Studium przypadku: Wymiana kotła gazowego na niewidoczne sufitowe ogrzewanie na podczerwień w domu o powierzchni 100 m²

Ta brytyjska renowacja budynku mieszkalnego pokazuje, jak właściciel domu z powodzeniem zastąpił tradycyjny kocioł gazowy i system grzejników ściennych w pełni elektrycznym, niewidocznym systemem sufitowego ogrzewania na podczerwień iHelios.

Działając jako kluczowa niskoemisyjna instalacja w Yorkshire, projekt pozwolił właścicielowi wyeliminować zagrożenia związane z instalacją wodną, odzyskać przestrzeń na ścianach oraz uzyskać lokalną kontrolę temperatury w każdym pomieszczeniu dzięki nowoczesnej inteligentnej automatyce. Dzięki połączeniu ultracienkiej folii grzewczej iHelios o grubości 0,50 mm bezpośrednio z lokalnymi taryfami energii elektrycznej typu „time-of-use” oraz domowym magazynem energii o pojemności 20 kWh, projekt ten stanowi wysoce powtarzalny model dla domów odchodzących od ogrzewania gazowego w całej Wielkiej Brytanii.

Przegląd projektu

Ten projekt mieszkaniowy pokazuje, jak właściciel domu zastąpił tradycyjny kocioł gazowy i system grzejnikowy w pełni elektrycznym, niewidocznym sufitowym systemem ogrzewania na podczerwień.

Właściciel chciał całkowicie usunąć kocioł, grzejniki i wypełnione wodą orurowanie. Zależało mu również na niezależnej kontroli temperatury w każdym pomieszczeniu oraz systemie grzewczym, który mógłby współpracować z magazynem energii i przyszłą instalacją fotowoltaiczną.

Firma iHelios zaprojektowała strefowy system ogrzewania sufitowego dla nieruchomości o powierzchni 100 m², wykorzystując folię grzewczą na podczerwień iH405 o szerokości 500 mm.

Gotowa instalacja ma całkowitą moc grzewczą wynoszącą 7,4 kW, podzieloną na osiem niezależnie sterowanych stref.

Rachunki za energię elektryczną z nieruchomości pokazują, że całkowite zużycie w gospodarstwie domowym osiągnęło w zimie maksymalnie około 35 kWh dziennie, wliczając w to ogrzewanie, ciepłą wodę, gotowanie, oświetlenie, urządzenia AGD oraz wszelkie inne zapotrzebowanie na prąd.

Podsumowanie projektu

Szczegóły projektu	Specyfikacja
Typ nieruchomości	Dom mieszkalny
Powierzchnia nieruchomości	100 m²
Główny system grzewczy	Niewidoczne sufitowe ogrzewanie na podczerwień iHelios
Folia grzewcza	Folia grzewcza na podczerwień iH405 o szerokości 500 mm
Metoda instalacji	Ukryta w konstrukcji sufitu
Całkowita moc grzewcza	7,4 kW
Strefy grzewcze	8 niezależnych stref
Inteligentne termostaty	8
Harmonogram ogrzewania	Do 8 godzin dziennie
Poprzedni system grzewczy	Kocioł gazowy i grzejniki
Magazyn energii	20 kWh
Użytkowa pojemność baterii	Około 18 kWh przy poziomie 90%
Nocna taryfa elektryczna	Około 7 pensów/kWh
Dzienna taryfa elektryczna	Około 26 pensów/kWh
Maksymalne zweryfikowane zużycie prądu zimą	Około 35 kWh dziennie
Szacowany udział ogrzewania	Około 60%
Fotowoltaika	Planowana instalacja w przyszłości

Koszty eksploatacji ogrzewania na podczerwień w Wielkiej Brytanii: dom o powierzchni 100 m²

W przypadku tego brytyjskiego domu o powierzchni 100 m², maksymalne zweryfikowane zużycie energii elektrycznej zimą wyniosło około 35 kWh dziennie, obejmując ogrzewanie na podczerwień, ciepłą wodę, gotowanie, oświetlenie, urządzenia AGD oraz inne zużycie domowe.

Szacuje się, że ogrzewanie pomieszczeń odpowiada za około 21 kWh dziennie, choć ogrzewanie nie było opomiarowane oddzielnie.

Przy standardowej dziennej taryfie energii elektrycznej wynoszącej 26 pensów za kWh, szacowany koszt ogrzewania na podczerwień wyniósłby około 5,46 funta dziennie, czyli 163,80 funta w ciągu 30-dniowego miesiąca zimowego.

Dzięki zastosowaniu baterii o pojemności 20 kWh ładowanej w nocy przy stawce około 7 pensów za kWh, przykładowy koszt ogrzewania można obniżyć do około 2,04–3,41 funta dziennie, w zależności od tego, jak zgromadzona energia jest rozdzielana między ogrzewanie a inne potrzeby gospodarstwa domowego.

Powyższe dane dotyczą konkretnej nieruchomości. Koszty eksploatacji ogrzewania na podczerwień różnią się w zależności od utraty ciepła w budynku, izolacji, zainstalowanej mocy, ustawień termostatu, harmonogramów ogrzewania, lokalnych warunków pogodowych oraz taryfy za energię elektryczną.

Cele właściciela domu

Właściciel chciał odejść od gazu i stworzyć w pełni elektryczny dom.

Jego priorytetami było:

• trwałe usunięcie kotła gazowego;
• wyeliminowanie grzejników i instalacji grzewczej;
• odzysk przestrzeni ściennej;
• niezależna kontrola w każdym pomieszczeniu;
• unikanie ogrzewania nieużywanych pomieszczeń;
• wykorzystanie tańszej energii nocnej;
• integracja z magazynem energii;
• przygotowanie nieruchomości pod przyszłą instalację fotowoltaiczną;
• redukcja kosztów serwisowania związanych z kotłami i wodnymi systemami grzewczymi.

Zamiast wymieniać istniejący kocioł na inne centralne urządzenie grzewcze, właściciel wybrał rozproszony system ogrzewania, sterowany oddzielnie w każdym pomieszczeniu.

Dlaczego wybrano sufitowe ogrzewanie na podczerwień

Właścicielowi zależało na systemie grzewczym, który nie wpłynąłby na ustawienie mebli ani wystrój wnętrz.

Folia grzewcza iHelios została zainstalowana wewnątrz konstrukcji sufitu i ukryta za wykończoną powierzchnią. Po instalacji w pomieszczeniach nie widać żadnych emiterów ciepła.

System sufitowy dostarcza ciepło promieniowania na powierzchnie pomieszczeń, meble i domowników, jednocześnie ogrzewając otaczające powietrze.

Instalacja eliminuje potrzebę stosowania:

• grzejników ściennych;
• rur grzewczych;
• pompy obiegowej;
• kotła gazowego;
• corocznego serwisowania kotła.

Sufit pozostał dostępny w całym obiekcie, co czyni go praktycznym miejscem do dystrybucji mocy grzewczej bez ograniczania przestrzeni podłogowej lub ściennej.

Projekt systemu grzewczego

Nieruchomość ma łączną powierzchnię około 100 m².

Cały system grzewczy ma moc przyłączeniową 7,4 kW, co odpowiada średnio około 74 W na metr kwadratowy nieruchomości.

Liczba ta oznacza całkowitą dostępną moc systemu. Nie oznacza to, że nieruchomość stale zużywa 7,4 kW, gdy ogrzewanie jest włączone według harmonogramu.

Zainstalowana moc została rozdzielona na osiem stref grzewczych. Każda strefa jest sterowana własnym termostatem, co pozwala pomieszczeniom na osiągnięcie żądanej temperatury i niezależne wyłączanie się.

Rzeczywiste zużycie energii elektrycznej zależy od:

• temperatury zewnętrznej;
• strat ciepła w pomieszczeniu;
• izolacji;
• przeszkleń;
• ustawień termostatu;
• poziomu użytkowania;
• harmonogramów pomieszczeń;
• wewnętrznych zysków ciepła;
• liczby stref wymagających ciepła jednocześnie.

Ośmiostrefowe inteligentne sterowanie

Nieruchomość została podzielona na osiem niezależnie sterowanych stref grzewczych, z których każda posiada własny inteligentny termostat.

Pozwala to właścicielowi na ustawienie różnych temperatur i czasów pracy dla różnych pokoi.

Na przykład, strefy dzienne mogą być ogrzewane rano i wieczorem, podczas gdy sypialnie mogą być ogrzewane krócej, w zależności od obecności domowników.

Strategia sterowania zapewnia:

• indywidualne temperatury w pomieszczeniach;
• oddzielne harmonogramy;
• ogrzewanie tylko tam, gdzie jest to potrzebne;
• niższe temperatury w nieużywanych pokojach;
• mniej niepotrzebnego ogrzewania całego domu;
• precyzyjniejszą kontrolę komfortu.

Jest to ważna różnica w stosunku do tradycyjnego systemu kotłowego sterowanego centralnie, gdzie kilka pomieszczeń może być ogrzewanych jednocześnie, nawet jeśli nie wszystkie są używane.

Harmonogram pracy

System grzewczy jest zaprogramowany na pracę do około ośmiu godzin dziennie w okresie zimowym.

Jednakże folia grzewcza nie pozostaje pod napięciem nieprzerwanie przez te osiem godzin.

Każdy termostat włącza i wyłącza swoją strefę, gdy pomieszczenie osiągnie i utrzyma wybraną temperaturę.

Gdyby cały system o mocy 7,4 kW pracował nieprzerwanie przez osiem godzin, teoretyczne maksymalne zużycie energii na ogrzewanie wynosiłoby:

7,4 kW × 8 godzin = 59,2 kWh

Taki scenariusz wymagałby, aby każda strefa wymagała ciągłego ogrzewania przez cały okres zaprogramowany.

Rachunki za energię elektryczną nieruchomości pokazują, że całe gospodarstwo domowe—wliczając ogrzewanie i każde inne obciążenie elektryczne—zużyło nie więcej niż około 35 kWh dziennie w szczytowym okresie zimowym.

Potwierdza to, że system grzewczy nie pracuje w sposób ciągły z pełną mocą przyłączeniową.

Zweryfikowane zużycie prądu zimą

Maksymalne zimowe zużycie energii elektrycznej na poziomie około 35 kWh dziennie bazuje na rachunkach za energię elektryczną klienta.

Wartość ta obejmuje cały dom i zawiera:

• ogrzewanie podczerwienią;
• ciepłą wodę użytkową;
• gotowanie;
• oświetlenie;
• urządzenia AGD;
• straty na baterii i falowniku;
• ogólne zużycie prądu w gospodarstwie domowym.

Szacuje się, że ogrzewanie pomieszczeń stanowi około 60% całkowitego zimowego zużycia energii elektrycznej.

Szacunkowy udział ogrzewania

35 kWh × 60% = około 21 kWh dziennie

Pozostałe zużycie energii elektrycznej w gospodarstwie domowym wynosi zatem około:

35 kWh − 21 kWh = około 14 kWh dziennie

Zużycie energii	Dzienne zużycie
Szacowane ogrzewanie podczerwienią	21 kWh
Pozostałe zużycie domowe	14 kWh
Zweryfikowane maksymalne całkowite zużycie zimą	35 kWh

Wartość 35 kWh jest zweryfikowana na podstawie rachunków za prąd. Podział między ogrzewanie a inne użycie domowe jest szacunkowy, ponieważ system ogrzewania nie jest opomiarowany oddzielnie.

Szacowany cykl pracy systemu grzewczego

Cały system mógłby teoretycznie zużyć 59,2 kWh w ciągu ośmiogodzinnego harmonogramu, gdyby wszystkie strefy pozostały włączone w sposób ciągły.

Szacowane rzeczywiste zużycie na ogrzewanie wynosi około 21 kWh dziennie.

Wynikający z tego średni równoważny cykl pracy wynosi zatem:

21 kWh ÷ 59,2 kWh = około 35,5%

Oznacza to, że w czasie zaprogramowanego okresu grzewczego strefy pracowały ze średnim cyklem pracy wynoszącym około 35%.

Niektóre pokoje mogą być ogrzewane dłużej niż inne, a poszczególne strefy będą cyklować w różnym czasie w zależności od strat ciepła, ustawień temperatury i obecności domowników.

Koszt energii elektrycznej bez optymalizacji bateryjnej

Dzienna stawka za energię elektryczną wynosi około 26 pensów za kWh.

Jeśli całość dziennego zużycia gospodarstwa domowego (35 kWh) byłaby kupowana według tej stawki, koszt wyniósłby:

35 kWh × 0,26 £ = 9,10 £ dziennie

W ciągu 30-dniowego miesiąca zimowego:

9,10 £ × 30 = 273,00 £

Jest to szacunkowy koszt całkowitego zużycia energii przez nieruchomość, a nie tylko ogrzewania.

Szacunkowy koszt ogrzewania w taryfie dziennej

Jeśli ogrzewanie odpowiada za około 21 kWh dziennie:

21 kWh × 0,26 £ = 5,46 £ dziennie

Pozostałe 14 kWh zapotrzebowania domowego kosztowałoby:

14 kWh × 0,26 £ = 3,64 £ dziennie

Łącznie daje to całkowity koszt dzienny wynoszący 9,10 £.

Magazynowanie energii i ładowanie nocne

Nieruchomość posiada system magazynowania energii o pojemności 20 kWh.

Wykorzystanie 90% deklarowanej pojemności zapewnia około:

20 kWh × 90% = 18 kWh użytecznej zmagazynowanej energii

Bateria jest ładowana w nocy przy stawce około 7 pensów za kWh.

Koszt naładowania 18 kWh w nocy wynosi:

18 kWh × 0,07 £ = 1,26 £

Przy maksymalnym całkowitym dziennym zużyciu gospodarstwa domowego wynoszącym 35 kWh, pozostałe zapotrzebowanie z sieci w ciągu dnia wynosi około:

35 kWh − 18 kWh = 17 kWh

Koszt pozostałej energii przy stawce 26 pensów za kWh wynosi:

17 kWh × 0,26 £ = 4,42 £

Realistyczny maksymalny dzienny koszt gospodarstwa domowego

Źródło energii	Zużycie	Stawka	Koszt
Nocne ładowanie baterii	18 kWh	7p/kWh	1,26 £
Pozostała energia z sieci	17 kWh	26p/kWh	4,42 £
Całkowite zużycie domowe	35 kWh	—	5,68 £ dziennie

W ciągu 30-dniowego miesiąca zimowego:

5,68 £ × 30 = około 170,40 £

W porównaniu z kupowaniem całej energii w taryfie dziennej, oznacza to przykładową redukcję kosztów o:

273,00 £ − 170,40 £ = 102,60 £ miesięcznie

Bateria i taryfa zależna od pory dnia obniżają szacowany maksymalny dzienny koszt energii elektrycznej o około 38%.

Realistyczne rozliczenie kosztów ogrzewania

Szacuje się, że ogrzewanie stanowi około 60% całkowitego zimowego zużycia energii elektrycznej.

Jeśli 60% kosztów gospodarstwa domowego skorygowanych o baterię przypiszemy ogrzewaniu:

5,68 £ × 60% = około 3,41 £ dziennie

W ciągu 30-dniowego miesiąca zimowego:

3,41 £ × 30 = około 102,30 £

Jest to proporcjonalne przydzielenie kosztów, a nie oddzielnie opomiarowany koszt ogrzewania.

Innym sposobem zilustrowania potencjalnego kosztu ogrzewania jest założenie, że zmagazynowana nocna energia elektryczna jest używana w pierwszej kolejności do pokrycia zapotrzebowania na ogrzewanie.

Szacowane zapotrzebowanie na ogrzewanie:

21 kWh dziennie

Wkład baterii:

18 kWh po 7p = 1,26 £

Pozostałe zapotrzebowanie na ogrzewanie:

3 kWh po 26p = 0,78 £

Przykładowy koszt ogrzewania pomieszczeń:

1,26 £ + 0,78 £ = około 2,04 £ dziennie

W praktyce bateria zasila cały dom dynamicznie, włączając w to ciepłą wodę, oświetlenie, gotowanie i urządzenia AGD. Rzeczywisty koszt ogrzewania mieści się zatem w ogólnym rachunku za prąd gospodarstwa domowego, zamiast być rozliczany osobno.

Dlaczego zainstalowana moc i zużycie energii różnią się

Powszechnym nieporozumieniem jest założenie, że system grzewczy o mocy 7,4 kW zużywa 7,4 kWh w każdej godzinie przez cały dzień.

Liczba 7,4 kW to maksymalna moc przyłączeniowa dostępna, jeśli wszystkie osiem stref grzewczych pracuje jednocześnie.

Rzeczywiste zużycie jest niższe, ponieważ:

• każde pomieszczenie ma oddzielny termostat;
• pomieszczenia pracują w różnych harmonogramach;
• strefy wyłączają się po osiągnięciu temperatury;
• nie wszystkie pomieszczenia wymagają ciepła w tym samym czasie;
• wewnętrzne zyski ciepła zmniejszają zapotrzebowanie na ogrzewanie;
• wzorce obecności domowników różnią się w ciągu dnia.

Zweryfikowane rachunki za prąd dają bardziej realistyczny obraz niż zwykłe pomnożenie zainstalowanej mocy przez liczbę godzin w ciągu dnia.

Poprzedni system grzewczy

Przed instalacją nieruchomość polegała na kotle gazowym i grzejnikach ściennych.

Poprzednia konfiguracja obejmowała:

• kocioł centralny;
• orurowanie wypełnione wodą;
• grzejniki zajmujące przestrzeń na ścianach;
• centralne sterowanie ogrzewaniem;
• coroczny serwis kotła;
• stałe uzależnienie od gazu.

Nowy system usuwa te elementy i zastępuje je ukrytym ogrzewaniem elektrycznym podzielonym na osiem niezależnie sterowanych stref.

Przed i po

Przed	Po
Kocioł gazowy	W pełni elektryczne ogrzewanie na podczerwień
Grzejniki ścienne	Niewidoczne ogrzewanie sufitowe
Instalacja wodna	Brak wodnego obiegu grzewczego
Centralne sterowanie ogrzewaniem	Osiem niezależnych stref
Serwis kotła	Brak corocznego serwisu kotła
Ograniczona przestrzeń ścienna	Ściany wolne od grzejników
Brak integracji z baterią	Magazyn energii 20 kWh
Ogrzewanie paliwami kopalnymi	Strategia ogrzewania w pełni elektrycznego
Brak instalacji fotowoltaicznej	Planowana instalacja fotowoltaiczna

Przygotowanie do przyszłej instalacji fotowoltaicznej

W momencie rejestracji zimowych rachunków za energię elektryczną instalacja fotowoltaiczna nie była jeszcze zamontowana.

Właściciel domu planuje w przyszłości dodać panele słoneczne na dachu.

Po zainstalowaniu, system solarny będzie w stanie:

• zaopatrywać gospodarstwo domowe w energię w ciągu dnia;
• zmniejszyć ilość energii elektrycznej pobieranej z sieci;
• ładować akumulator przy użyciu nadwyżek energii słonecznej;
• wspomagać ogrzewanie w odpowiednich warunkach nasłonecznienia;
• zwiększyć wykorzystanie energii elektrycznej wyprodukowanej we własnym zakresie.

Produkcja energii słonecznej będzie się różnić w zależności od pory roku i pogody. Nie należy zakładać, że fotowoltaika dachowa pokryje całkowite zimowe zapotrzebowanie na ogrzewanie, może jednak obniżyć roczne zużycie energii z sieci i poprawić ogólną wydajność w pełni elektrycznego systemu energetycznego.

Koszt instalacji

Materiały: 3 295,63 £

Montaż: 1 395,00 £

Całkowity koszt instalacji: 4 690,63 £, wliczając materiały i lokalny montaż.

Wyniki

Zrealizowany projekt obejmuje:

• całkowity demontaż kotła gazowego;
• brak grzejników ściennych;
• brak wodnej instalacji grzewczej;
• ukryte ogrzewanie sufitowe;
• osiem niezależnie sterowanych stref;
• osiem inteligentnych termostatów;
• harmonogram ogrzewania do ośmiu godzin dziennie;
• całkowitą moc przyłączeniową 7,4 kW;
• zweryfikowane maksymalne zimowe zużycie energii elektrycznej w gospodarstwie domowym na poziomie około 35 kWh dziennie;
• szacowane zużycie na ogrzewanie pomieszczeń na poziomie około 21 kWh dziennie;
• akumulator 20 kWh o użytecznej pojemności około 18 kWh;
• tańsze nocne ładowanie akumulatora;
• przygotowanie do przyszłej instalacji fotowoltaicznej;
• więcej użytkowej przestrzeni na ścianach;
• ograniczenie konserwacji mechanicznego systemu grzewczego.

Ważna uwaga dotycząca dowodów

Maksymalne zimowe zużycie energii elektrycznej na poziomie około 35 kWh dziennie opiera się na rachunkach za energię elektryczną nieruchomości.

Szacunkowy przydział 60% na ogrzewanie pomieszczeń opiera się na harmonogramach ogrzewania, działaniu termostatu i pozostałym zapotrzebowaniu gospodarstwa domowego na energię elektryczną. Nie opiera się on na oddzielnych podlicznikach ogrzewania.

W obliczeniach kosztów wykorzystano stawki za energię elektryczną w wysokości:

• około 7 pensów/kWh za ładowanie w nocy;
• około 26 pensów/kWh za energię elektryczną w ciągu dnia.

Obliczenia nie obejmują opłat stałych, ponieważ dotyczą one wszystkich nieruchomości, niezależnie od zainstalowanego systemu grzewczego.

Straty związane z konwersją w akumulatorze, ustawienia rezerwowe oraz zmiany taryf mogą również wpływać na rzeczywiste koszty.

Wnioski

To studium przypadku pokazuje, jak dom o powierzchni 100 m² zrezygnował z tradycyjnego kotła gazowego i przyjął w pełni elektryczny, niewidoczny system ogrzewania sufitowego.

Nieruchomość wykorzystuje obecnie folię grzewczą na podczerwień iHelios iH405 o łącznej mocy przyłączeniowej 7,4 kW, podzieloną na osiem niezależnie sterowanych stref.

Chociaż system może dostarczyć 7,4 kW, gdy wszystkie strefy wymagają ciepła, nie działa on w sposób ciągły z pełną mocą. Rachunki za energię elektryczną pokazują, że maksymalne całkowite zimowe zużycie energii w gospodarstwie domowym pozostało na poziomie około 35 kWh dziennie, wliczając ogrzewanie i wszelkie inne zapotrzebowanie na energię elektryczną w nieruchomości.

Szacuje się, że ogrzewanie stanowi około 21 kWh dziennie, co odpowiada średniemu cyklowi pracy na poziomie około 35% w ciągu zaplanowanego ośmiogodzinnego okresu grzewczego.

Dzięki ładowaniu około 18 kWh użytecznej pojemności akumulatora w nocy po stawce 7 pensów/kWh, przykładowy maksymalny całkowity koszt energii elektrycznej w gospodarstwie domowym został obniżony z około 9,10 £ do około 5,68 £ dziennie.

Planowane dodanie fotowoltaiki dopełni szerszą strategię właściciela domu, polegającą na łączeniu ogrzewania elektrycznego, magazynowania energii w akumulatorach i produkcji energii ze źródeł odnawialnych na miejscu.

Planujesz wymianę kotła gazowego?

Każda nieruchomość ma inne wymagania grzewcze. Sama powierzchnia podłogi nie wystarczy, aby określić prawidłową moc instalacji.

iHelios projektuje niewidoczne systemy ogrzewania sufitowego i podłogowego na podczerwień, biorąc pod uwagę wymiary pomieszczeń, szczegóły konstrukcyjne, przeszklenia, izolację, planowane temperatury oraz zapotrzebowanie na ciepło dla każdego pomieszczenia z osobna.

Skontaktuj się z iHelios Living Reinvented, aby omówić system ogrzewania bezkotłowego dla swojego domu, renowacji lub inwestycji.