Modernizacja instalacji grzewczej

Uciążliwą w eksploatacji, nieefektywną i/lub nadmiernie zanieczyszczającą środowisko instalację grzewczą należy czym prędzej zmodernizować, choć to zazwyczaj spore wyzwanie logistyczne i niemały wydatek.

Kiedy i dlaczego trzeba zmodernizować instalację grzewczą

Od 1 stycznia 2021 r. obowiązują nowe Warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Zgodnie z zawartymi w nich wymogami architekci oraz projektanci branżowi realizujący projekt budynku muszą zadbać o to, aby był on „cieplejszy” oraz żeby energia wykorzystywana do jego ogrzewania, ewentualnie chłodzenia, oraz do podgrzewania wody użytkowej zużywanej przez mieszkańców przynajmniej w części pochodziła z odnawialnych źródeł energii.

Nowy ład prawny jest podyktowany nową polityką energetyczną Unii Europejskiej, która zakłada całkowitą dekarbonizację budownictwa do 2050 r. Aby to było możliwe, kraje członkowskie muszą zobowiązać się do termomodernizacji starych budynków i opracować ścieżki rozwoju dla budownictwa energooszczędnego.

Dlatego nowo projektowane budynki muszą spełniać ostrzejsze niż dotychczas wymagania odnośnie do wartości współczynnika przenikania ciepła przez przegrody budowlane U oraz wartości wskaźnika wykorzystania nieodnawialnej energii pierwotnej EP. Z kolei budynki istniejące muszą być sukcesywnie poddawane termomodernizacji, a ogrzewające je nieefektywne źródła ciepła - wymianie. Prawdą jest też, że każda instalacja grzewcza po pewnym czasie użytkowania wymaga częściowej lub całkowitej modernizacji, zwłaszcza gdy wysokie rachunki za ogrzewanie coraz bardziej obciążają domowy budżet.

Zdjęcia (3)

Co wchodzi w skład instalacji grzewczej?

Każda instalacja grzewcza składa się ze źródła ciepła, przewodów rozprowadzających nośnik ciepła (zwykle wodę), armatury hydraulicznej oraz elementów przekazujących ciepło do pomieszczeń (grzejników lub ogrzewania podłogowego). W budynkach istniejących od kilkunastu czy kilkudziesięciu lat źródłem ciepła jest zazwyczaj kocioł, często na paliwa stałe, rzadziej olejowy albo gazowy. Zależnie od tego, w jakim stanie są poszczególne elementy systemu grzewczego oraz jakim kapitałem dysponuje inwestor, zakres przedsięwzięć modernizacyjnych może być bardzo różny. Może on obejmować drobne naprawy, wymianę niektórych grzejników, wymianę źródła ciepła, ale może też polegać na całkowitej wymianie instalacji na nową. W najprostszym rozwiązaniu zakres modernizacji może obejmować następujące czynności:

• zaizolowanie rur centralnego ogrzewania na odcinku od źródła ciepła do grzejników, a zwłaszcza tam, gdzie są one prowadzone przez pomieszczenia nieogrzewane;
• wymianę skorodowanych odcinków i nieszczelnych zaworów odcinających instalacji transportującej wodę oraz jej uszczelnienie;
• wypłukanie instalacji centralnego ogrzewania w celu usunięcia kamienia oraz innych osadów i zanieczyszczeń nagromadzonego na ścianach rur;
• montaż indywidualnych odpowietrzników na każdych pionie grzewczym;
• przerobienie instalacji otwartej na zamkniętą, czyli zastąpienie otwartego naczynia wzbiorczego przeponowym naczyniem zamkniętym, zamontowanym bezpośrednio przy źródle ciepła.

Wymienione działania składają się na tak zwaną płytką modernizację, której zadaniem jest zaledwie usprawnienie działania instalacji grzewczej oraz zapobieżenie jej dalszemu niszczeniu. Ich uzupełnieniem powinno być zamontowanie termostatów grzejnikowych - jeśli ich dotychczas nie było - oraz termostatu pokojowego, który będzie „pilnował” zadanej temperatury w pomieszczeniu. W instalacjach z kotłami na paliwa stałe działanie to będzie ograniczone do wyłączania i włączania pompy obiegowej w odpowiednich momentach, w takich z kotłami olejowymi gazowymi czy elektrycznymi programator będący standardowym wyposażeniem termostatów pokojowych będzie płynnie sterował mocą kotła, co pozwoli na przykład na obniżanie temperatury w wybranych pomieszczeniach w porze nocnej albo podczas nieobecności domowników.

Termostaty pokojowe mogą współpracować ze wszystkimi nowoczesnymi kotłami gazowymi i olejowymi, a także z niektórymi na paliwo stałe. Umożliwiają sterowanie więcej niż jednym obiegiem grzewczym, w tym również obiegiem ogrzewania podłogowego. Dodatkowe moduły regulatorów zwiększają funkcjonalność instalacji, na przykład dzięki możliwości zadania priorytetu przygotowywania ciepłej wody użytkowej czy ustawienia minimalnej temperatury wody powracającej do kotła. Regulatory mają duży wpływ na ekonomikę pracy kotła, a w konsekwencji zmniejszenie kosztów eksploatacji.

Pełna modernizacja

Aby uzyskać największe korzyści z modernizacji systemu grzewczego i skutecznie obniżyć koszty ogrzewania, należy w pierwszej kolejności skupić się na domu, ponieważ ostatecznie celem jest pokrycie występujących w nim strat ciepła. Prace termomodernizacyjne polegające na wymianie nieszczelnej stolarki okiennej i drzwiowej, dociepleniu ścian i dachu lub zainstalowaniu wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła mogą w istotny sposób zmniejszyć zapotrzebowanie budynku na ciepło. Działania, które prowadzą do zmniejszenia potrzeb grzewczych budynku, sprawiają, że przez moc istniejącego źródła ciepła staje się za duża, a grzejniki - przewymiarowane. Dlatego modernizacja instalacji grzewczej powinna być następstwem większego zakresu zmian związanych z termomodernizacją budynku.

Jeżeli inwestor chciałby przy tym skorzystać z dofinansowania w ramach programu Czyste Powietrze, musi pamiętać o tym, że nowe źródło ciepła wybrane do zasilania zmodernizowanej instalacji grzewczej musi spełniać wymagania programu. Nie da się skorzystać z dotacji na docieplenie ścian, nie pozbywając się starego kotła na węgiel.

Czym zastąpić stare urządzenie grzewcze

Jeszcze do niedawna węgiel był w Polsce najpopularniejszym paliwem. Jednak z uwagi na niską sprawność kotłów węglowych, ich uciążliwą obsługę i emitowanie szkodliwych substancji do atmosfery oraz zmiany w ustawodawstwie wielu dotychczasowych użytkowników odchodzi od tego rodzaju paliwa. Muszą znaleźć dla nich alternatywę - źródło ciepła, które wytworzy odpowiednią dla domu ilość ciepła oraz dostatecznie duży strumień ciepłej wody użytkowej dla jego mieszkańców, sprawdzi się mimo lokalnych ograniczeń (dostępność mediów na działce, trudne warunki gruntowo-wodne etc.), a koszty jego zakupu i eksploatacji nie będą przekraczały możliwości finansowych inwestora. Do wyboru są pompy ciepła, kotły na paliwa stałe klasy 5. i Ecodesign (w tym zwłaszcza kotły na biomasę oraz kondensacyjne kotły gazowe).

Nadal paliwo stałe

Zdecydowanie najmniej inwazyjną formą modernizacji kotłowni jest wybór kotła klasy 5. i Ecodesign. Taki kocioł najłatwiej zamontować w miejscu starego urządzenia tego samego typu (na paliwo stałe). W domu ogrzewanym dotychczas takim urządzeniem jest także zwykle miejsce do magazynowania opału.

Przy okazji wymiany kotła na nowoczesny nie da się zazwyczaj uniknąć modernizacji komina, ponieważ spaliny z nowoczesnych kotłów mają niższą temperaturę niż dym, który powstaje podczas spalania węgla w prostych kotłach stałopalnych. Dodatkowo wykrapla się z nich para wodna, która w połączeniu z innymi produktami spalania tworzy kwaśne skropliny, na działanie których zwykły murowany z cegły komin, jakie budowano kiedyś, nie jest odporny. Trzeba go zabezpieczyć na przykład przez umieszczenie w nim wkładu ze stali żaro- i kwasoodpornej. Jeśli komin jest bardzo zniszczony albo ma za mały przekrój i nie da się do niego wsunąć wkładu o odpowiedniej średnicy, trzeba wybudować nowy, na przykład ze stalowych dwuściennych elementów przymocowanych do zewnętrznej ściany budynku.

Proste kotły węglowe zabezpieczano otwartym naczyniem wzbiorczym. Po modernizacji instalację z nowym kotłem, choć nadal na paliwo stałe, można „zamknąć”, czyli zabezpieczyć przeponowym naczyniem wzbiorczym, pod warunkiem że kocioł zostanie dodatkowo wyposażony w urządzenie do odprowadzania nadmiaru ciepła, na przykład w postaci wężownicy chłodzącej z termostatycznym zaworem bezpieczeństwa zamontowanym na przewodzie doprowadzającym do niej zimną wodę (nowoczesne kotły często mają już często fabrycznie wbudowane takie zabezpieczenie). Można też zastosować zbiornik buforowy do akumulowania nadmiaru ciepła.

Wśród kotłów klasy 5. i Ecodesign znajdziemy urządzenia opalane ekogroszkiem lub biomasą, w tym zwłaszcza peletami. Każde paliwo ma zalety, ale nie jest pozbawione wad. Na przykład węgiel typu groszek, choć ma dużą wartość opałową często jest nie najlepszej jakości. Aby kocioł dział poprawnie paliwo musi spełniać określone wymogi. Suche grudki węgla o niskiej spiekalności pozostawiają po wypaleniu około 20% popiołu. Żeby kocioł pracował wydajnie i emitował jak najmniej zanieczyszczeń cykl dostarczania kolejnych porcji paliwa musi być precyzyjnie wyregulowany. Ważne jest też ustawienie częstotliwości nadmuchu powietrza przez wentylator. W sprawnie działającym kotle kolejne porcje ekogroszku zapalają się od żaru w palenisku, a gdy całkowicie się spalą, są wypychane do popielnika.

Pelety zdobyły w ostatnich latach dużą popularność, ponieważ są czyste, wygodne do transportowania i przechowywania, a po ich spaleniu powstaje niewiele popiołu (jego ilość to zaledwie 4% pierwotnej masy paliwa). Są też łatwo zapalne - do zapłonu wystarczy grzałka elektryczna.

Pelety mają postać granulatu o średnicy od 6 do 8 mm i długości do 40 mm. Najczęściej są pakowane w worki o wadze od 10 do 20 kg. W przeciwieństwie do węgla typu groszek są paliwem certyfikowanym (świadectwem jakości mogą być certyfikaty DIN+, EN+ A1 i A2). Podczas produkcji peletów nie używa się sztucznych dodatków, dzięki czemu są paliwem ekologicznym. Spalanie peletów nie przyczynia się do powstawania smogu.

Kotły nowej generacji są wyposażone w podajniki paliwa i zasobniki pozwalające na zgromadzenie opału na co najmniej kilka dni. Dzięki temu obsługa jest mniej absorbująca i lżejsza.

Ich sprawność jest znacznie większa niż prostych urządzeń stałopalnych, więc nawet po wymianie jedynie urządzenia grzewczego wydatki na ogrzewanie się zmniejszają. Zmniejsza się także – nawet o kilkadziesiąt procent - emisja zanieczyszczeń.

Wśród kotłów na pelety są urządzenia kondensacyjne o większej niż standardowa sprawności.

Kocioł gazowy

Jeśli posesja leży w zasięgu sieci gazowej lub – co się zdarza – ma nieużywane dotychczas przyłącze gazowe (bywa, że mimo niewygody inwestorzy ogrzewają dom kotłem na węgiel, bo taka opcja jest tańsza), stary kocioł węglowy można i warto zastąpić gazowym kotłem kondensacyjnym.

Jeśli nie ma przyłącza, przed podjęciem decyzji o zmianie rodzaju paliwa warto wystąpić do zarządcy sieci o wydanie warunków przyłączeniowych. O tym, czy jest szansa na podłączenie posesji do sieci gazowej, decydują po pierwsze - jej istnienie w sąsiedztwie działki, po drugie - możliwości techniczne przyłączenia. W warunkach przyłączenia zakład gazowniczy podaje planowaną datę doprowadzenia sieci gazowej wraz z przyłączem do szafki gazowej na działce. Może jednak odmówić wydania takich warunków, jeśli uzna, że nie ma odpowiednich możliwości technicznych technicznych lub jest to ekonomicznie nieuzasadnione.

Żeby móc korzystać w domu z kotła gazowego, inwestor musi doprowadzić instalację gazową (a raczej zlecić fachowcom jej doprowadzenie) od szafki gazowej z zaworem głównym i licznikiem, zlokalizowanej zazwyczaj w linii ogrodzenia do pomieszczenia, w którym ma być ulokowany kocioł.

Kocioł gazowy nie zajmie wiele miejsca. Zwykle wiesza się go na ścianie i - jeśli jest dwufunkcyjny - wystarczy do zaspokojenia potrzeb grzewczych i przygotowania cieplej wody użytkowej, a jeżeli jednofunkcyjny, trzeba jeszcze pod nim ustawić zasobnik do podgrzewania wody użytkowej. Pomieszczenie z kotłem jest czyste – wolne od towarzyszącego spalaniu węgla czarnego pyłu. Pozostały po takiej wymianie urządzenia grzewczego – odtąd niepotrzebny - magazyn opału można wykorzystać na inne potrzeby.

Każda kotłownia gazowa musi spełniać wymagania określone w Warunkach technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Zgodnie z nimi kubatura pomieszczeń, w których instaluje się urządzenia gazowe z zamkniętą komorą spalania (takie komory mają wszystkie kotły kondensacyjne), nie może być mniejsza niż 6,5 m³. W nowo budowanych obiektach z kotłami o mocy do 30 kW wysokość pomieszczenia nie może być mniejsza niż 2,2 m, ale w starych, modernizowanych domach wystarczy, by nie była mniejsza niż 1,9 m.

Ważną kwestią jest dostosowanie istniejącego komina do potrzeb kotłowni gazowej, ponieważ spaliny powstające podczas spalania gazu tworzą z wykraplaną wilgocią kondensat, który może szybko zniszczyć strukturę istniejącego komina ceglanego lub ceramicznego. Nowy albo odnowiony za pomocą stalowego wkładu komin musi być kwasoodporny. Wkład ze stali kwasoodpornej można umieścić w istniejącym kominie. Przekrój kominów do kotłów węglowych jest (a przynajmniej powinien być) nie mniejszy niż 14 x 14 cm, a średnica przewodu powietrzno-spalinowego do kotłów kondensacyjnych wynosi zwykle 125 mm, więc takie odnowienie komina w wielu wypadkach da się przeprowadzić.

Dzięki technologii kondensacji nowoczesne kotły gazowe uzyskują wyższą sprawność grzewczą w porównaniu do kotłów z gazowych atmosferycznych. Pod względem eksploatacyjnym zastąpienie starego kotła węglowego kotłem gazowym zapewnia wygodę i bezobsługową pracę.

Pompa ciepła

Istniejące źródło ciepła można wymienić na pompę ciepła. Takie rozwiązanie jest zdecydowanie godne polecenia i ma coraz więcej zwolenników.

Inwestor ma do wyboru pompy gruntowe lub powietrzne. Zasada ich działania jest taka sama, jednak różnią się rodzajem dolnego źródła ciepła. Dla pomp powietrznych jest to po prostu powietrze zewnętrzne, z którego ciepło jest pobierane przez agregat w jednostce zewnętrznej ulokowanej zazwyczaj przy ścianie budynku. W przypadku pomp gruntowych do pobierania energii cieplnej zakumulowanej w gruncie jest potrzebny wymiennik gruntowy – poziomy lub pionowy. Pierwszy – odpowiedni dla właścicieli stosunkowo dużych działek - jest zbudowany z rur polietylenowych ułożonych w pętle w gruncie na głębokości poniżej strefy przemarzania. Drugi – lepszy, ale droższy od poziomego – ma postać pionowych sond umieszczonych w głębokich odwiertach w gruncie.

W przypadku modernizacji istniejących instalacji grzewczych wybór pomp ciepła typu powietrze-woda wydaje się być lepszym i godnym polecenia rozwiązaniem. Zainstalowanie urządzenie nie wymaga prowadzenia prac ziemnych, więc nie ma potrzeby robienia dokumentacji geologicznej w celu sprawdzenia rodzaju gruntu (koniecznej, gdy planowana głębokość odwiertów przekracza 30 m) ani zniszczenia zagospodarowanego już wcześniej terenu. Czas wymiany źródła ciepła jest wtedy krótszy, a jej koszt znacząco niższy.

Wymianę starego kotła na powietrzna pompę ciepła warto poprzedzić wykonaną wcześniej kompleksową termomodernizacją budynku. Dla pomp ciepła trudniejszym zadaniem jest ogrzanie nawet niezbyt dużego domu, ale słabo zaizolowanego, niż większego, lecz lepiej ocieplonego. Aby ogrzać pomieszczenia o dużych stratach ciepła, trzeba albo doprowadzić do grzejników wysokotemperaturowy czynnik grzewczy, albo zwiększyć ich powierzchnię. Pierwszy warunek jest w instalacjach z pompami ciepła zwykle niemożliwy do spełnienia, bo dostępne na rynku urządzenia dostarczają niskotemperaturowy czynnik o temperaturze maksymalnej 55^oC. Można wyjątkowo zamontować wysokotemperaturową pompę ciepła, która dostarczy wodę grzewczą o temperaturze powyżej 60^oC, jednak ze względu na wysokie nakłady inwestycyjne, takie pompy są rzadko stosowane.

Czy pompa ciepła może współpracować z grzejnikami

To, co sprawia największy problem przy doborze na przykład powietrznej pompy ciepła, to kwestia wyznaczenia jej mocy grzewczej na podstawie temperatury zasilania. Jeśli kocioł używany przed modernizacją instalacji podgrzewał czynnik grzewczy do wysokiej temperatury, na przykład 80^oC, i przy tych parametrach zasilania grzejnik osiągał moc 1500 W, to po wymianie źródła na pompę ciepła o parametrze zasilania mniej więcej 55^oC, jego moc będzie zaledwie nico większa niż połowa pierwotnej wartości i wyniesie 800 W.

Dlatego decyzję o ewentualnym pozostawieniu w instalacji starych (lecz będących w dobrym stanie) grzejników należy podjąć dopiero wtedy, gdy uda się dobrać taką pompę ciepła, która przy skrajnie niskich (obliczeniowych), zimowych wartościach temperatury będzie w stanie pokryć zapotrzebowanie budynku na ciepło oraz przygotować czynnik grzewczy o odpowiednio wysokiej temperaturze zasilania. To trudne, bo jak wiadomo, moc grzewcza powietrznej pompy ciepła spada wraz z obniżaniem się temperatury zewnętrznej.

Zwróćmy jednak uwagę na to, że wymiana grzejników na nowe często pociąga za sobą konieczność remontu również instalacji - przynajmniej jej części bezpośrednio w miejscu podłączenia grzejników. Jeżeli króćce przyłączeniowe nowych grzejników mają taki sam rozstaw, jak starych, przeróbki nie są konieczne, ale jeśli inny – konieczny zakres prac się zwiększa.

Kiedy zdecydować się na fotowoltaikę

Modernizacjom instalacji grzewczych coraz częściej towarzyszy montaż instalacji fotowoltaicznych. Zwłaszcza w przypadku wymiany dotychczasowego urządzenia grzewczego na pompę ciepła wykonanie instalacji fotowoltaicznej może być obiecującym krokiem, dzięki któremu przyszłe koszty eksploatacyjne systemu grzewczego będzie można ograniczyć do absolutnego minimum. Jednak i tę kwestię warto poprzedzić wcześniejszą analizą możliwości korzystnego ulokowania paneli fotowoltaicznych na dachu i ich ewentualnego zacienienia. Ważne jest to, czy obok domu nie ma wysokich drzew, budynków, kominów lub innych wysokich obiektów, które mogłyby powodować zacienienie modułów fotowoltaicznych. Cień, nawet na części paneli, może znacząco obniżyć zyski z instalacji fotowoltaicznej. Najkorzystniej jest umieścić panele na nachylonej połaci dachu skierowanej na południe. Jeżeli budynek jest niekorzystnie ustawiony względem stron świata i pod panel PV zostaną wykorzystane połać wschodnia lub zachodnia, instalację fotowoltaiczną powinno się przewymiarować o 15-25%.

Koszt inwestycyjny w instalację fotowoltaiczną jest uzależniony od mocy szczytowej instalacji oraz miejsca i stopnia skomplikowania montażu paneli. Jeśli panele uda się zamontować na połaci dachu, koszty montażu nie są wysokie, ponieważ ograniczają się do wykonania połączeń hakowych, łączeń krokwiowych lub profilowych. W przypadku konstrukcji naziemnych dochodzi koszt wykonania stelaża mocującego o nachyleniu kątowym. Ze względu na ryzyko zacienienia w porze porannej i wieczornej panele PV należy montować na wysokości 1,5-2,0 m.

Dodatkowo zwiększa się długość okablowania instalacji od modułów do budynku, co również zwiększa wydatki na wykonanie takiej instalacji.

Instalacja fotowoltaiczna powinna być montowana według projektu. W przypadku standardowej instalacji o mocy mniej więcej 4,0 kWp koszt takiego projektu sporządzonego przez projektanta z uprawnieniami wynosi 800-2000 zł brutto. Różnice wynikają ze stopnia skomplikowania instalacji oraz od procedury budowlanej (czy jest to projekt do pozwolenia na budowę czy wykonawczy).

Jeśli instalacja fotowoltaiczna ma być zamontowana na starym dachu i są wątpliwości, czy więźba dachowa wytrzyma dodatkowe obciążenie, trzeba też zlecić wykonanie ekspertyzy technicznej wytrzymałości dachu. Koszt takiej ekspertyzy to wydatek co najmniej 2500 zł netto.

Przyjrzyjmy się orientacyjnym kosztom montażu instalacji fotowoltaicznej w dwóch wariantach mocy – 4,32 kW oraz 7,2 kW.