Wymagania dotyczące ekoprojektu dla gazowych promienników podczerwieni

W celu poprawy efektywności energetycznej i zmniejszenia oddziaływania na środowisko produktów związanych z energią Unia Europejska wydała szereg dyrektyw i rozporządzeń. Ekoprojektowanie (ang. ecodesign) oraz etykiety energetyczne i zielone zamówienia publiczne, to podstawy prawne dla polityki UE w zakresie wprowadzania do obrotu produktów zużywających energię lub mających wpływ na jej zużycie.

Ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią zawierała unieważniona dyrektywa 2005/32/WE (Energy using Product) [1], którą zastąpiła dyrektywa 2009/125/WE [2] (tzw. ErP – Energy related Products). Zgodnie z nią ekoprojekt oznacza uwzględnienie aspektów środowiskowych przy projektowaniu produktu w celu poprawy ekologiczności produktu wykorzystującego energię podczas całego jego cyklu życia.

W procesie ekoprojektowania ważna jest też dyrektywa 2012/27/UE [3] w sprawie efektywności energetycznej, która zmieniła dyrektywę 2009/125/WE. Nie dotyczy ona bezpośrednio produktów i producentów, ale nakłada zobowiązania na członków UE. Ustanawia wspólne ramy działań na rzecz promowania efektywności energetycznej w UE, m.in.: wzrostu efektywności energetycznej i zmniejszenia zużycia energii pierwotnej do 2020 r. oraz utorowania drogi dla dalszej poprawy efektywności energetycznej po tym terminie.

Proces ekoprojektowania wspierają także regulacje dotyczące etykietowania produktów. Ramy etykietowania energetycznego zostały podane w rozporządzeniu 2017/1369 [4], które jednocześnie uchyla dyrektywę 2010/30/UE [5]. Dyrektywa ta została uchylona, ponieważ w ostatnich latach dokonał się znaczący postęp techniczny w zakresie efektywności energetycznej produktów. Zgodnie z rozporządzeniem 2017/1369 [4] ustanawiającym ramy etykietowania energetycznego zestandaryzowana obowiązkowa etykieta dla produktów związanych z energią jest skutecznym środkiem przekazywania potencjalnym klientom porównywalnych informacji o efektywności energetycznej tych produktów. W literaturze branżowej szeroko opisano problematykę zmian legislacyjnych w Polsce [6, 7].

Na stronie Ministerstwa Energii [8] znaleźć można rozporządzenia wykonawcze do dyrektywy 2009/125/UE [2], które dotyczą różnych grup urządzeń. Rozporządzenia te zawierają harmonogram stosowania wymagań szczegółowych, które są zazwyczaj stopniowo zaostrzane w ciągu kolejnych lat. Jeżeli urządzenie na pewnym etapie nie spełnia wymogów szczegółowych, to musi być z rynku wycofane. Temat mechanizmu etykietowania poruszany był w wielu publikacjach [6, 7, 9].

Miejscowe ogrzewacze pomieszczeń w świetle przepisów UE

Jednym z aktów prawnych UE jest rozporządzenie 2015/1188 w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla miejscowych ogrzewaczy pomieszczeń [10]. Nowe regulacje dla tych urządzeń zaczęły obwiązywać z dniem 1 stycznia 2018 r.

Zgodnie z rozporządzeniem 2015/1188 [10] miejscowy ogrzewacz pomieszczeń oznacza urządzenie ogrzewające pomieszczenia, które wydziela ciepło przez bezpośrednie przenoszenie ciepła lub przez bezpośrednie przenoszenie ciepła w połączeniu z przenoszeniem ciepła do cieczy, w celu osiągnięcia i utrzymania pewnego poziomu komfortu termicznego dla człowieka w zamkniętym pomieszczeniu, w którym umieszczony jest produkt, ewentualnie w połączeniu z przekazywaniem mocy cieplnej do innych pomieszczeń. Urządzenie jest wyposażone w co najmniej jedno źródło ciepła, które przetwarza energię elektryczną bądź paliwo gazowe lub ciekłe bezpośrednio w ciepło z wykorzystaniem, odpowiednio, efektu Joule’a lub spalania paliw.

Miejscowe ogrzewacze pomieszczeń podzielone zostały na ogrzewacze do użytku domowego oraz zastosowań komercyjnych. Do zastosowań komercyjnych zostały zaliczone tylko ceramiczne i rurowe promienniki podczerwieni na paliwo gazowe lub ciekłe.

Promienniki gazowe jako miejscowe ogrzewacze pomieszczeń

Promienniki to urządzenia oddające ciepło do otoczenia w większej części przez promieniowanie niż przez konwekcję i przewodzenie [11]. Powszechnie znane są następujące systemy ogrzewania przez promieniowanie:

• płaszczyznowe (sufitowe, podłogowe, ścienne) [12],
• z użyciem sufitowych taśm promieniujących (promienniki wodne),
• z użyciem gazowych promienników podczerwieni (ceramiczne i rurowe),
• z użyciem elektrycznych promienników podczerwieni.

W wymienionych systemach ogrzewania przez promieniowanie stosowane są różne urządzenia, ale, jak wspomniano, jako miejscowe ogrzewacze pomieszczeń do zastosowań komercyjnych zgodnie z rozporządzeniem 2015/1188 [10] uznane zostały tylko ceramiczne i rurowe promienniki podczerwieni. Stosownie do tego rozporządzenia urządzenia te definiuje się następująco:

• ceramiczny promiennik podczerwieni (luminous local space heater – fot. 1) oznacza miejscowy ogrzewacz pomieszczeń na paliwo gazowe lub ciekłe wyposażony w palnik; jest on instalowany powyżej poziomu głowy użytkownika i skierowany w stronę miejsca użytkowania, tak aby emisja ciepła z palnika – stanowiąca w głównej mierze promieniowanie podczerwone – bezpośrednio ocieplała obiekty, które należy ogrzać; ogrzewacz ten emituje produkty spalania do pomieszczenia, w którym jest
  umieszczony;

• rurowy promiennik podczerwieni (tube local space heater – fot. 2) oznacza miejscowy ogrzewacz pomieszczeń na paliwo gazowe lub ciekłe wyposażony w palnik; jest on instalowany powyżej poziomu głowy użytkownika w pobliżu obiektów, które należy ogrzać, i ogrzewa pomieszczenie w głównej mierze za pomocą promieniowania podczerwonego z rurki lub rurek ogrzewanych wewnętrznie przepływem produktów spalania, a jego produkty spalania muszą być odprowadzane przez kanał spalinowy.

Zgodnie z powyższym opisem gazowe promienniki podczerwieni można podzielić ze względu na sposób spalania mieszanki powietrzno-gazowej – na płycie ceramicznej lub w rurze – oraz sposób odprowadzenia spalin – do pomieszczenia i na zewnątrz.

Promienniki gazowe podczerwieni stosowane są do ogrzewania obiektów halowych, wielkokubaturowych, takich jak:

• obiekty przemysłowe,
• obiekty produkcyjne,
• obiekty hodowli zwierząt,
• obiekty logistyczne,
• obiekty magazynowe,
• hangary,
• kościoły,
• obiekty sportowe,
• otwarte przestrzenie.

Różnice wynikające z konstrukcji i geometrii pomieszczenia wielkokubaturowego, jego przeznaczenia i sposobu użytkowania powodują, że nie ma uniwersalnych zasad rozmieszczania promienników [13]. Nie ma również jednakowych zasad doboru jednostek, zależą one bowiem od specyficznej dla każdego producenta konstrukcji i parametrów promiennika [14, 15].

Projektowanie systemu grzewczego za pomocą promienników gazowych odbywa się najczęściej przy wsparciu doradców technicznych danej firmy. Obliczenia zapotrzebowania na moc cieplną do ogrzewania przeprowadza się zgodnie z PN-EN 12831 [16] i ustala:

• rodzaj i moc promienników (wydajność cieplną),
• wysokość ich zamontowania,
• zasięg promieni cieplnych,
• odległości i rozstaw między urządzeniami oraz kąt nachylenia,
• intensywność promieniowania na m² powierzchni posadzki i m³ kubatury hali.

Prawidłowo zaprojektowane ogrzewanie promiennikami gazowymi podczerwieni pozwala osiągnąć w pomieszczeniu żądaną temperaturę odczuwalną, wyznaczaną odpowiednio dla pomieszczenia ogrzewanego przez promieniowanie [17].

W przypadku systemu ogrzewania przez promieniowanie stosowane są inne narzędzia i kryteria doboru urządzeń grzewczych niż da ogrzewania konwekcyjnego, zwłaszcza że specyfiką tego systemu jest bardzo często ogrzewanie wybranych stref pomieszczenia, a nie całej powierzchni/kubatury hali.

Wymagania dotyczące ekoprojektu dla promienników gazowych

Dyrektywy i rozporządzenia zawierają nowe definicje i parametry określające charakterystykę urządzenia wprowadzanego do obrotu, spełniającego wymagania ekoprojektu. Podstawowe parametry charakteryzujące promiennik według rozporządzenia 2015/1188 [10] to:

• sezonowa efektywność energetyczna ogrzewania pomieszczeń (η_s) oznacza, wyrażany w %, stosunek zapotrzebowania na ogrzewanie pomieszczeń zapewniane przez miejscowy ogrzewacz pomieszczeń do rocznego zużycia energii wymaganej do zaspokojenia tego zapotrzebowania;
• emisje tlenków azotu oznaczają, wyrażone w mg/kW_hinput, emisje tlenków azotu przy nominalnej mocy cieplnej na podstawie GCV w przypadku miejscowych ogrzewaczy pomieszczeń na paliwo gazowe lub ciekłe i miejscowych ogrzewaczy pomieszczeń do zastosowań komercyjnych.

Rozporządzenie [10] ustanawia wymogi dotyczące ekoprojektu w odniesieniu do efektywności energetycznej oraz emisji tlenków azotu (NO_x) dla wprowadzanych do obrotu i użytkowania miejscowych ogrzewaczy pomieszczeń do użytku domowego o nominalnej mocy cieplnej ≤ 50 kW i ogrzewaczy pomieszczeń do zastosowań komercyjnych o nominalnej mocy cieplnej produktu lub pojedynczego segmentu ≤ 120 kW.

W tab. 1, zgodnie z załącznikiem II rozporządzenia [10], podano szczegółowe wymagania dotyczące ekoprojektu w odniesieniu do sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń oraz w odniesieniu do emisji NOx dla miejscowych ogrzewaczy pomieszczeń do zastosowań komercyjnych.

Sezonową efektywność energetyczną ogrzewania pomieszczeń (η_S) oblicza się jako sezonową efektywność energetyczną ogrzewania pomieszczeń w trybie aktywnym (η_S,_on) skorygowaną o czynniki uwzględniające akumulację ciepła i regulację mocy cieplnej, zużycie energii elektrycznej na potrzeby własne i zużycie energii przez stały płomień pilotujący. Jest ona wyznaczana odpowiednio dla ogrzewaczy do zastosowań komercyjnych oraz niekomercyjnych.

Sezonową efektywność energetyczną ogrzewania pomieszczeń miejscowych ogrzewaczy pomieszczeń do zastosowań komercyjnych definiuje się jako [10]:

 (1)

gdzie:
η_S,on – sezonowa efektywność energetyczna ogrzewania pomieszczeń w trybie aktywnym, obliczana w zależności od rodzaju promiennika zgodnie z pkt 5 lit. b) załącznika III rozporządzenia [10],
F(1) – współczynnik korekcji ze względu na skorygowane czynniki związane z opcjami mocy cieplnej,
F(4) – współczynnik korekcji ze względu na zużycie energii elektrycznej na potrzeby własne,
F(5) – współczynnik korekcji ze względu na zużycie energii przez stały płomień pilotujący.

Szczegółowe wzory do obliczania poszczególnych współczynników we wzorze (1) w zależności od rodzaju promiennika podane zostały w załączniku III rozporządzenia [10].

Promienniki niespełniające wymogów szczegółowych podanych w tab. 1 muszą zostać z rynku wycofane (rys. 1).

Etykietowanie

Należy zwrócić uwagę, że w rozporządzeniu 2015/1186 [19] uzupełniającym uchyloną dyrektywę 2010/30/UE [4] w odniesieniu do etykietowania energetycznego miejscowych ogrzewaczy pomieszczeń nie ustanowiono dla ceramicznych i rurowych promienników podczerwieni wymogów dotyczących etykietowania energetycznego, ponieważ są one produktami dobieranymi i sprzedawanymi przez profesjonalistów z branży instalacyjnej na potrzeby konkretnych użytkowników i nie są sprzedawane indywidualnym konsumentom.

Współczynnik promieniowania

Oprócz współczynnika sezonowej efektywności cieplnej istotnym parametrem, który może dostarczyć informacji nt. jakości promienników, jest współczynnik promieniowania RF. Oznacza on stosunek mocy cieplnej promieniowania podczerwonego produktu do całkowitej ilości pobranej energii, obliczany jako iloraz wyprodukowanej energii podczerwieni i całkowitej ilości pobranej energii z uwzględnieniem wartości opałowej (NCV) paliwa, gdy dostarczana jest dana moc cieplna i zgodnie z rozporządzeniem [10] określany jest przy nominalnej i minimalnej mocy cieplnej (odpowiednio RF_nom lub RF_min).

Promienniki gazowe z założenia mają oddawać większość ciepła za pomocą promieniowania podczerwonego, którego miarą jest współczynnik promieniowania RF. Nie zawsze współczynnik ten jest podawany przez producentów, niektóre firmy deklarują wartości sprawności cieplnej bądź sprawności kominowej, które nie pokazują, ile ciepła dostarczane jest do strefy przebywania ludzi za pomocą promieniowania, a ile tracone na drodze przewodzenia lub konwekcji do przestrzeni pod stropem hali.

Wnioski

Kwestia ekoprojektu jest obecnie bardzo popularna, dostępnych jest wiele publikacji na ten temat. Należy jednak pamiętać o konieczności weryfikacji aktualności poszczególnych dokumentów prawnych.

Istnieją różne rozwiązania i urządzenia służące do ogrzewania przez promieniowanie – do zastosowań komercyjnych zakwalifikowane zostały gazowe ceramiczne i rurowe promienniki podczerwieni, stosowane przede wszystkim w halach wielkokubaturowych. W rozporządzeniu [10] podano wartości sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń przez promienniki podczerwieni η_s i emisji tlenków azotu. Od 1 stycznia 2018 r. miejscowe ogrzewacze pomieszczeń muszą spełniać wymagania określone w załączniku do rozporządzenia, w przeciwnym wypadku powinny zostać z rynku wycofane.

Do oceny ilości energii zużywanej przez promienniki gazowe służą dwa parametry:

• współczynnik sezonowej efektywności cieplnej,
• współczynnik promieniowania.

Parametry te powinny być podawane przez producentów promienników gazowych i obrazują jakość promiennika w sposób szczegółowy, zwłaszcza że nie ustanowiono dla nich zasad tworzenia etykiet energetycznych.

Literatura

1. Dyrektywa 2005/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 6 lipca 2005 r. ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów wykorzystujących energię oraz zmieniająca dyrektywę Rady 92/42/EWG, a także dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 96/57/WE i 2000/55/WE (Dz. Urz. UE L 191/29 z 22.07.2005).
2. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE z dnia 21 października 2009 r. ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią (Dz.Urz. UE L 285/10 z 31.10.2009).
3. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2012/27/UE z dnia 25 października 2012 r. w sprawie efektywności energetycznej, zmiany dyrektyw 2009/125/WE i 2010/30/UE oraz uchylenia dyrektyw 2004/8/WE i 2006/32/WE (Dz.Urz. UE L 315/1 z 14.11.2012).
4. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2017/1369 z dnia 4 lipca 2017 r. ustanawiające ramy etykietowania energetycznego i uchylające dyrektywę 2010/30/UE (Dz.Urz. UE L198/1 z 28.07.2017).
5. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/30/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie wskazania poprzez etykietowanie oraz standardowe informacje o produkcie, zużycia energii oraz innych zasobów przez produkty związane z energią (Dz.Urz. UE L 153 z 18.06.2010)
6. Kostka M., Wymagania ekoprojektu dla systemów wentylacyjnych, „Rynek Instalacyjny” nr 5/2016, s. 47–52.
7. Żurawski J., Etykietowanie energetyczne w praktyce projektowania i budowy budynków, „Rynek Instalacyjny” nr 1–2/2018, s. 64–68.
8. https://www.gov.pl/energia/ekoprojekt (dostęp: 1.08.2018).
9. Żurawski J., Optymalizacja energetyczna istniejących budynków do poziomu nZEB, „Rynek Instalacyjny” nr 4/2018, s. 26–32.
10. Rozporządzenie Komisji (UE) 2015/1188 z dnia 28 kwietnia 2015 r. w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla miejscowych ogrzewaczy pomieszczeń (Dz.Urz. UE L 193/76 z 21.07.2015).
11. Cihelka J., Ogrzewanie przez promieniowanie, Arkady, Warszawa 1965.
12. Żabnieńska-Góra A., Dudkiewicz E., Ogrzewanie ścienne i podłogowe z rur miedzianych w pływalniach krytych, [w:] „Instalacje basenowe”, praca zbiorowa, Kuś K., Piechurski F. red., Instytut Inżynierii Wody i Ścieków, Politechnika Śląska, Gliwice 2017, s. 361–377.
13. Dudkiewicz E., Wymagania wobec systemów grzewczych w obiektach wielkokubaturowych – systemy promieniujące, „Nowoczesne Hale” nr 4/2016, s. 22–26.
14. Dudkiewicz E., Fidorów N., Jeżowiecki J., Wpływ sprawności promienników podczerwieni na koszt zużycia energii, „Rocznik Ochrona Środowiska”, 2013, t. 15, cz. 2, s. 1804–1817.
15. Dudkiewicz E., Promienniki rurowe w aspekcie wymagań normy PN-EN 416-2, „Rynek Instalacyjny” nr 5/2014, s. 82–85.
16. PN-EN 12831 Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego.
17. Dudkiewicz E., Jeżowiecki J., Temperatura odczuwalna w obiektach ogrzewanych promiennikami ceramicznymi, „Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja” nr 5/2008, s. 12–16.
18. www.schwank.pl.
19. Rozporządzenie Delegowane Komisji (UE) 2015/1186 z dnia 24 kwietnia 2015 r. uzupełniające dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/30/UE w odniesieniu do etykietowania energetycznego miejscowych ogrzewaczy pomieszczeń (Dz.Urz. UE L 193/20 z 21.07.2015).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!