Wpływ doboru grzejników na rozliczanie kosztów ogrzewania

Działanie podzielników kosztów ogrzewania

Ilość ciepła oddawanego przez grzejnik c.o. zależy od wielkości jego powierzchni i różnicy między temperaturą tej powierzchni a temperaturą w ogrzewanym pomieszczeniu. Oczywiście temperatura powierzchni grzejnika zależy od temperatury i wielkości strumienia wody grzejnej, która przez grzejnik przepływa. Charakterystyka grzejnika danego typu, niezbędna do doboru grzejników do potrzeb cieplnych pomieszczenia, w przypadku grzejników członowych i płytowych, powszechnie stosowanych w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej, ma uproszczoną postać wyrażoną wzorem:

Φ = f × c × ΔT(1+m)

gdzie:

Φ – moc grzejnika [W],

f – pole powierzchni grzejnika [m²],

c – stała charakterystyczna dla danego typu i wielkości grzejnika ustalana podczas badań,

ΔT – średnia arytmetyczna różnica temperatury czynnika grzejnego i temperatury w ogrzewanym pomieszczeniu [K],

m – stała charakterystyczna, ustalana podczas badań, wyznaczająca nachylenie krzywej regulacyjnej grzejników danego typu.

Projektant, dobierając określony typ grzejników, nie oblicza ich mocy z podanego wzoru, ale korzysta z tabel opracowanych przez producentów. Wzór przytoczono po to, aby przypomnieć, że w praktyce pomija się nieznaczny wpływ wielkości strumienia masy czynnika grzejnego na charakterystykę wymiany ciepła pomiędzy czynnikiem grzejnym i powietrzem w ogrzewanym pomieszczeniu. Zakłada się zatem, że manipulacja zaworem termostatycznym umieszczonym przy grzejniku i ograniczenie (lub zwiększenie) przez użytkownika lokalu strumienia czynnika grzejnego zmienia tylko jeden parametr pracy grzejnika – średnią temperaturę jego powierzchni. Oczywiście w warunkach obliczeniowych grzejnik otrzymuje nominalny strumień czynnika grzejnego zagwarantowany poprawną regulacją montażową instalacji.

We właściwie działającej instalacji c.o. występuje centralna regulacja temperatury wody dopływającej do grzejników zależna od temperatury panującej na zewnątrz budynku, zatem temperatura wody jest zmienna. W konsekwencji zmienia się też średnia temperatura powierzchni grzejników, a wraz z nią ilość ciepła oddawana przez grzejniki. Również operowanie przez użytkownika lokalu zainstalowanym przy grzejniku zaworem termostatycznym powoduje zmianę tej średniej temperatury.

Jeżeli znany jest typ grzejnika, jego wielkość i charakterystyka cieplna, wystarczy rejestrować średnią temperaturę jego powierzchni w ciągu całego sezonu, aby na tej podstawie określić, ile ciepła dany grzejnik wyemitował lub ile ciepła zużyto w pomieszczeniu. I tu dochodzimy do rozwiązania zwanego podzielnikiem kosztów ogrzewania. Jest to urządzenie w założeniu rejestrujące temperaturę powierzchni grzejnika. Na podstawie jego wskazań system rozliczeń, ściśle związany z konstrukcją danego podzielnika, pozwala ustalić, jaka część kosztów ciepła zużytego w trakcie sezonu grzewczego w budynku przypada na lokal, w którym dany grzejnik się znajduje.

Podzielniki kosztów ogrzewania mają już ponad 80-letnią historię. Pierwszy podzielnik cieczowy został opatentowany w Danii w 1924 r. i w okresie międzywojennym próbowano go stosować w rozliczeniach kosztów ogrzewania także w Polsce. Urządzeniami do podziału kosztów ogrzewania zajmował się już w 1936 r. I Zjazd Ogrzewników Polskich.

W wygłoszonym wówczas referacie pt. „Mierzenie ciepła w ogrzewaniach centralnych i podział kosztów między użytkowników” czytamy m.in.: Dobre stosunkowo wyniki dają liczniki oparte na zasadzie odparowania cieczy. Mierzą one nie tylko ciepło dostarczone w wodzie, a więc czynnik zasadniczy. Koszt ich zainstalowania jest znacznie niższy od kosztów innych typów mierników. Poza tym mają one ciekawą własność, mianowicie liczą nawet drobne ilości ciepła.

Nagrzejnikowe podzielniki kosztów używane są, gdy w budynku istnieje system centralnego ogrzewania z rozprowadzeniem ciepła do grzejników przy pomocy pionów przebiegających przez wszystkie kondygnacje. Jest to najczęściej spotykany system rozprowadzenia czynnika grzejnego, w którym poszczególne grzejniki w tym samym lokalu zasilane są z różnych pionów i nie ma możliwości zmierzenia w jednym miejscu ilości ciepła dostarczonego do mieszkania.

Szczegółowe opisy podzielników kosztów, różnorodność ich rozwiązań konstrukcyjnych oraz sposoby mocowania na grzejnikach były wielokrotnie przedstawiane w licznych publikacjach i materiałach reklamowych producentów, wystarczy więc przypomnieć, że stosuje się dwa rodzaje podzielników: cieczowe i elektroniczne.

Podzielnik cieczowy zawiera ampułkę (ewentualnie kapilarę) będącą elementem rejestrującym stan cieplny grzejnika, gdyż ilość cieczy pomiarowej odparowanej w ciągu sezonu grzewczego, odczytywana na umieszczonej obok skali, jest zależna od temperatury powierzchni grzejnika w miejscu, w którym zamontowano podzielnik. Ciecze pomiarowe używane w podzielnikach cieczowych zostały dopuszczone do stosowania przez państwowe organy kontroli sanitarnej. Ciecz paruje stale – w niskich temperaturach bardzo powoli, a w wyższych szybciej.

Zatem ciecz paruje również wtedy, gdy grzejnik jest zimny, czyli poza sezonem grzewczym. Aby uwzględnić to zjawisko, ampułka (lub kapilara) napełniana jest powyżej kreski zerowej oznaczającej początek skali. Nazywa się to „naddatkiem na zimne parowanie”. Wielkość tego naddatku ustala w swoim systemie rozliczeń firma rozliczająca. Wymagania dla podzielników cieczowych podaje norma PN-EN 835 [1].

Podzielnik elektroniczny zawiera czujnik temperatury przylegający do powierzchni grzejnika, mikroprocesor, ekran do odczytu informacji zarejestrowanych w podzielniku oraz baterię (o żywotności ok. 10 lat). W odróżnieniu od podzielnika cieczowego, w którym informację o temperaturze powierzchni grzejnika uzyskujemy w sposób pośredni (na podstawie ustalonej laboratoryjnie zależności szybkości parowania cieczy i temperatury, w której ciecz się znajduje), w podzielniku elektronicznym czujnik mierzy temperaturę powierzchni grzejnika w miejscu, do którego przylega. Informacja ta jest rejestrowana w mikroprocesorze w formie impulsów.

Mikroprocesor daje duże możliwości rejestrowania informacji, można w nim zakodować dane o wielkości i charakterystyce grzejnika, na którym umieszczono podzielnik. Jest to podzielnik jednoczujnikowy. Obecnie powszechnie stosowane są podzielniki dwuczujnikowe, w których jeden czujnik mierzy temperaturę ścianki grzejnika, a drugi, umieszczony na obudowie – temperaturę powietrza od strony pomieszczenia.

Jak zaznaczono na wstępie, ilość ciepła emitowanego przez grzejnik zależy od różnicy temperatury grzejnika i temperatury w ogrzewanym pomieszczeniu. Podzielnik dwuczujnikowy mierzy tę różnicę, co eliminuje wpływ innych niż grzejnik źródeł ciepła na wskazania podzielnika. Podzielnik ten dokładniej odwzorowuje emisję cieplną grzejnika. Wymagania dla podzielników elektronicznych podaje norma PN-EN 834 [2].

Pomimo że podzielniki elektroniczne mierzą temperaturę powierzchni grzejnika, a podzielniki cieczowe tylko odwzorowują tę temperaturę jako wynik ilości odparowanej cieczy, to ani podzielnik cieczowy, ani podzielniki elektroniczne nie są przyrządami pomiarowymi, które mierzą ilość ciepła oddawanego przez grzejnik.

Miarą tej ilości jest w danym momencie wartość wynikająca z charakterystyki cieplnej grzejnika w określonych warunkach temperatury zasilania, powrotu i powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu. Podzielniki kosztów rejestrują tylko te kolejne, następujące po sobie stany cieplne grzejnika podczas sezonu grzewczego. Są więc jedynie urządzeniami wskaźnikowymi, na podstawie których można ustalić udział ciepła wyemitowanego przez grzejnik w ogólnym zużyciu ciepła w budynku.

Miejsce umocowania podzielnika na grzejniku

Podzielnik musi być umieszczony w odpowiednim miejscu. Normy [1,2] wymagają, żeby dostawca podzielników ustalił dla swojego produktu właściwe miejsce montażu na grzejnikach określonych typów. Ustalane jest ono na podstawie długotrwałych badań laboratoryjnych podzielnika z każdym typem grzejnika odrębnie. Norma podaje wymagania ramowe, np. PN-EN 835 zaleca, aby było to miejsce, w którym w możliwie dużym zakresie pracy grzejnika istnieje wystarczająca zależność między wartością wskazywaną (przez podzielnik) a oddawaniem ciepła przez grzejnik.

Rekomenduje przy tym, aby dla grzejników członowych i płytowych miejsce to znajdowało się pomiędzy 66 a 80% wysokości konstrukcyjnej grzejnika (mierzonej od dołu), a w przypadku stosowania grzejnikowych zaworów termostatycznych – na wysokości 75% grzejnika. Uwagę zwraca sformułowanie: „w możliwie dużym zakresie pracy grzejnika”. Chodzi o zakres temperatury – w sezonie grzewczym przez prawie 90% czasu grzejniki pracują przy temperaturze zasilania od 55 do 70°C.

Obliczeniowe parametry 90/70°C występują przy minimalnych temperaturach zewnętrznych, statystycznie przez ok. 0,4% trwania sezonu. Dlatego tzw. „współczynniki oceny” wykorzystywane w systemie rozliczeń (szczegółowe wyjaśnienie tego pojęcia znajduje się w przywołanych normach) ustalane są dla zespołu grzejnik–podzielnik w badaniach laboratoryjnych w zakresie temperatury pracy grzejnika zbliżonej do średniej w trakcie sezonu.

Z tego powodu miejsce, w którym temperatura powierzchni grzejnika jest reprezentatywna dla ilości oddawanego przez grzejnik ciepła, nie leży w połowie jego wysokości, tylko w obszarze podanym powyżej. Badania zespołu grzejnik–podzielnik prowadzone są przy strumieniu czynnika grzejnego odpowiadającym nominalnym parametrom pracy danego grzejnika (czyli 90/70°, tw = 20°C).

Zmiana tego strumienia, np. poprzez manipulację zaworem termostatycznym, powoduje, że punkt na powierzchni grzejnika, w którym temperatura chwilowa jest reprezentatywna dla chwilowej emisji ciepła, zmieni swoje położenie, natomiast podzielnik pozostanie trwale umieszczony w miejscu, które ustalił producent w trakcie badań. Pogorszy to dokładność rozliczeń kosztów ciepła opartych na wskazaniach podzielnika.

Oczywiście użytkownik lokalu po to ma zawór termostatyczny, by go wykorzystywał do okresowego obniżenia lub podwyższenia temperatury eksploatacyjnej w pomieszczeniu. Należy pogodzić się z tym, że w krótkich okresach czasu umieszczony na stałe podzielnik nie znajduje się w miejscu najbardziej reprezentatywnym dla chwilowej emisji ciepła przez grzejnik, a w konsekwencji chwilowo pogorszy się dokładność wskazań podzielnika.

Nie można się jednak zgodzić na to, by miejsce, w którym zamontowany jest podzielnik, trwale odbiegało od miejsca, w którym temperatura powierzchni grzejnika jest najlepiej skorelowana z jego emisją cieplną. A tak właśnie się stanie, gdy grzejnik będzie przewymiarowany w stosunku do rzeczywistych potrzeb cieplnych danego pomieszczenia.

Współczynniki redukcyjne w rozliczeniach kosztów ogrzewania

Kiedy zaczęto stosować w Polsce systemy rozliczania kosztów ogrzewania na podstawie wskazań nagrzejnikowych podzielników kosztów, czyli na początku lat 90. ubiegłego wieku, praktycznie nie istniał jeszcze w kraju wolny rynek mieszkań. Lokatorzy zajmowali mieszkania, które im kiedyś „przydzieliły” władze kwaterunkowe czy spółdzielnia mieszkaniowa. Dodatkowo w porównaniu z obecnymi wymaganiami budynki miały znacznie gorszą izolacyjność przegród zewnętrznych.

Mieszkania narożne, pod stropodachami czy nad nieogrzewanymi piwnicami charakteryzowały się dużo większym jednostkowym zapotrzebowaniem na ciepło do ogrzewania niż mieszkania położone centralnie w bryle budynku. Aby nie zniechęcić użytkowników lokali do przyjęcia systemu rozliczeń kosztów zależnych od indywidualnego zużycia i nie pozbawić ich możliwości choćby częściowego wpływania na wysokość opłat za ogrzewanie, zdecydowano się złagodzić różnice w opłatach pomiędzy lokalami poprzez wprowadzenie tzw. współczynników redukcyjnych dla lokali niekorzystnie usytuowanych, a w związku z tym o wysokim jednostkowym zapotrzebowaniu na ciepło.

Sumę wskazań podzielników kosztów w rozpatrywanym lokalu mnoży się przez taki współczynnik i ta zredukowana wartość przyjmowana jest za podstawę wyliczania udziału danego lokalu w kosztach ogrzewania całego budynku. W krajach europejskich, w których systemy rozliczeń zależnych od zużycia kosztów ogrzewania stosowane są od dziesiątków lat, podejście do zabiegów rachunkowych tego typu jest zróżnicowane. Poczynając od landów niemieckich, w których stosowanie takich współczynników jest zabronione, a kończąc na Szwajcarii, gdzie ich wykorzystywanie jest nakazane prawnie.

Współczynnik redukcyjny dla danego lokalu (lokalu, a nie pojedynczego pomieszczenia) wylicza się jako stosunek obliczeniowego (projektowego) jednostkowego zapotrzebowania ciepła na ogrzewanie i wentylację grawitacyjną w lokalu o najniższym zapotrzebowaniu w danym budynku do jednostkowego zapotrzebowania ciepła w lokalu rozpatrywanym. Współczynnik redukcyjny jest mniejszy od jedności, a dla lokalu (lokali) o najniższym zapotrzebowaniu – równy jeden.

Dla budynków o prostej bryle opracowano tabelę współczynników redukcyjnych, jednak doświadczenia z ich wykorzystania przez zarządców budynków i firmy rozliczające koszty ogrzewania skłaniają do stwierdzenia, że jedynym poprawnym sposobem ustalania współczynników redukcyjnych jest ich określanie na podstawie projektowego obciążenia cieplnego.

Rola projektanta instalacji

Projektant dobiera grzejniki na podstawie projektowego obciążenia cieplnego pomieszczeń. Aby spełnić wymagania rozporządzenia w sprawie warunków technicznych [3], projektowe obciążenie cieplne oblicza się zgodnie z normą PN-EN 12831 [4], która została wymieniona w załączniku do rozporządzenia. Norma przewiduje dodanie do obliczeniowego zapotrzebowania ciepła nadwyżki mocy cieplnej do skompensowania skutków osłabienia ogrzewania (a więc de facto korzystania przez użytkownika lokalu z zaworu termostatycznego).

Skutkiem tego jest przewymiarowanie grzejnika w stosunku do potrzeb cieplnych zapewniających utrzymanie w pomieszczeniu temperatury eksploatacyjnej na poziomie obliczeniowej temperatury wewnętrznej (np. 20°C). Przydział strumienia czynnika grzejnego dla danego grzejnika musi odpowiadać jego mocy nominalnej. Użytkownik, chcąc utrzymać temperaturę obliczeniową w pomieszczeniu, zredukuje ten strumień zaworem termostatycznym, co spowoduje rozminięcie się miejsca mocowania podzielnika kosztów z miejscem, w którym temperatura powierzchni grzejnika jest reprezentatywna dla emisji cieplnej w danej chwili. Wskazania podzielnika będą obciążone błędem.

Projektant jest zobowiązany stosować normę przywołaną w rozporządzeniu. Jedyne, co może zrobić, aby nie zaszkodzić jeszcze bardziej przyszłemu systemowi rozliczeń kosztów ogrzewania na podstawie wskazań podzielników, to postarać się, aby przewymiarowanie grzejników w całym obiekcie było na możliwie zbliżonym procentowo poziomie, i nie stosować przy doborze grzejników „współczynnika strachu projektanta”, czyli nie powiększać grzejnika ponad to, co wynika z obliczeń.

Niechlubną tradycją jednostek projektowych jest częste niedołączanie obliczeń projektowego obciążenia cieplnego do dokumentacji przekazywanej inwestorowi, a następnie zarządcy budynku. Obliczenia te są niezbędne do poprawnego ustalenia współczynników redukcyjnych, których stosowanie zostało prawnie usankcjonowane w ustawie Prawo energetyczne.

Literatura

1. PN-EN 835:1999/Ap1:2004 Podzielniki kosztów ogrzewania do rejestrowania zużycia ciepła przez grzejniki – Przyrządy bez zasilania energią elektryczną działające na zasadzie parowania dyfuzyjnego.
2. PN-EN 834:1999/Ap1:2004 Podzielniki kosztów ogrzewania do rejestrowania zużycia ciepła przez grzejniki – Przyrządy zasilane energią elektryczną.
3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75, poz. 690, ze zm.)
4. PN-EN 12831:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach– Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego.