Poniższy tekst jest kolejnym w dyskusji o efektywnych metodach walki ze smogiem, którą rozpoczął artykuł Marcina Popkiewicza oraz Ludomira Dudy, a kontynuował Jakub Jędrak.
Chciałbym zacząć od deklaracji: uważam działania Alarmu Smogowego i jego osiągnięcia za jeden z największych sukcesów NGO w Polsce. Uważam także, że podejmowane uchwały antysmogowe są warunkiem koniecznym procesu likwidacji smogu.
Niestety jest to warunek dalece niedostateczny. Zacznijmy od zakazu palenia śmieciami. Zakaz taki jest więcej niż sensowny. Jeśli jednak miałby być także skuteczny, to kara za takie przewinienie musi być nieuchronna. Oznacza to, że za uchwałą muszą iść inwestycje, które umożliwią skuteczną kontrolę i egzekucję w przypadku naruszenia uchwały. Może to być bardzo trudne, szczególnie, gdy okaże się, że normy jakości paliw będą odpowiadały żądaniom górnictwa, które woli sprzedać odpady wydobywcze, odrzucone przez profesjonalną energetykę jako nieprzydatne do wytwarzania prądu i ciepła w procesach przemysłowych. Wtedy wyniki spalania takich paliw w kotłach domowych nie będą istotnie różne od spalania niektórych kategorii śmieci, co utrudni wykrywanie palących tymi śmieciami.
Nie ulega wątpliwości, szczególnie po doświadczeniach londyńskiej walki ze smogiem, że jedynym sposobem jego eliminacji jest całkowity zakaz stosowania paliw stałych w instalacjach domowych. Dlatego uważam za skrajnie nieracjonalne zastępowanie kopciuchów kotłami V generacji. Znam co prawda zasadę „mniejszym złem odpędzaj większe”, ale też znam „koszty zewnętrzne” jej stosowania.
Dowód na to, że wymiana kotłów węglowych na węglowe jest skrajnie nieracjonalna nie nastręcza żadnych trudności. Na standard energetyczny budynku składają się dwa wskaźniki. Pierwszy to zapotrzebowanie na Energię Użytkową EU[kWh/m2/a]. Wartość tego wskaźnika jest funkcją wskaźnika zwartości bryły budynku (przez architektów określanego jako współczynnik kształtu A/V), izolacyjności przegród budowlanych, zapotrzebowania na ciepło do podgrzania powietrza wentylacyjnego oraz bezwładności cieplnej budynku, która ma wpływ na wykorzystanie do ogrzewania zysków ciepła od słońca, ludzi i urządzeń. Dla standardu termicznego przegród budowlanych stosowanych do lat 80 i stosowanego wówczas systemu wentylacji grawitacyjnej wartość tego wskaźnika zawiera się w przedziale EUH+V=250÷350 kWh/m2/rok. Ilość Energii Użytkowej jest w przybliżeniu równa ilości zakupywanej energii, czyli Energii Końcowej EKH+V tylko wówczas, gdy ogrzewamy pomieszczenia grzałkami elektrycznymi z termostatem. W pozostałych przypadkach, z jednym wyjątkiem, o którym za chwilę, EK>EU bo EK=EU/ηtot gdzie ηtot to całkowita sprawność systemu grzewczego. Na tą sprawność składają się sprawności cząstkowe poczynając od sprawności konwersji energii chemicznej paliwa na ciepło (dla kopciucha ok. 50%) po sprawności dystrybucji, regulacji i wykorzystania. Iloczyn tych sprawności w starych budynkach z kopciuchami przyjmuje wartości na poziomie 30%. Oznacza to, że niska sprawność systemu grzewczego pochłania ponad trzy razy więcej energii niż zapotrzebowanie na Energię Użytkową, żeby dostarczyć do pomieszczeń 250÷350 kWh/m2/rok będziemy więc potrzebować paliwa o energii EK=800÷1100 kWh/m2/rok.
Jeżeli ocieplimy dach i ściany takiego budynku do efektywnej ekonomicznie wartości współczynników przenikania ciepła U=0,1W/m2/K i wymienimy okna na szczelne o Uw=0,9 W/m2/K likwidując mostek cieplny na połączeniu okna ze ścianą oraz zmodernizujemy system wentylacji wprowadzając wysokosprawna rekuperację to otrzymamy wartość EUH+V<90 kWh/m2/rok z czego >40% to straty ciepła przez podłogę i fundamenty, których ocieplenie jest trudne i z reguły nieopłacalne. Zastosowanie do ogrzania takiego budynku Pompy Ciepła powietrze/powietrze obniży wartość EKH+V<20 kWh/m2/rok. Jeżeli jeszcze jest możliwość zainstalowania 3kW ogniw PV na dachu to nie tylko nie emitujemy składników smogu, ale także CO2 w procesie ogrzewania domu. Oczywiście wszystkie te działania wymagają bardzo dużych nakładów, ale ich stopa zwrotu jest to bardzo duża inwestycja, ale jej zwrotu jest radykalnie wyższa niż oferowana dla depozytów przez system bankowy.
Co się natomiast dzieje, gdy wymieniamy tylko piec? Poprawa sprawności jest relatywnie niewielka, bo sprawność kopciucha to około 50%, a sprawność kotła V generacji, to realnie mniej niż 80%, czyli że sprawność systemu wzrośnie z ηtot =0,3 na ηtot =0,5. Oczywiście możemy wymienić nie tylko kocioł, ale cały system grzewczy, ale potraja to koszty inwestycyjne i będzie kosztowało drożej niż instalacja wentylacji z rekuperacją i wymiana kotła na PC. Dochodzi jeszcze jedna przykra właściwość kotłów na paliwo stałe. Ich sprawność silnie spada przy pracy z niepełną mocą, której to wady nie mają gazowe kotły kondensacyjne. Jakie konsekwencje ma spadek sprawności kotłów V generacji? Ano takie, że gdy wymienimy okna po wymianie kotła, to spadnie jego sprawność, bo nigdy nie będzie pracował z mocą nominalną. Jeżeli nie daj Bóg przeprowadzimy potem wszystkie opłacalne zabiegi termomodernizacyjne to kocioł V klasy będzie w szczycie pracował na 30% mocy, czyli będzie go trzeba wyrzucić. I rację ma redaktor Jakub Jędrak, że jeśli nastąpi to po 20 latach, strata będzie niewielka a więc warto będzie się wstrzymać z podjęciem opłacalnej termomodernizacji do tego czasu.
Przejdźmy zatem do wspomnianego wcześniej przypadku, gdy EU>EK, czyli systemów grzewczych zasilanych pompami ciepła powietrze/powietrze.
Porównajmy koszty:
Węgiel. Koszt 1 tony węgla o energii 26 GJ (czyli 7200 kWh) równy 720 zł oznacza cenę 0,10 zł/kWh. Przy sprawności systemu grzewczego 50% daje to finalny koszt ogrzewania domu węglem 0,2 zł/kWh.
Pompa ciepła powietrze-powietrze. Przy ogrzewaniu pompą ciepła o SCOP=4,5 przy cenie prądu 60 gr/kWh mamy cenę ciepła 0,13 gr/kWh, czyli niższą niż przy ogrzewaniu węglem.
Koszt jednej kWh z węgla jest droższy od 1 kWh z prądu via pompa ciepła.
A jak z kosztami inwestycyjnymi? Załóżmy, że zapotrzebowanie na moc naszego domu to 15 kW. Koszt dobrej jakości inwertorowej pompy ciepła powietrze-powietrze o mocy 5 kW to około 5 tys. zł. Zatem koszt inwestycyjny podobny jest do kosztu wymiany kotła. Koszt ogrzewania zaś istotnie jest niższy, a emisja wynosi 0. Pompy nie tracą na sprawności pracując z niższą mocą, a gdy poddamy dom głębszej termomodernizacji, to dwie z trzech pomp można odłączyć i sprzedać.
Czy nie ma innych sposobów na obniżenie emisji z kopciuchów jak inwestycja w pompy ciepła? Teoretycznie są.
Oszczędności paliwa i zmniejszenie szkodliwych emisji możemy osiągnąć optymalizując technikę spalania dla danego rodzaju kotła, w szczególności przez tzw. „spalanie od góry”. Potrzeba tyko trochę środków by, któryś z znanych instytutów od spalania węgla opracował takie instrukcje dla poszczególnych rodzajów kotłów. Oraz niestety sporego „ogarnięcia” ze strony mieszkańców, którzy muszą przełamać stare nawyki.
Można tez wdrożyć wynalazki Instytutu Maszyn Przepływowych PAN z Gdańska, który opracował niedrogi elektrofiltr do kopciuchów eliminujący większość zanieczyszczeń. Patrząc jednak na masowe wycinanie filtrów w autach, można mieć spore wątpliwości odnośnie skuteczności tego pomysłu w praktyce.
Uważam przy tym, że oba te (raczej takie sobie) rozwiązania są tańsze i lepsze niż promowanie kotłów V generacji, których montaż powinien być zakazany tak w nowym budownictwie jak w starym.
Fot. Złotniki/Smogowa Mapa Polski.
