Ciepło pod kontrola
Nawet mając niedrogie w eksploatacji źródło ciepła nie będziemy zadowoleni, jeżeli jego codzienna obsługa będzie zbyt uciążliwa. Tymczasem sterowanie to chyba najczęściej niedoceniany element systemu grzewczego. A wpływa on zarówno na komfort mieszkania w domu, jak i koszty pracy ogrzewania. Jego rodzaj trzeba dostosować do budynku, źródła ciepła, ale też własnych nawyków i upodobań.
Gaz
Kotły gazowe to właściwie urządzenia bezobsługowe. Potrzebują oczywiście przeglądów serwisowych, ale działanie ze strony użytkownika może ograniczyć się do wybrania pożądanej temperatury w domu. Kotły gazowe mogą się automatycznie włączać i wyłączać. Do tego nowoczesne modele mają płynnie regulowaną moc i to poczynając od zaledwie kilkunastu procent.
Trzeba przy tym zaznaczyć, że w całym zakresie pracują z bardzo wysoką sprawnością. Poza tym dla sprawności kotła temperatura wody w obiegu nie ma kluczowego znaczenia. W efekcie, kotły te są w stanie pokrywać zapotrzebowanie na ciepło na bieżąco, cały czas przy bardzo dobrej sprawności spalania. Nie ma więc potrzeby tworzenia ogrzewania akumulacyjnego, pracy w różnych taryfach (za gaz płacimy tyle samo przez całą dobę), warunki zewnętrzne też nie mają wpływu na jakość pracy kotła.
W tym przypadku sposób sterowania ogrzewaniem dostosowujemy tak naprawdę nie do wymogów samego kotła, lecz do tego czy zasila on grzejniki, czy też ogrzewanie płaszczyznowe. Trzeba od razu wyjaśnić, że niskotemperaturowe ogrzewanie płaszczyznowe rzeczywiście pozwala osiągnąć wyższą sprawność kotłom kondensacyjnym. Różnica wynosi kilka punktów procentowych.
Jednak jest jeszcze druga strona medalu. Grzejniki mogą działać w sposób znacznie bardziej dynamiczny niż ogrzewanie podłogowe, dostosowując się do zmiennego zapotrzebowania na ciepło. Daje to większe możliwości sterowania i może przekładać się na oszczędności w rachunkach – też przynajmniej kilkuprocentowe.
Ma się rozumieć, w obu wariantach zakładamy, że sterowanie jest dobrane i skonfigurowane prawidłowo. A wymogi grzejników oraz ogrzewania podłogowego znacząco się różnią. Dlatego też mamy dwa podstawowe rodzaje automatyki grzewczej.
Pokojowe i pogodowe
Sterowanie pokojowe opiera się na prostej i intuicyjnie zrozumiałej zasadzie. Działanie kotła uzależnione jest od wskazań czujnika temperatury umieszczonego wewnątrz ogrzewanego budynku. W najprostszym wariancie kocioł włącza się, gdy temperatura w pomieszczeniu z czujnikiem spadnie poniżej nastawionej, przestaje zaś grzać po jej osiągnięciu. Na nieco wyższym stopniu zaawansowania, kocioł zmienia też automatycznie temperaturę przygotowywanej wody, bo nowoczesne urządzenia pracują w ten sposób bardziej ekonomicznie.
Ogromne znaczenie ma tu wybór miejsca pomiaru, tak aby było ono reprezentatywne. Wiele osób decyduje się założyć czujnika w salonie, ale nie jest to dobra lokalizacja. Salon ma często duże okna, będące źródłem sporych zysków ciepła w słoneczne dni, a jeżeli jest w nim kominek, to rozpalenie całkowicie fałszuje wskazania. Jeżeli czujnik temperatury jest założony na stałe, to powinien znaleźć się w pomieszczeniu najchłodniejszym, w którym nie ma dużych okien, ani źródeł ciepła.
Te warunki zwykle dość dobrze spełnia hol. Najlepiej jednak kupić bezprzewodowy czujnik temperatury. Możemy wówczas eksperymentalnie wybrać dla niego najlepsze miejsce, a w razie potrzeby go przenieść. Automatyka pokojowa bardzo dobrze sprawdza się we współpracy z grzejnikami, bo ich reakcja na sygnał płynący z czujnika jest niemal natychmiastowa. Dodatkowym elementem nadzorującym pracę grzejników, tym razem już każdego z osobna, są głowice termostatyczne na ich zaworach.
Ewentualnie mogą to być bardziej zaawansowane głowice elektroniczne, których nastawy można programować, a nawet zmieniać zdalnie. To znacznie wygodniejsze niż obchodzić w tym celu cały dom. Mamy więc układ niejako dwustopniowy – najpierw kocioł sterowany czujnikiem temperatury (włączenie/wyłączenie, zmiana temperatury wody), następnie korektę dzięki głowicom na zaworach grzejnikowych w poszczególnych pokojach.
Taki system nie radzi sobie za to najlepiej, gdy ogrzewanie ma dużą bezwładność – na reakcję na zmianę zapotrzebowania na ciepło trzeba długo czekać. Sztandarowym przykładem jest tu typowe ogrzewanie podłogowe.
Automatyka pogodowa uzależnia działanie kotła, lub innego źródła ciepła, od sygnałów z czujnika temperatury umieszczonego na zewnątrz domu, a nie w pomieszczeniach. Skąd w ogóle taki pomysł? Dlaczego nie mierzyć temperatury wewnątrz? Przede wszystkim, dlatego że temperatura wewnętrzna zależy ostatecznie od tej na zewnątrz.
Jeżeli na dworze robi się chłodniej, rosną straty ciepła budynku, bo więcej ucieka go przez przegrody zewnętrzne i wentylację. To zaś skutkuje spadkiem temperatury w pokojach, jeżeli nie zaczniemy intensywniej grzać. Kłopot w tym, że precyzyjne określenie tej korelacji wcale nie jest łatwe. Zależy od charakterystyki samego budynku oraz jego instalacji grzewczej. Jeżeli jest dobrze izolowany, a przy tym masywny (ciężki), co można powiedzieć o niemal każdym domu murowanym, będzie się nagrzewał i stygł powoli.
Tym bardziej, jeżeli jego ogrzewanie to typowa podłógówka, czyli rurki w jastrychu grubym na ok. 7 cm. Taka ciężka (ok. 150 kg/m2) podłoga potrzebuje sporo czasu na reakcję, tym bardziej, że jest zasilana wodą o dość niskiej temperaturze (30–55°C). Jeżeli czekać z jej uruchomieniem do czasu aż temperatura w pokojach spadnie, to zanim znów osiągnie zadany poziom minie sporo czasu, a my będziemy marznąć.
I tu wkracza automatyka pogodowa. Uwzględnia ona spadek lub wzrost temperatury zewnętrznej, zawczasu włączając i wyłączając ogrzewanie oraz zmieniając temperaturę wody w obiegu. Dzięki temu niweluje bezwładność w działaniu ogrzewania. Działa zgodnie z tzw. krzywą grzewczą, obrazującą relacje pomiędzy temperaturą zewnętrzną i temperaturą wody w obiegu (im zimniej, tym musi być cieplejsza), oraz to przy jakiej temperaturze c.o. w ogóle musi zostać uruchomione.
Dopasowanie odpowiedniej krzywej do konkretnego budynku bywa niełatwe i często wymagana jest korekta. Robi się to ręcznie lub automatycznie. Coraz częściej spotyka się też układy, w których jest zarówno czujnik zewnętrzny, jak i wewnętrzny. Dzięki temu poprawność ustawienia krzywej grzewczej jest na bieżąco korygowana.
Trzeba jeszcze dodać, że część kotłów to tzw. urządzenia dwuobiegowe. Oznacza to, że mogą zasilać instalacje grzewczą podzieloną na dwie części o odmiennej charakterystyce, każda z własnym sterowaniem. To najlepsze rozwiązanie, jeżeli mamy zarówno grzejniki, jak i ogrzewanie podłogowe.
Węgiel lub pelety
Wygoda obsługi kotła na paliwo stałe zależy od tego, jakie urządzenie wybierzemy. Można przy tym powiedzieć, że poziom technicznego zaawansowania przekłada się na cenę. Najprostsze kotły zasypowe, bez podajnika i automatyki, kupimy już za 2000–3000 zł. Trzeba jednak je codziennie rozpalać i uzupełniać paliwo kilka razy na dobę. Zaś możliwości zmiany mocy, a przez to dostosowania do chwilowego zapotrzebowania na ciepło, są bardzo ograniczone.
Modele z podajnikiem mogą zaś kosztować nawet kilkanaście tysięcy zł. Jednak paliwo uzupełnia się w nich raz na kilka dni, obsługa jest więc bardzo ograniczona. Ponadto mogą mieć bardzo zaawansowaną automatykę – z czujnikami pokojowymi i pogodowymi, oraz zdalną kontrolą przez Internet. Również zasilanie dwóch obiegów grzewczych, każdego z własną automatyką jest w nich dostępne.
Przybywa ponadto modeli z funkcją automatycznego rozpalania i wygaszania. Najwięcej jest ich w przypadku kotłów na pelety, bo to paliwo łatwiej rozpalić, a za to trudniej utrzymywać na nim żar niż w przypadku węgla. Jednak i w kotłach węglowych to rozwiązanie się upowszechnia.
Trzeba od razu zastrzec, że automatyczne rozpalanie daje przede wszystkim możliwość wyeliminowania pracy w trybie podtrzymania żaru w okresach małego zapotrzebowania na ciepło, a szczególnie latem, kiedy potrzebna jest wyłącznie ciepła woda użytkowa. Wówczas podtrzymanie żaru nie tylko pochłania nawet więcej paliwa niż samo przygotowanie wody, ale przede wszystkim oznacza spalanie z niską sprawnością i dużą emisją zanieczyszczeń.
Współczesne nowoczesne kotły na paliwa stałe mogą bez problemu współpracować z każdym rodzajem ogrzewania, zarówno z grzejnikami, jak i podłogówką. To ostatnie wymaga jedynie odpowiedniego układu mieszającego, tak aby temperatura samego kotła była odpowiednio wysoka.
Tym co odróżnia kotły na paliwa stałe od urządzeń gazowych jest wyraźny spadek sprawności, gdy pracują z mocą niższą od nominalnej. Za to warto wiedzieć, że mogą działać z mocą nieco przekraczającą nominalną (do 20%), prawie nie tracąc na sprawności. Dlatego trzeba zdecydowanie odradzić powszechną praktykę kupowania kotłów o wyższej mocy niż faktycznie potrzebna, czyli tzw. przewymiarowania.
Specyficznym przypadkiem, gdy jest to dopuszczalne, jest zasilanie zbiornika akumulacyjnego. To zbiornik o dużej pojemności, zwykle 500–1000 l, na wodę grzewczą. Kocioł nagrzewa go, nawet do 90°C, pracując przy tym z mocą nominalną i maksymalną sprawnością. Nawet jeżeli potem wygaśnie, mamy zmagazynowany w wodzie zapas ciepła na później. Jest to rozwiązanie bardzo dobre dla tzw. kotłów spalających drewno w szczapach oraz kominków z płaszczem wodnym – podawania drewna nie da się zautomatyzować. Ze zbiornikiem akumulacyjnym dobrze współdziałają również kotły zasypowe na węgiel.
W tym przypadku wskazana jest automatyka sterująca nie pracą samego kotła lecz pompą obiegową c.o. pomiędzy zbiornikiem i grzejnikami i podłogówką. Jej uruchomienie powoduje stopniowe rozładowywanie ciepła z zasobnika. Przy tym w układzie ze zbiornikiem akumulacyjnym ogrzewanie podłogowe może być bardzo dobrym rozwiązaniem.
Wylewka podłogowa jest sama w sobie dodatkowym akumulatorem ciepła. Ponadto do jej efektywnego grzania wystarcza woda nawet o temperaturze 30°C, co oznacza, ciepło z zasobnika można czerpać aż do jego wychłodzenia do tego poziomu, podczas gdy dla grzejników rozsądne minimum to ok. 50°C. Do problemu akumulacji ciepła i sterowania takimi układami wrócimy jeszcze omawiając ogrzewanie elektryczne, bo tam pojawiają się dodatkowe czynniki, które trzeba uwzględnić.
Elektryczność
Ogrzewanie elektryczne to tak naprawdę wiele różnych systemów. Przede wszystkim kojarzy się je z tzw. ogrzewaniem bezpośrednim, czyli grzejnikami lub elektrycznym ogrzewaniem podłogowym (maty, przewody, folie grzejne). Jednak mamy jeszcze kotły elektryczne, działające w pełni bezobsługowo i stale z najwyższą sprawnością.
Często stosuje się je wraz z kotłami na paliwa stałe. Ciepło z węgla czy drewna jest tanie, zaś kocioł elektryczny może za to działać w pełni automatycznie. Wówczas np. kilkudniowy wyjazd na narty w sezonie grzewczym przestaje być problemem.
Dostępne jest też elektryczne ogrzewanie akumulacyjne w postaci tzw. pieców akumulacyjnych oraz pompy ciepła, również potrzebujące do działania prądu. Wybór sposobu rodzaju ogrzewania ma tu kluczowe znaczenie, bo zupełnie różne mogą być koszty inwestycji i eksploatacji. Przy tym w każdym wariancie potrzebna jest zupełnie inna konfiguracja instalacji grzewczej i sposób sterowania nią.
Szczególne znaczenie maja tu rozmaite rozwiązania służące akumulacji ciepła, bo dzięki nim można korzystać z dwutaryfowego rozliczania za prąd (tani prąd w nocy). Ważnym czynnikiem może być też posiadanie instalacji fotowoltaicznej. Własny prąd z ogniw słonecznych potrafi zupełnie zmienić rachunek ekonomiczny. A przy tym obecne regulacje prawne pozwalają przekazywać nadmiar prądu do sieci, a następnie odbierać go nawet z kilkumiesięcznym opóźnieniem.
Dzięki temu rozwiązuje się podstawowy problem każdej formy instalacji wykorzystującej słońce, które przecież w sezonie zimowym dostarcza nam najmniej energii. Najmniej skomplikowana forma ogrzewania elektrycznego to grzejniki w poszczególnych pomieszczeniach, każdy z własnym termostatem. Tu właściwie nie budujemy żadnej specjalnej instalacji grzewczej.
Taki układ jest bardzo tani inwestycyjnie (grzejniki możemy kupić nawet za mniej niż 200 zł/szt.) i wbrew pozorom komfortowy, szczególnie, jeżeli grzejniki wyposażymy w programatory czasowe, choćby najprostsze, wtykane do gniazdka. I to bez żadnej skomplikowanej automatyki. Nigdy nie było to jednak rozwiązanie popularne i raczej nie będzie, ze względu na wysokie ceny prądu w podstawowej taryfie (ok. 0,60 zł/ kWh). Chociaż trzeba przyznać, że taki sposób ogrzewania może mieć sens w przypadku domów o skrajnie niskim zapotrzebowaniu na ciepło, zbliżonych do standardu pasywnego.
Jest też uzasadniony w budynkach ogrzewanych sporadycznie (domek na działce), ewentualnie jako bezobsługowe uzupełnienie innego sposobu ogrzewania (kocioł zasypowy, kominek). Podobnie, jako element uzupełniający, a nie pełnoprawne ogrzewanie należy traktować również elektryczne ogrzewanie w łazienkach, którego celem jest jedynie zapewnienie ciepłej w dotyku podłogi.
Zupełnie czym innym jest elektryczne ogrzewanie akumulacyjne w formie tzw. pieców akumulacyjnych lub ogrzewania podłogowego z grubą warstwą wylewki. W tym przypadku dążymy do wykorzystania tańszej taryfy przy tzw. ogrzewaniu dwustrefowym. Wówczas mamy tani prąd w nocy (22.00–6.00) oraz krótko w ciągu dnia (np. 13.00–15.00), za to droższy niż przy jednostrefowym rozliczaniu przez resztę doby.
Niektórzy dostawcy energii oferują też tanią taryfę przez cały weekend. Założenie jest takie, że w godzinach obowiązywania niższych stawek magazynujemy dość ciepła, żeby wystarczyło go na całą dobę. Podstawą jest więc sterowanie czasowe. Prostsza, mniej komfortowa wersja, to piece akumulacyjne z tzw. statycznym rozładowaniem oraz podłoga z kablami grzejnymi w grubej wylewce. Tu nagrzewamy pewną masę akumulacyjną, która następnie oddaje ciepło. Z zastrzeżeniem, że nad tą fazą oddawania ciepła nie mamy już kontroli, odbywa się to samoczynnie.
Większe możliwości dają piece z tzw. dynamicznym rozładowaniem. W nich mamy zwykle wentylatory, które intensyfikując lub zatrzymując ruch powietrza, a wraz z nim i oddawanie ciepła. Możliwości sterowania samym urządzeniem, a zatem i kontroli nad temperaturą w pomieszczeniu stają się znacznie lepsze. Przy prawidłowej konfiguracji taki układ nie ustępuje pod względem komfortu typowemu ogrzewaniu z grzejnikami ściennymi.
Dla korzystających z prądu w celach grzewczych, szczególnie atrakcyjne są instalacje fotowoltaiczne. W naszym klimacie 1 kW mocy zainstalowanej takiej małej elektrowni daje rocznie ok. 1000 kWh energii rocznie. Z zastrzeżeniem, że jej produkcja jest bardzo nierównomierna, z kilkukrotną przewagą okresu wiosny i lata względem miesięcy zimowych. Niestety, to zimą potrzebujemy najwięcej energii.
Na szczęście, obecne regulacje prawne zobowiązują dostawców energii do przyjęcia od nas jej nadmiaru, w zamian za co możemy odebrać 80% z niej nawet po kilku miesiącach, kiedy jest nam potrzebna. Trzeba tu uczulić, że zasady, przede wszystkim długość okresu, w którym dokonuje się tego bilansowego rozliczenia mogą być różne. A najlepiej żeby były jak najdłuższe, np. półroczne, zaś ewentualna nadwyżka z jednego okresu przechodziła na kolejny. Dlatego, jeżeli mamy instalację fotowoltaiczną szczególnie dokładnie sprawdźmy warunki umowy z naszym dostawcą energii.
Specjalnym przypadkiem są pompy ciepła, a szczególnie tzw. urządzenia hybrydowe, czyli połączone w jednej centrali grzewczej kocioł gazowy i powietrzna pompa ciepła. Analogicznie do nich działają tzw. instalacje biwalentne, gdzie mamy pompę ciepła i jakieś tradycyjne urządzenie grzewcze, zapewniające ciepło, gdy praca pompy staje się niewystarczająca lub nieopłacalna.
Urządzenia hybrydowe są o tyle ciekawe, że tam od razu dostajemy dopracowaną automatykę, decydującą, które z urządzeń grzewczych ma pracować w danym momencie. Tak żeby zapewnić pożądaną temperaturę we wnętrzach, a równocześnie koszty eksploatacji były możliwie niskie – uwzględniając sprawność w danych warunkach oraz cenę energii (gaz/prąd). Tu znów dodatkową zmienną wprowadzają panele fotowoltaiczne, dzięki którym prąd staje się ostatecznie tańszy.
Poza tym automatyka jest typowa, czyli pokojowa lub pogodowa. Ta druga jest w przypadku pomp ciepła popularniejsza, bo w tych systemach dominuje ogrzewanie podłogowe. W zasadzie jedyną szczególną modyfikacją sposobu sterowania w przypadku pomp ciepła, powinno być dążenie do utrzymania jak najniższej możliwej temperatury wody w obiegu, bo wtedy pompa pracuje bardziej ekonomicznie.
