Od roku 1995 byla myšlenka 1,5litrových domů úspěšně komercializována Institutem pasivních domů v Darmstadtu pod nepříliš výstižným názvem „pasivní bydlení“, což může naznačovat naprostý nedostatek aktivních zařízení na těžbu energie z prostředí.
Potřeba tepla
Potřeba tepla na vytápění našeho domu je také třikrát nižší, než je limit pro pasivní domy. Nabídky trhu pro stavbu pasivních domů jsou o 30-40% vyšší než tradiční (čtěte: splnění požadavků stavebních předpisů).
V předchozích článcích této řady jsme popsali, jak dosáhnout tohoto energetického standardu pro váš domov, a ukázali jsme, že je to velmi ekonomicky výhodné. Připomeňme, že jsme toho dosáhli díky vysoké izolační síle neprůhledných stavebních příček, pro které mají součinitele prostupu tepla U hodnotu nejvýše 0,1 W / (m2K). Dosáhli jsme toho však hlavně díky jiné filozofii přístupu k budově, pro kterou jsou důležité aktivní prvky, jako je použití oken s koeficientem přenosu tepla okna s automaticky zavřenou roletou Uw = 0,7 W / (m2K) a koeficientem propustnosti sluneční energie g = 0,67.Takový aktivní přístup k získávání sluneční energie se zdá být zcela zřejmý, když porovnáme potřebu tepla ADD s energií poskytovanou sluncem. V Polsku je to ročně - v závislosti na regionu - 800-1200 kWh / m2. Získání dokonce 1% této energie pro vytápění by nemělo být technicky obtížné.
Výkon topného systému
Extrémně důležitým energetickým parametrem budovy je poptávka po výkonu topného systému. Specifikuje potřebnou velikost topných zařízení k zajištění tepelné pohody, tj. K získání teploty vzduchu 20 stupňů C v místnostech, s výpočtem nejnižší průměrné venkovní teploty v dané oblasti. Pro největší z pěti klimatických pásem v Polsku je to -20 stupňů C.
V navrženém Autonomním přístupném domě je výkon 2,4 kW, což je 17 W / m2 na jednotku plochy. Jak toho není moc, ukazuje srovnání poptávky po topném výkonu v ADD ložnice o rozloze 14 m2 s energií emitovanou obyvateli. Pro tento prostor bude potřeba energie 14 m2 × 17 W / m2 = 238 W a dva spící lidé vydávají 240 W tepla. Jak vidíte, s takovou poptávkou po energii mohou dva lidé pokrýt tepelné ztráty při venkovní teplotě -20 stupňů C. To znamená, že i v chladné zimě v domě s téměř nulovou potřebou tepla většina energie potřebné k pokrytí tepelných ztrát nepochází ze zařízení k tomu určených, ale od obyvatel,domácí spotřebiče, osvětlení atd.
Jak vyplývá z podrobných tepelných bilancí v těchto domech, v topném období jsou celkové zisky solárního a živého tepla větší než celkové ztráty. Potřebujeme však externí zdroje energie. Je to proto, že proud tepelných zisků je víceméně konstantní a nezávisí na venkovní teplotě. Proto máme po velkou část topné sezóny tepelné zisky, které převyšují ztráty. To může vést k přehřátí místností, proto musí být přebytečné teplo odváděno ventilačním systémem. Zároveň při nízkých venkovních teplotách tato energie nestačí k pokrytí tepelných ztrát, a proto musíme mít v domě další zdroje energie.
V tradiční výstavbě je cena paliva rozhodující ve faktuře za vytápění. Proto se mnoho lidí, kteří staví takové domy, rozhoduje o obrovských kapitálových výdajích na snížení ceny 1 kWh tepla. Jedním ze způsobů je instalace tepelného čerpadla, jehož náklady jsou asi 40-60 tisíc.
Při nízké poptávce po teple jako v ADD jsou tyto investice ekonomicky nerentabilní. Náklady na vytápění takového domu s nejdražším typem energie, tj. Elektřinou, jsou nižší než 500 ročně, s náklady na instalaci 2 000 … To znamená, že rozdíl mezi nejlevnější instalací a tepelným čerpadlem je nejméně 38 000 PLN. Pokud by takto nasporené peníze měly být uloženy v bance, úrok by byl kolem 2 000. ročně, což je čtyřikrát více než náklady na elektřinu použitou k vytápění.
Horká voda
V případě ADD je vztah mezi energetickými náklady na vytápění a teplou vodu odlišný. V domě se stejnou architekturou, ale s energetickým standardem doporučeným ministrem infrastruktury jako racionálním (160 kWh / m2 / rok), bude roční potřeba tepla na vytápění 160 kWh × 144 = 23 040 kWh. Standardní roční potřeba tepla na ohřev vody pro 4 osoby je 2500 kWh. K přípravě horké vody tedy potřebujeme asi 10% tepla na vytápění. Z hlediska nákladů na energii to není významný problém. V ADD je to jiné - standardní potřeba tepla na ohřev vody je více než třikrát vyšší než potřeba tepla na vytápění domu.
Proto se vyplatí investovat do radikálního snížení poptávky po teplé vodě. Takový návrh může vzbudit silný odpor většiny nadšenců horkých koupelí, mezi nimiž je i autor tohoto textu. Naštěstí se ukazuje, že radikální snížení spotřeby vody nevyžaduje žádné osobní oběti, ale pouze omezuje její neuvěřitelné plýtvání. Existuje mnoho příkladů; z vlastní zkušenosti budu citovat jeden - čištění zubů otevřeným kohoutkem s teplou vodou. Více než 80% času této operace proudí horká voda přímo z kohoutku do odtoku. Pokud by bylo namísto tradičních armatur nainstalováno bezkontaktní zařízení, voda by tekla pouze tehdy, když si pro vypláchnutí úst přineseme ruku štětcem nebo čerpáme vodu.
Použitím vysoce účinných provzdušňovačů, bezdotykových armatur, myček nádobí a moderních praček můžeme snížit spotřebu vody až o 60%. Pak bude potřeba tepla na jeho vytápění (0,4 × 2 500 = 1 000 kWh) ročně podobná množství tepla potřebného k vytápění domu, a pokud to odkážeme pouze na topnou sezónu - něco přes 30%.
Jak vytápět místnosti a vodu v ADD
V ADD potřebujeme k vytápění domu 911 kWh a během topné sezóny asi 320 kWh z krbu s vodním pláštěm (zbývajících 680 kWh bude zajištěno solárními kolektory) na přípravu teplé vody, tedy celkem 1231 kWh tepelné energie.
Elektrické topení. Elektrické vytápění by bylo nepochybně nejlevnější investicí. Je však třeba vážně zohlednit vysokou pravděpodobnost jak radikálního zvýšení cen elektřiny, tak rostoucího rizika častých poruch v elektrické síti.
Ekologické argumenty jsou také důležité, protože používání elektřiny v Polsku je spojeno s vysokým znečištěním životního prostředí.
Odhadované náklady na 1 kWh elektřiny, včetně nákladů na odpisy topných zařízení, za předpokladu, že investiční výdaje nepřesáhnou 3 000 PLN. a za předpokladu desetileté životnosti elektrických topných zařízení budou 3000 / (10 let × 1231 kWh / rok) + 0,53 / kWh = 0,77. Náklady na elektrické vytápění by tedy s přihlédnutím k nákladům na topný systém v ADD byly 1231 kWh × 0,77 / kWh = 948 / rok.
Krb s vodním pláštěm. Krb s vodním pláštěm postrádá výše uvedená rizika a je z ekologického hlediska mimořádně přínosná. Jak důležité je krb je jeho spojení s archetypem ohně a krbu. Proto si mnoho lidí bez něj nedokáže představit domov. Předpokládejme tedy, že náklady na výměnu běžného krbu za krb s vodním pláštěm, se 700-1000 litrovým tepelným akumulátorem a vybaveným automatizací na baterie, dosáhnou 10 000 …
S náklady na 1 kWh tepla ze dřeva 0,15 a za předpokladu 15leté životnosti celé instalace budou náklady na 1 kWh energie získané z takového topného systému 10 000 / (15 let × 1 231 kWh / rok) + 0,15 = 0, 69. Je to levnější než s elektrickým vytápěním a bez souvisejících rizik, ale samozřejmě mnohem méně výhodné. Přestože je zde nepříjemnost mnohem menší než v tradičních domech s takovýmto topným systémem, protože při teplotě -20 ° C stačí naložit krb jednou výkonem 8 kW (nejčastěji používané krbové vložky v rodinných domech jsou 8 až 20 kW). Při vyšších venkovních teplotách jej však stačí jednou za několik dní rozsvítit.
Používání krbu mimo topnou sezónu k ohřevu vody bohužel není dobrým řešením. Kouření v krbu, když je venku teplo, není příjemné, natož přehřátí.
Solární panely. Solární instalace je řešením problému teplé vody v létě. Vysokoteplotní vakuové kolektory mohou pokrýt 100% optimalizované potřeby teplé vody od začátku března do konce října. Aby to bylo možné, měl by jejich sklon ve vztahu k vodorovné rovině v březnu a říjnu být 60 ° a bylo by nejlepší instalovat kolektory tak, aby bylo možné změnit jejich úhel sklonu. V ADD jsou umístěny na jižní stěně hobby místnosti.
4 m2 vakuových kolektorů jsou dostatečné k pokrytí celkové poptávky po teplé vodě od března do října, za předpokladu jejich účinnosti 30% (zde je třeba poznamenat, že 60% účinnost daná výrobci předpokládá kolmý směr slunečního záření ve vztahu k kolektoru, který probíhá pouze v poledne).
Pokud předpokládáte náklady na solární zařízení ve výši 10 000 (bez zásobníku, protože tento již máme) a jeho 20letá životnost bude cena 1 kWh 10 000 / (20 let × 680 kWh / rok) = 0,76. Je to prakticky stejné jako při používání elektřiny, ale vzhledem k jejímu růstu cen a riziku přerušení dodávek stojí za výběr kolektorů.
V nejslunnějších měsících budou produkovat značné přebytečné teplo. V klasických instalacích je tento problém řešen pomocí různých nákladných technických řešení. Ve společnosti ADD tento problém řeší zemní zásobník (GZC), který v létě přebírá přebytečné teplo.
Hybridní buňky. Jakmile je potřeba tepla optimalizována, skutečnou výzvou je dosáhnout autonomie elektřiny. O této otázce se budeme podrobněji zabývat v další epizodě této série.
Nyní bych rád upozornil na určitou vlastnost fotovoltaických článků, jeden ze dvou - vedle větrných mlýnů - nejpopulárnějších obnovitelných zdrojů elektřiny. Mají značnou nevýhodu. Jedná se o 0,5% snížení kapacity při každém zvýšení teploty o 1 ° C. To znamená, že když buňky mohly produkovat nejvíce energie, tj. Za velmi slunečného letního dne, jejich účinnost poklesla nejméně o 20% v důsledku zvýšení teploty.
Jedním ze způsobů, jak tento pokles snížit, je chlazení buňky. Pokud k tomu použijeme vodu, bude to dobrý způsob, jak ji ohřát. Bohužel, pokud má buňka účinně chladit, neměla by mít teplotu vyšší než 30 ° C, což znamená, že bude pro obyvatele k ničemu. Pokud ji nepoužíváme k ohřevu země pod budovou. Tak se zrodil koncept pozemního akumulátoru tepla. Nešlo tedy o hledání způsobu, jak akumulovat letní přebytek sluneční energie na zimu, ale o potřebu zvýšit účinnost fotovoltaických článků.
Takto shromážděné teplo lze samozřejmě v zimě využít k vytápění budovy. K tomu by musela být teplota přívodu do klimatického systému nižší než 25 ° C. To je situace v našem domě, jehož příkon je 17 W / m2.
Pokud je topný systém podlahovým vytápěním s keramickými podlahami nebo jinými, ale ne jako bariéry proti teplu, teplota napájecí vody nepřekročí 25 ° C při venkovní návrhové teplotě pro třetí klimatické pásmo -20 ° C.
Zemní akumulátor tepla. Úplné tepelné pokrytí pro vytápění domu při teplotách nižších než -5 ° C vyžaduje, aby se v zemi akumulovalo asi 250 kWh tepelné energie. Pro toto množství tepla při teplotě 25 ÷ 27 ° C postačuje 250 m3 vlhké půdy se značným podílem jílovitých frakcí (jíl). Při vnějších teplotách vyšších než -5 ° C můžeme získávat teplo ze zásobníku až do 21 ° C, tj. Dalších 600 kWh. Za zmínku stojí také to, že díky akumulační nádrži jsme eliminovali 400 kWh podlahových ztrát.
Náklady na stavbu GZC se pohybují kolem 15 000 … Může chladit PVT články o ploše od 50 m2 do 30 ° C. Zlepšením jejich účinnosti bude vyrobeno dalších 50 m2 × 170 kWh × 0,2 = 1700 kWh elektřiny v hodnotě 1700 kWh × 0,53 / kWh = 900.
Za předpokladu, že bez akumulace bychom získali energii ze dřeva, bude úspora činit 1 310 kWh × 0,15 / kWh = 197. Celkové výnosy z investic do akumulace zemního tepla tak budou ročně činit 1097. To znamená, že jednoduchá doba návratnosti (SPBT) ) vznikl za jeho výkon ve výši 15 000/1097 = 13,7 let, je tedy více než dvakrát tak krátký jako splátka úvěru. Jinými slovy, i když výdaje na pozemní kontejner (který trvá nejméně 80 let) pochází z půjčky, součet úvěrových zátěží minus výhody, které z kontejneru máme, bude nižší než náklady na půjčku na stavbu domu bez kontejneru.
Průměrné náklady na 1 kWh energie získané díky skladování v zemi jsou 15 000 / (80 let × (1700 kWh / rok + 1310 kWh / rok) = 0,06. Tržní hodnota této energie je (1700 × 0,53 + 1310 × 0,15) ) / (1700 + 1310) = 0,36, tedy šestkrát více!
Pokračování
Optimální výběr tepelného odporu příček budov a umístění většiny oken na východní, západní a jižní fasádě, jakož i použití vysoce účinného větrání s rekuperací - v kombinaci s použitím vhodných kolektorů a PVT článků - umožňuje snížit náklady na vytápění a přípravu teplé vody na 320 kWh, získaný spalováním dřeva v krbu se symbolickou hodnotou 50 / rok. To znamená, že navrhovaná řešení zajišťují nejen energetickou samostatnost v oblasti vytápění a ohřevu vody, ale také nejnižší součet kapitálových nákladů a nákladů na energii v době splácení úvěru, a tím i největší dostupnost domu (více na www.dommadd.pl).
V příštím čísle popíšeme možný rozsah autonomie elektřiny.
