Kalkulator zużycia ciepła w budynku

Kalkulator zużycia ciepła w budynku
Wciąż niewiele osób zdaje sobie sprawę ze znaczenia budowy energooszczędnych budynków, nie wie też, jak wiele
energii tracą konwencjonalne konstrukcje, wychodząc z założenia, że „zimą jest zimno, więc trzeba ogrzewać”.
Owszem, dostępne są liczne artykuły, wyjaśniające zasady i zalety energooszczędnych budynków, często
ilustrowane infografikami – wszystko to jednak jest trudne w odbiorze i nie pozwala na łatwe zrozumienie różnic w
zużyciu energii pomiędzy domem „konwencjonalnym” a niskoenergetycznym, oraz korzyści wynikających z
wybudowania tego ostatniego.
Kalkulator zużycia ciepła w budynku odpowiada na tę potrzebę, wizualizując ucieczkę ciepła przez dom i
umożliwiając interaktywne zmiany jego konstrukcji. Definiując rodzaj domu, modyfikując izolację, sposób
wentylacji i ogrzewania, zmieniając typ okien, drzwi, szczelność domu i inne parametry zobaczysz, jak każdy z tych
elementów wpływa na zużycie energii na ogrzewanie, oraz co można zrobić, żeby zminimalizować jej zużycie.
Na ekranie pokazany jest dom oraz strzałki pokazujące ucieczkę ciepła z budynku. Im większy przepływ energii, tym
grubsza strzałka. Zmieniając parametry domu, zmieniasz ilość strat (lub zysków) energii. Na przykład, zwiększając
grubość izolacji ścian, zmniejszasz ucieczkę ciepła przez nie, co od razu jest pokazywane na ekranie. Wartości
procentowe wypisane na strzałkach pomagają zorientować się, jaka część ciepłą ucieka daną drogą. Warto skupić
się na najgrubszych strzałkach. A więc do dzieła!
Uwaga: jeśli interesuje Cię opis algorytmów kalkulatora, znajdziesz go tutaj.
Ustawienie parametrów początkowych
Kiedy uruchomisz program zobaczysz ekran powitalny. Aby przejść dalej, wybierz przycisk „Start”. Jeśli jest to
ponowne uruchomienie aplikacji, możesz rozpocząć nowe obliczenia lub kontynuować pracę z ostatnio
skonfigurowanym budynkiem.
Pojawi nam się główny ekran programu.
Jeśli jest to pierwsze uruchomienie lub wybrana została opcja „Nowe obliczenia” pojawi się menu wyboru „W
jakim domu mieszkasz”, które pozwala określić punkt wyjściowy obliczeń.
Masz tu do dyspozycji opcje pozwalające określić, dla jakiego kraju (i ewentualnie jego regionu) chcesz
przeprowadzić symulację, w jakim rodzaju budynku/mieszkania mieszkasz, w jakim standardzie został om
wybudowany, jaką ma powierzchnię, liczbę pięter, wysokość piętra i jaka panuje temperatura w domu. Na tej
podstawie aplikacja ustawia parametry szczegółowe: powierzchnię ścian, izolacji dachu, podłogi, a także okien z
podziałem na różne strony świata. Jeśli zechcesz, będziesz mógł je później zmienić z pomocą tego menu (uwaga:
zmiana parametrów głównych takich jak powierzchnia, liczba i wysokość pięter ponownie inicjalizują parametry
szczegółowe). Każdy z ustawionych parametrów ma wpływ na to, ile z budynku będzie uciekać energii i jaki będzie
koszt ogrzewania.
Po zatwierdzeniu informacji o budynku pojawi się zakładka – „Jakie masz ogrzewanie?”.
Podczas inicjalizacji można ustawić rodzaj źródła ciepła, jego sprawność oraz cenę zakupu. Zatwierdź wybór opcją
„OK.”.
Kolejne otwarcie tego menu pozwoli uwzględnić też ogrzewanie wody (dla uproszczenia opcja ta nie jest widoczna
podczas początkowej inicjalizacji).
Sposób ogrzewania ma wpływ na to, z jaką efektywnością będziemy wykorzystywać paliwo i jakie będziemy
ponosić koszty, by w naszym domu było ciepło. Do wyboru jest szeroka lista opcji, od pieca węglowego, przez
ogrzewanie gazowe, po pompę ciepła. Każde z tych urządzeń ma określoną sprawność, która przekłada się na
skuteczność wykorzystania paliwa. Przykładowo, jeśli sprawność urządzenia grzewczego wynosi 80%, oznacza to,
że 80% energii paliwa ogrzewa nam mieszkanie, a 20% ucieka. Im wyższa sprawność, tym większa efektywność
ogrzewania, co przekłada się na niższe koszty zużycia energii.
Jeśli znamy dane techniczne naszego pieca, lub pieca, który chcielibyśmy zakupić – możemy sami modyfikować
jego sprawność. Obok sprawności naszego urządzenia grzewczego pojawia się koszt dostarczenia do budynku 1
kWh ciepła w złotówkach. Ceny domyślne opierają się o dane z 2015 roku, ale możesz je zmienić.
W podobny sposób ustawia się parametry systemu ogrzewania ciepłej wody użytkowej. Dodatkowo wybieramy
tutaj także rodzaj dystrybucji naszego ciepła, oraz jaki ma być zasobnik ciepła, w którym jest ono gromadzone. W
mieszkaniach wielorodzinnych, blokach zazwyczaj jest to węzeł cieplny, a źródłem energii często jest ciepłownia.
Dobrze izolowane rury i nowoczesny zasobnik redukują straty ciepła.
Na samym końcu znajduje się opcja wyboru dodatkowego źródła ciepła, jakim są kolektory słoneczne (kolektory
słoneczne, zwane też solarami, służą do ogrzewania i nie należy ich mylić z produkującymi prąd panelami
słonecznymi). Do dyspozycji są kolektory płaskie oraz bardziej zaawansowane kolektory próżniowe. Jeśli na
budynku znajdują się kolektory, to na koniec definiujemy ich powierzchnię.
Po zatwierdzeniu wyboru przechodzimy do głównego ekranu aplikacji (uwaga: możesz w dowolnej chwili powrócić
do wyboru budynku,temperatury wewnętrznej lub ogrzewania i zmienić dokonany na początku wybór). Ekran
przedstawia dom z opisem parametrów, które mają wpływ na energooszczędność budynku.
W lewym górnym rogu znajduje się panel, pozwalający zmieniać prezentowane jednostki.
Każda z opcji prezentuje nam inny wymiar zużycie energii, co odzwierciedlają nam zielone i pomarańczowe strzałki
i znajdujące się obok nich wartości. Domyślnie wybrany jest roczny koszt kupowanej energii.
Straty ciepła przez przenikanie
Naszym pierwszym zadaniem będzie ustawieni jakości izolacji cieplnej, która dzieli się na izolację ścian, podłogi i
dachu/sufitu.
Naszą pierwszą „linią obrony” przed utratą ciepła jest izolacja ścian. Kiedy ogrzewamy dom, to ciepło przenika
przez ściany, płynąc od ciepłego wnętrza na zewnątrz. Im wyższa jest różnica temperatur, tym szybciej z naszego
mieszkania ucieka ciepło. Znaczące obniżenie temperatury (panel „W jakim domu mieszkasz”) może bardzo
ograniczyć ucieczkę ciepła, ale zbyt niskie temperatury ograniczą też komfort mieszkańców – w końcu chcemy,
żeby w domu było ciepło, nawet kiedy na dworze jest mróz.
Ucieczkę przenikającego przez ściany ciepła można spowolnić polepszając jakość izolacji. Zerowa grubość izolacji
odpowiada ucieczce ciepła przez standardową ścianę ceglaną o grubości 47 cm.
Jakość izolacji możemy podać orientacyjnie, podać dokładną grubość wyrażoną w centymetrach (podając
uprzednio jakość materiału izolacyjnego) lub podać współczynnik U ściany (o ile wiemy, co to jest i znamy jego
wartość). Im grubsza będzie izolacja (standardowym materiałem do izolowania ścian jest styropian i dla niego są
prowadzone obliczenia), tym większa bariera dla uciekającego ciepła i tym mniej go ucieka. Kiedy zwiększamy
grubość izolacji, zauważymy, że pomarańczowa strzałka ucieczka ciepła zmniejszyła się i spadła ilość uciekającej
energii (koszt ogrzewania).
Porównaj ilość uciekającego przez ścianę ciepła przy braku izolacji, przy izolacji 10, 20 i 40 cm. Ilość uciekającego
ciepła można zmniejszyć kilkunastokrotnie! Do ciepła uciekającego przez ściany doliczane jest ciepło uciekające
przez drzwi. Zwróć uwagę, że przy słabej izolacji ścian instalacja drzwi energooszczędnych prawie nie zmienia
bilansu, za to przy bardzo dobrej izolacji montaż drzwi energooszczędnych ma bardzo duże znaczenie. To bardzo
ważny wniosek – nie ma sensu doskonalić jednego elementu, ignorując inne – to się po prostu nie opłaca. Co z
tego, że poprawimy jeden element, dzięki czemu ucieczka ciepła tą drogą spadnie z 10 zł do 1 zł miesięcznie, kiedy
obok ucieka 1000 złotych?
Drugim ważnym elementem jest izolacja dachu/sufitu, która ma zatrzymywać ciepło z naszego domu.
Dach zazwyczaj izolujemy wełną mineralną – ma ona prawie takie same parametry izolacyjne ja styropian.
Definiowanie izolacji odbywa się tak samo jak w przypadku ścian.
Kolejnym, często niedocenianym elementem jest izolacja podłogi, która zabezpiecza nasz dom przed utratą ciepła
do gruntu.
Ciepło ucieka także przez ziemię, która jest najzimniejsza w styczniu, lutym i w marcu. Wpływ na utratę ciepła mają
także fundamenty, które stanowią tzw. mostek termiczny, przez który ucieka ciepło. Nie bez powodu domy
pasywne są budowane na płycie fundamentowej, a nie na fundamencie tradycyjnym.
Kolejnym elementem jest dobór okien. Przez okna tracimy ciepło (przez 1m2 okna ucieka więcej energii niż przez 1
m2 ściany), ale też zyskujemy – wpadające do domu promienie słoneczne mogą mieć bardzo znaczący udział w
ogrzewaniu domu, także w sezonie grzewczym (choć wtedy słońca jest mniej). To dlatego ważne jest nie tylko to,
jaka jest powierzchnia okien, ale też to, jak są one zorientowane. Najwięcej energii wpada przez okna znajdujące
się od strony południowej, a najmniej przez okna północne.
Ważny jest też rodzaj okien. Aplikacja daje nam wybór, jakie chcemy wybrać okna. Im więcej jest przegród
szybowych, tym więcej ciepła zostanie w naszym domu, jednak spada też ilość przepuszczanego światła
słonecznego.
Jeśli okna umieścimy w ścianie nie dbając o jej izolację w pobliżu okien, to wokół nich powstaną mostki termiczne,
przez które będzie uciekać ciepło. Dobry projekt i montaż mogą minimalizować istnienie mostków termicznych,
ograniczając straty ciepłą tą drogą.
W poprawie energooszczędności mogą pomóc też rolety – kiedy zasłaniamy nimi w nocy okna, drogą tą ucieka
mniej energii; w ciągu dnia rolety są podnoszone.
Straty ciepła przez nagrzewanie powietrza
Nawet jeśli położymy najgrubszą izolację, wciąż musimy zmierzyć się z kwestią konieczności ogrzewania
wpuszczanego do domu powietrza.
Kluczową rolę gra tutaj rodzaj wentylacji.
Większość domów posiada tzw. wentylację naturalną (grawitacyjną), która niestety jest nie zbyt efektywna.
Powietrze jest wymieniane tym szybciej, im większa jest różnica temperatur w środku i na zewnątrz. Oznacza to, że
w czasie mrozów do domu wpada zbyt dużo powietrza (które musimy nagrzewać od niskiej temperatur, tracąc na
to mnóstwo energii), natomiast w okresie ciepłym wentylacja ta prawie nie działa, przez co powietrze staje się
nieświeże, a my musimy wietrzyć otwierając okna (nawyk ten później często uruchamia się w zimie, co dodatkowo
zwiększa straty ciepła).
Szczególnie nieenergooszczędne jest trzymanie okien otwartych non-stop.
Ponieważ wentylacja grawitacyjna jest nieefektywna –nie zapewnia ani dobrej jakości powietrza, ani niskiego
zużycia energii. Odpowiedzią na to jest wentylacja mechaniczna z użyciem tzw. rekuperatora. Można patrzeć na to
urządzenie, jak na długi nos, w którym opuszczające mieszkanie powietrze oddaje swoje ciepło powietrzu
wlatującemu (nie mieszając się z nim). Dzięki takiemu wstępnemu podgrzaniu powietrza wlatującego jego dalsze
podgrzanie będzie wymagać mniej energii, zależnie od rodzaju rekuperatora zwykle od 60 do 85% (dla
uproszczenia uwzględnione jest tu obniżenie sprawności związane z koniecznością odszraniania urządzenia zimą),
przez co zużycie energii spadnie ze 100% do 15-40% (choć dochodzi zużycie prądu przez rekuperator, na średnim
poziomie rzędu kilkudziesięciu watów). Możemy też wymienić dokładnie tyle powietrza, ile chcemy, omijając
występujący w wentylacji grawitacyjnej problem zależności ilości wymienianego powietrza od zmian temperatury.
Pozwala to także wyeliminować konieczność wietrzenia – powietrze w domu zawsze jest świeże, a do tego
przefiltrowane.
Powietrze przenika do mieszkania przez nieszczelności przy drzwiach, oknach, izolacji dachu, kontaktach
elektrycznych, rurach z wodą itp. Warto zwrócić uwagę, że niskoenergetyczny dom z wentylacją mechaniczną
powinien mieć wysoką szczelność – gdyby nieszczelności były duże, wymiana powietrza mogłaby być tak duża, że w
ogóle nie trzeba by już dodatkowo wymieniać powietrza w wentylacji mechanicznej.
Dodatkowo możemy wybrać czujnik stężenia CO2. Czujnik dba o to, by wymieniane było tyle powietrza, ile trzeba,
nie za dużo (bo to oznacza niepotrzebne straty energii) i nie za mało (dbając o nasz komfort).
W celu ograniczenia ilości zużywanej energii (i zapobieganiu wpadania do rekuperatora zbyt zimnego powietrza
powodującego skraplanie/zamarzanie wody) można zastosować gruntowy wymiennik ciepła, poprzez który
wprowadzane jest do domu powietrze. Po drodze powietrze nagrzewa się od gruntu, wpada więc do domu (i
rekuperatora) wstępnie podgrzane.
Ogrzewanie wody użytkowej
Na koniec należy pamiętać o konieczności ogrzewania wody użytkowej – zużywamy ją na podgrzanie wody
użytkowej – do kąpieli, mycia, zmywania naczyń.
Ilość energii potrzebnej do jej podgrzania zależy głównie od ilości domowników (którą należy wprowadzić) i ich
nawyków (za „Standardowe” przyjęte jest zużycie wody zgodne z normami). W przypadku ogrzewania wody jest
też istotne, jak duże straty ciepłą następują podczas przesyłu (dystrybucji) i magazynowania w zasobniku.
Zyski ciepła
Dom zyskuje energię w sposób naturalny – z ciepła mieszkańców (każdy z nas jest grzejnikiem o mocy rzędu 100
W), ciepła urządzeń elektrycznych, ciepła wydzielającego się przy gotowaniu. Algorytmy aplikacji dla prostoty
wykorzystują normatywne ciepło bytowe, nie analizując zwyczajów przebywania domowników w mieszkaniu,
zużycia prądów, gotowania czy kąpieli.
Kolejnym ważnym źródłem ciepła jest wpadające przez okna promieniowanie słoneczne, które jest pochłaniane, a
następnie wypromieniowywane w podczerwieni (która jest już przez okna zatrzymywana).
Energia na ogrzewanie wody jest najpierw zaspokajana za pomocą kolektorów słonecznych (opisanych w
następnym punkcie). Jeśli energia ta nie wystarcza (lub kolektorów nie ma), pozostała energia jest zaspokajana z
pomocą urządzenia grzewczego, analogicznie jak w przypadku ogrzewania powietrza.
Kolektory słoneczne stosuje się zwykle do ogrzewania wody – w zależności od instalacji mogą one pokryć prawie
całość zapotrzebowania energii na ogrzewanie wody w okresie od maja do sierpnia, a w dużym stopniu nawet od
marca do października. Dostarczenie prawie całości ciepła w okresie marzec-październik wymaga dwóch metrów
kwadratowych kolektora próżniowego na mieszkańca. W praktyce często instaluje się mniej kolektorów, bo trzeba
mieć na uwadze możliwość przegrzewania się kolektora w lecie. Dla uniknięcia przegrzewania stosuje się też
przysłony, albo automatykę zapobiegającą przegrzaniu glikolu. Pojawiają się też rozwiązania polegające na
magazynowaniu ciepła w sezonowych akumulatorach ciepła (na przykład w gruncie pod domem), nie są one jednak
w obecnej wersji aplikacji uwzględnione.
Podsumowanie budynku
Żeby zobaczyć podsumowanie zużycia energii, bilans miesięczny i klasę energetyczną budynku, skorzystaj z opcji
raportu, który uruchamiamy przyciskiem
, znajdującym się po prawej stronie listy wyboru jednostek.
Podsumowanie jest zależne od rodzaju wybranych jednostek. Jeśli wybrany jest koszt, wyświetlone są słupki
miesięcznych kosztów. W innych przepadkach wyświetlane jest rozbicie na poszczególne składowe, co ułatwia ich
porównanie względem siebie w różnych porach roku. Czerwone odcienie prezentują ucieczkę ciepła przez
przewodzenie, żółte to ciepło zużywane na podgrzewanie wpadającego powietrza, a odcienie zielone do nasze
zyski z energii (ciepło bytowe, nasłonecznienie i energia pozyskiwana z kolektorów).
Widać, że najmniej energii ucieka latem. Ale jeśli nasz dom jest dobrze zaprojektowany, to koszty z chodzą do zera
licząc nawet już od maja, aż do października.
Przykłady
Wiesz już wszystko na temat obsługi kalkulatora. Wiesz, do czego służy, znasz jego funkcje i interfejs. Teraz możesz
już przejść do działania, jakim jest stworzenie domu niskoenergetycznego (i prawie bezkosztowego w ogrzewaniu).
Może uda nam się zaprojektować dom, który prawie wcale nie będzie potrzebował ogrzewania?
Dom energochłonny
Zanim pokażemy, jak powinien wyglądać dom pasywny energetycznie, czyli taki, który zużywa jak najmniejsze ilości
energii, zobaczmy jak wygląda dom, który nie posiada takich cech – ile nas to kosztuje i co tracimy?
Z menu „W jakim domu mieszkasz” wybierz opcję „Stary nieizolowany”, dwupiętrowy, o powierzchni 120 m2 i
wysokości piętra 2,7 m. Pozostałe opcje pozostaw na ustawieniach domyślnych. Dom ogrzewamy jest starym
piecem na węgiel o sprawności 60%.
Nasz dom nie prezentuje się zbyt ciekawie. W ogóle nie posiada izolacji, ciepło ucieka też przez ławę
fundamentową i nieszczelności, okna są słabej jakości, a rolet nie ma. Rezultat? Dla klas oszczędnościowych mamy
F, jedną z najgorszych, jaka jest. Koszt ogrzewania to blisko 7000 złotych. To bardzo wysoka kwota, dla wielu
ubogich osób wręcz nieosiągalna. Co więc robią? Po pierwsze obniżają temperaturę (być może ogrzewając tylko
część budynku) i ograniczają wentylację, co skutkuje zawilgoceniem, pojawieniem się grzyba i złym samopoczuciem
mieszkańców. Po drugie palą węglem najniższej jakości, trując siebie i sąsiadów, mogą też mieć tendencje do
zbierania śmieci przez całe lat, by palić nimi w zimie. Obniżając średnią temperaturę do 15C oraz paląc w 1/3
śmieciami można zmniejszyć rachunki do poniżej 3000 – kosztem dużo wyższych strat na zdrowiu swoim i
sąsiadów.
Dom pasywny (a nawet lepszy)
A teraz zastanówmy się i wprowadźmy zmiany w naszym domu. Nie będziemy go oczywiście budować od nowa, ale
wystarczy, że dokonamy szereg bardzo istotnych zmian i zobaczymy, jak to będzie wyglądać. Przechodzimy do
menu „W jakim domu mieszkasz” i wybieramy opcję standardu „ADD”.
Nasz dom ma wciąż tą samą powierzchnię i wysokość pomieszczeń, ale … roczny koszt ogrzewania spadł do 273
złotych!
Jak to możliwe? Dom jest dobrze zaizolowany (ściany, dach, podłoga), stoi na płycie fundamentowej (w budowie
kosztuje tyle samo co ława fundamentowa, ale zapobiega ucieczce ciepła), posiada efektywne energetycznie okna i
drzwi, wymiana powietrza jest prowadzona z odzyskiem ciepła (dzięki czujnikom CO2 w dostosowanej do potrzeb
mieszkańców ilości), dom jest szczelny, a w oknach są rolety.
Sprawdźmy teraz roczny bilans w postaci czerwonych słupków
. Nasz dom jest lepiej niż pasywny (15
kWh/m2/rok). Nasze koszty ogrzewania w grudniu i styczniu wynoszą niewiele ponad 60 zł miesięcznie, w lutym i
listopadzie około 30 zł, a w pozostałych miesiącach spadają do 9 zł (prąd pobiera wentylacja mechaniczna).
Co więcej, nie męczymy się w zimnym domu, nie biegamy z węglem i nie zatruwamy już powietrza.
Jeśli chcesz zobaczyć krok po kroku, jaki wpływ na zużycie energii mają różne zmiany parametrów budynku,
zmieniaj je pojedynczo, patrząc, jak zmienia się ucieczka ciepła różnymi drogami.
Porównanie domów
Możesz dokonać porównania domów korzystając z opcji „Porównaj domy”
Po jej wybraniu widok panelu się zmienia
Możesz przełączać się między obiema konfiguracjami oraz zrobić raport porównawczy pokazujący zestawienie
całorocznych bilansów ogrzewania obu wersji domu.
Podsumowanie
Kalkulator zużycia ciepła w budynku jest prostym w obsłudze narzędziem, który oblicza ile tracimy energii i jakie są
tego koszty w naszym domu. Modernizując dom pod wieloma kątami może zobaczyć, jakie sumy pieniędzy i ilość
energii zaoszczędzimy stawiając na budownictwo energooszczędne.
Aplikacja nie podlicza kosztów inwestycji w energooszczędność (dodatkowa izolacja, rekuperator, pompa ciepła
itp.). Praktyka pokazuje jednak, że domy budowane w standardzie pasywnym/prawie zero energetycznym są
jedynie marginalnie (o kilka procent) droższe od standardowych. Wynika to głównie z zaoszczędzenia na
konwencjonalnej instalacji grzewczej (nie potrzeba bojlera, rur, kaloryferów czy ogrzewania podłogowego). Biorąc
pod uwagę comiesięczną sumę raty kredytu za dom i koszty mediów budowa domu pasywnego już dziś jest dla
inwestora tańsza niż standardowego.