Warunki Techniczne WT2021 – nowoczesne instalacje w budynku o niemal zerowym zużyciu energii

Budujesz nowy dom? Zastanawiasz się, jakie rozwiązania techniczne powinieneś zastosować, aby spełnić wymagania, jakie stawiają przed nami Warunki Techniczne od 1 stycznia 2021 roku? Obawiasz się, że aby spełnić podwyższone wymogi, wydasz fortunę na nowoczesne i drogie rozwiązania? W tym artykule postaramy się przedstawić optymalne i kompleksowe rozwiązanie, które pozwoli zrealizować Twoje marzenia o domu nowoczesnym, zgodnie z rozporządzeniem WT 2021, bez ponoszenia nadmiernych nakładów inwestycyjnych, z nastawieniem na oszczędności eksploatacyjne.

WT 2021

Przepisy, które wchodzą w życie od 1 stycznia 2021 roku, zaostrzają wymagania dotyczące efektywności energetycznej nowo projektowanych i nowo budowanych obiektów. Są one następstwem wdrażania w Polsce zapisów dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 roku w sprawie charakterystyki energetycznej budynków. W skrócie: wszystkie nowo powstające obiekty powinny być budynkami o niemal zerowym zużyciu energii. W tym celu ustawodawca wprowadził trzy podstawowe wskaźniki pozwalające określić zapotrzebowanie na energię: energię użytkową, energię końcową i energię pierwotną.

Energia użytkowa

Wskaźnik ten określa ilość energii wymaganej na potrzeby ogrzewania i wentylacji bez uwzględniania sprawności i rodzaju urządzenia grzejnego. Na podstawie tego wskaźnika zorientujemy się, jaka jest zdolność izolacyjna i szczelność obiektu oraz jakie jest zapotrzebowanie na energię budynku.

Energia końcowa

Wskaźnik określa, ile energii należy dostarczyć do obiektu po uwzględnieniu sprawności urządzenia grzewczego, aby pokryć jego zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania, podgrzania wody użytkowej i wentylacji. Wskaźnik ten faktycznie określa, ile będzie nas kosztować energia dostarczona do budynku na rok w przeliczeniu na m².

Energia pierwotna

Wskaźnik określa roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną na jednostkę powierzchni i wyrażany jest w kWh/(m²rok). Jest to energia końcowa powiązana z rodzajem paliwa, z jakiego energia jest wytwarzana. Aby otrzymać wartość końcową EP, należy przemnożyć wskaźnik energii końcowej przez wskaźnik Wi.

Niższą wartość wskaźnika osiąga się korzystając w wytwarzaniu energii ze źródeł bardziej przyjaznych środowisku (np. OZE). W Polsce niestety energia elektryczna jest obciążona wysokim współczynnikiem wi z uwagi na opieranie wytwarzania energii na nisko sprawnej i emisyjnej energetyce węglowej, która nie jest przyjazna środowisku.   

Na potrzeby artykułu przyjęliśmy typowy modelowy budynek o powierzchni użytkowej 138 m² zamieszkany przez 3-4 osoby. Budynek o niezbyt skomplikowanej bryle architektonicznej, dobrze zaizolowany w standardzie budynku pasywnego. Bazujemy na przykładzie projektu z pracowni HomeKONCEPT „HomeKONCEPT-17”. Zapotrzebowanie na energię użytkową obiektu przy udziale wentylacji mechanicznej obliczono na Eu=44,6 kWh/m² rocznie. W przypadku zastosowania wentylacji grawitacyjnej energia użytkowa wzrośnie do około Eu=64 kWh/m²/rok.

W kontekście powyższego rozważmy, jakie rozwiązania pozwalają osiągnąć zakładane restrykcyjne wymagania WT2021, i przyjrzyjmy się ich wadom i zaletom. Wybraliśmy trzy najbardziej popularne źródła ciepła: kocioł na biomasę/pellet, kocioł gazowy kondensacyjny, pompa ciepła powietrze-woda.

Kocioł na biomasę z instalacją ogrzewania grzejnikowego oraz wentylacja grawitacyjna

Bardzo popularne rozwiązanie z uwagi na niezbyt wysokie nakłady inwestycyjne przy jednak już dużych nakładach eksploatacyjnych. To rozwiązanie jest atrakcyjne z uwagi na bardzo niski wskaźnik Wi = 0,2 jaki, przewidziany dla nośnika energii, jakim jest biomasa. Pozwoli to na zapewnienie wskaźnika Energii pierwotnej poniżej 70 kWh/m²/rok. Z drugiej strony koszty wytworzenia energii, czyli tzw. współczynnik Energii Końcowej, jest zdecydowanie najwyższy. Bywa 4-, a nawet 5-krotnie wyższy niż w rozwiązaniu opartym np. o pompę ciepła. Oznacza to, że użytkownik odczuje to znacznie wyższymi rachunkami za ogrzewanie w porównaniu z innymi rozwiązaniami. Do tego należy wliczyć koszty, które na pierwszy rzut oka nie są widoczne. Potrzeba zainwestować w komin i mieć więcej miejsca na kotłownię oraz przeznaczyć dodatkowe miejsce do magazynowania oraz ewentualnego przesuszania peletu. Nadal emitujemy zanieczyszczenia do otoczenia spalając paliwo stałe, a odbywa się to z niską sprawnością.

Dla powyższego wariantu koszty eksploatacji na potrzeby ogrzewania, ciepłej wody użytkowej i wentylacji w ciągu roku wyniosą około 4870 zł.

Ten wariant można optymalizować poprzez dodanie instalacji wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Poprawi to znacznie sprawność całego obiektu bo nie będziemy tracić dużej ilości ciepła usuwając je bezpowrotnie wentylacją grawitacyjną.

Połączenie to pozwoli zminimalizować wskaźnik energii końcowej, a co za tym idzie koszt eksploatacji o około 30-35%. Dodatkowo zyskujemy kontrolę nad przepływem powietrza w budynku i uniezależniamy się od temperatur zewnętrznych. Bowiem wentylacja grawitacyjna działa dobrze tylko w okresie zimowym, gdy różnica temperatur (różnica gęstości powietrza) jest na tyle duża, aby skutecznie wymusić ciąg kominowy. Pamiętając przy tym oczywiście o rozszczelnieniu okien, co znów odłoży się na zwiększonym koszcie ogrzewania.

Czytaj: pompa ciepła czy piec na pellet?

Kocioł gazowy kondensacyjny z instalacją ogrzewania podłogowego, panele solarne dla CWU oraz wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła

W przypadku kotła gazowego kondensacyjnego musimy wykazać się większą determinacją i podjąć większe nakłady inwestycyjne. Poza instalacją niskotemperaturowego ogrzewania podłogowego na potrzeby ciepłej wody użytkowej, zastosowano panele solarne na dachu budynku. Jednak aby spełnić WT2021, konieczne było dodanie instalacji wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Koszty inwestycyjne pozwolą nam jednakże cieszyć się niższym wskaźnikiem energii końcowej na poziomie Ek=89 kWh/m²/rok, co przełoży się na niższe koszty rocznej eksploatacji oscylujące w okolicy 2980 zł. To blisko 40% mniej niż w wariancie nr 1.

Wentylacja mechaniczna zapewni komfort i czystość powietrza w całym roku użytkowania, a dodatkowo pozwoli cieszyć się niższymi rachunkami. W połączeniu z praktycznie bezobsługowym kotłem gazowym znacznie podnieśliśmy jakość użytkowania instalacji. Co więcej, jest to rozwiązanie dużo bardziej ekologiczne od rozwiązania opierającego się na spalaniu paliwa stałego, jakim jest pellet. Należy również pamiętać o kosztach przyłączenia do sieci gazowej lub znacznie droższym montażu własnego zbiornika gazu.

Przeczytaj: pompa ciepła czy ogrzewanie gazowe?

Pompa ciepła powietrze-woda z instalacją ogrzewania podłogowego, instalacja fotowoltaiczna oraz wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła

Co zrobić, gdy nie mamy dostępu do sieci gazowej? W wariancie trzecim rozważymy zastosowanie pompy ciepła powietrze-woda. Nie będziemy wykonywać przyłącza gazowego, nie ma też dużej kotłowni i miejsca do magazynowania i przesuszania pelletu, nie potrzebujemy komina spalinowego. Zaoszczędzone w ten sposób pieniądze możemy przeznaczyć na moduły fotowoltaiczne, które w około 40% zapewnią nam pokrycie zapotrzebowania na energię elektryczną dla celów ogrzewania. Co za to zyskujemy? Bardzo niskie koszty eksploatacyjne, instalację bezobsługową i nieemisyjną w miejscu użytkowania.

Przy uwzględnieniu produkcji energii PV i rozliczania na zasadzie upustu koszty eksploatacji systemu będą zamykać się poniżej 1000 zł.

Warto zauważyć, że im większa instalacja PV tym niższy współczynnik energii końcowej, a co za tym idzie – rachunki do opłacenia będą niższe. Jeśli dysponujemy odpowiednio dużym dachem, to w takim układzie można wyobrazić sobie pokrywanie całości kosztów ogrzewania i wentylacji w budynku.

Zobacz także: połączenie pompy ciepła i fotowoltaiki.

Podsumowanie

Warunki Techniczne od 1 stycznia 2021 roku, poprzez wysokie wymagania energetyczne charakterystyki energetycznej, starają się nakłaniać inwestorów do wyboru rozwiązań nowoczesnych i mało inwazyjnych dla środowiska. Również w Polsce zaznaczyła się wyraźnie tendencja wychodzenia ze spalania paliw kopalnych i przechodzenia na instalacje zasilane odnawialnymi źródłami energii. Jeśli przyjrzymy się kosztom jednej kWh energii w zależności od źródła ciepła i rodzaju paliwa, to kształtuje się ona następująco:

W zależności od rozwiązania widzimy, że nie zawsze niski współczynnik energii pierwotnej oznacza niskie koszty eksploatacji. Wariant nr 1 ma bardzo niski współczynnik Ep przy najwyższych kosztach eksploatacji. Jest też najmniej komfortowy w użytkowaniu.

Najbardziej ekonomiczny względem eksploatacji okazał się wariant nr 3 –  czyli pompa ciepła i zastosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem energii. Jest on ponad 5-krotnie niższy niż w przypadku ogrzewania paliwem stałym z wentylacją grawitacyjną.

W tym krótkim artykule nie sposób zmierzyć się z wszystkimi wariantami, kombinacjami i możliwościami rozwiązań w budynku mieszkalnym jednorodzinnym. Natomiast można śmiało stwierdzić, iż wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła staje się koniecznością a zastosowanie pompy ciepła w połączeniu z ogniwami fotowoltaicznymi minimalizuje koszty eksploatacji. To są rozwiązania, które w przyszłości będą najbardziej wydajne i najbardziej pożądane przez inwestorów indywidualnych.