Jak ogrzewać by się ogrzać

Wydawałoby się, że cała filozofia w ogrzewaniu to kupić odpowiednio dużo opału, a potem szuflować go do kotła, by mieć stale ciepło. Jedyny sposób na oszczędność to wdziać kalesony i swetry po czym obniżyć temperaturę w domu. Czy to na pewno jest jedyna i słuszna droga?

Naprawdę ekonomiczne ogrzewanie wygląda nieco inaczej niż się powszechnie uważa. Marznięcie przez większość dnia czy zatykanie kratek wentylacyjnych by nie uciekało ciepło to pozornie logiczne, ale per saldo szkodliwe działania. Dużo lepsze efekty daje zrozumienie jak budynek nagrzewa się i traci ciepło, i jak można się do tego dostosować, by te zjawiska pracowały na naszą korzyść.

Ciągnie po nogach

Z biegiem czasu człowiek wystawiony na ciągłe wahania temperatur: od zimnego poranka po zbyt ciepłe popołudnie musi zadać sobie pytanie: czy nie mogłoby być zawsze ciepło? Najlepiej niezbyt ciepło? I zaraz doda: a przy tym żeby nie było drożej! Gonitwa myśli i wniosek: NIE DA SIĘ! To niemożliwe! Przecież jeśli będę grzał dzień i noc, to tym bardziej zrobię z domu saunę. Co gorsza, nim to nastąpi, zbankrutuję na opale. Muszę oszczędzać, a oszczędność musi boleć, więc ubiorę podwójne kalesony i jakoś przetrzymam trudny okres.

fot. uufs.net

To nie jest właściwa droga do oszczędności na ogrzewaniu. Fot. uufs.net

Coś mi tu ciągnie zimnem po nogach. Wezmę gazetę i zatkam kratki wentylacyjne...

Fizyka na ratunek

Ogrzewając budynek dążymy do tego, aby w środku było stale ciepło. Wydawać by się mogło, że o komforcie cieplnym decyduje głównie temperatura powietrza, ale tak nie jest. Duży wpływ ma temperatura otaczających przedmiotów, a ponieważ największym z nich jest sama konstrukcja budynku, dlatego decydująca o odczuciu ciepła jest temperatura ścian.

Wykres komfortu cieplnego

Wykres komfortu cieplnego

Powyższy wykres pokazuje, że odczucie komfortu cieplnego w domu zależy i od temperatury powietrza, i od temperatury ścian, a gdy ściany są wychłodzone, trzeba to nadrobić wyższą temperaturą powietrza. Łatwo to zaobserwować gdy przebywa się w budynku, który przez parę zimowych dni pozbawiony był ogrzewania. Gdy zacznie się go ostro grzać, termometr pokojowy szybko skoczy do góry. Ale jeszcze przez długie godziny czuć chłód. To przez wyziębione mury.

Dlaczego grzanie murów długo trwa? Każdy w szkole słyszał o czymś takim jak ciepło właściwe. Pojęcie to mówi tyle, że aby podnieść temperaturę różnych substancji o jeden stopień potrzebne są bardzo różne ilości energii. Różne nieraz o kilka rzędów wielkości. Duża różnica pod tym względem jest między powietrzem a materiałami budowlanymi, zwłaszcza ceramiką (cegłami, pustakami, kamieniem), z której zwykle buduje się u nas domy. W odniesieniu do takiej samej objętości 1 litra ciepło właściwe wynosi:

  • dla powietrza - 1,3J/K
  • dla cegły - 2000J/K

Różnica to trzy rzędy wielkości! Ilość ciepła potrzebną do podgrzania całego powietrza w pokoju można zmieścić w raptem kilku cegłach.

Oznacza to, że ściany budynku mają ogromną pojemność cieplną. Jest to problem i zaleta jednocześnie - zależy czy umie się to wykorzystać, czy próbuje z tym walczyć. Problem, bo nagrzewanie murów trwa okropnie długo i pochłania mnóstwo energii. Zaleta, bo jak już się nagrzeją, to oddają ciepło przez bardzo długi czas i zapewniają stabilne warunki mimo ciągłej wymiany powietrza w budynku.

Ekonomiczne ogrzewanie polega na możliwie stałym ogrzewaniu domu - niedopuszczeniu by wystygł za bardzo. Trzeba najlepiej na bieżąco i ciągle uzupełniać straty ciepła, bo wystudzonego domu nie da się szybko i skutecznie odgrzać.

Chcąc zrozumieć właściwy sposób ogrzewania domu, weź przykład z lodówki. Utrzymuje ona stałą, niską temperaturę w swym wnętrzu. Przy czym agregat nie pracuje non stop, a jedynie włącza się okresowo i pomału schładza wnętrze w odpowiedzi na powolne ogrzewanie się zawartości lodówki od cieplejszego otoczenia. Zawartość lodówki utrzymuje stałą temperaturę.

Gdyby lodówka działała zgodnie z filozofią, według której oszczędni w swoim mniemaniu palacze marzną w niedogrzanych domach, to musiałaby mieć moc betoniarki i pracowałaby przez godzinę, zamrażając swoją zawartość do temperatury -40 st.C, po czym przez resztę doby stałaby wyłączona, a jedzenie powoli tajałoby, aby w połowie dnia rozmarznąć do temperatury pokojowej.

Poniżej kilka fałszywych przekonań dotyczących ogrzewania, którymi kierujemy się myśląc, że oszczędzamy na ogrzewaniu, a tymczasem fundujemy sobie "zimny chów" i wciąż wysokie rachunki za ogrzewanie.

Im krócej palę tym więcej oszczędzam

Pozornie racjonalne stwierdzenie. Im mniej ciastek zjem, tym więcej ciastek mam. Niestety węgiel należałoby tu porównać nie do ciastek, a do powietrza. Im mniej oddycham, tym lepiej się czuję?

Zaraz, zaraz... ale w czym problem? Na pewno każdy ogrzewający w swojej karierze jakiekolwiek pomieszczenie dowolnym paliwem wpadł na pomysł, by zakręcić kurek, nie palić przez pół dnia, a potem nadrobić to intensywnym grzaniem przez 5-6 godzin na dobę. Krócej grzeję, oszczędziłem. Nieprawda. Dlaczego? Bo przy takim podejściu nie ma mowy o komforcie cieplnym. Nawet jeśli wydaje ci się, że nie ma cię w domu przez większość doby i wtedy możesz obniżyć temperaturę do 16 st.C, a gdy przyjdziesz, podgrzejesz w godzinę do 21 st.C - jesteś w błędzie.

To niemożliwe. Krótkim hajcowaniem ogrzejesz tylko powietrze, a to da jedynie krótkotrwałe złudzenie ciepła. Gdy tylko przestaniesz grzać - powietrze momentalnie ostygnie, a ściany nadal będą zimne i właśnie tę niską temperaturę ścian będziesz odczuwał. To dlatego przez większość dnia nie wytrzymasz w domu bez kalesonów i kufajki.

Jeśli powietrze w pokoju ma 25 st.C, to jest ciepło

25 st.C w warunkach domowych wydawałoby się niemal tropikalną temperaturą. Ale to nic nie mówi o tym, jak ciepło jest w domu! Chwilowe podgrzanie powietrza do wysokiej temperatury może dać złudne poczucie ciepła. Nie znaczy to wcale, że dom jest wygrzany.

Nasze odczucie ciepła w skali jednego dnia może nie być miarodajne z uwagi choćby na różny stan zdrowia. Ale jeśli dniami i tygodniami wydaje ci się, że w domu jest zimno, to masz rację - jest zimno, dom jest stale niedogrzany.

Po czym poznać, że dom jest wygrzany? Po tym, że kiedy kończy się grzanie (wygasło w kotle), to temperatura z początku leci na łeb na szyję (stygnie powietrze), ale potem zatrzymuje się i przez kilka-kilkanaście godzin (zależy od temperatur na zewnątrz) utrzymuje się na niemal stałym poziomie. Wtedy wskazanie na termometrze odpowiada temperaturze ścian. To ściany ogrzewają powietrze. Gdy ta temperatura odpowiada gustom domowników, wtedy można mówić o prawidłowo ogrzewanym domu, w którym panuje komfort cieplny.

Całą zimę nie otwieram okna ani na chwilę - oszczędzam!

Kolejnym błędem w ogrzewaniu jest partyzanckie "zatrzymywanie ciepła w domu" czyli np. brak wietrzenia pomieszczeń czy co gorsza zatykanie kratek wentylacyjnych. Działanie takie nie dość, że niebezpieczne, jest i bezcelowe.

Aby powietrze w domu nadawało się do oddychania, musi następować jego wymiana. Uciekające z domu ogrzane powietrze to oczywiście strata, ale nie można jej uniknąć (chyba, że przez wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła).

Jednak załóżmy na chwilę, że próbujemy podjąć walkę z każdym przejawem wdzierającego się do domu zimnego powietrza i zobaczmy jaki będzie tego skutek.

  • Nieszczelne okna i drzwi uszczelniamy lub wymieniamy na nowe, niemal hermetyczne, bez nawiewników, bo przecież nie po to płacimy za nowe okna, żeby od nich wiało jak od tych starych. Od nowych okien już nie czuć podmuchu zimna.
  • W kotłowni jest nawiew prosto z zewnątrz - wsadzamy weń szmatę i zrobiło się tam jakby cieplej
  • W łazience pojawił się tajemniczy zimny wiatr. To dmucha z kratki wentylacyjnej. Bierzemy gazetę i zatykamy kratkę. Od razu lepiej.

Udało się. Znikąd już nie czuć zimnego wiatru. Tylko żona ze swoim nadwrażliwym zmysłem zapachu zaczęła narzekać, że w domu zaduch i żeby okno otworzyć, przewietrzyć. Ale nie! Przecież nie po to był ten wysiłek zatykania wszelkich dziur, by teraz wpuszczać zimno otwartym oknem! Ciekawe, skąd się wzięła ta rosa na szybach? Niby nic, ale jest jej tyle, że spływa po ścianach...

W tak "uszczelnionym" domu dziemy spać. W nocy ustaje wiatr, słabnie ciąg w kominie. Kocioł, który do tej pory jakimś cudem dawał radę zasysać powietrze z naszego hermetycznego domu, przy słabszym ciągu sobie nie radzi i spaliny cofają się do pomieszczeń mieszkalnych. Nikt tego nie wyczuje, bo wszyscy śpią.

Następnego dnia listonosz zastaje zimne zwłoki wszystkich domowników. W gazecie znów napiszą: rodzina zatruła się czadem. Winna niesprawna instalacja grzewcza (sic!).

Jak widać ograniczanie dopływu powietrza do domu w zimie ma swoje granice, za którymi czai się zagrożenie życia. Szkoda, że każdej zimy tak wielu ludzi sprawdza to na własnej skórze. Szkoda też, że media zwykle takie przypadki nazywają niesprawną instalacją grzewczą, podczas gdy naprawdę niesprawna była znajomość praw fizyki u nieboszczyków.

Jak ogrzewać ekonomicznie i wygodnie

Stała temperatura w domu

Kluczem do osiągnięcia komfortu cieplnego w domu jest utrzymywanie stałej temperatury. Aby tak było, należy ogrzewać ciągle, ale z mniejszą intensywnością. Nie da się tego osiągnąć przy filozofii krótkiego, intensywnego przepalania.

Budynek im starszy tym ma większą grubość ścian i materiały lepiej akumulujące ciepło. Jeśli grzejemy stale, ale umiarkowanie, ta bezwładność cieplna działa na naszą korzyść - ogranicza wahania temperatury i sprawia, że nie tylko powietrze, ale cały budynek jest nagrzany do komfortowego poziomu. Jeśli zaś palimy krótko a intensywnie - nie nagrzejemy budynku, gdyż ogrzewa się on od powietrza wewnątrz dość powoli. Wskutek tego przez większość dnia żyjemy w chłodni.

Spostrzeżenie to znajduje zastosowanie niezależnie od rodzaju spalanego paliwa. Okresowe przepalanie bywa bardziej bolesne przy ogrzewaniu gazem. Ileż to ludzi najpierw studzi dom przez większość dnia, po czym gdy już uruchomi kocioł gazowy, wyrywa sobie włosy z głowy patrząc na kręcący się w zawrotnym tempie licznik gazu. Gdyby palili ciągle, spalając tę samą ilość gazu uzyskaliby przynajmniej minimalny komfort cieplny.

"Ciągłe" grzanie czyli możliwie stała średnia temperatura

Ktoś, komu wydaje się, że paląc krócej oszczędza, na wieść o paleniu ciągłym powie, że to prosta droga do bankructwa. Jednakże palenie ciągłe jest koniecznym warunkiem utrzymywania stałej temperatury w domu.

Popatrzmy na poniższy wykres, aby zobaczyć jak wygląda zależność temperatury powietrza od temperatury wody grzewczej w domu ogrzewanym przez przepalanie metodą tradycyjną - brudną - od dołu.

Temperatura powietrza przy okresowym przepalaniu
Rozpalenie następuje o godzinie 14.00. Zakładając, że dla domowników optymalną temperaturą jest 21 st.C, widzimy że taka temperatura osiągana jest tylko przez 6 godzin na dobę. W ramach tych sześciu godzin, przez trzy godziny temperatura sięga 22-24 st.C, co już może być odebrane jako zbytnie ciepło.
Lecz co gorsza, przez większość doby temperatura nie przekracza nawet 19 st.C. Tu wypada nadmienić, że ten spadek temperatury w każdym domu przy różnej pogodzie może być mniejszy lub większy. Jednak obojętnie czy będzie to 14, 16 czy 19 stopni, przebywanie w takim domu to żadna przyjemność.

Temperatura powietrza przy paleniu ciągłym od góry

W obu przypadkach kocioł rozpalono raz o godzinie 14.00 przy użyciu takiej samej ilości węgla w przeliczeniu na dobę. Przy ciągłym paleniu od góry widzimy jednak różnice: temperatura w domu jest praktycznie stała - 21 st.C, zaś temperatura wody w instalacji CO waha się w niewielkim zakresie i jest też znacząco niższa, niż przy okresowym przepalaniu.
Oczywiście przedstawione tu dane mają charakter tylko obrazujący ideę. W rzeczywistości jednak faktem jest, że paląc np. dwa razy dłużej nie spalimy dwa razy więcej paliwa, lecz mniej. O ile oczywiście mamy nad kotłem jakąkolwiek kontrolę, choćby przez ręczne przymknięcie klapki gdy powietrze w domu osiągnie pożądaną temperaturę.

Jeśli ustalimy docelową temperaturę w domu np. na 21 st.C i będziemy ją utrzymywać możlwie blisko tego poziomu przez sterowanie mocą kotła, wtedy może się okazać, że spalimy w skali doby tyle samo paliwa lub niewiele więcej, jak przy okresowym przepalaniu, ale komfort przebywania w domu będzie nieporównanie wyższy!

Niemożliwe? Spójrzmy dlaczego tak jest:

  • paląc ciągle nie odgrzewamy budynku, ale raczej nie doprowadzamy do jego wystudzenia, wyrównując tylko straty ciepła, więc chwilowe zapotrzebowanie na ciepło jest niewielkie, nie produkujemy go w nadmiarze i nie marnujemy
  • kocioł pracuje na umiarkowanej mocy, czyli maleje strata kominowa, zwiększająca się wraz z produkowaną mocą
  • dawka ciepła, jaką normalnie uzyskalibyśmy z okresowego przepału, jest uwalniana stopniowo przez cały dzień
  • rozpalając od góry zyskujemy dodatkową energię ze spalenia części lotnych węgla, które normalnie uleciałyby kominem w postaci dymu

Dla jasności trzeba zauważyć, że palenie ciągłe nie musi oznaczać palenia bez przerwy. Nie chodzi też o utrzymywanie stałej temperatury wody w kotle. Stała powinna być tylko temperatura w domu. Aby to osiągnąć, steruje się temperaturą wody w kotle - czy to przez mechaniczny miarkownik ciągu, czy sterownik elektroniczny.
Niestety miarkownik mechaniczny oraz większość prostych sterowników kotłów oparte są na filozofii utrzymywania stałej temperatury wody w kotle, stąd w okresach wyższych temperatur jedyną opcją staje się czasowe wygaszanie kotła lub użycie sterownika elektronicznego, który bierze pod uwagę temperaturę w domu.

Rozsądne wietrzenie

Samo przebywanie ludzi w domu przy pozamykanych drzwiach i oknach powoduje wzrost zawilgocenia powietrza. Nadmiar wilgoci w powietrzu można poznać po rosie na wewnętrznej stronie okien. Wilgoć wnika w ściany i meble. W skrajnych przypadkach zdarza się rosa a w konsekwencji grzyb w narożnikach pokoi, gdzie mur jest chłodny a ruch powietrza jest niewielki. Stałe przebywanie w zawilgoconym, albo co gorsza zagrzybionym pomieszczeniu to przyczyna nieustających zimowych chorób.

Nadmiar wilgoci w domu jest wrogiem zdrowia ale także daje po kieszeni zwiększając koszty ogrzewania. Im mury i powietrze są suchsze, tym mniej energii potrzeba, by je ogrzać. W usuwaniu nadmiaru wilgoci główną rolę odgrywa wentylacja, jednak pomieszczenia, gdzie ludzie przebywają przez dłuższy czas, warto dodatkowo rozsądnie wietrzyć.

Znajdą się tacy, którym na słowo o wietrzeniu domu zimą włosy staną dęba ze strachu o koszty i dyskomfort związany z wychłodzeniem mieszkania. Spokojnie, nie o wychładzanie chodzi. Celem prawidłowego wietrzenia jest szybka wymiana powietrza w pomieszczeniu. Wystarczy więc 1-2 razy dziennie otworzyć okno na 5-10min (nie dłużej), najlepiej robiąc przy tym przeciąg. Oczywiście w tym czasie lepiej nie przebywać w wietrzonych pomieszczeniach i wyłączyć grzejniki.

Po czym poznać, że czas zamknąć okno? Zaraz po otwarciu okna na jego zewnętrznej zimnej szybie pojawi się rosa (od kontaktu z ciepłym i wilgotnym powietrzem w pokoju). Gdy zniknie, znaczy to, że całe ciepłe powietrze zostało usunięte z pokoju i można zamknąć okna. Po takim kilkuminutowym przeciągu mamy w pokoju świeże, a co najważniejsze suche powietrze, które szybko zostanie nagrzane i wyciągnie wilgoć ze ścian i mebli.

Nie należy jednak przesadzać w drugą stronę i wietrzyć zbyt często. W wyniku różnic temperatur na zewnątrz i w mieszkaniu, przy prawidłowej wentylacji powietrze w domu jest już dość suche, a to również nie wpływa korzystnie na zdrowie mieszkańców - wysusza drogi oddechowe i skórę, powodując dyskomfort a nawet dolegliwości zdrowotne. Polska Norma za optymalną uznaje wilgotność w zakresie 40-60%. Jeśli więc wilgotność zimą spada znacznie poniżej tego zakresu (30% i mniej - zdarza się w duże mrozy), dobrze jest zadbać o nawilżanie powietrza specjalnymi urządzeniami lub choćby najprościej - przez położenie paru mokrych ręczników na kaloryferach.