Od 1995. godine ideju o kućama od 1,5 litre uspješno komercijalizira Institut pasivne kuće u Darmstadtu, pod ne baš prigodnim nazivom "pasivno stanovanje", što može sugerirati potpuni nedostatak aktivnih instalacija za vađenje energije iz okoliša. Potreba za
toplinom
Potreba za toplinom za grijanje naše kuće također je tri puta niža od granice za pasivne kuće. Ponude na tržištu za izgradnju pasivnih kuća za 30-40% su veće od tradicionalnih (čitaj: udovoljavaju zahtjevima građevinskih propisa).
U prethodnim člancima iz ove serije opisali smo kako postići ovaj energetski standard za svoj dom i pokazali da je to ekonomski vrlo korisno. Prisjetimo se da smo to postigli zahvaljujući velikoj izolacijskoj snazi neprozirnih građevinskih pregrada, za koje U koeficijenti prolaska topline imaju vrijednost ne veću od 0,1 W / (m2K). Međutim, uglavnom smo je postigli zahvaljujući različitoj filozofiji pristupa zgradi, za koju su važni aktivni elementi, poput upotrebe prozora s prolaznim koeficijentom prolaska topline s automatski zatvorenim roletama Uw = 0,7 W / (m2K) i koeficijentom propusnosti sunčeve energije od g = 0,67.Čini se da je takav aktivan pristup dobivanju sunčeve energije sasvim očit kada uspoređujemo ADD-ovu potrebu za toplinom s energijom koju pruža sunce. U Poljskoj je to godišnje - ovisno o regiji - 800-1200 kWh / m2. Dobivanje čak 1% ove energije za grijanje tehnički ne bi trebalo biti posebno teško.
Snaga sustava grijanja
Izuzetno važan energetski parametar zgrade je potražnja za snagom sustava grijanja. Određuje potrebnu veličinu uređaja za grijanje kako bi se osigurala toplinska udobnost, tj. Da bi se postigla temperatura zraka od 20 stupnjeva C u sobama, uz izračun najniže prosječne vanjske temperature u određenom području. Za najveću od pet klimatskih zona u Poljskoj iznosi -20 stupnjeva C.
U projektiranoj Autonomnoj pristupačnoj kući iznosi 2,4 kW, što je 17 W / m2 po jedinici površine. Ako to nije puno, prikazuje se usporedba potrebe za grijanjem u ADD spavaće sobe od 14 m2 s energijom koju emitiraju stanovnici. Za ovaj prostor potreba za snagom iznosit će 14 m2 × 17 W / m2 = 238 W, a dvije spavaće osobe emitiraju 240 W topline. Kao što vidite, s takvom potražnjom za energijom dvoje ljudi može pokriti gubitke topline na vanjskoj temperaturi od -20 stupnjeva C. To znači da čak i tijekom hladne zime u kući s gotovo nultom potrebom za toplinom, većina energije potrebne za pokrivanje gubitaka topline ne dolazi iz uređaja namijenjenih toj namjeni, već od stanovnikakućanski aparati, rasvjeta itd.
Kao što proizlazi iz detaljnih bilansa topline u takvim kućama, u sezoni grijanja ukupni dobici sunčeve i žive topline veći su od ukupnih gubitaka. Ipak, trebamo vanjske izvore energije. To je zbog činjenice da je tok toplinskih dobitaka više-manje konstantan i ne ovisi o vanjskoj temperaturi. Stoga za velik dio sezone grijanja imamo dobitke topline koji premašuju gubitke. To može dovesti do pregrijavanja prostorija, stoga sustav ventilacije mora ukloniti višak topline. Istodobno, pri niskim vanjskim temperaturama ta energija nije dovoljna za pokrivanje gubitaka topline i zato u kući moramo imati dodatne izvore energije.
U tradicionalnoj gradnji cijena goriva je presudna na računu za grijanje. Zbog toga se mnogi ljudi koji grade takve kuće odlučuju na velike kapitalne izdatke kako bi smanjili cijenu od 1 kWh topline. Jedan od načina je instaliranje dizalice topline, čiji je trošak oko 40-60 tisuća.
S obzirom da je potražnja za toplinom tako niska kao kod ADD-a, takva ulaganja su, međutim, ekonomski neisplativa. Trošak grijanja takve kuće najskupljom vrstom energije, tj. Električnom energijom, ispod je 500 godišnje, s cijenom ugradnje od 2.000 … To znači da je razlika između najjeftinije instalacije i dizalice topline najmanje 38.000 PLN. Ako bi se tako ušteđeni novac položio u banku, kamate bi iznosile oko 2.000. godišnje, što je četiri puta više od troškova električne energije koja se koristi za grijanje.
Vruća voda
U ADD-u je odnos između troškova energije za grijanje i potrošne tople vode drugačiji. U kući iste arhitekture, ali s energetskim standardom koji je ministar infrastrukture preporučio kao racionalan (160 kWh / m2 / godišnje), godišnja potreba za toplinom za grijanje iznosit će 160 kWh × 144 = 23.040 kWh. Standardna godišnja potreba za toplinom za grijanje vode za 4 osobe iznosi 2500 kWh. Dakle, za pripremu tople vode trebamo oko 10% topline za grijanje. Sa stajališta troškova energije, to nije značajan problem. Situacija je drugačija kod ADD-a - standardna potreba za toplinom za grijanje vode više je od tri puta veća od potrebe za toplinom za grijanje kuće.
Stoga vrijedi ulagati u radikalno smanjenje potražnje za toplom vodom. Takvom prijedlogu može se oštro usprotiviti većina ljubitelja vrućih kupki, među kojima je i autor ovog teksta. Srećom, ispostavilo se da radikalno smanjenje potrošnje vode ne zahtjeva osobna odricanja, već samo ograničavanje njezinog neviđenog rasipanja. Primjera je mnogo; iz vlastitog iskustva citirat ću jedan - pranje zuba otvorenom slavinom toplom vodom. Više od 80% vremena ove operacije vruća voda teče ravno iz slavine u kanalizaciju. Kad bi se umjesto tradicionalne armature instalirao beskontaktni uređaj, voda bi tekla samo kad četkom dohvatimo ruku ili povučemo vodu za ispiranje usta.
Korištenjem visoko učinkovitih aeratora, blizinskih okova, perilica posuđa i modernih perilica rublja možemo smanjiti potrošnju vode i do 60%. Tada će potražnja za toplinom za njezino grijanje (0,4 × 2500 = 1000 kWh) biti godišnje slična količini topline potrebne za grijanje kuće, a ako je upućujemo samo na sezonu grijanja - malo više od 30%.
Kako zagrijati prostorije i vodu u ADD-u
U ADD-u nam je potrebno 911 kWh za grijanje kuće i oko 320 kWh tijekom sezone grijanja iz kamina s vodenom košuljom (preostalih 680 kWh osigurat će solarni kolektori) za pripremu tople vode, tj. Ukupno 1231 kWh toplinske energije.
Električno grijanje. Električno grijanje nesumnjivo bi bilo najjeftinija investicija. Međutim, treba ozbiljno uzeti u obzir visoku vjerojatnost radikalnog povećanja cijena električne energije i rastući rizik od čestih kvarova električne mreže.
Ekološki su argumenti također važni, jer je uporaba električne energije u Poljskoj povezana s velikim zagađenjem okoliša.
Procijenjeni troškovi od 1 kWh električne energije, uzimajući u obzir troškove amortizacije uređaja za grijanje, pod pretpostavkom da izdaci ulaganja ne prelaze 3000 PLN. a pod pretpostavkom desetogodišnje trajnosti električnih uređaja za grijanje, oni će biti 3000 / (10 godina × 1231 kWh / godišnje) + 0,53 / kWh = 0,77. Dakle, troškovi električnog grijanja, uključujući troškove grijanja u ADD-u, bili bi 1231 kWh × 0,77 / kWh = 948 / godišnje.
Kamin s vodenom jaknom. Kamin s vodenom jaknom lišen je gore spomenutih rizika i izuzetno je koristan s gledišta ekologije. Koliko je kamin važan, njegova je veza s arhetipom vatre i ognjištem. Zbog toga mnogi ljudi ne mogu zamisliti dom bez njega. Pa pretpostavimo da će troškovi zamjene običnog kamina s onim s vodenom košuljom, s akumulatorom topline od 700-1000 litara i opremljenim automatizacijom na baterije iznositi 10.000 …
Uz cijenu od 1 kWh topline iz drva od 0,15 i pretpostavljajući 15-godišnju trajnost cijele instalacije, trošak od 1 kWh energije dobivene iz takvog sustava grijanja iznosit će 10.000 / (15 godina × 1.231 kWh / godišnje) + 0,15 = 0, 69. Jeftinije je nego s električnim grijanjem i bez rizika, ali naravno puno manje povoljno. Iako su ovdje neugodnosti puno manje nego u tradicionalnim kućama s takvim sustavom grijanja, jer je pri temperaturi od -20 ° C dovoljno kamin jednom napuniti snagom od 8 kW (najčešće korišteni kaminski ulošci u obiteljskim kućama su od 8 do 20 kW). Međutim, pri višim vanjskim temperaturama dovoljno je upaliti ga svakih nekoliko dana.
Nažalost, korištenje kamina izvan sezone grijanja za grijanje vode nije dobro rješenje. Pušenje u kaminu kad je vani toplo nije ugodno, a o pregrijavanju da i ne govorimo.
Solarni paneli. Solarna instalacija rješenje je problema s toplom vodom ljeti. Visokotemperaturni vakuumski kolektori mogu pokriti 100% optimizirane potrebe za toplom vodom od početka ožujka do kraja listopada. Da bi to bilo moguće, njihov nagib u odnosu na horizontalu trebao bi biti 60 ° u ožujku i listopadu, a najbolje bi bilo kolektore instalirati na takav način da je bilo moguće promijeniti njihov kut nagiba. U ADD-u se nalaze na južnom zidu hobi sobe.
4 m2 vakuumskih kolektora dovoljno je za pokrivanje ukupne potražnje za toplom vodom od ožujka do listopada, pod pretpostavkom njihove učinkovitosti od 30% (ovdje treba napomenuti da učinkovitost od 60% koju daju proizvođači pretpostavlja okomiti smjer sunčevog zračenja u odnosu na kolektor, koji samo u podne).
Ako pretpostavite trošak solarne instalacije u iznosu od 10.000 (bez rezervoara, jer ovaj već imamo) i njegovog 20-godišnjeg vijeka trajanja, cijena 1 kWh bit će 10 000 / (20 godina × 680 kWh / godišnje) = 0,76. To je praktički isto kao i korištenje električne energije, ali uzimajući u obzir rastuće cijene i rizik od prekida u opskrbi, vrijedi odabrati kolektore.
U najsunčanijim mjesecima proizvest će značajan višak topline. U klasičnim instalacijama ovaj se problem rješava uz pomoć raznih skupih tehničkih rješenja. U ADD-u ovaj problem rješava prizemni spremnik (GZC), koji ljeti preuzima višak topline.
Hibridne stanice. Jednom kada se potražnja za toplinom optimizira, pravi je izazov postići autonomiju električne energije. O ovom ćemo pitanju detaljnije razgovarati u sljedećoj epizodi ove serije.
Sada bih samo želio skrenuti pozornost na određeno svojstvo fotonaponskih ćelija, jedno od dva - uz vjetrenjače - najpopularnijih obnovljivih izvora električne energije. Pa, oni imaju značajan nedostatak. To je 0,5% smanjenja kapaciteta za svako povećanje temperature od 1 ° C. To znači da kada stanice mogu proizvesti najviše energije, tj. Po vrlo sunčanom ljetnom danu, njihova učinkovitost pada za najmanje 20% zbog povećanja temperature.
Jedan od načina za smanjenje ovog pada je hlađenje stanice. Ako za to koristimo vodu, to će biti dobar način da se zagrije. Nažalost, ako želi učinkovito hladiti ćeliju, ona ne bi trebala imati temperaturu višu od 30 ° C, što znači da će stanovnicima biti od male koristi. Osim ako ga ne koristimo za zagrijavanje tla ispod zgrade. Tako je rođen koncept prizemnog akumulatora topline. Dakle, nije tražila način za akumuliranje ljetnog viška sunčeve energije za zimu, već potreba za povećanjem učinkovitosti fotonaponskih ćelija.
Tako prikupljena toplina može se naravno koristiti za grijanje zgrade zimi. Da bi to učinili, temperatura dovoda u klimatski sustav trebala bi biti ispod 25 ° C. Takva je situacija u našoj kući, čija je potreba za snagom 17 W / m2.
Ako je sustav grijanja podno grijanje s keramičkim podovima ili na neki drugi način, ali ne i prepreke toplini, temperatura vode za opskrbu neće prelaziti 25 ° C pri vanjskoj projektnoj temperaturi za treću klimatsku zonu -20 ° C.
Prizemni akumulator topline. Potpuno pokrivanje toplinom za grijanje kuća na temperaturama nižim od -5 ° C zahtijeva oko 250 kWh toplinske energije da se akumulira u zemlji. Za ovu količinu topline pri temperaturi od 25 ÷ 27 ° C dovoljno je 250 m3 vlažnog tla sa značajnim udjelom frakcija gline (glina). Na vanjskim temperaturama višim od -5oC, iz spremnika možemo dobiti toplinu do 21 ° C, tj. Još 600 kWh. Također je vrijedno prisjetiti se da smo zahvaljujući spremniku eliminirali gubitke kroz pod u iznosu od 400 kWh.
Cijena izgradnje GZC-a iznosi oko 15 000 … Može hladiti PVT ćelije površine od preko 50 m2 do 30 ° C. Poboljšavanjem njihove učinkovitosti proizvest će se dodatnih 50 m2 × 170 kWh × 0,2 = 1700 kWh električne energije u vrijednosti od 1700 kWh × 0,53 / kWh = 900.
Pod pretpostavkom da bismo bez skladišta energiju dobivali iz drva, ušteda će iznositi 1.310 kWh × 0,15 / kWh = 197. Dakle, ukupni prihodi od ulaganja u podzemno skladište topline iznosit će 1097 godišnje. To znači da jednostavno vrijeme povrata (SPBT) ) nastale za njegovo izvršenje u iznosu od 15.000 / 1097 = 13,7 godina, pa je više nego dvostruko kraće od otplate kredita. Drugim riječima, čak i ako izdaci za kopneni kontejner (koji traje najmanje 80 godina) dolaze iz zajma, zbroj zajma opterećen umanjenim za koristi koje imamo od kontejnera bit će niži od troškova zajma za izgradnju kuće bez kontejnera.
Prosječni trošak 1 kWh energije dobivene zahvaljujući zemaljskom skladištu iznosi 15.000 / (80 godina × (1.700 kWh / godina + 1.310 kWh / godina) = 0,06. Tržišna vrijednost ove energije je (1.700 × 0,53 + 1.310 × 0,15 ) / / 1700 + 1310) = 0,36, dakle šest puta više!
Nastavak
Optimalan odabir toplinske otpornosti građevinskih pregrada i postavljanje većine prozora na istočnoj, zapadnoj i južnoj koti, kao i upotreba visoko učinkovite ventilacije s rekuperacijom - u kombinaciji s upotrebom odgovarajućih kolektora i PVT ćelija - omogućuje smanjenje troškova grijanja i pripreme tople vode na 320 kWh, dobiven izgaranjem drva u kaminu, simbolične vrijednosti 50 / godišnje. To znači da predložena rješenja ne osiguravaju samo energetsku autonomiju na području grijanja i tople vode, već i najmanji zbroj kapitalnih troškova i troškova energije u vrijeme otplate kredita, a time i najveću dostupnost kuće (više na www.dommadd.pl).
U sljedećem izdanju opisat ćemo mogući opseg autonomije električne energije.
