Ekologiczno-ekonomiczne porównanie różnych technologii ogrzewania przykładowego budynku jednorodzinnego o pow. uż. 160 m² (pow. ogrzewana ok. 200 m²)

1. Porównanie udziału energii odnawialnej w cieple użytkowym dostarczanym do budynku

W poniższym zestawieniu porównano pod względem ekologicznym i ekonomicznym instalację grzewczą z pompą ciepła oraz z kotłem na biomasę z konwencjonalnymi instalacjami grzewczymi wyposażonymi w kolektory słoneczne. W porównaniu wzięto pod uwagę rozwiązania spełniające wymóg dostarczenia do budynku 13% ciepła z OZE.

Obiektem analizy był budynek o następującej charakterystyce:
◗ zapotrzebowanie na ciepło do c.o. =10 000 kWh/sezon (ciepło użytkowe),
◗ zapotrzebowanie na ciepło do przygotowania c.w. = 4080 kWh/sezon,
◗ moc projektowa = 7,5 kW (projektowe straty ciepła budynku wg PN-EN 12831),
◗ temperatura graniczna grzania = 14°C,
◗ strefa klimatyczna: Kraków (III strefa, temperatura projektowa = –20°C),
◗ projektowa temp. zasilania/powrotu 35/30°C,
◗ projektowa temperatura w pomieszczeniach = 20°C,
◗ zapotrzebowanie c.w. = 240 l/dobę,
◗ temperatura c.w. = 50°C.

W analizach porównano następujące rozwiązania:
◗ kocioł na pelety,
◗ kondensacyjny kocioł gazowy z instalacją solarną do podgrzewania ciepłej wody użytkowej (zakładany stopień pokrycia solarnego na ciepło do przygotowania c.w. – 60%),
◗ kondensacyjny kocioł gazowy z instalacją solarną do wspomagania c.o. i przygotowania ciepłej wody (zakładany łączny stopień pokrycia solarnego zapotrzebowania na ciepło do c.o. i c.w. – 25%),
◗ kocioł węglowy z instalacją solarną do przygotowania ciepłej wody (zakładany stopień pokrycia solarnego na ciepło do przygotowania c.w. wynosi 60%),
◗ kocioł olejowy z instalacją solarną do podgrzewania ciepłej wody użytkowej (zakładany stopień pokrycia solarnego na ciepło do przygotowania c.w. wynosi 60%),
◗ pompa ciepła typu powietrze-woda o współczynniku SPF równym 3,0 (założona wartość jako średnia z badań efektywności pomp ciepła wykonanych w ISE Fraunhofer),
◗ pompa ciepła typu solanka-woda o współczynniku SPF równym 4,0 z dolnym źródłem w formie gruntowego, pionowego wymiennika ciepła (założona wartość jako średnia z badań efektywności pomp ciepła wykonanych w ISE Fraunhofer).

W analizie porównano kompletne systemy grzewcze. Instalacja z kolektorami słonecznymi nie jest w stanie funkcjonować bez dodatkowego szczytowego źródła ciepła, np. kotła gazowego. Dotyczy to zarówno instalacji solarnej do przygotowania ciepłej wody, jak i systemów z kolektorami słonecznymi do wspomagania ogrzewania i przygotowania ciepłej wody.

Z kolei kotły gazowe, olejowe oraz pompy ciepła typu solanka-woda mogą funkcjonować bez dodatkowego szczytowego źródła energii cieplnej, zarówno na potrzeby centralnego ogrzewania, jak i ciepłej wody. Takie kompleksowe podejście jest istotne nie tylko w przypadku nowych budynków, ale również modernizowanych.

2. Porównanie udziału energii odnawialnej w pokryciu zapotrzebowania na ciepło do c.o. i przygotowania c.w.u. instalacji z pompą ciepła, instalacji z kolektorami słonecznymi do przygotowania c.w. oraz instalacji z kolektorami słonecznymi do przygotowania c.w. i wspomagania centralnego ogrzewania

Udział energii odnawialnej w cieple użytkowym dostarczanym do budynku

W porównywanych rozwiązaniach (rys. 1 i 3) udział energii odnawialnej w cieple użytkowym dostarczanym przez kocioł opalany biomasą oraz pompę ciepła typu solankawoda są najwyższe (75% i 73%).

W przypadku pompy ciepła typu powietrze woda jest on również wysoki i wynosi 67%. Przy zastosowaniu zielonej taryfy elektrycznej do zasilania pompy ciepła będzie on wynosił 100%. W przypadku systemów grzewczych z kolektorami słonecznymi do przygotowania ciepłej wody udział energii odnawialnej w poprawnie zaprojektowanej instalacji może sięgnąć nawet 60%. W całościowym ujęciu bilansu energii (c.o. i c.w.u.) stanowi to jedynie ok.15-18%.

W instalacjach solarnych do przygotowania ciepłej wody, jak i systemów z kolektorami słonecznymi do wspomagania ogrzewania i przygotowania ciepłej wody udział energii odnawialnej wynosi nie więcej niż 25%-30%.

3. Porównanie udziału energii odnawialnej i pierwotnej w cieple użytkowym doprowadzonym do budynku

Zużycie energii pierwotnej

W tej formie (rys. 3 i 4) – zużycie energii pierwotnej przez kotły na biomasę należy do najniższych. Jednak moim zdaniem używany do obliczeń współczynnik nakładu energii pierwotnej przyjmowany w odniesieniu do peletów, wynoszący 0,2, nie zawsze charakteryzuje realny nakład kosztów związanych z transportem i obróbką drewna. Szczególnie w przypadku, gdy drewno nie jest odpadem produkcyjnym, rzeczywiste zużycie energii pierwotnej może być znacznie wyższe.

Zużycie energii pierwotnej w przypadku pompy ciepła typu solanka-woda, korzystającej z polskiego „energy-mix”, jest obecnie porównywalne z gazowym kotłem kondensacyjnym współpracującym z termiczną instalacją słoneczną do wspomagania ogrzewania i przygotowania ciepłej wody.

W 2020 r. wraz ze wzrostem sprawności wytwarzania i przesyłania energii elektrycznej oraz zwiększeniem udziału OZE w produkcji energii elektrycznej, zużycie energii pierwotnej przez pompy ciepła będzie dalej spadać.

W przypadku zasilania sprężarki pompy ciepła prądem z zielonej taryfy (mającej pokrycie w 100% energii odnawialnej) lub przy współpracy pompy ciepła z instalacją fotowoltaiczną, zużycie energii pierwotnej przez pompę może być nawet niższe niż w przypadku kotła opalanego biomasą.

...pełna wersja artykułu w PI 9/12