System instalacyjny budynków o skrajnie niskim zapotrzebowaniu energetycznym
Drugim w kolejności po systemie budowlanym, a może nawet będącym na równi z nim, elementem wpływającym na zużycie energetyczne budynku jest zastosowany w nim system instalacyjny.
Instalacje energetyczne rozprowadzają bowiem ciepło i elektryczność po obiekcie i przede wszystkim od ich sprawności i właściwego wykorzystania zależy ilość energii jaką musi być zasilony budynek w celu pokrycia jego zapotrzebowania energetycznego.
Z punktu widzenia ograniczenia zużycia energii pierwotnej najważniejsza jest natomiast metoda produkcji energii zasilającej budynek, a więc pierwszy element systemu instalacyjnego. W przypadku bowiem zasilenia systemu wyłącznie energią pochodzącą ze źródeł odnawialnych można otrzymać całkowite ograniczenie energii pierwotnej, rozumianej jako energia wytwarzana konwencjonalnie.
Na podstawie informacji zebranych w oparciu o dokonany przegląd literatury dochodzi się do wniosku, że rozwój technologii, będącej kluczem do projektowania budynków o skrajnie niskim zapotrzebowaniu energetycznym są jedynie wszelkie działania w zakresie poprawy efektywności energetycznej systemu instalacyjnego budynku. Osiągnięcie tzw. „zera energetycznego dla budynku”
- czyli 0 kWh/(m2 rok), możliwe jest jedynie poprzez zastosowanie energii pochodzącej z OZE. Jak zauważają autorzy pracy [1] rozwój nowych trendów dla tej technologii umożliwią zastosowanie wysokosprawnych urządzeń HVAC, energii pochodzącej z kolektorów słonecznych PV, energii geotermalnej, energii wiatru, biomasy pochodzącej m.in. z peletów drewna, etanolu lub biodiesla, które mogą być wprawdzie importowane ale na miejscu mogą być wykorzystane do generowania energii elektrycznej i ciepła. Ponieważ koncepcja w zakresie systemu budowlanego użyta do zaprojektowania domu o „zerowym” lub „dodatnim” potencjale energetycznym nie różni się od typowych rozwiązań z powodzeniem stosowanym od lat to jednak zastosowanie odmiennych od standardowych rozwiązań w zakresie rozprowadzania energii cieplnej w analizowanym budynku, przyczynia się do poprawy bilansu energetycznego.
Rys.1. W budynkach o zerowym potencjale energetycznym energia powinna być wytwarzana z wykorzystaniem wielu źródeł odnawialnych,dobranych indywidualnie dla każdego obiektu
Problem stojącym dzisiaj przed dokonaniem wyboru kierunku dla technologii służącej do projektowania budynków o skrajnie niskim zapotrzebowaniu na energię jest odpowiedni wybór urządzeń mających zaopatrywać budynek w energię korzystających wyłącznie z OZE, bowiem budynki o „zerowym” lub „dodatnim” potencjale muszą korzystać zarówno z pasywnych jak i aktywnych systemów pozyskiwania energii. Ponieważ, jak wykazali autorzy pracy [2], duże obszary termiczne kolektorów słonecznych dla podgrzewania ciepłej wody użytkowej oraz stosowany wysoki poziom izolacji budynku, co obecnie powszechnie jest promowane, nie są najskuteczniejszym sposobem zmniejszenia energii w kontekście rozwoju domu autonomicznego, zatem należy przed przystąpieniem do prac projektowych dokonać analizy wielowariantowej.
W budynkach energooszczędnych należy uwzględnić, że systemy oparte na jednym lub dwóch urządzeniach korzystających z OZE, będą pracować jako uzupełnienie konwencjonalnego systemu energetycznego obiektu, wobec czego sterowanie pracą każdego z nich musi odbywać się oddzielnie gdyż nie jest częścią kompleksowego systemu sterowania budynkiem.
W przypadku domów o „zerowym” lub „dodatnim” potencjale zastosowanie w nich aktywnych systemów wytwarzających energię w oparciu o źródła odnawialne nie może być już tylko uzupełnieniem systemów konwencjonalnych. Muszą to być jedyne systemy (oprócz systemów pasywnych) pracujące na potrzeby energetyczne obiektu, a energia pochodząca od nich musi pokrywać całkowite zapotrzebowanie energetyczne obiektu lub nawet je przewyższać. Spełnienie tego warunku wymaga zastosowania w obiekcie wielu różnych kombinacji urządzeń działających w oparciu o OZE, zarówno do produkcji ciepła jak i elektryczności, a także nowoczesnych systemów do akumulacji energii, które nie są stosowane w obecnie wznoszonych obiektach jak np. nowoczesne wysokosprawne urządzenia hybrydowe. W związku z tym w rozwiązaniach praktycznych, pojawia się
problem sprawnej i niezakłóconej współpracy takich urządzeń i systemów. Niezbędne są też takie rozwiązania urządzeń instalacyjnych, które umożliwią integrację wszystkich systemów oraz kompleksowy system sterowania, automatyki i monitoringu ich pracy. Koniecznym będzie zaopatrzenie tych systemów w czujniki i narzędzia do zbierania danych, co pozwoli na natychmiastową reakcję na zmieniające się warunki klimatyczne.
Rys.2. Obiekt zasilany z wielu źródeł, w tym odnawialnych, musi być asopatrzony w kompleksowy system sterowania, automatyki i monitoringu pracy urządzeń i instalacji energetycznych.
Zatem urządzenia zastosowane w obiekcie będą musiały być w zależności względem siebie, pracując niezależnie od zewnętrznego dostawcy energii, a więc m.in. elektryczność potrzebna do pracy urządzeń wytwarzających ciepło lub chłód oraz klimatyzacyjnych musi pochodzić z zastosowanego w budynku systemu wytwarzania, akumulacji i rozprowadzania elektryczności.
Z szeregu możliwych rozwiązań trzeba będzie dokonać wyboru między układem pasywnym ogrzewania słonecznego a układem aktywnym. Układ pasywny najbardziej obecnie popularny pozwoli traktować takie obiekty tylko w kategoriach energetycznych jako systemy, pozwalające na akumulację, rozdział oraz sterowanie i wykorzystania ciepła słonecznego do ogrzewania pomieszczeń, dlatego raczej zasadnym wydaje się wykorzystanie systemów aktywnych opartych na energii pochodzącej z OZE.
Oczywiście w praktycznych rozwiązaniach, jest to proces o wiele bardziej skomplikowany i wymagający nie tylko wiedzy w zakresie systemów i instalacji samych urządzeń, ale musi być podparty szczegółowymi analizami w oparciu o dane klimatyczne dla danego terenu, ponieważ potencjał urządzeń korzystających z OZE ściśle zależy od miejsca lokalizacji obiektu.
Również przy rozwijaniu tej technologii należy pamiętać, iż system grzewczy domu jednorodzinnego, jest systemem o małej bezwładności, zatem należy dostosować instalację do niewielkiego i często zmieniającego się zapotrzebowania, bowiem ten system jak i regulacja winny szybko reagować na zmienne zapotrzebowanie na ciepło. Jeżeli chodzi możliwe przydatne dla rozwiązania w zakresie poprawy efektywności energetycznej dla systemu zasilającego budynek w energię, to np. można wykorzystać rozwiązania takie jak wykorzystano między innymi w Finlandii, gdzie zaproponowano system zbudowany z połączenia niskotemperaturowego ogrzewania składającego się z grzejników i ogrzewania podłogowego, przy czym parametry dla ogrzewania niskotemperaturowego były utrzymywane na poziomie 45/35oC na zasilaniu/powrocie. Wyniki symulacji dla systemu wykazały, że ogrzewanie wodą o niskiej temperaturze trzema tradycyjnymi grzejnikami i ogrzewaniem podłogowym był w stanie zapewnić wymagany komfort cieplny, pomimo niskich temperatur zewnętrznych panujących w okresie zimowym w Finlandii, a zatem i to rozwiązanie może być
przydatne przy projektach budynków o skrajnie niskim zapotrzebowaniu energetycznym. [3].
Innym lecz nie mniej ważnym elementem niezbędnym do wykorzystania w nowoczesnym budownictwie energooszczędnym, który dąży do osiągnięcia standardu nZEB są rozwiązania w zakresie magazynowania energii, tak aby móc ją wykorzystać w okresach zwiększonego zapotrzebowania na energię. Chodzi tu głównie o stosowanie tzw. materiałów zmiennofazowych czyli podlegających przemianom fazowym PCM - Phase Change Material. Systemy wykorzystujące materiały zmiennofazowe służą do magazynowania energii w dzień i uwalniają ją nocą lub w przypadku rozbudowanych systemów magazynowania w okresach letnich i zimowych. Ponieważ systemów tych nie można włączyć i wyłączyć, zmiennofazowe materiały dobiera się po przeprowadzeniu symulacji za pomocą odpowiednich programów po bardzo dokładnym oszacowaniu bilansu energetycznego budynku podczas projektowania.
Tak jak zostało to stwierdzone wcześniej, zasilanie budynku energią pochodzącą ze źródeł odnawialnych powoduje zmniejszenie jego zapotrzebowania na energię pierwotną, zarówno generowaną w obrębie obiektu, jak również dostarczaną z sieci, wówczas taki obiekt stanie się samowystarczalny energetycznie. Dodatkowo, dzięki stosowaniu „czystych” technologii pozyskiwania energii jest to obiekt o „zerowym” zapotrzebowaniu na energię pierwotną, a więc przyjazny środowisku.
Literatura:
[1] Marszal A.J., Heiselberg P. ,Bourrelle J.S., Musall E. Voss K., Sartori, I. Napolitano A. “Zero Energy Building – A review of definitions and calculation methodologies” Energy and Buildings 43(2011), str. 971 – 979
[2] Patxi Hernandez , Paul Kenny” From net energy to zero energy buildings: Defining life cycle zero energy buildings (LC-ZEB)” Energy and Buildings 42 (2010) 815–821
[3] Hasan, J. Kurnitski, K.Jokiranta, „A combined low temperature water heating system consisting of radiators and floor heating” Helsinki University of Technology, Laboratory of Heating, Ventilating and Air Conditioning, P.O. Box 4400, FIN-02015 Hut, Finland, Received 4 July 2008
Opracowanie: mgr. inż. Joanna Kopica, mgr inż. Radosław Turski.
Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji.
KONTAKT
Biuro Obsługi Klienta
E-mail: biuro@pasywny-budynek.pl WWW: www.pasywny-budynek.pl
Tel: 42 653-57-03 Adres:
Morgowa 4 90-950 Łódź
