E‑book – Budowa i eksploatacja instalacji w oparciu o odnawialne źródła energii dla budynków jednorodzinnych

Spis treści
Odnawialne Źródła Energii (OZE)Odnawialne Źródła Energii (OZE)
Technologie OZE wykorzystywane w budynkach jednorodzinnychTechnologie OZE wykorzystywane w budynkach jednorodzinnych
Budownictwo niskoenergetyczne – podstawowe pojęciaBudownictwo niskoenergetyczne – podstawowe pojęcia
Instalacja solarnaInstalacja solarna
Instalacja z pompą ciepłaInstalacja z pompą ciepła
Wentylacja mechanicznaWentylacja mechaniczna
Instalacja fotowoltaicznaInstalacja fotowoltaiczna
Wykaz źródełWykaz źródeł
1. Odnawialne Źródła Energii (OZE)
Odnawialne Źródła Energii (OZE) to naturalne i niewyczerpalne zasoby energetyczne. Są nimi np. energia wnętrza Ziemi, energia słoneczna, energia wiatru, czy też energia wody (energia fal morskich i pływów wodnych). To alternatywa dla kopalnych źródeł energii, których rynki wykazują dużą niestabilność, a wydobycie i spalanie mają niekorzystny wpływ na środowisko naturalne i zdrowie ludzi.
W 2018 roku przywódcy Unii Europejskiej uzgodnili, by udział OZE na poziomie 32% stał się celem do roku 2030 (Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady UE 2018/2001 z dnia 11 grudnia 2018 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych). W marcu 2023 roku cel ten został zwiększony do 42,5%. Jest to wartość, która pozwoliłaby Unii Europejskiej osiągnąć neutralność klimatyczną.
Pozyskanie energii pierwotnej ze źródeł odnawialnych w większości krajów UE, w tym w Polsce, wykazuje tendencję rosnącą. Między rokiem 2017 a 2020 średnioroczne tempo wzrostu udziału energii ze źródeł odnawialnych wyniosło 7,9% i osiągnęło poziom 40,7% dla UE. W Polsce wzrost udziału OZE był podobny: 7,3%, ale udział energii odnawialnej w ogólnym bilansie energetycznym jest nadal mniejszy i wynosi 21,6%.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
2. Technologie OZE wykorzystywane w budynkach jednorodzinnych
2.1. Energia słoneczna
Energia słoneczna może być wykorzystywana w sposób bierny (zysk ciepła uzyskiwany przez okna, przeszklenia) oraz w sposób czynny – do wytwarzania ciepła (kolektory solarne) lub energii elektrycznej (ogniwa fotowoltaiczne, PV).
Spośród technologii działających z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii fotowoltaika rozwija się w Polsce najszybciej. W latach 2017–2020 zużycie energii słonecznej wzrosło o 2277,8%. Dla porównania w tym samym okresie wzrost zużycia energii słonecznej w sektorze kolektorów solarnych wyniósł 56,4%.

Konwersja energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną możliwa jest dzięki zastosowaniu ogniwa fotowoltaicznego. Jest ono elementem półprzewodnikowym ze złączem typu p‑n, co oznacza obecność dwóch przewodników o różnych typach przewodnictwa. W obszarze typu n nośnikami są elektrony ujemne, a w obszarze p – elektrony o ładunku dodatnim. Pod wpływem promieniowania słonecznego ładunki elektryczne w ogniwie przemieszczają się, co wywołuje różnice potencjałów i napięcie elektryczne.

Ogniwa fotowoltaiczne tworzą moduł, który laminuje się folią EVA i PET, umieszcza pod szkłem hartowanym i montuje w aluminiowej ramie.

Konwersja energii promieniowania słonecznego na energię cieplną umożliwiają instalacje solarne. Najprostsze tego rodzaju systemy składają się z kolektorów słonecznych (płaskich lub próżniowych), systemu sterowania, pompy obiegowej wymuszającej ruch czynnika roboczego oraz zasobnika na ciepłą wodę użytkową. Poprawnie zaprojektowana i wykonana instalacja solarna pozwala zaoszczędzić w skali roku nawet 60% energii potrzebnej do przygotowania wody użytkowej.

Kolektory działają jak wymienniki ciepła. Absorbują energię promieni słonecznych, a następnie umożliwiają ich konwersję w energię termiczną z udziałem czynnika roboczego, potocznie nazywanego glikolem.
Ilustracja przedstawia kolektor rurowy płaski zbudowany z szyby solarnej przepuszczającej promienie słoneczne, miedzianego absorbera, przez który przepływa czynnik roboczy, i obudowy izolowanej cieplnie – jej zadaniem jest redukcja ewentualnych strat ciepła.

2.2. Energia wiatru
Energia wiatru to energia kinetyczna, która zostaje przetworzona w energię elektryczną. W budownictwie jednorodzinnym energię pozyskuje się dzięki małym turbinom wiatrowym. Urządzenia te mogą mieć różną budowę oraz moc, ale działają na tej samej zasadzie: różnica ciśnień wytworzona na łopatkach wirnika wprawia go w ruch, umożliwiając przekształcenie energii wiatru w energię mechaniczną. Najczęściej spotykane są turbiny poziome z wirnikiem trójpłatowym.

Wirnik turbiny osadzony jest na wale wolnoobrotowym, połączonym przez skrzynię przekładniową z wałem szybkkoobrotowym. Z wału szybkoobrotowego energia mechaniczna przekazywana jest na wał generatora – najczęściej prądnicy asynchronicznej o regulowanej liczbie par biegunów stojana. Turbiny wiatrowe wyposażone są w mikroprocesorowy układ sterowania. Gromadzi on dane dotyczące pracy turbiny, niezbędne do zawiadywania jej pracą.
2.3. Energia geotermalna
Energia geotermalna to energia, która została zgromadzona w skałach i wodach podziemnych w momencie powstawania planety. Jej zaletą jest brak zależności od pór roku i panującej pogody. Zasoby wysokotemperaturowe (o temperaturze powyżej 120°C) mogą być wykorzystywane do produkcji prądu elektrycznego. Zasoby niskotemperaturowe (poniżej 120°C) – w ciepłownictwie. Płytkie zasoby geotermalne (o temperaturze 8–10°C) wykorzystywane są w instalacjach z gruntowymi pompami ciepła, czyli urządzeniami pozwalającymi odbierać ciepło i ogrzewać nim budynki jednorodzinne oraz przygotowywać c.w.u.
Pompy ciepła działają, wykorzystując cztery procesy fizyczne: parowanie, sprężanie, skraplanie i rozprężanie. I choć do działania pompy niezbędna jest energia elektryczna dostarczana z zewnątrz, technologia ta znacznie redukuje zużycie energii pierwotnej, szczególnie w porównaniu z kotłami węglowymi.


Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
3. Budownictwo niskoenergetyczne – podstawowe pojęcia
WT 2021, czyli Wymagania Techniczne 2021, to nowelizacja norm, jakie od 1 stycznia 2021 roku muszą spełniać nowe budynki. Wytyczne zawarte są w rozporządzeniu ministra infrastruktury (Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, Dz.U. 2002 nr 75 poz. 690).
Wskaźnik zużycia energii pierwotnej dla budynku nie może być większy niż 70 kWh na metr kwadratowy na rok, a przegrody zewnętrzne powinny spełniać ściśle określone wymagania w zakresie izolacyjności cieplnej U(max):
współczynnik przenikania ciepła dla ścian zewnętrznych przy ti ≥ 16°C – UC(max) 0,20 W/(mIndeks górny 22·K),
współczynnik przenikania ciepła dla dachów ti ≥ 16°C – UC(max) 0,15 W/(mIndeks górny 22·K),
współczynnik przenikania ciepła dla podłóg na gruncie ti ≥ 16°C – UC(max) 0,30 W/(mIndeks górny 22·K).
Parametry izolacyjności cieplnej określone zostały również dla okien, drzwi balkonowych i drzwi zewnętrznych:
okna (z wyjątkiem okien połaciowych), drzwi balkonowe i powierzchnie przezroczyste nieotwieralne przy ti ≥16°C – UC(max). 0,9 W/(mIndeks górny 22·K),
okna połaciowe przy ti ≥16°C – UC(max). 01,1 W/(mIndeks górny 22·K),
drzwi w przegrodach zewnętrznych – UC(max) 1,3 W/(mIndeks górny 22·K).
Budynek zeroenergetyczny w standardzie NF 40 to obiekt, który ma zapotrzebowanie na energię na poziomie 40 kWh na metr kwadratowy na rok, a przegrody zewnętrzne w takim domu powinny mieć niskie współczynniki przenikania.
Budynek pasywny w standardzie NF15 ma zapotrzebowanie na energię na poziomie nie większym niż 15 kWh na metr kwadratowy na rok i spełnia wiele dodatkowych wymagań związanych z izolacyjnością przegród, naturalnym doświetleniem wnętrza, odzyskiem ciepła z wentylacji i wykorzystaniem zasobów odnawialnych do ogrzewania.
Tab. 1. Parametry izolacyjności cieplnej dla budynków jednorodzinnych
Wymaganie | Budynek jednorodzinny | |
|---|---|---|
NF 15 | NF 40 | |
Wymagania dotyczące granicznych wartości współczynników przenikania ciepła | ||
Ściany zewnętrzne | ||
I, II i III strefa klimatyczna | 0,10 | 0,15 |
IV i V strefa klimatyczna | 0,08 | 0,12 |
Dachy, stropodachy i stropy pod nieogrzewanymi poddaszami lub nad przejazdami | ||
I, II i III strefa klimatyczna | 0,10 | 0,12 |
IV i V strefa klimatyczna | 0,8 | 0,10 |
Stropy nad piwnicami nieogrzewanymi i zamkniętymi przestrzeniami podpodłogowymi, podłogi na gruncie | ||
I, II i III strefa klimatyczna | 0,12 | 0,30 |
IV i V strefa klimatyczna | 0,10 | 0,15 |
Okna, okna połaciowe, drzwi balkonowe i powierzchnie przezroczyste nieotwieralne | ||
I, II i III strefa klimatyczna | 0,8 | 1,0 |
IV i V strefa klimatyczna | 0,7 | 0,8 |
Drzwi zewnętrzne, garażowe | ||
I, II i III strefa klimatyczna | 0,8 | 1,3 |
IV i V strefa klimatyczna | 0,7 | 1,3 |

OZC, czyli Obliczenie Zapotrzebowania na Ciepło, to metoda wyliczania ilości energii, jaką należy dostarczyć do budynku, aby zapewnić użytkownikom komfort cieplny i wymaganą ilość ciepłej wody użytkowej. OZC wylicza się zgodnie z normą PN‑EN 12831, z uwzględnieniem zapotrzebowania budynku na ciepło, szacowanych strat ciepła (np. strata wentylacyjna) i zysków ciepła (np. pasywna energia słoneczna, zyski wewnętrzne). Do wykonania obliczeń niezbędne są dane takie jak strefa klimatyczna, konstrukcja budynku (wolnostojący, bliźniak), usytuowanie względem stron świata, wielkość i liczba okien, grubość ścian i rodzaj materiału budowlanego, kubatura, rodzaj wentylacji. Obliczenia ułatwiają programy, np. Audytor OZC, InstalSystem OZC, albo kalkulatory udostępniane w internecie przez producentów urządzeń grzewczych. Wartość OZC podaje się w watach (W) lub kilowatach (kW).
Energia pierwotna EP [kWh/(mIndeks górny 22·K)] to energia pozyskiwana bezpośrednio z zasobów odnawialnych lub nieodnawialnych. Wskaźnik EP na świadectwie charakterystyki energetycznej określa ilość energii, jaką trzeba dostarczyć do budynku na potrzeby ogrzewania, wentylacji, chłodzenia i przygotowania c.w.u. Wartość ta uwzględnia nakłady konieczne do wydobycia, transportu/przesyłu i straty im towarzyszące.
gdzie:
– cząstkowa maksymalna wartość wskaźnika EP na potrzeby ogrzewania, wentylacji oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej,
– cząstkowa maksymalna wartość wskaźnika EP na potrzeby chłodzenia,
– cząstkowa maksymalna wartość wskaźnika EP na potrzeby oświetlenia.
Energia użytkowa (EU) to energia rzeczywiście wykorzystywana do ogrzewania, wentylacji i podgrzewania wody użytkowej w danym obiekcie.
Energia końcowa (EK) to parametr na świadectwie charakterystyki energetycznej budynku określający ilość energii, jakiej potrzebuje dany obiekt w przeliczeniu na jeden metr kwadratowy na rok. Czasem określany jest jako energia handlowa, ponieważ jest to wartość energii, jaką właściciel obiektu musi kupić od dostawcy w formie paliwa lub energii, aby pokryć rzeczywiste zapotrzebowanie na ciepło. Jest to parametr ważny z punktu widzenia użytkownika ponoszącego koszty eksploatacyjne obiektu.
Instalacje działające na bazie odnawialnych źródeł energii mają znaczący wpływ na charakterystykę energetyczną budynków i wartości energii pierwotnej. Budynek jednorodzinny wyposażony w pompę ciepła i wentylację mechaniczną, wytwarzający energię elektryczną za pomocą paneli fotowoltaicznych będzie miał współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej Wi równy zero. Energia pierwotna EP wyniesie 0,0 kWh/mIndeks górny 22·K (przy założeniu, że instalacja nie ma przerw w działaniu).
Różne rodzaje paliwa cechują różne wartości Wi. Współczynnik nieodnawialnej energii pierwotnej dla węgla, gazu ziemnego i oleju opałowego wynosi 1,1; dla biomasy – 0,2; energia elektryczna ma współczynnik Wi równy 3,0.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
4. Instalacja solarna
Kolektory słoneczne to urządzenia umożliwiające konwersję energii słonecznej na energię cieplną. Zwykle wykorzystywana jest we wspomagająco w systemach do podgrzewu ciepłej wody użytkowej, co wynika z faktu że kolektory produkują ciepło wyłącznie w dni słoneczne. W najprostszym układzie widocznym na rysunku, ich praca wspomagana jest przy pomocy grzałki elektrycznej umieszczonej w zasobniku na wodę.

Wydajność instalacji solarnej jest związana z dostępnością energii słonecznej, a dokładnie ilością promieni, jakie padają a powierzchnię kolektora. Znaczenie ma również rodzaj użytego kolektora, jego konstrukcja i zastosowane materiały.
Ze względu na rodzaj budowy wyróżnia się kolektory:
płaskie (cieczowe, gazowe, dwufazowe),
płaskie próżniowe,
próżniowo‑rurowe.
Kolektory płaskie zbudowane są z wymiennika ciepła w postaci np. rurek miedzianych, absorbera (blachy miedzianej), przezroczystego pokrycia wykonanego zwykle ze szkła strukturalnego oraz izolacji.


Kolektory próżniowo‑rurowe zbudowane są z rur próżniowych, w których znajduje się absorber odbierający ciepło. Dzięki temu kolektor pracuje pod wpływem bezpośredniego promieniowania słonecznego jak i energii cieplnej z otoczenia (w pochmurne dni).
4.1. Zasady doboru kolektora
Przy doborze kolektora należy uwzględnić różnice temperatur pomiędzy średnią temperaturą kolektora a powietrzem. Ważne jest z jakiego rodzaju instalacją urządzenie będzie pracować i jaki jest przewidywany dobowy rozbiór wody.
Tab. Dobór powierzchni kolektorów słonecznych
L.P. | Sposób korzystania z instalacji solarnej | Powierzchnia kolektora |
1 | Przygotowanie c.w.u. z pokryciem rocznym rzędu 65%, standard wysoki ze zużyciem dziennym 80‑100 l/osobę - budynek jednrodzinny | 1,6 mIndeks górny 22/osobę |
2 | Przygotowanie c.w.u., roczne pokrycie energii z kolektorów 45%, standard wysoki ze zużyciem dziennym rzędu 80‑100 l/osobę - budynek jednorodzinny | 1,0 mIndeks górny 22/osobę |
3 | Przygotowanie c.w.u., roczne pokrycie energii z kolektorów 40%, standard wysoki ze zużyciem dziennym rzędu 80‑100 l/osobę - budynek wielorodzinny | 0,8 mIndeks górny 22/osobę |
Przy planowaniu instalacji solarnej znaczenie ma również wielkość zasobnika c.w.u.. Jego pojemność powinna pokrywać zapotrzebowanie na wodę użytkową na dwa dni. Naczynia wzbiorcze w instalacji muszą być dobrane tak, aby zabezpieczały układ przed nadmiernym wzrostem ciśnienia czynnika roboczego (np. roztworu glikolu lub innych czynników oferowanych przez producentów systemów solarnych). Należy przy tym pamiętać, że rozszerzalność cieplna tych czynników jest inna niż rozszerzalność cieplna wody.
W Polsce z jednego metra kwadratowego powierzchni czynnej kolektora można uzyskać średnio 3 do 3,5 kWh energii. Ta wartość stanowi w praktyce podstawę doboru wielkości kolektora.
Dobierając instalację solarną do danego obiektu, należy unikać przyjmowania niższej powierzchni kolektorów niż wymagana, czy też jej zawyżania. W pierwszym przypadku ilość dostarczonej energii będzie niedostateczna, w drugim zaś grozić będzie przegrzewaniem się instalacji w okresie letnim.
4.2. Urządzenia stosowane w instalacji solarnej
Kolektory słoneczne zamieniają energię promieniowania słonecznego w ciepło służące do podgrzewania wody użytkowej (c.w.u.). Mogą to być kolektory próżniowe rurowe, składające się z dwóch koncentrycznych szklanych rurek oddzielonych próżnią, lub kolektory płaskie z płytką z rurkami miedzianymi, którymi przepływa czynnik roboczy. Ważnym parametrem kolektorów jest sprawność robocza, określana jako stosunek energii odebranej przez czynnik roboczy do ilości promieniowania padającego na kolektor. Im większa różnica temperatur między czynnikiem roboczym w kolektorze a otoczeniem, tym mniejsza sprawność.

W górnej części kolektorów i najwyższym punkcie instalacji umieszczony jest zawór odpowietrzający, który służy do odpowietrzania instalacji podczas jej napełniania. Na co dzień zawór ten powinien być szczelnie zamknięty, tak aby nie wydostawały się z niego pary glikolu, co mogłoby powodować ubytki czynnika roboczego w instalacji.
Grupa pompowa to wiele elementów instalacji zamontowanych fabrycznie w jednej obudowie. ich współpraca umożliwia sterowanie przepływem glikolu w instalacji. W grupie pompowej, na zasilaniu zbiornika, powinien znajdować się separator powietrza, który będzie odprowadzał pęcherzyki powietrza wytwarzające się przy podgrzewaniu glikolu do wyższych temperatur. Obecność powietrza w instalacji obniża jej sprawność, a brak tego elementu oznacza konieczność ręcznego odpowietrzania instalacji. Zawór napełniający, odcinający i spustowy (armatura do napełniania i płukania) zwykle znajdują się w grupie pompowej. W innym razie muszą być zamontowane na instalacji za zbiornikiem na drodze do kolektorów. Rotametr, czyli przepływomierz pływakowy (w postaci szklanej rurki z pływakiem w środku) pozwala zmierzyć natężenie przepływu czynnika roboczego. Pompa solarna pompuje czynnik roboczy w instalacji. Zawór zwrotny zapobiega cofaniu się czynnika roboczego, a termometr tarczowy pozwala odczytać jego temperaturę po powrocie i na wejściu do kolektorów. Manometr sprężynowy rurkowy wskazuje ciśnienie panujące w instalacji. Zawór bezpieczeństwa chroni instalację przed ciśnieniem powyżej 6 barów, które może być groźne dla instalacji. Ciśnienie w instalacji solarnej powinno wynosić 2 bary.

Podgrzany przez kolektory czynnik roboczy krąży w instalacji i oddaje energię do wody w zasobniku. Jeśli system solarny wspomaga pracę np. systemu z kotłem na paliwo stałe, zasobnik ciepła wyposażony będzie w dwie wężownice, z których dolna podłączona musi być do kolektora dachowego, a górna do kotła na paliwo stałe.

Jeśli system solarny działanie zależnie od innych źródeł ciepła, zasobnik może być wyposażony w grzałkę elektryczną, która pokrywać będzie ewentualne niedobory mocy, np. w nocy lub w pochmurne letnie dni. Należy przy tym pamiętać, że zimą kolektor podgrzewa wodę w zasobniku jedynie wstępnie, np. do 30⁰C (w zależności od panującej pogody).
Rury w instalacji solarnej, którymi płynie czynnik roboczy, wykonane są z miedzi lub ze stali karbowanej ocynkowanej. obowiązkowo wymagają izolacji cieplnej. Izolowanie cieplne jest szczególnie istotne w przypadku rur umieszczonych na zewnątrz, przy kolektorze. Zwykle stosuje się tam otulinę z kauczuku odporną na promieniowanie UV. Ich średnica nie może być mniejsza niż średnica rury. Średnica rur dobierana jest do liczby kolektorów, zgodnie z zasadą, że przepływ powinien wynosić v=1,0‑1,8 l/min na jeden kolektor płaski.

Przeponowe naczynie wzbiorcze pozwala równoważyć zmiany ciśnienia w instalacji. Nagrzany glikol, który zwiększa swoją objętość, wypełnia naczynie. Ochłodzony, opuszcza je i wraca do instalacji.
Czujniki temperatury mają kluczowe znaczenie dla działania całego systemu solarnego. Czujnik T1 umieszczony jest na wyjściu z baterii kolektora słonecznego i połączony ze sterownikiem, do którego kierowana jest informacja o temperaturze czynnika grzewczego w kolektorze. Czujnik T2 umieszczony jest w strefie dolnej zasobnika na wężownicy podgrzewacza i połączony jest ze sterownikiem kolektora. W przypadku osiągnięcia zadanej temperatury informacja z czujnika pozwoli zwiększyć obroty pompy i napływ podgrzanej przez kolektor wody. Czujnik T3 może być umieszczony w strefie górnej wężownicy zasobnika. W przypadku gdy kolektory nie są w stanie podgrzać wody w zasobniku do zadanej temperatury, sterowanie uruchamia kocioł.

Grafika przedstawia czujnik temperatury Pt1000 zbudowany najczęściej na bazie związków platyny i żelaza lub miedzi i niklu, o liniowej charakterystyce pracy (zakres od -30 do +500°C).
Pracą systemu solarnego steruje regulator. Działa on na podstawie sygnałów otrzymywanych z czujników temperatury: T2 (temperatura wody w zbiorniku) i T1 (temperatura glikolu w kolektorach). Jeśli różnica temperatur jest mała, zwykle poniżej 6⁰C, regulator wyłącza pompę solarną. Różnice temperatur dla włączenia i wyłączenia pompy solarnej ustawia się na regulatorze. Po zaprogramowaniu pracą regulatora zarządza algorytm, a system solarny staje się bezobsługowy.
4.3 Zasady wykonania instalacji solarnej
Dla efektywnego działania instalacji solarnej kluczowy jest prawidłowy sposób montażu kolektorów słonecznych. Muszą one być zamontowane na konstrukcji stabilnej, wytrzymałej, zabezpieczonej przed korozją. Sposób montażu powinien też chronić kolektor przed wiatrem i śniegiem, zgodnie z zasadami opisanymi w normie EN 1991. Na rynku dostępne są systemy montażowe przeznaczone do wszystkich rodzajów dachu. Optymalna jest wystawa południowa, bez zacienienia, kąt pochylenia kolektora minimum 20 stopni.
Inne zasady obowiązujące podczas montażu instalacji solarnej, to:
Wykonanie szczelnych połączeń rurociągów (połączenia lutowane, skręcane z użyciem konopi lub połączenia z podwójnym pierścieniem, oringiem).
Izolacja cieplna rur z wykorzystaniem materiałów wytrzymałych na wysokie temperatury i wilgoć (kondensacja).
Stosowanie odpowietrzników ręcznych lub automatycznych, w tym separatora powietrza. nadmiar powietrza w czynniku roboczym utrudnia jego przepływ i może w ostateczności prowadzić do przegrzania pompy i jej zatrzymania.
montaż membranowego zaworu bezpieczeństwa. Zanim zawór bezpieczeństwa zostanie zamontowany zaleca się aby przepłukać instalację. Zanieczyszczenia takie jak konopie czy opiłki metalu mogą powodować nieprawidłowe działanie zaworu. Pomiędzy instalacją a zaworem bezpieczeństwa nie montuje się armatury ani innego elementu instalacyjnego, który mógłby ograniczyć przepływ cieczy do zaworu.
Stosowanie odpowiedniego czynnika roboczego (płynu solarnego) z środkiem niezamarzającym, uniemożliwiającym zamarznięcie czynnika roboczego w rurach zewnętrznych.
Stosowanie naczyń wzbiorczych chroniących instalację przed wzrostem ciśnienia w efekcie wzrostu temperatury w kolektorze.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
5. Instalacja z pompą ciepła
Pompy ciepła to urządzenia służące do ogrzewania budynków i przygotowywania ciepłej wody użytkowej przy wykorzystaniu ciepła zgromadzonego w środowisku naturalnym: w gruncie, wodzie lub powietrzu. Ich działanie w głównej mierze opiera się na zasobach odnawialnych i sprzyja ograniczeniu emisji COIndeks dolny 22. Do działania pomp ciepła niezbędne jest dostarczenie pewnej ilości energii elektrycznej, która służy do zasilania sprężarki i pomp obiegowych. A zatem urządzenia te nie są całkowicie bezemisyjne. Jednak wartość energii pierwotnej, jaką należy dostarczyć do budynku ogrzewanego pompą ciepła, jest mniejsza w porównaniu z identycznym budynkiem z kotłem na paliwo stałe. Jeśli taki dom wyposażony jest dodatkowo w panele fotowoltaiczne, to współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej, czyli energii potrzebnej do wytworzenia i dostarczenia paliwa, może być równy zeru.
Zasada działania pompy ciepła sprowadza się do pobrania energii z otoczenia (gdzie temperatura jest niższa) i dostarczenie jej do budynku (gdzie temperatura jest wyższa). W przypadku sprężarkowych pomp ciepła jest to możliwe dzięki zachodzącym po sobie kolejno czterem procesom fizycznym: parowaniu, sprężaniu, skraplaniu i rozprężaniu.

Ze względu na rodzaj dolnego źródła ciepła wyróżnia się pompy typu:
powietrze–woda,
woda–woda,
gruntowe typu glikol–woda/etanol–woda.
Dolne źródło ciepła powinno być dostępne, mieć możliwie wysoką i stałą temperaturę cały rok i dużą pojemność cieplną. Ma ono decydujący wpływ na efektywność urządzenia. Współczynnik efektywności pompy ciepła COP (z ang. Coefficient of Performance) opisuje jej wydajność. Wyraża on stosunek użytecznej mocy cieplnej (ogrzewania) do zużytej energii elektrycznej potrzebnej do jej wyprodukowania (konkretnie: tej, która zasiliła sprężarkę pompy). Innymi słowy, opisuje, ile energii trzeba dostarczyć do układu, aby ciepło z dolnego źródła przetransportować do górnego źródła ciepła.
5.1. Zasady doboru pompy ciepła
Zasady doboru pompy ciepła dotyczą wykonania niezbędnych obliczeń, które uwzględniać muszą zapotrzebowanie cieplne budynku, w tym zapotrzebowanie dzienne i szczytowe na moc grzewczą, efektywność energetyczną budynku, powierzchnię i kubaturę, usytuowanie budynku względem stron świata, obecność i rodzaj innych źródeł ciepła. W obliczeniach trzeba wziąć pod uwagę również dane klimatyczne: strefę klimatyczną i średnią roczną temperaturę zewnętrzną. Ma to szczególne znaczenie przy doborze pompy ciepła typu powietrze–woda. Przy niskiej temperaturze zewnętrznej wzrasta zapotrzebowanie na energię cieplną w budynku, a energia cieplna takiej pompy ciepła maleje.
Przy doborze pompy należy zwrócić uwagę na oznaczenia, które zawierają informację o parametrach pracy. Przykładowo, w B0/W35 pierwsza litera oznacza nośnik energii (tu glikol, z ang. brine), a cyfra określa temperaturę nośnika energii. Litera drugiego członu oznacza czynnik odbierający energię (tu: woda), a liczba – temperaturę zasilania instalacji (35°C).
Celem wykonania obliczeń jest ustalenie optymalnej mocy pompy ciepła oraz wielkości zasobnika na wodę. Ze względu na niską temperaturę wody grzewczej zasobnik ten musi mieć pojemność zapewniającą użytkownikom komfort nawet w sytuacji zwiększonego zapotrzebowania na wodę użytkową. Właściwy dobór urządzenia powinien sprzyjać też niskim kosztom eksploatacji. Dobór pompy ciepła ułatwiają programy komputerowe, do których wprowadza się dane. Pozwalają one dobrać parametry urządzeń, zasymulować wartości rocznego współczynnika efektywności SPF i temperatury instalacji grzewczej oraz koszty eksploatacji.
5.2. Urządzenia stosowane w instalacji z pompą ciepła
Urządzenia stosowane w instalacji z pompą ciepła to jednostka zewnętrzna pompy ciepła, jednostka wewnętrzna pompy ciepła (ewentualnie pompa ciepła typu monoblok), przewody z czynnikiem roboczym, zbiornik buforowy, zbiornik na wodę użytkową, trójdrożny zawór przełączny, regulator.
Jednostka zewnętrzna zlokalizowana jest na zewnątrz budynku. Składa się z parownika z wentylatorem, sprężarki i zaworu rozprężnego. Wymiana ciepła zachodzi w parowniku, gdzie czynnik roboczy podgrzewany jest do temperatury parowania, a następnie w postaci pary przechodzi do sprężarki. Pod wpływem wzrastającego ciśnienia zostaje dodatkowo podgrzany i trafia przewodami do jednostki wewnętrznej. Rolą zaworu rozprężnego jest obniżenie ciśnienia czynnika roboczego powracającego z jednostki wewnętrznej.
Jednostka wewnętrzna zbudowana jest m.in. ze skraplacza, pompy obiegowej i zaworu rozdzielającego. W tym miejscu następuje wymiana energii między czynnikiem roboczym a górnym źródłem ciepła. Gdy sprężony czynnik o podwyższonej temperaturze trafia do skraplacza, oddaje ciepło do górnego źródła ciepła (wodzie wykorzystanej później w systemie c.o. lub c.w.u.) i skrapla się, a następnie wraca do zewnętrznej jednostki pompy ciepła. Po przejściu przez zawór rozprężny ciśnienie czynnika roboczego odzyskuje pierwotną wartość.
Przewody z czynnikiem roboczym to np. R407C, R410A, R404A i R134A. Coraz większego znaczenia nabierają jednak nowe czynniki robocze, np. R32, o lepszych parametrach termodynamicznych i niskim wskaźniku GWP, czyli bardziej przyjazne środowisku. Na odcinku między jednostką wewnętrzną a zewnętrzną przewody wymagają odpowiedniej izolacji termicznej. Zwykle instalatorzy korzystają z rur preizolowanych.

Zbiornik buforowy wody grzewczej może być stosowany jako magazyn ciepła gromadzący zapas podgrzanej wody. Dzięki temu pompa włącza się rzadziej, a koszty ogrzewania są mniejsze. Zbiornik buforowy pełniący funkcję magazynu ciepła zwykle ma pojemność nie mniejszą niż 80 l na 1 kW mocy pompy. Mniejsze zbiorniki (10–20 l/kW) pełnią w instalacji rolę sprzęgła hydraulicznego poprawiającego parametry pracy i wydłużającego żywotność pompy.
Pojemnościowy podgrzewacz wody użytkowej przechowuje ciepłą wodę użytkową. Zwykle wyposażony jest w grzałkę elektryczną, która może wspomagać podgrzewanie wody, gdy jest taka konieczność. Podgrzewacz pojemnościowy na bieżąco odbiera energię dostarczaną przez pompę ciepła, dlatego ich moc powinna być zbliżona. W pompach ciepła o mocy powyżej 10 kW podgrzewacz jest zwykle zintegrowany z obudową pompy. Wężownica w takim urządzeniu musi mieć długość 2–2,5 m2/kW.
Trójdrożny zawór przełączny podgrzewu wody kieruje czynnik grzewczy do instalacji grzewczej lub podgrzewania wody użytkowej, w zależności od zapotrzebowania. Sterowany jest automatyką pompy ciepła. W pompach o mocy do 15 kW zwykle zabudowany jest wewnątrz urządzenia.
Regulator pompy ciepła to urządzenie elektroniczne, które steruje pracą systemu, bazując na danych dotyczących temperatury w różnych punktach systemu oraz zaprogramowanych parametrach pracy. Dzięki temu pompa jest urządzeniem samoczynnym, zdolnym utrzymywać komfort cieplny w budynku. Użytkownik zwykle może korzystać z funkcji programowania dobowego i tygodniowego oraz programowania optymalnego lub ekonomicznego (w zależności od wymaganej intensywności ogrzewania).

5.3 Instalacja pompy ciepła
Zasady wykonania instalacji z pompą ciepła będą różnić się w zależności od modelu pompy, rodzaju dolnego źródła ciepła i rodzaju systemu grzewczego. W przypadku montażu pompy ciepła typu powietrze–woda należy przestrzegać następujących zasad:
montaż jednostki zewnętrznej na betonowym cokole w odległości od ściany nie mniejszej niż 30 cm, z zachowaniem odległości względem ciągów komunikacyjnych, należy unikać wystawy południowej;
wysokość od poziomu gruntu do pompy ciepła powinna wynosić co najmniej 40 cm, aby zapobiegać zablokowaniu wentylatora pompy ciepła przez śnieg w przypadku obfitych opadów;
montaż jednostki wewnętrznej na ścianie, na specjalnej listwie montażowej, w miejscu, które zapewnia swobodny dostęp serwisowy;
doprowadzenie zasilania do pompy na osobnym obwodzie elektrycznym;
połączenie jednostek rurami miedzianymi chłodniczymi o średnicy zgodnej z dokumentacją techniczną;
zadbanie o oczyszczenie przyciętych rur gratownikiem i usunięcie opiłków, które mogłyby uszkodzić pompę ciepła;
połączenie jednostki wewnętrznej z górnym źródłem ciepła – zbiornikiem na wodę użytkową i np. ogrzewaniem podłogowym;
napełnienie wodą i odpowietrzenie układu grzewczego.
Po uruchomieniu instalacji z pompą ciepła układ grzewczy należy wyregulować hydraulicznie, aby zapewnić odpowiednią pracę pompy ciepła oraz komfort cieplny użytkowników. Trzeba ustawić m.in. prędkości przepływów na pętlach ogrzewania podłogowego i parametry krzywej grzewczej.
Ważnym etapem w montażu pompy ciepła jest rozmieszczenie czujników temperatury – na zewnątrz i wewnątrz budynku. W przypadku czujnika temperatury zewnętrznej ważne jest, aby był zamontowany w miejscu zacienionym. Montaż w miejscu nasłonecznionym spowoduje, że czujnik będzie dawał fałszywe odczyty, co może skutkować niedogrzaniem budynku. Czujnik temperatury wewnętrznej powinien być zamontowany na wysokości 1,5 m nad podłogą, także w zacienionym miejscu.
5.4. Sterowanie
Sterowanie pompą ciepła może odbywać się na dwa sposoby: manualnie i automatycznie. W pierwszym trybie to użytkownik określa temperaturę zasilania obiegu grzewczego, a pompa utrzymuje zadaną temperaturę niezależnie od temperatury zewnętrznej. W drugim trybie sterownik pompy wykorzystuje krzywą grzewczą i sam dobiera temperaturę zasilania obiegu grzewczego, zależnie od temperatury zewnętrznej.
5.5 Praca w funkcji chłodzenia
Instalacja do chłodzenia budynku z pompą ciepła może wykorzystywać istniejący system z gruntową lub wodną pompą ciepła i działać na dwa sposoby: pasywnie (bez pracy sprężarki, z wykorzystaniem temperatury źródła pierwotnego w postaci gruntu lub wody) albo aktywnie (z wykorzystaniem pracy sprężarki).
Chłodzenie pasywne nazywane jest również chłodzeniem naturalnym. Polega ono na odbiorze ciepła i oddawaniu go do źródła pierwotnego z wykorzystaniem wymiennika ciepła i ogrzewania podłogowego. Zawór 4‑drogowy umożliwia pompie ciepła zmianę trybu pracy z ogrzewania na chłodzenie. Następuje wtedy zmiana kierunku przepływu czynnika roboczego, parownik staje się skraplaczem, a zamontowany w jednostce wewnętrznej skraplacz – parownikiem. Podczas chłodzenia pasywnego energię pobiera jedynie system sterowania i pompy obiegowe. Rozwiązanie takie jest znacznie bardziej energooszczędne względem typowej klimatyzacji. Sprzyja ono również regeneracji dolnego źródła ciepła, które w okresie chłodzenia pasywnego (lato) akumuluje ciepło wykorzystane później w czasie ogrzewania (zima).
Punkt rosy jest ważnym ograniczeniem wydajności systemu pasywnego, nie można bowiem przekroczyć wartości temperatury, w której rozpoczyna się proces wykraplania pary wodnej z powietrza.
Chłodzenie aktywne wymaga pracy sprężarki. Pompa ciepła pracuje w trybie odwróconym – automatyka zamienia rolami pracę skraplacza i parownika, co umożliwia czynne odprowadzanie ciepła z budynku do źródła pierwotnego (grunt lub woda). Do chłodzenia wykorzystywane są płaszczyzny takie jak podłoga, sufit lub ściany.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
6. Wentylacja mechaniczna
Wentylacja mechaniczna umożliwia usuwanie z pomieszczeń zużytego powietrza i równoczesne doprowadzanie powietrza świeżego. Jest to ważne szczególnie w budynkach o podwyższonym standardzie izolacyjności, bo brak wymiany powietrza powoduje kumulowanie się zanieczyszczeń: dwutlenku węgla, kurzu, roztoczy, pyłków, zarodników. Brak skutecznej wentylacji skutkuje również nadmierną wilgotnością powietrza. Przyczynia się do tego powietrze wydychane przez ludzi oraz codzienne czynności takie jak gotowanie, suszenie, prasowanie lub kąpiele. Para wodna, kiedy nie ma możliwości ujść z pomieszczenia, osadza się na zimnych powierzchniach (oknach albo narożach pomieszczeń), co sprzyja rozwojowi pleśni.
Sprawnie działająca instalacja wentylacyjna przeciwdziała tym zjawiskom i zapewnia usuwanie w sposób ciągły wilgoci oraz wszelkich zanieczyszczeń, również tych, które mogą się pojawić w przypadku nieprawidłowo funkcjonujących urządzeń gazowych (ulatniający się trujący tlenek węgla i inne gazy).
Przepisy regulujące zagadnienie wentylacji zawarte są w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Prawny obowiązek montażu wentylacji mechanicznej narzucony jest na budynki wysokie i wysokościowe. W pozostałych budowlach, w tym w domach jednorodzinnych, zezwala się na instalację zarówno wentylacji grawitacyjnej, jak i mechanicznej. Ta ostatnia, ze względu na wydajność, niezawodność i możliwość zastosowania wymiennika ciepła, coraz powszechniej stosowana jest w budynkach niskoenergetycznych.
6.1. Zasady doboru instalacji wentylacyjnej
Zasady doboru instalacji wentylacyjnej definiuje norma PN‑83/B‑03430. W budynku jednorodzinnym strumienie powietrza powinny wynosić nie mniej niż:
w łazience – minimum 50 metrów sześciennych,
w toalecie – 30 metrów sześciennych,
w pomieszczeniu bezokiennym (spiżarnia, garderoba) – 15 metrów sześciennych,
w kuchni z oknem zewnętrznym, wyposażonej w kuchenkę elektryczną – 30 metrów sześciennych (3 osoby) lub 50 metrów sześciennych (powyżej 3 osób),
w kuchni z oknem zewnętrznym, wyposażonej w kuchenkę gazową lub węglową – 70 metrów sześciennych,
w kuchni bez okna zewnętrznego, wyposażonej w kuchenkę elektryczną – 50 metrów sześciennych,
w kuchni bez okna zewnętrznego, wyposażonej w kuchenkę gazową (obowiązkowo z mechaniczną wentylacją wywiewną) – 70 metrów sześciennych,
w pokoju oddzielonym od pomieszczeń takich jak: kuchnia, łazienka lub toaleta, z więcej niż dwojgiem drzwi lub w pokoju znajdującym się na wyższym poziomie w wielopoziomowym domu jednorodzinnym, lub w wielopoziomowym mieszkaniu domu wielorodzinnego – 30 metrów sześciennych.
Tab. Ilości powietrza nawiewanego i wywiewanego zgodnie z normą PN‑EN 15251

Znając wymagane wielkości strumienia, a także kubaturę budynku i liczbę zamieszkujących w nim osób, można obliczyć wymaganą krotność wymian powietrza. Zadanie to ułatwiają specjalne kalkulatory wentylacyjne oferowane za darmo przez producentów systemów wentylacyjnych. Pozwalają one w łatwy sposób dobrać moc centrali i parametry innych elementów, z uwzględnieniem spadków ciśnienia i oporów.
6.2. Urządzenia stosowane w instalacji wentylacji mechanicznej
Urządzenia stosowane w instalacji wentylacji mechanicznej to centrala wentylacyjna, czerpnia, wyrzutnia, kanały wentylacyjne, anemostaty, sterownik.
Centrala wentylacyjna umożliwia wymianę powietrza w sposób ciągły dzięki wytworzeniu podciśnienia. Aby zniwelować straty ciepła, stosuje się centrale wyposażone w wymiennik ciepła (rekuperator).

Przez rekuperator przepływa strumień zimnego powietrza nawiewanego i usuwane jest powietrze ciepłe. Dzięki specjalnej konstrukcji wymiennika część ciepła z powietrza wywiewanego jest przekazywana do powietrza nawiewanego, jednak nie następuje mieszanie się powietrza. W zimowe dni pozwala to efektywnie nagrzewać powietrze wprowadzane do pomieszczeń, a w letnie dni może działać odwrotnie – odbierać ciepło z powietrza nawiewanego do pomieszczeń i w ten sposób je schładzać.
Rekuperator instaluje się zazwyczaj na poddaszu, garażu, w piwnicy lub w jakimkolwiek innym pomieszczeniu technicznym, w którym temperatura nie spada poniżej 5°C. Podłączone są do niego cztery przewody rurowe: dwa wlotowe i dwa wylotowe. Wlot zużytego powietrza łączy się z systemem rur doprowadzonych najczęściej do kuchni, łazienki i toalety, a wylot świeżego, ogrzanego już powietrza podłącza się do przewodów wentylacyjnych zakończonych anemostatami (regulowanymi nawiewnikami), umieszczonymi w pokoju dziennym, korytarzu i sypialniach. Pozostałe dwie rury wentylacyjne wyprowadza się na zewnątrz budynku: jedną do czerpni, drugą do wyrzutni.
Z powodu różnicy temperatur za wymienniku ciepła często skrapla się wilgoć. Skropliny odprowadza się zwykle do domowej kanalizacji.
W przeciwieństwie do wentylacji grawitacyjnej warunki atmosferyczne nie mają bezpośredniego wpływu na działanie tego systemu. Do działania wentylacji mechanicznej niezbędny jest prąd. Z tego powodu przepisy prawa zabraniają stosowania mechanicznej wentylacji wyciągowej w pomieszczeniu z paleniskami na paliwo stałe, płynne lub z urządzeniami gazowymi pobierającymi do spalania powietrze z pomieszczenia. Powinny one być wyposażone w niezależne grawitacyjne kominy wentylacyjne.
Czerpnia służy do zasysania świeżego powietrza z zewnątrz. Składa się z kratki, okapu lub daszku oraz kołnierza pozwalającego na połączenie jej z kanałem wentylacyjnym. Może być montowana na ścianie lub w gruncie.
Wyrzutnia służy do usuwania zużytego powietrza na zewnątrz budynku. Jej budowa jest analogiczna jak czerpni. Wyrzutnie montuje się na ścianie budynku, w oddaleniu minimum 3 m od okien.
Kanały wentylacyjne łączą centralę wentylacyjną z czerpnią i wyrzutnią. Mogą być wykonane ze stali, aluminium, tworzyw sztucznych (PVC, PE). Łączone są za pomocą redukcji, kolan, trójników itp. Średnice kanałów dobiera się do konkretnej centrali (np. Ø160, Ø250, Ø400) oraz pomieszczeń, w zależności od krotności wymiany powietrza (np. Ø100 mm, Ø135 mm).
Anemostaty nawiewne, wywiewne i nawiewno‑wywiewne znajdują się na końcu kanałów wentylacyjnych. Umożliwiają sterowanie ilością powietrza nawiewanego i odprowadzenie powietrza zużytego. Zbudowane są z uchwytu montażowego i wkręcanego elementu wewnętrznego (talerzyk, grzybek). Anemostaty wykonane z tworzywa sztucznego lub metalu i dostępne w różnych wielkościach i kształtach. Ponieważ są widocznym elementem instalacji wentylacyjnej w pomieszczeniu, producenci zwracają uwagę na to, by były atrakcyjne wizualnie.

6.3. Zasady wykonania instalacji wentylacji mechanicznej
W domu z rekuperacją okna muszą być szczelne, a drzwi wewnętrzne powinny mieć podcięcia (oferowane standardowo przez producentów) bądź otwory wentylacyjne.
Rekuperator powinien być zamontowany w miejscu zapewniającym łatwy dostęp serwisowy, gdzie temperatura nie spada poniżej 5°C.
Kanały wentylacyjne prowadzące od czerpni i wyrzutni do rekuperatora powinny być izolowane termicznie.
Kanały wentylacyjne mogą być układane na stropie, prowadzone w szybach instalacyjnych lub podwieszane pod sufitem.
Przekroje kanałów, wielkość i parametry anemostatów muszą być zgodne z projektem, a sposób ich ułożenia i montażu musi zredukować opory powietrza w instalacji.
Montaż czerpni, którą pobierane jest świeże powietrze do budynku, musi zapobiegać przedostawaniu się do jej wnętrza opadów atmosferycznych, owadów oraz innych elementów stałych, np. liści. Czerpnie ścienne powinny znajdować się co najmniej 2 m nad poziomem gruntu. Otwory czerpne dla czerpni dachowych powinny znajdować się co najmniej 40 cm powyżej pokrycia dachu. Należy zachować odległości: co najmniej 8 m od ulic, skupisk samochodów o liczbie większej niż 20, miejsc składowania odpadów stałych, wywiewek kanalizacyjnych i innych źródeł zanieczyszczenia powietrza. Czerpnia nie powinna być usytuowana wyżej niż wyrzutnia.
Otwory wylotowe wyrzutni powinny znajdować się o 1 m wyżej niż otwory czerpne. Dla wyrzutni ściennych należy zachować odległość 8 m od ścian sąsiednich budynków bez okien, a dla ścian z oknami odległość ta powinna wynosić co najmniej 10 m. Z kolei jeśli chodzi o odległość od okien usytuowanych na tej samej ścianie co wyrzutnia, należy zachować od nich dystans 3 m w poziomie oraz 2 m w pionie.

6.4 Dokumentacja techniczna elementów instalacji wentylacyjnej

Poza informacjami dotyczącymi rozmieszczenia elementów wentylacji w skład dokumentacji technicznej wchodzi także lista elementów montażowych wraz ze specyfikacją techniczną. Ich poprawny dobór i montaż zagwarantuje niezbędne przepływy powietrza. W przypadku kanałów ważny będzie materiał, z jakiego są wykonane (może on wpływać na temperaturę i ciśnienie pracy lub wartość generowanego hałasu), oraz średnica (musi być dopasowana do pozostałych elementów instalacji i zapewniać wystarczającą przepustowość, nie generując jednocześnie dużych oporów przepływu). Do średnicy kanałów i wielkości przepływów dobrane będą anemostaty; jeśli w danym pomieszczeniu musi być większa wymiana powietrza, to większa musi być również średnica anemostatu lub kratki wentylacyjnej. Jednocześnie trzeba pamiętać, aby nie przekraczać następujących wartości:
– dla przepływu nieprzekraczającego 100 ,
– dla przepływu nieprzekraczającego 190 ,
– dla przepływu nieprzekraczającego 300 ,
– dla przepływu nieprzekraczającego 450 ,
– dla przepływu nieprzekraczającego 700 .
Jeśli następujące wartości są przestrzegane, wtedy można założyć następujące straty ciśnienia w instalacji:
2 dla odcinka prostego kanału,
3 dla każdego łuku,
4 dla odgałęzienia trójnika,
30 dla każdego z anemostatów nawiewnych lub wywiewnych.
W przypadku doboru anemostatów parametry powinny być następujące:
dla strumieni nawiewnych 30–50 (np. dla sypialni),
– dla strumieni nawiewnych 50–100 (np. dla pokoju dziennego),
dla strumieni wywiewnych 30–50 (np. dla łazienki, WC),
– dla strumieni wywiewnych 50–70 < (np. dla kuchni).
Oprócz doboru kanałów i anemostatów ważny jest prawidłowy dobór czerpni i wyrzutni. Muszą one zapewniać odpowiednią przepustowość powietrza oraz nie generować zbyt dużych oporów przepływu.
Dokumentacja techniczna zawiera informacje na temat centrali wentylacyjnej takie jak: rodzaj, wymiary i waga urządzenia, które są istotne z przyczyn konstrukcyjnych, oraz wydajność, czyli strumień objętości powietrza, jaki może przepompować centrala w ciągu godziny – wartość ta powinna przekraczać obliczoną wcześniej wymaganą sprawność wentylacji. Innym istotnym parametrem centrali będzie spręż dyspozycyjny określający, z jaką siłą centrala będzie w stanie wpuszczać powietrze do kanałów wentylacyjnych. Im większa jest ta wartość, tym większe opory przepływu centrala jest w stanie pokonać.
Parametry elementów centrali wentylacyjnej, np. filtrów, wentylatorów, wymiennika ciepła i nagrzewnicy, również mogą być opisane w dokumentacji. Dla filtrów istotna będzie klasa filtrowania, wentylatory będzie charakteryzować ich moc oraz prędkość obrotów (może pojawić się również dodatkowa informacja o strumieniu wywiewanego powietrza), podobnie w przypadku nagrzewnicy będzie można znaleźć informację o jej mocy – im większa, tym efektywniej będzie ona ogrzewać powietrze. Wymiennik ciepła będzie charakteryzować jego sprawność temperaturowa, czyli zdolność do wyrównania temperatury powietrza wchodzącego do budynku z temperaturą powietrza wychodzącego. Powiązana z tym będzie również wartość odzysku energii, jaką może on zapewnić.
Po uruchomieniu centrali wentylacyjnej należy dokonać regulacji systemu. Dzięki temu ilość świeżego powietrza dostarczana do pomieszczeń nie będzie zbyt mała ani zbyt duża (co mogłoby powodować hałas). Instalator powinien dokonać konfiguracji sterownika, przeprowadzić kontrolę oporów w instalacji, mierząc maksymalne przepływy, zmierzyć wydajność instalacji przy użyciu anemometru.
6.5. Sterowanie systemem wentylacji mechanicznej
Sterowanie systemem wentylacji mechanicznej odbywa się z wykorzystaniem sterowników manualnych lub automatycznych. Te ostatnie umożliwiają programowanie pracy centrali wentylacyjnej w systemie dobowym lub tygodniowym. Dzięki temu praca systemu może być dopasowana do obecności domowników, co pozwala na ograniczenie strat ciepła.
Coraz większą popularność zdobywają też zautomatyzowane systemy sterowania działające na podstawie wskazań czujników. Przykładowo, higrostat umieszczony w kanale wywiewnym łazienki lub kuchni może sygnalizować konieczność zwiększenia obrotów wentylatora w centrali aż do momentu osiągnięcia zaprogramowanej wartości. Są to rozwiązania pozwalające zadbać o komfort użytkowników i oszczędzanie energii elektrycznej.
6.6. Instalacja do chłodzenia budynku z wykorzystaniem systemu wentylacji mechanicznej
Instalacja do chłodzenia budynku z wykorzystaniem systemu wentylacji mechanicznej może działać na dwa sposoby: przez współpracę wentylacji i klimatyzacji lub przez zastosowanie gruntowego wymiennika ciepła.
W przypadku klimatyzacji w instalacji zastosować można różne rozwiązania: split, multisplit lub klimatyzator kanałowy. Rysunek przedstawia sposób włączenia do instalacji klimatyzatora kanałowego. Wadą takiego rozwiązania jest mieszanie się powietrza z różnych pomieszczeń, hałas generowany przez jednostkę klimatyzacyjną oraz konieczność dostarczania energii elektrycznej niezbędnej do pracy klimatyzatora.

Bardziej energooszczędną alternatywą jest zastosowanie gruntowego wymiennika ciepła zakończonego czerpnią gruntową. Idea jego działania związana jest z faktem utrzymywania się stałych niskich temperatur gruntu na głębokości kilku metrów pod powierzchnią (ok. 8–10°C). Powietrze przepływające przez wymiennik gruntowy zostaje osuszone i ulega schłodzeniu nawet o kilkanaście stopni. W zimie gruntowy wymiennik ciepła umożliwia wstępne ogrzanie powietrza, zanim trafi ono do centrali wentylacyjnej. Nie wymaga przy tym zasilania energią elektryczną i jest bezobsługowy.

Gruntowe wymienniki ciepła wykonywane są m.in. w wersji rurowej, żwirowej, płytowej.
Wymienniki rurowe tworzy system rur PVC ułożonych pod gruntem w formie rurociągu pojedynczego, podwójnego lub w układzie rozdzielonym. W instalacji musi znajdować się studzienka odwodnieniowa zbierająca skropliny.
Wymiennik żwirowy umożliwia przepływ powietrza przez złoże o powierzchni ok. 10–12 m2 wykonane ze żwiru bądź kruszywa. Rozwiązanie takie nie może być stosowane przy wysokim poziomie wód gruntowych. Powinno też mieć zabezpieczenie przed wnikaniem wody deszczowej.
Wymiennik płytowy zbudowany jest z płyt z tworzywa sztucznego osadzonych na klockach dystansowych. W tym systemie powietrze przepływa między podsypką a płytą wymiennika. System ten nie wymaga dużej ilości miejsca i można go umieścić pod płytą fundamentową budynku.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
7. Instalacja fotowoltaiczna
7.1. Zasady doboru instalacji fotowoltaicznej
Zasady doboru instalacji fotowoltaicznej różnią się od zasad obowiązujących dla innych instalacji działających z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii. Wynika to z tego, że instalacja fotowoltaiczna zwykle nie jest samowystarczalna. Najczęściej spotykane instalacje mają formę on‑grid, co oznacza, że są podłączone do sieci energetycznej, do której oddają nadwyżki prądu. Z tego względu dobór instalacji nie musi być ściśle uzależniony od indywidualnego zapotrzebowania na prąd, choć oczywiście powinien uwzględniać dotychczasowe i planowane zużycie prądu w obiekcie. Zwykle ważnymi czynnikami decydującymi o wielkości instalacji jest budżet inwestora i niezacieniona powierzchnia do montażu paneli, jaką dysponuje.
Jeśli planowana jest współpraca instalacji PV z pompą ciepła, dobór wielkości instalacji powinien uwzględniać zapotrzebowanie na energię w danym gospodarstwie domowym (w tym roczne zużycie energii elektrycznej, zapotrzebowanie grzewcze budynku i zapotrzebowanie na ciepłą wodę). Energia z fotowoltaiki powinna optymalnie pokrywać minimum 80% zasilania pompy ciepła.

A – moduł fotowoltaiczny 4 kW, B – falownik, C – przewody przyłączeniowe
Do projektowania instalacji służy specjalistyczne oprogramowanie (np. PV Designer, Fronius Solar Configuration, Polysun), zwykle wyposażone w opcje symulacji pracy instalacji. Do programu należy wprowadzić dane dotyczące m.in. orientacji miejsca montażu względem słońca, kąta nachylenia dachu, rodzaju poszycia dachu (a w przypadku montażu na gruncie: ukształtowania terenu). Na ich podstawie program przygotowuje wizualizacje instalacji fotowoltaicznej, schematy połączeń i ilość ograniczonej emisji COIndeks dolny 22.
7.2. Zasady wykonania instalacji fotowoltaicznej
Zasady wykonania instalacji fotowoltaicznej, których należy przestrzegać podczas montażu, sprzyjają osiągnięciu zarówno maksymalnej wydajności, jak i bezpieczeństwa eksploatacji, w tym bezpieczeństwa przeciwpożarowego.
W Polsce optymalnym sposobem montażu paneli fotowoltaicznych jest orientacja na południe z zachowaniem kąta od 30 do 35 stopni. Jeśli instalacja zajmuje więcej niż jedną połać dachową, to należy zainstalować więcej niż jeden falownik. Pozwala to zoptymalizować uzyski mocy, które będą różne w zależności od orientacji geograficznej i nasłonecznienia.
Zgodnie z Ustawą z dnia 13 lutego 2020 roku o zmianie ustawy – Prawo budowlane oraz niektórych innych ustaw (Dz.U. 2020 poz. 471) budowa instalacji o mocy do 50 kW nie wymaga pozwolenia na budowę ani zgłoszenia wykonywania robót budowlanych. Instalacje o mocy powyżej 6,5 kW wymagają uzgodnienia z rzeczoznawcą do spraw zabezpieczeń przeciwpożarowych i zawiadomienia organów Państwowej Straży Pożarnej.
Wszystkie elementy instalacji powinny być dopasowane, wzajemnie kompatybilne. Zastosowanie szybkozłączek po stronie DC od różnych producentów może grozić wystąpieniem łuku elektrycznego i pożaru. Podczas montażu należy więc zwrócić uwagę nie tylko na typ złączki (np. popularne MC4), ale także na ich producenta. Rekomenduje się, aby połączenia były wykonywane szybkozłączkami tego samego typu od jednego producenta. Dla złączek MC4 należy używać oryginalnych kluczy do zaciskania. Połączenie do falownika powinno zostać wykonane za pomocą złączek dostarczonych/rekomendowanych przez producenta urządzenia. Po wykonaniu połączeń szybkozłączkami warto wykonać badanie kamerą termowizyjną. Pozwoli ono upewnić się, że połączenia działają prawidłowo i nie emitują ciepła.

Przewody łączące moduły prowadzone na dachach budynków należy układać z dala od ostrych krawędzi i elementów, z zachowaniem dopuszczalnych promieni gięcia, bez naprężeń.

Wszystkie elementy instalacji, w tym moduł fotowoltaiczny, powinny być montowane zgodnie z dokumentacją techniczną, która często wskazuje na właściwy moment dokręcenia (siła wyrażona w jednostce Nm). Zbyt mocne dokręcenie przewodów grozi ich uszkodzeniem. Zbyt luźne dokręcenie przewodów spowoduje wzrost rezystancji. Podczas montażu należy korzystać z wkrętaków i kluczy dynamometrycznych. Inne niezbędne narzędzia to nożyce do cięcia kabli i przewodów, zaciskarka do złącz fotowoltaicznych, ściągacz izolacji, klucze montażowe do złącz, multimetr i inne urządzenia pomiarowe.

7.3. Urządzenia stosowane w instalacji fotowoltaicznej
Urządzenia stosowane w instalacji fotowoltaicznej to panele fotowoltaiczne, konstrukcja nośna i falownik.
Panel fotowoltaiczny zbudowany jest z modułów fotowoltaicznych, zmontowanych i okablowanych. Dostępne są różne typy modułów: monokrystaliczne, polikrystaliczne i z krzemu amorficznego. Największa sprawność i najdłuższa żywotność cechuje ogniwa monokrystaliczne.

Panele przeznaczone są do montażu na dachach płaskich lub skośnych, na przeznaczonych do tego konstrukcjach montażowych (przykręcanych lub balastowych). Instalacje wolnostojące montuje się na stalowych konstrukcjach jedno- lub dwupodporowych lub konstrukcjach gruntowych. Panele fotowoltaiczne połączone są za pomocą przewodów do falownika (inwertera), którego zadaniem jest przekształcanie wygenerowanego pod wpływem promieniowania słonecznego prądu stałego w prąd przemienny. Ten może być wykorzystany na potrzeby użytkowników budynku lub oddany do publicznej sieci energetycznej.
Falowniki dostępne są w różnych wielkościach, od 1,5 do 20 kWp. Przeznaczone są do montażu zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz. W tym pierwszym przypadku warto zwrócić uwagę, aby sposób montażu nie zakłócał wentylacji urządzenia. Falownik podczas pracy emituje ciepło i powinien być zamontowany tak, aby mieć zapewniony przepływ powietrza. Przegrzanie powodować będzie awaryjne wyłączanie się falownika, a z czasem może prowadzić do jego uszkodzenia.
Falownik przyłącza się bezpośrednio do rozdzielnicy głównej na wydzielonym obwodzie elektrycznym.
Falowniki PV zwykle wyposażone są w wyświetlacz LCD, co pozwala na odczyt pomiaru wyprodukowanej energii elektrycznej, parametrów prądu i stanu instalacji. Niektóre urządzenia mają możliwość połączenia z internetem i transmisji tych danych na urządzenia mobilne, np. telefon użytkownika instalacji.
7.4. Energia z instalacji fotowoltaicznej
Energia z instalacji fotowoltaicznej może być zużywana na bieżąco przez urządzenia elektryczne, ale również wykorzystywana do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej. Wymagane jest wówczas dostosowanie wielkości zbiornika buforowego i zasobnika na ciepłą wodę tak, aby możliwe było jej magazynowanie przynajmniej przez 24 godziny.
W nowoczesnych systemach z fotowoltaiką i pompą ciepła możliwe jest zastosowanie automatyki sterującej zużyciem energii. W sytuacji zwiększonej produkcji prądu przez system fotowoltaiczny menedżer energii kieruje nadwyżkę do systemu grzewczego, uruchamiając ogrzewanie budynku do zaprogramowanych na taką okoliczność wartości. Budynek pełni wówczas rolę magazynu ciepła.
Nadmiar energii może być również gromadzony w bateriach, np. litowo‑jonowych, o pojemności 4,4 Kwh i większej. Wadą tego rozwiązania jest ich cena oraz ograniczona żywotność. Alternatywą dla fizycznego magazynowania nadwyżek energii są magazyny wirtualne. Rozwiązanie to polega na odesłaniu nadwyżki wyprodukowanej energii do sieci, gdzie zamiast być fizycznie zmagazynowana, jest zużywana przez gospodarstwa, które w danym momencie jej potrzebują. Licznik odmierza oddaną ilość energii, by prosument mógł ją odebrać później, gdy sam będzie jej potrzebował (np. w godzinach wieczornych).
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
8. Wykaz źródeł
Netografia:
Budowlane ABC, Budowlane ABC – Ministerstwo Rozwoju i Technologii – Budowlane ABC – poradnik budowlany [dostęp 01.12.2023].
Fotowoltaika, e‑podręcznik, (red.) Marszałek K., 2021, Fotowoltaika - Czytaj online - Open AGH [dostęp 01.12.2023].
GLOB Energia, serwis o Odnawialnych Źródłach Energii, https://globenergia.pl [dostęp 01.12.2023].
Instytut Energii Odnawialnej, Strona główna - EC BREC Instytut Energetyki Odnawialnej | Fotowoltaika (ieo.pl) [dostęp 01.12.2023].
Nowe warunki Techniczne 2021. Dachy, ściany, stropy, fundamenty, Warszawa 2023, 273954,plik (izolacje.com.pl) [dostęp 01.12.2023].
Renewables 2021 Global Status Report. Renewable Energy Policy Network for the 21st Century, GSR2021_Full_Report.pdf (ren21.net) [dostęp 01.12.2023].
POBE – Porozumienie Branżowe na Rzecz Efektywności Energetycznej, http://pobe.pl/materialy-i-poradniki/ [dostęp 01.12.2023].
PORT PC – Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp ciepła, Strona główna - Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp Ciepła (portpc.pl) [dostęp 01.12.2023].
Stowarzyszenie Polska Wentylacja, https://www.wentylacja.org.pl/ [dostęp 01.12.2023].
Urząd Regulacji Energetyki, Urząd Regulacji Energetyki (ure.gov.pl), [dostęp 01.12.2023].
Vademecum dla uczniów technikum. Instalacje wentylacji i klimatyzacji, http://instsani.pl/technik-inzynierii-sanitarnej/vademecum-instalacji-sanitarnych/instalacje-wentylacji-i-klimatyzacji/ [dostęp: 23.05.2022].
Viessmann, Klakulatory doborowe Profesjonalna koncepcja i projekt instalacji (viessmann.pl) [dostęp: 23.05.2022].
Viessmann, Podręcznik architekta, projektanta i instalatora. Kolektory słoneczne, https://viessmann-projektant.pl/ [dostęp 01.12.2023].
Viessmann, Podręcznik architekta, projektanta i instalatora. Projekty instalacji wentylacji, https://viessmann-projektant.pl/ [dostęp 01.12.2023].
Viessmann, Zeszyt fachowy - fotowoltaika,, https://viessmann-projektant.pl/ [dostęp 01.12.2023].
Bibliografia:
Graczyk A., Wielewska I., Piaskowska M., Rozwój odnawialnych źródeł energii w Polsce. Problemy bezpieczeństwa energetycznego i lokalnego wykorzystania zasobów, Texter, Wrocław 2017.
Jastrzębska G., Energia ze źródeł odnawialnych i jej wykorzystanie, WKŁ, Warszawa 2017.
Księżopolski K., Pronińska K., Sulowska A., Wydawnictwo Elipsa, Odnawialne źródła energii w Polsce, Elipsa Dom Wydawniczy, Warszawa 2021.
Klugmann‑Radziemska E., Fotowoltaika w teorii i praktyce, BTC, 2014.
Oszczak W., Ogrzewanie domów z zastosowaniem pomp ciepła, WKŁ, Warszawa 2015.
Rubik M., Chłodnictwo i pompy ciepła, Grupa Medium, Warszawa 2022.
Strzyżewski J., Pompy ciepła – zasady działania i wybór rozwiązań, Wiedza i Praktyka, Warszawa 2017.
Szymański B., Instalacje fotowoltaiczne. Poradnik, Globenergia, Kraków 2023.
Tytko R., Fotowoltaika Podręcznik dla studentów, uczniów, instalatorów, inwestorów, EcoInvestment, Kraków 2021.
Tytko R., Urządzenia i systemy energetyki odnawialnej, EcoInvestment, Kraków 2021.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

