Rekuperacja ciepła: obowiązek czy konieczność?

Czy od 2021 roku dom musi mieć wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła, czyli rekuperację?

Nie istnieje żaden przepis, który nakazywałby stosowanie w domu wentylacji z odzyskiem ciepła. Dlaczego więc wielu architektów twierdzi, że rekuperacja jest niezbędna?

Wymóg ten wynika z obliczeń. Przy klasie energetycznej A0 dla budynków o niemal zerowym zużyciu energii, obowiązującej na Słowacji od 2021 roku, ocenia się trzy główne składowe charakterystyki energetycznej budynku:

• Właściwości termoizolacyjne przegród zewnętrznych budynku
• Straty i zyski ciepła w domu
• Wytwarzanie ciepła i produkcja energii ze źródeł odnawialnych

Właściwości termoizolacyjne przegród zewnętrznych

...poprawiają się stopniowo już od 1960 roku. Ocieplane były także pierwsze bloki z wielkiej płyty. Miały tak zwane ściany warstwowe, w których warstwę środkową stanowił beton termoizolacyjny. Impulsem do ocieplania była w tamtych latach przede wszystkim chęć uniezależnienia się od dostaw energii z krajów sąsiednich, a także względy ekologiczne (smród z licznych kominów).

Później nadszedł rok 2010, kiedy zaczęliśmy traktować ocieplanie poważniej. Od tego czasu rynek stopniowo dojrzewa: pojawiają się produkty, detale konstrukcyjne i jakość wykonawstwa, które pozwalają budować wymagane dziś domy klasy A0. Najsłabszym ogniwem są okna, które trzeba dobierać odpowiedzialnie. W ostatecznej decyzji chętnie doradzi każdy architekt lub projektant instalacji grzewczych.

Trzeba powiedzieć, że dobrze zaizolowana obudowa budynku jest korzystna dla jego mieszkańców, ponieważ zmniejsza liczbę miejsc krytycznych w przegrodach (mostków termicznych), a tym samym ogranicza występowanie pleśni. Zmniejsza zapotrzebowanie na ciepło, a przez to ogranicza przesuszenie powietrza i ilość pyłu, które zatykają płuca oraz przenoszą roztocza i wirusy.

Jak ze wszystkim, również z izolacją termiczną nie należy przesadzać. Od pewnej grubości dalsze jej pogrubianie przestaje przekładać się na oszczędności. W ścianach zewnętrznych doszliśmy do 600 mm styropianu, przy których ciepło teoretycznie uchodziłoby z konstrukcji przez pół roku (przy pełnej szczelności powietrznej domu).

Straty i zyski ciepła, wentylacja mechaniczna

...budynku to ciepło, które ucieka z domu przez wspomniane wyżej przegrody zewnętrzne budynku. Przy obliczeniach koryguje się grubości izolacji i szuka możliwości sensownych oszczędności w detalach. Właśnie tutaj pojawia się jedno z najważniejszych zadań projektanta ogrzewania: oszczędzać zarówno na kosztach budowy, jak i na eksploatacji domu. Ciepło tracimy również przez wentylację. Przy zachowaniu minimalnej wymiany powietrza n = 0,50, czyli 50% objętości powietrza w domu na godzinę, osiągamy stratę ciepła 10–15 kWh/m² * rok. Gdy musimy spełnić normę z maksymalną stratą ciepła 20,40 kWh/m² * rok, zostaje bardzo mały zapas na straty przez przenikanie przez przegrody zewnętrzne. Dlatego architekci masowo sięgają po rekuperację o sprawności 85–90% (85–90% ciepła z „zużytego” powietrza trafia z powrotem do ogrzewanego powietrza świeżego).

W domach podziemnych zamiast rekuperacji wykorzystujemy grunt, a dom wentylujemy grawitacyjnie. Wentylacja grawitacyjna potrafi jednak odzyskać tylko 10–15% ciepła, a norma nie uznaje akumulacji ciepła w gruncie i w zielonym dachu. Dlatego domy podziemne oceniamy według metodyki Passive House Planning Package (PHPP), która znacznie dokładniej odpowiada wartościom zmierzonym. W PHPP widać, że rekuperacja pomaga tylko w minimalnym stopniu. Program obliczeniowy PHPP odwzorowuje rzeczywistość z dużą dokładnością. Dlatego rekuperacji nie stosujemy. Oficjalnie do oceny trzeba jednak stosować normy słowackie i czeskie (STN i ČSN), według których rekuperacja jest niezbędna. Stopniowo przechodzimy też do badań, czyli do sprawdzania wyników w praktyce we współpracy z uczelniami.

Poza stratami ciepła dom ma również wewnętrzne zyski ciepła, które trzeba uwzględnić. Należą do nich komputery, kuchenki, płyty grzewcze, zakładana liczba osób w domu i lodówki. Okna, jako najtańszy kolektor słoneczny, wlicza się do zewnętrznych zysków ciepła, czyli ciepła pozyskanego ze słońca. Warto zauważyć, że okna skierowane na południe mają w ciągu roku większe zyski ciepła niż straty. W obliczeniach przyjmuję okna o parametrach dla domów pasywnych, czyli Uw = 0,85 W/m²K (zasada ta obowiązuje od Uw = 1,10).

Otwartą kwestią są zyski ciepła w relacji do oszczędności na izolacji i elementach grzewczych, a także zapobieganie przegrzewaniu latem. Przegrzewanie latem będzie wraz ze zmianą klimatu najczęstszym pytaniem do specjalistów od ogrzewania. Przepisy jednak nie wymagają takiej oceny dla budynków mieszkalnych. Zależy to wyłącznie od odpowiedzialności projektanta i gotowości inwestora, by zainwestować w kompleksowe rozwiązanie.

Wytwarzanie ciepła, odnawialne źródła energii i życie off-grid

Tu zaczyna się alchemia projektanta ogrzewania. Musi dobrać jak najmniej produktów, które razem zapewnią sensowne wytwarzanie ciepła potrzebnego w domu. Produkty i urządzenia muszą niezawodnie ze sobą współpracować, czyli chodzi o rozwiązanie odporne na błędy. Naturalnie należy do tego także wytwarzanie energii z niemal niewyczerpanego źródła, jakim jest słońce.

Najmniejsza kombinacja składa się z trzech elementów. System I:

• Panele promiennikowe
• Piec kominkowy z wymiennikiem do podgrzewania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) i ogrzewania pomieszczeń
• Fotowoltaika

Alternatywą jest kompaktowa centrala, która łączy wszystkie elementy. System II:

• Ogrzewanie domu: rozprowadzenie ciepła
• Rekuperacja ciepłaPodgrzewanie c.w.u., w połączeniu z panelami fotowoltaicznymi lub pompą ciepła gruntową (glikol-woda). Pompa ciepła powietrze-woda musi być w chłodnych miesiącach uzupełniona o podgrzewanie wstępne.
• Dodatkowy piec kominkowy (opcjonalnie)

Spośród dostępnych możliwości jednoznacznie wybieramy produkty prostsze i mniejsze. Powody są następujące:

• Prostsze produkty są tańsze w montażu.
• Prostsze produkty są bardziej niezawodne i mają dłuższą żywotność, także przy częściowej awarii.
• W prostszym systemie z oddzielnymi elementami naprawy są łatwiejsze. Wymienia się tylko niewielką część lub odcinek na nowy. Naprawa jest oczywiście znacznie prostsza i rozłożona w czasie.
• Możliwość życia off-grid, czyli samowystarczalnie

Życie off-grid a pompa ciepła

Dzięki bardzo niskiemu zapotrzebowaniu na ciepło do ogrzewania krótkiego domu klient może sam wybrać sposób ogrzewania. Pompy ciepła i rekuperacja są projektowane na bardzo niskie, ale ciągłe zużycie. Włączona pompa ciepła zużywa zimą około 20 kWh/dobę w domu klasy A1 i około 10 kWh/dobę w domu klasy A0. Rekuperacja dokłada kolejną 1 kWh/dobę. Zużycie gospodarstwa domowego (komputer, gotowanie, pranie, oświetlenie świąteczne) wynosi zimą 8 kWh/dobę. Ciepło z drewna (drewno działa jak magazyn energii) łatwo uzyskać, a potrzeba go od 1 do 1,5 metra sześciennego rocznie. Różnica między zużyciem 8 kWh/dobę a 19–29 kWh/dobę jest jednak znaczna. Rekuperacja w połączeniu z pompą ciepła wymagałaby przy życiu off-grid ponad dwukrotnie większej pojemności magazynu energii i mocy fotowoltaiki. Dlatego zalecamy prostszy system grzewczy, bez rekuperacji.

Instalacja o mocy od 12 do 16 kWp zamiast systemu od 29 do 38 kWp to przy życiu off-grid istotna różnica w kosztach.

Przykładowe zużycie energii w domu

• Pralka: 0,30 kWh/dobę
• Gotowanie: od 1 do 2 kWh/dobę (danie gotowane, na przykład mięso lub ciasto)
• Oświetlenie: 0,20 kWh/dobę
• Lodówka: 0,40 kWh/dobę
• Czajnik elektryczny (także turystyczny): 0,2 kWh/dobę (3 kawy / 1 l herbaty dziennie)

Podsumowanie

Rekuperacja ma sens i w większości domów jest niezbędna. Ważne jest jednak, by rozważyć, kiedy ją stosować, a kiedy nie. W przypadku naszego krótkiego domu wybieramy rozwiązanie bez niej, bo doświadczenia naszych klientów pokazują, że rekuperacja się tu nie opłaca. Ziemia wokół domu i pod nim działa jak akumulator ciepła i zapewnia pożądaną stabilność temperatury, a wentylacja grawitacyjna dostarcza świeże powietrze.