SPOSOBY racjonalnego ograniczania zużycia energii na potrzeby c.w.u.

Aby ograniczyć zużycie energii koniecznej do produkcji ciepłej wody o wymaganych parametrach, należy wprowadzić rozwiązania mające na celu:
zmniejszenie zużycia wody ,
zwiększenie sprawności systemu przygotowania c.w.u.,
wykorzystanie energii odnawialnej (słonecznej).

Zmniejszenie zużycia wody

Podstawowym działaniem mającym na celu zmniejszenie zużycia energii jest sprawdzenie, czy instalacji c.w.u jest szczelna, czy nie ma niekontrolowanych wycieków na c.w.u. Dalsze ograniczenie zużycia wody wiąże się z zastosowanie perlatorów, czyli na napowietrzaczy, które zmniejszają strumienie wypływającej ciepłej wody. Ograniczenie zużycia wody może sięgać od 15% do 35% a w skrajnych przypadkach nawet do 50%. Istotne jest też wprowadzenie energooszczędnego i ekologicznego korzystania z ciepłej wody, np. użytkując prysznice wyposażone w efektywne perlatory.

Drugim działaniem jest wprowadzenie odpowiedniej izolacji termicznej instalacji c.w.u. oraz systemu regulacji cyrkulacji. Aby zmniejszyć zużycie wody, należy zadbać o poprawną cyrkulację w instalacji c.w.u. Wymaga to zastosowania pompy cyrkulacyjnej najlepiej energetycznej klasy A lub A+ z regulowaną prędkością obrotową i wyłącznikiem czasowym oraz termostatycznych ograniczników cyrkulacji montowanych na przewodach cyrkulacyjnych pod pionami. Zapewniają one dynamiczne równoważenie przepływów w instalacji cyrkulacyjnej c.w.u., a tym samym utrzymanie stałej temperatury w pionie cyrkulacyjnym oraz stabilizację strumienia. Dzięki temu uzyskuje się oszczędności ciepła, a dostawa ciepłej wody jest natychmiastowa.
Ograniczenie zużycia ciepłej wody użytkowej uzyskuje się również dzięki: zainstalowaniu wodomierzy lub ciepłomierzy oraz zastosowaniu regulatorów ciśnienia na przyłączach wodociągowych w celu dostosowania ciśnienia wody do wymaganego (zmniejszenia poboru wody oraz strat spowodowanych przeciekami) oraz zastosowaniu armatury wodooszczędnej w punktach poboru c.w.u. (baterie termostatyczne, perlatory itp.).

Zwiększenie sprawności systemu przygotowania c.w.u.

Poprawę sprawności systemu przygotowania c.w.u. można uzyskać dzięki usprawnieniu systemu podgrzewania i rozdziału c.w.u. Dobre efekty przynosi:
zwiększenie sprawności źródła ciepła,
zastosowanie układu automatycznej regulacji temperatury wody oraz pomp obiegowych i cyrkulacyjnych,
regulacja hydrauliczna systemu rozdziału i cyrkulacji wody,
zastosowanie pomp cyrkulacyjnych klasy A lub wyższej z regulowaną prędkością obrotową wirnika i wyłącznikiem czasowym,
skrócenie czasu pracy pomp,
zmniejszenie strat ciepła w systemie przesyłania c.w.u. (dzięki właściwej izolacji cieplnej przewodów, armatury i wymienników ciepła).
Takie rozwiązania powinny być stosowane we wszystkich nowo projektowanych budynkach.
Zdarza się, że zwiększenie sprawności systemu przygotowania c.w.u. wymaga zmiany systemu z centralnego na indywidualny. Podjęcie takiej decyzji powinno jednak zależeć od wyników analizy opłacalności ekonomicznej proponowanych rozwiązań.

Efektywność energetyczna instalacji c.w.u. określa ilość nieodnawialnej energii pierwotnej potrzebnej do wyprodukowania 1 kWh energii użytkowej wyrażonej przez wskaźnik EE, c.w.u,

EE,c.w.u. =

gdzie
w – współczynnik nieodnawialnej energii pierwotnej wg tabeli poniżej
ηc.w.u. – sprawność instalacji c.w.u.

Zobacz

• Tab. 48.1. Współczynnik nieodnawialnej energii pierwotnej.
• Tab. 48.2. Porównanie efektywności energetycznej różnych instalacji c.w.u stosowanych w domach jednorodzinnych
• Tab. 48.3. Porównanie efektywności energetycznej różnych instalacji c.w.u stosowanych w domach wielorodzinnych.

Zastosowanie kolektorów słonecznych

Zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło z tradycyjnych źródeł energii jest możliwe dzięki zastosowaniu kolektorów słonecznych cieplnych PC lub fotowoltaicznych – PV . Stosowanie kolektorów PC i PV  wpływa tym samym na zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska przez wykorzystanie energii promieniowania słonecznego i teoretycznie nie powoduje żadnych szkodliwych emisji do otoczenia. Kolektory słoneczne PC mogą dostarczać energii potrzebnej do przygotowania ciepłej wody użytkowej, a także podgrzewania wody w basenach oraz służyć do wspomagania centralnego ogrzewania. Ostatnia możliwość wykorzystania PC do produkcji c.o. istnieje raczej w teorii. W zimie kiedy potrzebujemy c.o. ilość energii słonecznej jest niewystarczająca nawet na potrzeby c.w.u..

• Zobacz wykres Wyk. 48.1. Miesięczne nasłonecznie dla Krakowa

Dla prawidłowo zaprojektowanej instalacji PC na c.w.u pokrycie zapotrzebowania na ciepło przedstawia się jak na wykresie Wyk. 48.2. (Miesięczny procentowy udział  produkcji energii słonecznej w bilansie c.w.u. dla poprawnie zaprojektowanej instalacji w znormalizowanym nasłonecznienie dla budownictwa mieszkaniowego.)

Z tego wynika że możliwości produkcji ciepłej wody ze słońca są duże, należy jednak zauważyć, że przy gromadzeniu ciepła ze słońca należy uwzględnić dodatkowo następujące czynniki pogarszające efektywność układów solarnych:
ograniczone możliwości wykorzystania ciepła ze słońca ze względu na urlopy i wyjazdy weekendowe, współczynnik wykorzystanie waha się od 0,65 do 0,85 w zależności od prowadzonego stylu życia, i eksploatacji domu czy mieszkania,
zwiększone straty magazynowania oraz transportu ciepła,
Dodatkowo dochodzą zwiększone zużycie energii na pompy i sterownie instalacji c.w.u.

Do podstawowych typów kolektorów słonecznych należą płaskie kolektory cieczowe [Rys. 48.1. Budowa kolektora płaskiego]. Zalecane są do stosowania w niskotemperaturowych systemach działających sezonowo, tj. przy niewielkich obciążeniach grzewczych występujących w porze letniej. Sprawność takich kolektorów jest niewielka. Podstawową ich zaletą jest niski koszt.
Dostępne są również kolektory z selektywnymi pokryciami absorberów, które umożliwiają lepsze pochłaniane energii promieniowania słonecznego przy znacznym ograniczeniu strat na drodze emisji.

• zobacz Fot. 48.1. Przykład kolektorów płaski na zainstalowanych na dachu od strony południowej.

Kolektory próżniowe [Rys. 48.2. - Budowa kolektora próżniowego], o aktualnie najwyższej sprawności, stosowane są, gdy konieczne jest zapewnienie wyższej temperatury czynnika grzewczego. Pracują względnie wydajnie nawet w gorszych warunkach nasłonecznienia.
Kolektory słoneczne można montować na elementach zewnętrznych budynku – na dachach i ścianach zewnętrznych. Wymogiem jest zapewnienie odpowiedniej wytrzymałości elementów nośnych przegród, do których będą mocowane. Problem ten występuje właściwie tylko przy kolektorach płaskich. Kolektory próżniowe charakteryzują się tak niewielkim ciężarem, że praktycznie nie wymagają wzmacniania konstrukcji.
Zastosowanie kolektorów słonecznych umożliwia zmniejszenie produkcji energii na potrzeby c.w.u., a czasami również na c.o. Ich użycie pozwala pokryć nawet 100% zapotrzebowania na ciepło w budynku. Koszty takiej inwestycji są jednak tak ogromne, że trudno jest komukolwiek je polecać. Rozwiązania uzasadnione ekonomicznie pozwalają obniżyć zapotrzebowanie na ciepło do podgrzewania wody użytkowej do poziomu 50–65% w skali roku, a latem nawet do 100%. Jest to możliwe przy zastosowaniu kolektorów próżniowych.
Koszt kompleksowej instalacji grzewczej z płaskimi kolektorami cieczowymi dla domku jednorodzinnego (rodzina 4–5osobowa), pakiet, w skład którego oprócz kolektorów o pow. 6 m2 wchodzi zbiornik magazynujący o objętości 300 l, oprzyrządowanie z automatyką (w zależności od typu kolektora i producenta), waha się w granicach od 10  000 zł do 14  000 zł netto; w odniesieniu do 1 m2 kolektora płaskiego wynosi od 1700 zł do 2200 zł netto.
Koszt kompleksowej instalacji grzewczej (kolektory, zbiorniki, oprzyrządowanie, automatyka) dla dużego obiektu, np. budynku wielorodzinnego, obiektu użyteczności publicznej w odniesieniu do 1 m2 kolektora płaskiego wynosi od 1500 do 2000 zł/m2 powierzchni kolektora netto. Przy kolektorze próżniowym koszt instalacji można określić na podstawie ceny 1 m2 powierzchni kolektora próżniowego, którą należy przyjmować w przedziale od 2000 do 2500 zł/m2 netto.

• zobacz Fot. 48.2. Kolektor próżniowy na dachu.

Kolektory PV (fotowoltaiczne) .Kolektory PV stosowane są w polskim budownictwie rzadko, ze względu na małą opłacalność oraz stosunkowo wysokie koszty inwestycji. Ze względu na zmienność produkcji rozwiązaniem lepszym jest sprzedaż do sieci elektroenergetycznej prądu wyprodukowanego przez baterie PV. Należy jednak zauważyć, że wymaga to przeprowadzenia szeregu uzgodnień pomiędzy producentem a odbiorą energii. Aktualne ceny skupu energii nie zachęcają do rozwoju tej formy produkcji ciepła z odnawialnych źródeł energii.
Sprawność wytwarzania energii z najlepszych paneli PV jest na dziś niewielka i wynosi początkowo 16% do 18% energii słonecznej, co oznacza, że jeżeli rocznie na 1 m2 powierzchni kolektora dociera 1000 kWh to z PV możemy uzyskać około 180 kWh rocznie energii co stanowi 90 zł rocznie jeżeli przyjmiemy, że prąd sprzedany będzie w cenie zakupu czyli po 50 gr/kWh. Jest to jednak duże przybliżenie i to na korzyść PV. W rzeczywistości sprawność PV maleje z czasem średnio 0,5% rocznie zatem średnia sprawność PV w czasie jej eksploatacji (żywotności) wynosi około 13%-14%, dodatkowo należy uwzględnić sprawność przetwarzania prądu ze stałego na zmienny 95% oraz sprawność kolektorów latem, która jest dodatkowo mniejsza ze względu na ich przegrzewanie. Po podsumowaniu wszystkich sprawności otrzymujemy ostatecznie niezadowalający wyniki:

η PV = 0,14*0,95*0,85 = 0,11
Zatem 1000 kWh * 0,11 = 110 zł/m2 przy sprzedaży prądu w cenie 50 gr/kWh. Jednak sprzedaż prądu w takiej cenie na razie nie występuje dla małych producentów energii.
Dodatkowo występuje na często lokalne zacienienie od drzew i sąsiednich budynków, ilość energii z PV będzie więc jeszcze mniejsza.

• Zobacz Fot. 48.3. Na dachu domu można zainstalować ograniczoną ilość paneli PV.

Na dachu domu można zainstalować ograniczoną ilość paneli PV. Analizy możliwości wykorzystania dachu przedstawiono dla domu jednorodzinnego o wymiarach 8x12 z więźbą dachową. Szczegóły: Rys. 48.3.

Przychód brutto z 20 m2 PV dla paneli polikrystalicznych średnio w okresie 20 letnim przy cenie sprzedaży 19 gr/kWh oraz cenie zielonych certyfikatów 29 gr/kWh wynosi 1085 zł na rok. Po opodatkowaniu przychód netto wynosi 889,7 zł/ rok Moc paneli 2,2 kW, ilość energii elektrycznej wyprodukowanej z PV rocznie wynosi 2260 kWh i jest niewielka.