Artykuł dostępny w całości jako dokument pdf

budownictwo
Dom energooszczędny
D
Mieczysław Andreasik
la domu energooszczędnego
wskaźnik E powinien być
mniejszy niż 55 kWh/m2/rok,
co odpowiada zapotrzebowaniu na 5,5 m3
gazu potrzebnego do jego ogrzania, natomiast dla domu wysokoenergooszczędnego – pasywnego E<15 kWh/m2/
rok, co odpowiada zapotrzebowaniu na
1,5 m3 gazu.
Określenie „dom
energooszczędny”
jest bardzo często
stosowane, chociaż
nie wszyscy, którzy
go używają wiedzą,
co tak na prawdę ono
oznacza. Dopiero
posłużenie się
wskaźnikiem
E [kWh/m2/rok],
określającym faktyczne
zapotrzebowanie
budynku na energię dla
standardowego sezonu
grzewczego (222 dni),
pozwoli usunąć
wszelkie niejasności
i zastąpić trudne do
weryfikacji inne
deklaracje liczbowe.
Wymagania techniczne w budynkach wysokoenergooszczędnych –
pasywnych.
1. Przegroda zewnętrzna
Współczynnik przenikania ciepła przez
ściany zewnętrzne powinien wynosić:
— dla budynku jednorodzinnego —
U ~0,1 W/m2 K,
— dla budynków szeregowych
i wielorodzinnych —
U ~0,15 W/m2 K.
2. Okna i drzwi balkonowe
Wymagany współczynnik przenikania ciepła U przez okna i drzwi balkonowe powinien być mniejszy od
0,8 W/m2K, przy stosunku powierzchni okien do powierzchni podłóg 1:8.
3. Szczelność zewnętrznych elementów konstrukcji ścian
Szczelność określa się przy różnicy
ciśnień 50 Pa i wartość jej powinna wynosić 0,6 h-1. Oznacza to, że powinna
Historia energooszczędności budynków.
być możliwa wymiana powietrza
w 60% całej objętości budynku w ciągu godziny.
4. Ogrzewanie
Zalecanym ogrzewaniem w budynkach energooszczędnych jest ogrzewanie wodne podłogowe niskotemperaturowe wraz z pokojowymi regulatorami
temperatury. Ogrzewanie tego typu zapewnia komfort cieplny użytkownikom,
jest trwałe, niezawodne i ekonomiczne
pod względem energetycznym (oszczędność około 10% energii).
Ogrzewanie podłogowe, z racji niskiej obliczeniowej temperatury wody
zasilającej, może wykorzystywać ciepło
otrzymane z pieców kondensacyjnych,
słonecznych instalacji grzewczych, wód
geotermalnych, pomp ciepła, elektrociepłowni, pieców na biomasę, kominków
grzewczych oraz słonecznych elektrowni.
W budynkach energooszczędnych
instalacja ogrzewania, źródło ciepła i instalacja ciepłej wody powinny być ze
sobą dobrze skojarzone i zaprojektowane. Wymagane jest stosowanie dużych
akumulatorów ciepłej wody, tzw. warstwowych zasobników ciepła, o kubaturze od 1 do 2 m3 wody, zapewniających
akumulację ciepła do C.O. i C.W.U. na
okres 24 godzin o temperaturze wody
do 89oC.
Źródło ciepła powinno być skojarzone z solarem oraz generatorem prądu
i zasobnikiem ciepła.
5. System wentylacji z rekuperacją
i gruntowym wymiennikiem ciepła
o sprawności >75%.
Zadaniem wentylacji jest dostarczenie odpowiedniej ilości powietrza do
mieszkania oraz zapewnienie jego właściwych parametrów. Dostarczane powietrze, zależnie od wymagań, może być
świeże, ogrzane, schłodzone, nawilżone
lub dodatkowo jeszcze oczyszczone.
W domach energooszczędnych, w celu
ograniczenia do minimum strat ciepła,
instaluje się system wentylacji nawiewno-wywiewnej wyposażony w rekuperator (urządzenie pozwalające odzyskać
część ciepła) oraz gruntowy wymiennik
ciepła.
Rekuperator posiada dwa wentylatory (nawiewny i wywiewny), zadaniem
których jest dostarczanie powietrza
świeżego oraz odbieranie powietrza zużytego, filtr powietrza oraz wymiennik.
W wymienniku ciepło z powietrza zużytego przenoszone jest na powietrze
świeże.
Bardzo dobrym uzupełnieniem systemu wentylacyjnego jest gruntowy
wymiennik ciepła. Jest to układ szeregowych lub równoległych wężownic
Klasyfikacja energetyczna
42
KREATOR – PROJEKTY Domy Wnętrza • 2/2004 czerwiec-lipiec
budynków wg
Schemat instalacji
Stowarzyszenia na rzecz
ogrzewania w budynku
Zrównoważonego Rozwoju.
energooszczędnym.
z PVC, zakopanych w gruncie lub
w specjalnie wykonanym złożu żwirowym. Zasada jego działania oparta jest na
wykorzystaniu zjawiska występowania
w gruncie stałej w ciągu roku temperatury (około 8oC) na głębokości 1–4 m. Powietrze, przepływając przez rury PVC,
ogrzewa się zimą, natomiast latem ulega schłodzeniu. Ruch powietrza wymuszany jest przez rekuperator, który można dodatkowo „wspomóc” niewielkim
wentylatorem. Gruntowy wymiennik ciepła wykonany z rur o średnicy 150 mm
i długości 80 mb może pozyskać z gruntu około 1 kW ciepła w czasie 1 godziny, natomiast wymiennik ze złożem żwirowym od 1-3 kW/h ciepła.
6. Instalacja centralnej ciepłej wody.
Instalacja centralnej ciepłej wody powinna być bardzo dobrze ocieplona
w celu uniknięcia strat ciepła. Podgrzewanie zasobnika ciepłej wody powinno
być skojarzone z pompą ciepła.
7. Aspekt architektoniczny projektowania budynków wysokoenergooszczędnych – pasywnych
Bryła budynku energooszczędnego
powinna być związana z terenem, zwarta, o możliwie małej powierzchni przegród
zewnętrznych, zorientowana w kierunku
północ–południe. Strefa północna budynku powinna mieć charakter zamkniętej otuliny. Pomieszczenia najcieplejsze
powinny być sytuowane w centrum, pomieszczenia chłodniejsze za cieplejszymi.
Budynek energooszczędny powinien
cechować się otwartością wnętrza, zapewniającą swobodną cyrkulację ciepła
od środka na zewnątrz. Elementy charakterystyczne dla architektury z biernym wykorzystaniem energii słonecznej
to prawie wyłącznie duże przeszklenia
południowe, oranżerie, kolektory słoneczne na dachu, duże okapy, żaluzje i daszki
przeciwsłoneczne. Garaże w budynkach
energooszczędnych nigdy nie znajdują się
w piwnicy i rzadko przylegają do domu.
Systemy źródeł ciepła
Koszty wybranego źródła ciepła dzielą się na koszty stałe, związane z jego
zakupem i montażem, oraz koszty zmienne, wynikające z późniejszej eksploatacji. Koszty stałe są zazwyczaj dużo więk-
2/2004 czerwiec-lipiec • KREATOR – PROJEKTY Domy Wnętrza
43
budownictwo
fot. DE DIETRICH
Zestaw solarny wyposażony w kolektor słoneczny,
zasobnik i pompę obiegową.
ne i fotoogniwa. Niestety ich skuteczność silnie zależy od warunków nasłonecznienia.
Kolektory słoneczne są urządzeniami
energetycznymi, które absorbują energię
promieniowania słonecznego i przetwarzają w energię cieplną za pomocą
medium roboczego. W zależności od medium, kolektory dzielą się na powietrzne i cieczowe, a w zależności od temperatury na niskotemperaturowe i wysokotemperaturowe.
Z kolei fotoogniwa zamieniają energię świetlną na energię elektryczną. Aby
uzyskać jednostki dające energię elektryczną o większym napięciu i mocy niż
pojedyncze ogniwo, łączy się kilkadziesiąt fotoogniw w tzw. moduły fotowoltaniczne. W budownictwie stworzono
nowy system dachówek z fotoogniwami,
które wytwarzają energie elektryczną.
Obecnie produkowane fotowoltaniczne
dachówki w miesiącach letnich wytwarzają około 100 W/m2/h energii elektrycznej. Średnio w roku zysk energetyczny na godzinę wynosi 50 W/m2/h.
Wzrost cen energii cieplnej spowodował zainteresowanie pompami cie-
pła, które umożliwiają wykorzystanie
ciepła niskotemperaturowego i odpadowego do ogrzewania, wentylacji
i przygotowania ciepłej wody użytkowej. W pompie ciepła zachodzi proces podnoszenia potencjału cieplnego,
tj. proces pobierania ciepła ze źródła
o temperaturze niższej i przekazywania go do źródła o temperaturze wyższej.
Źródłami ciepła niskotemperaturowego mogą być:
a. ciepło odpadowe:
— powietrze i gazy,
— ścieki,
— woda powrotna w systemach
ciepłowniczych,
— wentylacja,
b. energia odnawialna:
— powietrze zewnętrzne,
— grunt,
— promieniowanie słoneczne,
— woda powierzchniowa,
— woda gruntowa.
Na wydajność pompy ciepła największy wpływ ma temperatura źródła. Im
jest ona wyższa, tym większa jest sprawność pompy ciepła.
Uzysk ciepła z poszczególnych źródeł
może wynieść:
— grunt 15–30
W/m2,
— słońce 30–480 W/m2,
— powietrze 1,4–2,2 W/m3h
przy spadku temp. 4–6 oC,
— woda 4500–5900 W/m3h przy
spadku temp. 4–5 oC.
Pompy ciepła, wraz z instalacjami do
pozyskiwania ciepła niskotemperaturowego, są urządzeniami względnie drogimi i dlatego decyzja o ich zastosowaniu powinna być poprzedzona wnikliwą analizą, uwzględniającą wszelkie
uwarunkowania zarówno energetyczne,
jak i środowiskowe.
Kolejnym rozwiązaniem jest mała
elektrociepłownia, która staje się opłacalna, jeżeli pomiędzy paleniskiem a kotłem
wody gorącej dla kolektorów centralnego ogrzewania zainstaluje się silnik Stirlinga, sprzężony z elektrogeneratorem.
Silnik Stirlinga zwany jest silnikiem zewnętrznego spalania. Posiada on minimum dwa tłoki: roboczy i pompujący.
Nagrzanie głowicy tłoka roboczego do
Instalacja gruntowego wymiennika ciepła
Wentylacja wyposażona w rekuperator zapewnia odzysk ponad 80% ciepła.
ma kilkadziesiąt metrów długości.
Dokładnie zaizolowane przewody wentylacyjne doprowadzone są do każdego pomieszczenia.
rys. WWW.REKUPERATORY.PL
sze niż w przypadku konwencjonalnego rozwiązania, jednak eksploatacja urządzeń,
których działanie opiera się
głównie na wykorzystaniu
darmowej energii lub odzysku energii traconej,
pozwala w ciągu kilku
sezonów grzewczych na
ich całkowity zwrot.
Jednym z takich
urządzeń jest gazowy kocioł kondensacyjny, który
umożliwia wykorzystanie dodatkowego ciepła powstałego w procesie kondensacji pary
wodnej zawartej w spalinach. Przykładowo 1 m3 spalonego całkowicie metanu daje 1,6 kg pary wodnej i 10 kWh
ciepła. Skroplenie tej ilości pary pozwala dodatkowo uzyskać 1,12 kWh ciepła. Efekt kondensacji pary wodnej
w kotle zachodzi przy temperaturze
wody poniżej 50oC.
Wykorzystanie darmowej energii słonecznej umożliwiają kolektory słonecz-
Przykładowy schemat wentylacji
z odzyskiem ciepła.
~ 600oC wywołuje ruch tłoka. W tym
samym czasie tłok pompujący jest chłodzony np. wodą. To rozwiązanie umożliwia, przy podobnym stopniu wykorzystania energii gazu do celów grzewczych,
dodatkowe przetworzenie od 10 do 25%
energii paliwa na energię elektryczną.
Praca małej elektrociepłowni powinna zawsze być skojarzona z wodnym
warstwowym akumulatorem ciepła.
dr inż. Mieczysław Andreasik
Ogrzewanie podłogowe wodne może współpracować
z alternatywnymi źródłami ciepła. Całkowicie
niewidoczne zapewnia równomierne ogrzanie nawet
dużych pomieszczeń.
Dom energooszczędny można zbudować np. w systemie
44
KREATOR – PROJEKTY Domy Wnętrza • 2/2004 czerwiec-lipiec
fot. WWW.REKUPERATORY.PL
fot. WWW.REKUPERATORY.PL
fot. PURMO
fot. THERMODOM
szalunku traconego.
2/2004 czerwiec-lipiec • KREATOR – PROJEKTY Domy Wnętrza
45