Jak obliczyć zapotrzebowanie energetyczne domu jednorodzinnego?

Czym jest zapotrzebowanie energetyczne domu?

Zapotrzebowanie energetyczne domu to ilość energii, która jest potrzebna do utrzymania komfortowej temperatury wewnątrz budynku przez cały rok. Obejmuje ona zarówno energię potrzebną do ogrzewania, wentylacji, chłodzenia, jak i podgrzewania wody użytkowej. Zapotrzebowanie energetyczne wyraża się w kWh rocznie na metr kwadratowy powierzchni budynku (kWh/m²/rok).

Z punktu widzenia właściciela domu dokładne określenie tego wskaźnika jest fundamentalne podczas doboru systemu grzewczego, który będzie w stanie zaspokoić potrzeby budynku w sposób efektywny i ekonomiczny. Im wyższe zapotrzebowanie, tym większe będą koszty eksploatacyjne. Warto dążyć do jego zminimalizowania poprzez poprawę izolacji oraz optymalizację systemu grzewczego.

Od czego zależy zapotrzebowanie energetyczne domu jednorodzinnego?

Aby lepiej zrozumieć, czym jest zapotrzebowanie energetyczne domu, warto wiedzieć, co właściwie warunkuje wartość tego parametru. Znaczenie ma zarówno ilość ciepła dostarczanego, jak i oddawanego przez budynek (tzw. straty ciepła). Chcąc posłużyć się jakąś bliską analogią, można powiedzieć, że z naszym domem jest trochę jak z naszym organizmem: wytworzy on tym więcej ciepła, im więcej kalorii z pożywienia jesteśmy mu w stanie dostarczyć (oraz im lepiej i szybciej są one przyswajalne), a także zatrzyma go, tym więcej, im lepiej będziemy ubrani. 

Do najważniejszych czynników, jakie wpływają na całkowite zapotrzebowanie energetyczne domu, należą:

Wielkość i powierzchnia użytkowa budynku

Im większy dom, tym większe zapotrzebowanie na energię. Dla typowego domu jednorodzinnego przyjmuje się średnie zapotrzebowanie na ciepło wynoszące od 50 do 120 W/m². Parametr ten jest zależny w dużej mierze od stopnia izolacji oraz standardu energetycznego budynku. 

Izolacja termiczna budynku

Izolacja ścian, dachu i fundamentów ma kluczowe znaczenie dla ograniczenia strat ciepła. Dobrze zaizolowany dom wymaga mniejszej ilości energii do ogrzania. Nowoczesne, energooszczędne budynki, charakteryzują się bardzo niskim zapotrzebowaniem na energię, często poniżej 40 kWh/m²/rok. W starszych budynkach, gdzie izolacja nie jest wystarczająca, zapotrzebowanie może sięgać nawet 200 kWh/m²/rok.

W praktyce może się okazać, że zapotrzebowanie energetyczne domu o większej powierzchni, ale lepiej zaizolowanego, jest mniejsze, niż budynku o powierzchni mniejszej ze słabą izolacją. Wynika to już bezpośrednio z uproszczonego wzoru (o którym za chwilę). To m.in. dlatego jednym z kluczowych działań podczas modernizacji i optymalizacji kosztów ogrzewania w istniejących domach jest najpierw ich termomodernizacja.

Lokalizacja i klimat

Co dość logiczne, w chłodniejszych regionach, gdzie zimy są surowsze, potrzeba więcej energii do utrzymania komfortowej temperatury. W Polsce, w zależności od regionu, różnice w zapotrzebowaniu energetycznym mogą sięgać nawet 20-30%. Średnie dobowe temperatury czy stopień nasłonecznienia są też istotne w kontekście doboru technologii grzewczej, zwłaszcza tej wykorzystującej odnawialne źródła energii (pompy ciepła, panele fotowoltaiczne).

Rodzaj ogrzewania

Podstawowym parametrem technologii grzewczej jest jej efektywność lub sprawność, czyli stosunek energii dostarczonej do energii zużytej przez urządzenie. Im wyższy parametr, tym więcej ciepła zostaje wytworzone z danej ilości paliwa czy energii. Przekłada się to na niższe koszty eksploatacji oraz mniejsze straty energii.

Wybór rodzaju ogrzewania powinien być zawsze dostosowany do specyfiki budynku oraz możliwości i preferencji użytkownika. Np. ogrzewanie podłogowe, które pracuje w niskich temperaturach zasilania, jest bardziej efektywne niż tradycyjne grzejniki wysokotemperaturowe. Wymaga mniej energii, co jest korzystne zwłaszcza w połączeniu z pompami ciepła, które najlepiej działają w niskotemperaturowych systemach grzewczych. Mimo to taki rodzaj ogrzewania może nie sprawdzić się w przypadku budynków gorzej izolowanych, w bardzo zimnym klimacie lub przy współpracy ze starą instalacją grzewczą. Jego wykorzystanie będzie również problematyczne tam, gdzie pożądana jest szybkość reakcji systemu (np. w pomieszczeniach rzadko używanych) lub brakuje pożądanej przestrzeni na wykonanie instalacji.

Jak obliczyć zapotrzebowanie energetyczne domu?

Parametr ten można obliczyć w sposób uproszczony lub szczegółowy:

Metoda uproszczona

Najprostszym sposobem na obliczenie zapotrzebowania energetycznego domu jest zastosowanie ogólnego wskaźnika zapotrzebowania na ciepło (W/m²) w zależności od rodzaju budynku i jego izolacji. Dla nowoczesnych budynków energooszczędnych przyjmuje się wskaźnik na poziomie 40-50 W/m², dla domów z lat 90. – 60-80 W/m², a dla starszych budynków – nawet 100-120 W/m². Przyjmując zapotrzebowanie na poziomie 70 W/m² dla domu o powierzchni 150 m2, całkowite zapotrzebowanie na ciepło wyniesie:

150 m² x 70 W/m² = 10 500 W (10,5 kW)

Co oznacza, że roczna ilość energii potrzebnej do ogrzewania takiego domu wynosi około 10 500 kWh.

Metoda szczegółowa

Aby dokładnie oszacować zapotrzebowanie energetyczne, należy wziąć pod uwagę straty ciepła przez przegrody zewnętrzne (ściany, dach, okna) oraz wentylację. Szczegółowy wzór na bilans energetyczny budynku to:

Q = U × A ×ΔT Q

Gdzie:

• Q – straty ciepła (W),
• U – współczynnik przenikania ciepła dla przegrody (W/m²K),
• A – powierzchnia przegrody (m²),
• ΔT – różnica temperatury między wnętrzem a otoczeniem (K).

Przykład: 

Dla ściany zewnętrznej o powierzchni 50 m², współczynniku przenikania ciepła U = 0,2 W/m²K oraz różnicy temperatur wynoszącej 20°C (20°C wewnątrz, 0°C na zewnątrz), obliczamy straty ciepła:

Q = 0,2 W/m²K × 50 m² × 20 K = 200 W

To samo obliczenie należy przeprowadzić dla pozostałych przegród budynku (dach, podłoga, okna), a następnie zsumować wyniki, aby uzyskać całkowite straty ciepła dla domu.

Jak zaspokoić zapotrzebowanie energetyczne domu?

W tym kontekście warto skupić się na dwóch fundamentalnych aspektach, a więc odpowiedniej izolacji budynku oraz doborze optymalnego systemu grzewczego. Pierwszy pozwoli zredukować ilość energii potrzebnej do ogrzewania i sprawi, że dostarczone ciepło będzie możliwie najdłużej zatrzymywane w pomieszczeniach, drugi dostarczy obiektowi oraz jego użytkownikom pożądaną ilość energii przy minimalnych kosztach. Obecnie rynek oferuje wachlarz technologii grzewczych dostosowanych do potrzeb i preferencji poszczególnych domów i ich właścicieli. 

Naszym zdaniem na szczególną uwagę zasługują przede wszystkim niskoemisyjne źródła odnawialne. Jednym z najbardziej efektywnych są pompy ciepła, które jako samodzielne urządzenia sprawdzają się zwłaszcza w budynkach dobrze zaizolowanych termicznie i szczelnych, o niskim zapotrzebowaniu energetycznym. W przypadku pozostałych domów pompy integruje się często z innymi źródłami, np. kotłami na pelet czy kotłami gazowymi, tworząc tzw. hybrydowy system ogrzewania.

Wysoki współczynnik efektywności (COP) sprawia, że w zależności od rodzaju sprawność pomp ciepła osiąga od 300 do nawet 450%. Taka wartość jest nieosiągalna dla żadnej technologii grzewczej dostępnej na rynku. W połączeniu z instalacją fotowoltaiczną urządzenia te są w stanie zapewnić ponadprzeciętną efektywność przy minimalnych kosztach, niezależność od rynkowych cen dostawców energii czy paliw, a także wysoki komfort użytkowania, ponieważ są ciche i działają bezobsługowo. 

Wybór optymalnej technologii grzewczej jest oczywiście sprawą indywidualną i każdorazowo należy go skonsultować z doświadczonym specjalistą. Jeśli jesteś właścicielem domu nowo budowanego albo istniejącego i masz pytania związane ze stworzeniem lub modernizacją systemu grzewczego, umów się na bezpłatną konsultację z ekspertem Viessmann. Pomożemy Ci dobrać rozwiązanie skrojone na miarę Twoich potrzeb.