Dogrzewanie domu kolektorami słonecznymi

Autorem niniejszego artykułu jest Witold Jabłoński, autor strony www.słoneczny.com.pl, na której rozprawia się z mitami dotyczącymi kolektorów słonecznych.

W dobie lawinowo postępujących cen energii, usilnie poszukujemy form jej oszczędzania. Jednym ze sposobów oszczędzania jest montaż kolektorów słonecznych. Wśród naszego społeczeństwa jest wiele mitów na temat opłacalności takiego przedsięwzięcia, jak montaż instalacji solarnej. Wiele osób twierdzi, że założenie kolektorów to nieopłacalna inwestycja a zwrot kosztów poniesionych na ich montaż zostanie osiągnięty dopiero po zużyciu instalacji solarnej.

Najwięcej kontrowersji budzi zastosowanie instalacji solarnej do dogrzewania budynków mieszkalnych. Kontrowersje te biorą się z bardzo dużej niewiedzy jak taka instalacja powinna być zbudowana oraz jak prawidłowo dobrać wymaganą ilość kolektorów do zapotrzebowania na energię cieplną w dogrzewanym budynku.

Obecnie, w naszym kraju zakłada się najwięcej instalacji solarnych do ciepłej wody użytkowej i te instalacje przynoszą w mniejszym lub większym stopniu wymierne oszczędności swoim użytkownikom. Natomiast zakładane instalacje do dogrzewania pomieszczeń w przeważającej ilości są instalacjami, w których bardzo trudno oszacować realny stopień oszczędności. Dzieje się to dla tego, że zużycie energii przed założeniem takiej instalacji nie była oszacowane i nie było wiadomo, ile ciepła faktycznie zużył budynek. Natomiast po jej założeniu również nie było wiadomo ile ciepła zostało dostarczone do instalacji centralnego ogrzewania. Do tego dochodzi bardzo często wadliwy projekt takiej instalacji. Wady projektowania biorą się z dużej niewiedzy firm sprzedających kolektory słoneczne oraz niewiedzy firm montujących instalacje solarne.

Aby skutecznie dogrzewać pomieszczenia w okresie zimowym trzeba zastosować kolektory próżniowe, jednak nie bez znaczenia jest jakość oraz zasada działania zastosowanych kolektorów. W Polskich warunkach klimatycznych najlepsze wyniki dają kolektory o bezpośrednim przepływie (low flow), natomiast kolektory oparte o zasadę działania cieplej rurki (heat pipe) dają najgorsze wyniki ze względu na wady konstrukcyjne i uproszczenia, jak najbardziej słuszne dla ciepłych stref klimatycznych, do których jednak Polska nie należy.

Aby przedstawić w miarę rzetelną symulacje oszczędności dla domu jednorodzinnego wyposażonego w instalację kolektorów słonecznych służących do dogrzewania autor zmuszony był do zastosowania takiej instalacji we własnym domu.

Przed zamontowaniem instalacji solarnej do dogrzewania, przez cały poprzedni sezon grzewczy wykonywane były pomiary zużycia energii cieplnej na potrzeby centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej. Sam obiekt to budynek jednorodzinny o powierzchni 130 m² wykonany z gazobetonu (25 cm), ocieplony styropianem (15 cm), o dwóch kondygnacjach (parter + poddasze), zamieszkany przez 5 osób. Zasobnik do ciepłej wody jest o pojemności 2 x 300 l nie stanowi bufora ciepła w instalacji centralnego ogrzewania, a używany jest tylko do ciepłej wody.

Przed założeniem kolektorów, sezon grzewczy na przełomie roku 2009/2010 rozpoczął się 15 października 2009 r. a skończył 15 maja 2010 r. W tym czasie na potrzeby centralnego ogrzewania i ciepłej wody trzeba było zużyć 40,12 GJ ciepła.

Natomiast w następnym sezonie grzewczym, gdzie kolektory już były, czyli przełom roku 2010 i 2011, zamknął się bilansem 25,01 GJ wyprodukowanej energii. Tu należy nadmienić, że montaż instalacji solarnej został podzielony na dwa etapy. Najpierw zostało zamontowanych 6 kolektorów próżniowych i one dogrzewały instalacje centralnego ogrzewania i cieplej wody do 1 stycznia 2011 r., a następnie zostało dołożonych następnych 6 kolektorów, co w sumie dało 144 rury próżniowe o przepływie bezpośrednim. Sezon grzewczy rozpoczął się 15 października 2010 r. a skończył się 12 kwietnia 2011 r.

Sezon grzewczy w tym rozumieniu to taki, w którym budynek jest ogrzewany konwencjonalnym paliwem, jakim jest w tym przypadku gaz. Już ze wstępnego zestawienia widać, że przy instalacji solarnej (choć nie w pełnym rozmiarze) zaoszczędzono 15,11 GJ na gazie w sezonie grzewczym. Inaczej przedstawiając wynik to oszczędność jest na poziomie 38% na ogrzewaniu i ciepłej wodzie w sezonie zimowym. Poza sezonem grzewczym oszczędności wynikające z posiadania takiej instalacji solarnej wynoszą 100% na dogrzewaniu i ciepłej wodzie.

Przedstawiając zużycie ciepła w skali roku w rozbiciu na poszczególne składniki w odniesieniu do cen przed zamontowaniem instalacji solarnej:

  •  2 667 zł rocznie na potrzeby centralnego ogrzewania
  • 1 244 zł na potrzeby cieplej wody (duże zużycie)
  • 380 zł na potrzeby pralki i zmywarki.

Do obliczeń przyjmuje się 20 letni okres pracy instalacji solarnej oraz roczny wzrost ceny gazu na poziomie 8%. W poniższej tabeli ujęto rozkład kosztów na przestrzeni 20 lat

lata Ogrzewanie
(zł)
Ciepła woda
(zł)
Pralka i zmywarka
(zł)
Razem
(zł)
1 2 667 1 244 380 4 291
2 2 881 1 343 410 4 634
3 3 111 1 451 443 4 897
4 3 359 1 567 478 5 411
5 3 629 1 692 517 5 838
6 3 919 1 828 558 6 305
7 4 233 1 974 603 6 837
8 4 571 2 132 651 7 354
9 4 937 2 302 703 7 942
10 5 332 2 487 759 8 578
11 5 759 2 686 820 9 265
12 6 219 2 900 886 10 005
13 6 717 3 133 894 10 744
14 7 254 3 382 965 12 165
15 8 461 3 654 1 042 12 531
16 9 139 3 946 1 120 13 328
17 9 870 4 262 1 134 14 535
18 10 659 4 602 1 225 15 697
19 11 512 4 971 1 323 16 575
20 12 433 5 368 1 428 17 899
razem 124 574 56 930 13 339 194 843 zł

Po przeprowadzonej symulacji wyraźnie widać, że przez okres 20 lat koszt ogrzania tego domu będzie na poziomie 194 843 zł. Instalacja solarna przyniesie oszczędności w okresie 20 letnim:

  • koszty ogrzewania dają zimą oszczędność na poziomie 47 338 zł,
  • koszty ogrzewania ciepłej wody dają zimą oszczędności na poziomie 10 817 zł,
  • koszty ogrzewania ciepłej wody latem oszczędności na poziomie 28 468 zł,
  • koszty ogrzewania pralki i zmywarki latem to oszczędność na poziomie 6 669 zł,

co w sumie daje oszczędność w kwocie 93 292 zł. Koszt założenia instalacji solarnej wyniósł 35 000 zł. Po odjęciu kosztów instalacji solarnej czysty zysk będzie na poziomie 58.292 zł co daje oszczędności ok. 30%.

Należy również zauważyć, że wielkość tej instalacji w sezonie letnim powoduje bardzo dużą nadprodukcję ciepła, dochodząc do paradoksalnej sytuacji gdzie przez większą część lata ciepło jest wytracane w gruncie i bezpowrotnie marnowane.

Gdyby istniał w miarę tani sposób gromadzenia ciepła latem, to ilością wyprodukowanej energii w tym okresie swobodnie można byłoby ogrzewać dom zimą, o czym zapewniają pomiary ciepła.

Na obecnym etapie rozwoju taką instalację najbardziej sensownie jest wykorzystać w obiekcie posiadającym basen kąpielowy. Wszystkie nadwyżki ciepła obecnie marnowane można byłoby przekierować do jego ogrzewania, podnosząc stopień wykorzystania instalacji do poziomu pełnej możliwości instalacji solarnej. Również budowanie takich instalacji ma jak największe zastosowanie w obiektach turystycznych wykorzystywanych latem, gdzie istnieje duża potrzeba wyprodukowania ciepłej wody na użytek przebywających turystów a po skończonym sezonie letnim ciepło kierowane jest do instalacji centralnego ogrzewania.

W tym miejscu należy zadać sobie pytanie czy warto zakładać tak dużą instalację w budynku jednorodzinnym. Otóż w moim przekonaniu jeżeli sobie odpowiemy na pytanie jak w miarę sensownie zagospodarować nadwyżki ciepła latem, to bezsprzecznie tak. Natomiast jeżeli nie jesteśmy w stanie zagospodarować tych nadwyżek to prócz wyraźnych korzyści zimą, lato przysporzy nam niepotrzebnych strat. Można również zadać pytanie czy z tego powodu nie należy zmniejszyć ilości kolektorów. Zmniejszenie ilości kolektorów w takiej instalacji zaprzeczy sensowi istnienia dogrzewania przez nie, więc zastosowanie mniejszej ilości nie ma sensu w przypadku dogrzewania. Przysporzy to więcej kłopotów latem niż korzyści zimą.

W rozmowie z wieloma osobami na temat prezentowanych oszczędności opinia jednych była, że nie warto instalować kolektorów słonecznych, natomiast równie duża grupa osób twierdziła, że jednak warto prócz przedstawionych korzyści finansowych to istnieją inne, nie mniej ważne jak wygoda i ekologia. Natomiast ja ze swej strony nie będę oceniał sensu budowania instalacji solarnej, pozostawiając Państwu ocenę na podstawie przytoczonej kalkulacji.

Autorem niniejszego artykułu jest Witold Jabłoński, autor strony www.słoneczny.com.pl, na której rozprawia się z mitami dotyczącymi kolektorów słonecznych.

Komentarzy do wpisu “Dogrzewanie domu kolektorami słonecznymi”: 15.

  1. Nie trzeba być wiekim matematykiem zeby poznać słuszności wykorzystania energi kolektorów a tez np en. wiatru bo każde rozwiązanie jest pewnym plusem w ochronie srodowiska . Najwazniejszą kwestią jest dopracowanie i rozwiązanie sytuacji zagospodarowania nadwyżek ciepła w lecie .
    Rozmyślałem rózne rozwiazania jak mówię zależne od sytuacji np. zastosowanie wiekiego bufora ciepła ok 10-20 000 litrow ktory porzerzylby okrez grzewczy , czy na terenie wiejskim wykorzystanie ciepła do budowy sezonowej chłodni owoców i warzyw czy choćby suszarni do zboż lub warzyw.Na terenie miejskim można zrobić lodowisko Pomysły i duży zasob finansowy a połączenie kilku rodzajów wykorzystania energii czy wiatru czy tez słońca czy też prądu pobliskiej np. rzeki bedzie na pewno słusznym choc na razie bardzo drogim rozwiązaniem teoretycznie wspieranym przez rządy.
    Dlaczego napisałem teoretycznie ? to według mnie zbytniej biurokratycznej bariery ktora już na początku odstrasza przeciętnego KOWALSKIEGO od chodzenia po urzędach izałatwiania durnych zezwoleń i pozwoleń na
    jakieś rozwiązania proekologicznei i ladowania kasy w papierologię a nie w konkretne elementy.
    Wyeliminuje się nowatorskie rozwiązania jakie na pewno się kryją w szufladach domorosłych konstruktorow tylko przez żdzerną polityke urzędow.

  2. 20 m3 to wcale nie tak dużo energii, bo zbiornik wody o tej pojemności to raptem 1 260 kWh. Ja bym wolał akumulować taką ilość ciepła w gruncie.

  3. Mozliwe ze racja tylko ze płyny jakiekolwiek mają temperaturową cyrkulację a zatem powierzchnia wymiany mniejsza po gruncie trzeb aby rozprowadzić rozszerzoną instalacje jak do pompy ciepła czy mam racje?

  4. Rzeczywiście, łatwiej załadować i rozładować wodny bufor ciepła z racji jego uwarstwienia (ciepło będzie się trzymać górnej części), niż warstwę gleby. Tu trzeba byłoby rozłożyć glikolowy wymiennik ciepła, latem byłby ładowany ciepłem z kolektorów, zimą czerpałaby z niego energię pompa ciepła.

  5. Jesli już to na całego przy odwróconym działaniu nadmiar ciepła wykorzystać do klimatyzowania pomieszczeń a resztę zapasu w grunt na gorsze zimowe czasy. Szkoda że mało wydajne bo ogniwa peltiera i różnica temperatur mogłaby posłużyc do generacji prądu zasilającego cały układ. Czysta hybryda

  6. gość codzienny says:

    Autor nie wspomniał czy pokrył 100% nakładów na kolektory czy też korzystał z dofinansowania (u mnie w gminie jest) oraz czy robił instalację własnoręcznie czy też zlecił to wykwalifikowanej firmie. Na zdjęciu widać 12 kolektorów ok. 2m2/szt co daje za same tylko kolektory w najlepszym razie (wg allegro bez montażu) 1500*12=18000 zł czyli połowę deklarownego kosztu, a to sugeruje mi, po dodaniu kosztów instalacji wewnętrznej, bufora cwu, automatyki, chłodnicy gruntowej etc brak miejsca na „robociznę” czyli wykonanie własne. O bilansie cieplnym trudno dyskutować bo warunki pomiaru nie są równe. Przy -20C jak obecnie pokrycie zapotrzebowania przez solary będzie znikome, na pewno sprawdzi się gdy jest kilka stopni w plusie (u mnie do zera wystarcza leniwie palący się kominek z wymiennikiem na rurze spalinowej plus wymuszona cyrkulacja powietrza turbiną 65W). Chętnie poznalibyśmy parametry użytkowe (temperaturę czynnika grzewczego) w funkcji temperatury zewnętrznej i nasłonecznienia. Temat ciekawy i rozwojowy dla nowobudowanego domu. U mnie za dużo zachodu z przebudową, a i okresu zwrotu mogę już nie doczekać 🙁

  7. Błędny Rybak says:

    I ja, jak w poprzednim wpisie, mogę nie doczekać dnia zwrotu kosztów inwestycji ale… Czy ktoś próbował, opracować wymiennik ciepła w którym ciepło magazynowane jest z wykorzystaniem przemiany fazowej czynnika? Coś takiego było robione na PWarsz ale w dużo wyższym zakresie temperatur niż uzyskiwane z instalacji solarnej czy z kominka.

  8. @wichura327: takie urządzenia nie mają prawa działać, więc na pewno nie będzie to „prostsze”.

    Jeśli chodzi o pozyskiwanie bezpłatnego ciepła, chyba najlepszym rozwiązaniem są po prostu olbrzymie okna w południowej elewacji i kolektory powietrzne.

  9. Błędny Rybak says:

    Zgadzam się z przedmówcą jednak solidny, o dużej bezwładności cieplnej, magazyn ciepła jest ze wszech miar pożądany żebyśmy pozyskiwali ciepło nie tylko wtedy kiedy „słońce świeci”. To co podrzucam pewnie jest znane http://www.heliodome.com/

  10. Witam .
    Kolego Krzysztofie chyba filmy ktore mozna obejrzec nie sa w sprytny sposób spreparowane bo z tej odpowiedzi można to wywnioskować.
    Jesli chodzi zas o duże okna to jeszcze by było lepiej żeby dom z tymi oknami obracał się do słońca a w nocy powracał na wschód.

  11. Andre says:

    Lepiej zamontować gruntowy wymiennik ciepła z rekuperatorem.Kolektory tylko do grzania c.w.u.

  12. bajcik says:

    A gdyby tak letnimi nadwyżkami zasilić silnik stirlinga? Albo wręcz silnik parowy? 😉

  13. @bajcik: to już lepiej zamiast kolektorów kupić baterie słoneczne i nadmiar prądu sprzedawać do sieci.

    Tym bardziej, że baterie już teraz są w cenach podobnych do kolektorów próżniowych.

  14. winyl says:

    Kolektory w takiej ilości się kompletnie nie opłacają, gaz od 2015 niezle staniał. Pozatym co robić z energią ze 144 próżniowców w lecie? Chyba żę ktoś ma kupę wolnej gotówki i ogromny basen przy ogromnym domu. Kto bogatemu zabroni. 144 rury próżniowe,poważnie,ile to kosztowało? Dolicz sobie wymianę ich za 20 lat jeszcze.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *