jak-to-dziala-i-co-dzieki-temu-zyskujemy/ar/c9-15520393 (dostęp 03.2022r.)

8. https://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/pompy-ciepla/19878,wykorzystanie-ciepla-odpadowego-z-rekuperatora-do-wspomagania-pracy-pompy-ciepla-w-warunkach-miejskich (dostęp 03.2022r.)

9. https://www.rekuperatory.pl/pompa-ciepla/ (dostęp 03.2022r.)

10. https://www.wentylacyjny.pl/2545-49-234-nowe-warunki-techniczne-2021--wymagania-dla-wentylacji.html (dostęp 03.2022r.)

11. https://globenergia.pl/jak-wt2021-zmienia-rynek-urzadzen-grzewczych/ (dostęp 03.2022r.)

12. https://www.ogrzewnictwo.pl/artykuly/pompa-ciepla-w-domu-z-rekuperacja (dostęp 03.2022r.)

13. https://wysokienapiecie.pl/42142-pompy-ciepla-z-dotacja-w-nowych-zielonych-domach/ (dostęp 03.2022r.)

14. https://muratordom.pl/prawo/formalnosci-budowlane/warunki-techniczne-w-budownictwie-2021-aa-9R3S-4m58-DwiL.html (dostęp 03.2022r.)

15. https://globenergia.pl/pompa-ciepla-i-rekuperacja-ile-mozna-zaoszczedzic/ (dostęp 03.2022r.)