Din 1995, ideea caselor de 1,5 litri a fost comercializată cu succes de Institutul de case pasive din Darmstadt, sub denumirea nu foarte potrivită de „locuință pasivă”, ceea ce poate sugera o lipsă completă de instalații active care extrag energie din mediu. Cererea de
căldură
Cererea de căldură pentru încălzirea casei noastre este, de asemenea, de trei ori mai mică decât limita pentru casele pasive. Ofertele de piață pentru construcția de case pasive sunt cu 30-40% mai mari decât cele tradiționale (citiți: îndeplinirea cerințelor reglementărilor de construcție).
În articolele anterioare din această serie, am descris cum să atingi acest standard energetic pentru casa ta și am arătat că este foarte benefic din punct de vedere economic. Să vă reamintim că am obținut-o datorită puterii izolante ridicate a pereților despărțitori opaci, pentru care coeficienții de transfer de căldură U au o valoare de cel mult 0,1 W / (m2K). Cu toate acestea, am obținut-o în principal datorită unei filozofii diferite de abordare a clădirii, pentru care elementele active sunt importante, cum ar fi utilizarea ferestrelor cu un coeficient de transfer de căldură al ferestrei cu un obturator cu role închis automat Uw = 0,7 W / (m2K) și un coeficient de transmisie a energiei solare de g = 0,67.O astfel de abordare activă pentru obținerea energiei solare pare a fi destul de evidentă atunci când comparăm cererea de căldură a ADD cu energia furnizată de soare. În Polonia, este anual - în funcție de regiune - 800-1200 kWh / m2. Obținerea chiar și 1% din această energie pentru încălzire nu ar trebui să fie dificilă din punct de vedere tehnic.
Puterea sistemului de încălzire
Un parametru energetic extrem de important al unei clădiri este cererea de putere a sistemului de încălzire. Determină dimensiunea necesară a dispozitivelor de încălzire pentru a asigura confortul termic, adică pentru a obține o temperatură a aerului de 20 de grade C în camere, cu calculul celei mai mici temperaturi exterioare medii din regiune. Pentru cea mai mare dintre cele cinci zone climatice din Polonia, este de -20 grade C.
În Casa Autonomă Accesibilă proiectată este de 2,4 kW, adică 17 W / m2 pe unitate de suprafață. Dacă acest lucru nu este mult, acesta arată o comparație între puterea de încălzire necesară în ADD a unui dormitor de 14 m2 și energia emisă de rezidenți. Pentru acest spațiu, puterea necesară va fi de 14 m2 × 17 W / m2 = 238 W, iar doi dormitori emit 240 W de căldură. După cum puteți vedea, cu o astfel de cerere de energie, două persoane pot acoperi pierderile de căldură la o temperatură exterioară de -20 grade C. Aceasta înseamnă că, chiar și într-o iarnă rece într-o casă cu cerere de căldură aproape nulă, cea mai mare parte a energiei necesare pentru acoperirea pierderilor de căldură nu provine de la dispozitive dedicate în acest scop, ci de la rezidenți,electrocasnice, iluminat etc.
După cum rezultă din bilanțurile de căldură detaliate din astfel de case, în sezonul de încălzire, câștigurile totale de căldură solară și de viață sunt mai mari decât pierderile totale. Cu toate acestea, avem nevoie de surse de energie externe. Acest lucru se datorează faptului că fluxul de câștig de căldură este mai mult sau mai puțin constant și nu depinde de temperatura exterioară. Prin urmare, pentru o mare parte a sezonului de încălzire, avem câștiguri de căldură care depășesc pierderile. Acest lucru poate duce la supraîncălzirea încăperilor, prin urmare excesul de căldură trebuie îndepărtat de sistemul de ventilație. În același timp, la temperaturi exterioare scăzute, această energie nu este suficientă pentru a acoperi pierderile de căldură și, prin urmare, trebuie să avem surse de energie suplimentare în casă.
În construcția tradițională, prețul combustibilului este decisiv în factura de încălzire. De aceea, mulți oameni care construiesc astfel de case decid asupra unor cheltuieli imense de capital pentru a reduce prețul de 1 kWh de căldură. O modalitate este instalarea unei pompe de căldură, al cărei cost este de aproximativ 40-60 mii.
Cu cererea de căldură la fel de mică ca în ADD, astfel de investiții sunt totuși neprofitabile din punct de vedere economic. Costul încălzirii unei astfel de case cu cel mai scump tip de energie, adică electricitate, este sub 500 pe an, cu un cost de instalare de 2.000 … Aceasta înseamnă că diferența dintre cea mai ieftină instalație și o pompă de căldură este de cel puțin 38.000 PLN. Dacă banii economisiți în acest fel ar fi depuși într-o bancă, dobânda ar fi în jur de 2.000. pe an, care este de patru ori mai mare decât costul energiei electrice utilizate pentru încălzire.
Apa fierbinte
În ADD, relația dintre costurile energiei pentru încălzire și apa caldă este diferită. Într-o casă cu aceeași arhitectură, dar cu standardul energetic recomandat de ministrul infrastructurii ca fiind rațional (160 kWh / m2 / an), cererea anuală de căldură pentru încălzire va fi de 160 kWh × 144 = 23.040 kWh. Cererea standard anuală de căldură pentru încălzirea apei pentru 4 persoane este de 2500 kWh. Astfel, pentru a prepara apa fierbinte, avem nevoie de aproximativ 10% din căldură pentru încălzire. Prin urmare, din punctul de vedere al costurilor cu energia, aceasta nu este o problemă semnificativă. Situația este diferită în ADD - cererea standard de căldură pentru încălzirea apei este de peste trei ori mai mare decât cererea de căldură pentru încălzirea unei case.
Prin urmare, merită să investim într-o reducere radicală a cererii de apă caldă. O astfel de propunere poate fi puternic opusă de majoritatea entuziaștilor băilor calde, inclusiv de autorul acestui text. Din fericire, se dovedește că o reducere radicală a consumului de apă nu necesită sacrificii personale, ci doar limitarea deșeurilor sale incredibile. Există multe exemple; din propria mea experiență voi cita unul - periajul dinților cu o robinetă deschisă cu apă caldă. Peste 80% din timpul acestei operații, apa caldă curge direct de la robinet în canalizare. Dacă, în locul armăturilor tradiționale, s-ar instala un dispozitiv fără contact, apa ar curge doar atunci când ne aducem mâna cu o perie sau tragem apă pentru a clăti gura.
Folosind aeratoare, accesorii de proximitate, mașini de spălat vase și mașini de spălat moderne extrem de eficiente, putem reduce consumul de apă cu până la 60%. Apoi, cererea de căldură pentru încălzirea acesteia (0,4 × 2500 = 1000 kWh) va fi anual similară cu cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi casa, iar dacă o referim doar la sezonul de încălzire - puțin peste 30%.
Cum se încălzește încăperile și apa în ADD
În ADD, avem nevoie de 911 kWh pentru încălzirea casei și de aproximativ 320 kWh în sezonul de încălzire de la un șemineu cu o cămașă de apă (restul de 680 kWh vor fi furnizați de colectoarele solare) pentru a pregăti apa caldă, adică 1231 kWh de energie termică în total.
Încălzire electrică. Încălzirea electrică ar fi, fără îndoială, cea mai ieftină investiție. Cu toate acestea, probabilitatea ridicată atât a creșterilor radicale ale prețurilor la electricitate, cât și a riscului crescând de defecțiuni frecvente la rețeaua electrică trebuie luate în serios în considerare.
Argumentele ecologice sunt, de asemenea, importante, deoarece utilizarea energiei electrice în Polonia este asociată cu o poluare ridicată a mediului.
Costuri estimate de 1 kWh de energie electrică, luând în considerare costurile de amortizare a dispozitivelor de încălzire, presupunând cheltuieli de investiții care nu depășesc 3.000 PLN. și presupunând durabilitatea de 10 ani a dispozitivelor electrice de încălzire, acestea vor fi 3000 / (10 ani × 1231 kWh / an) + 0,53 / kWh = 0,77. Astfel, costul încălzirii electrice, luând în considerare cheltuielile pentru sistemul de încălzire din ADD, ar fi de 1231 kWh × 0,77 / kWh = 948 / an.
Șemineu cu o jachetă de apă. Șemineul cu jachetă de apă este lipsit de riscurile menționate mai sus și extrem de benefic din punct de vedere al ecologiei. Cât de important este un șemineu este legătura sa cu arhetipul focului și vatra. De aceea, mulți oameni nu își pot imagina o casă fără ea. Deci, să presupunem că costurile înlocuirii unui șemineu obișnuit cu unul cu jachetă de apă, cu un acumulator de căldură de 700-1000 litri și echipat cu automatizare alimentată cu baterii se vor ridica la 10.000 …
Cu un cost de 1 kWh de căldură din lemn la 0,15 și presupunând o durabilitate de 15 ani a întregii instalații, costul de 1 kWh de energie obținut dintr-un astfel de sistem de încălzire va fi de 10.000 / (15 ani × 1.231 kWh / an) + 0,15 = 0, 69. Este mai ieftin decât cu încălzirea electrică și fără riscurile implicate, dar, desigur, mult mai puțin convenabil. Deși inconvenientele de aici sunt mult mai mici decât în casele tradiționale cu un astfel de sistem de încălzire, deoarece la o temperatură de -20 ° C este suficient să încărcați șemineul cu o putere de 8 kW o dată (cele mai frecvente inserții de șemineu în casele unifamiliale sunt de 8 până la 20 kW). Cu toate acestea, la temperaturi exterioare mai ridicate, este suficient să îl luminați o dată la câteva zile.
Din păcate, utilizarea șemineului în afara sezonului de încălzire pentru a încălzi apa nu este o soluție bună. Fumatul într-un șemineu când este cald afară nu este plăcut, ca să nu mai vorbim de supraîncălzire.
Panouri solare. Instalația solară este soluția la problema apei calde vara. Colectoarele de vid la temperaturi ridicate pot acoperi 100% din cererea optimizată de apă caldă de la începutul lunii martie până la sfârșitul lunii octombrie. Pentru a face posibilă, panta lor în raport cu orizontală în martie și octombrie ar trebui să fie de 60 ° și cel mai bine ar fi să instalați colectoarele în așa fel încât să fie posibil să le schimbați unghiul de înclinare. În ADD, acestea sunt situate pe peretele de sud al camerei pentru hobby-uri.
4 m2 de colectoare de vid sunt suficiente pentru a acoperi cererea totală de apă caldă din martie până în octombrie, presupunând eficiența acestora de 30% (trebuie remarcat aici că eficiența de 60% dată de producători presupune direcția perpendiculară a radiației solare în raport cu colectorul, care este doar la pranz).
Dacă vă asumați costul unei instalații solare în valoare de 10.000 (fără rezervor, pentru că îl avem deja) și viața sa de 20 de ani, costul de 1 kWh va fi de 10.000 / (20 de ani × 680 kWh / an) = 0,76. Acest lucru este practic același lucru cu utilizarea energiei electrice, dar ținând cont de creșterea prețurilor sale și de riscul de întrerupere a aprovizionării, merită să alegeți colectoarele.
În cele mai însorite luni, vor produce un exces semnificativ de căldură. În instalațiile clasice, această problemă este rezolvată cu ajutorul diferitelor soluții tehnice costisitoare. În ADD, această problemă este rezolvată de rezervorul de stocare la sol (GZC), care preia excesul de căldură vara.
Celule hibride. Odată ce cererea de căldură este optimizată, adevărata provocare este de a realiza autonomia electricității. Vom discuta această problemă mai detaliat în următorul episod din această serie.
Acum aș vrea doar să atrag atenția asupra unei anumite proprietăți a celulelor fotovoltaice, una dintre cele două - alături de morile de vânt - cele mai populare surse de energie regenerabilă. Ei bine, au un dezavantaj semnificativ. Este o scădere de 0,5% a capacității pentru fiecare creștere a temperaturii de 1 ° C. Aceasta înseamnă că atunci când celulele pot produce cea mai mare energie, adică într-o zi de vară foarte însorită, eficiența lor scade cu cel puțin 20% din cauza creșterii temperaturii.
O modalitate de a reduce această picătură este răcirea celulei. Dacă folosim apă pentru aceasta, va fi o modalitate bună de ao încălzi. Din păcate, dacă este vorba de o răcire eficientă a celulei, aceasta nu ar trebui să aibă o temperatură mai mare de 30 ° C, ceea ce înseamnă că va fi de puțin folos pentru rezidenți. Dacă nu îl folosim pentru a încălzi pământul sub clădire. Așa s-a născut conceptul de acumulator de căldură la sol. Deci nu a fost căutarea unei modalități de a acumula excesul de energie solară de vară pentru iarnă, ci necesitatea de a crește eficiența celulelor fotovoltaice.
Căldura colectată în acest mod poate fi desigur utilizată pentru a încălzi clădirea în timpul iernii. Pentru a face acest lucru, temperatura de alimentare a sistemului climatic ar trebui să fie sub 25 ° C. Aceasta este situația cu care ne confruntăm în casa noastră, a cărei putere necesară este de 17 W / m2.
Dacă sistemul de încălzire este încălzit prin pardoseală cu pardoseli ceramice sau altele, dar nu bariere la căldură, temperatura apei de alimentare nu va depăși 25 ° C la temperatura de proiectare exterioară pentru a treia zonă climatică -20 ° C.
Acumulator de căldură la sol. Acoperirea completă a căldurii pentru încălzirea locuințelor la temperaturi mai mici de -5 ° C necesită aproximativ 250 kWh de energie termică pentru a fi acumulată în sol. Pentru această cantitate de căldură la o temperatură de 25 ÷ 27 ° C, este suficientă 250 m3 de sol umed cu o proporție semnificativă de fracțiuni de argilă (argilă). La temperaturi exterioare mai mari de -5oC, putem obține căldură din rezervorul de stocare până la 21 ° C, adică încă 600 kWh. De asemenea, merită să ne amintim că, datorită rezervorului, am eliminat pierderile prin podea în valoare de 400 kWh.
Costul construirii GZC este de aproximativ 15.000 … Poate răci celulele PVT cu o suprafață de peste 50 m2 la 30 ° C. Prin îmbunătățirea eficienței acestora, se vor produce 50 m2 suplimentari × 170 kWh × 0,2 = 1700 kWh de energie electrică cu o valoare de 1700 kWh × 0,53 / kWh = 900.
Presupunând că, fără stocare, vom obține energie din lemn, economiile se vor ridica la 1.310 kWh × 0,15 / kWh = 197. Astfel, veniturile totale din investiții într-un depozit de căldură la sol se vor ridica la 1097 anual. ) suportate pentru performanța sa în valoare de 15.000 / 1097 = 13,7 ani, deci este de peste două ori mai scurtă decât rambursarea împrumutului. Cu alte cuvinte, chiar dacă cheltuielile pentru containerul de teren (care durează cel puțin 80 de ani) provin din împrumut, suma poverilor de credit minus beneficiile pe care le avem din container vor fi mai mici decât costul împrumutului pentru construirea unei case fără container.
Costul mediu de 1 kWh de energie obținut datorită stocării la sol este de 15.000 / (80 de ani × (1.700 kWh / an + 1.310 kWh / an) = 0,06. Valoarea de piață a acestei energii este (1.700 × 0,53 + 1.310 × 0,15 ) / (1700 + 1310) = 0,36, deci de șase ori mai mult! A
se continua
Selecția optimă a rezistenței termice a pereților despărțitori și plasarea majorității ferestrelor pe cotele de est, vest și sud, precum și utilizarea unei ventilații extrem de eficiente cu recuperare - în combinație cu utilizarea colectoarelor adecvate și a celulelor PVT - permite reducerea costurilor de încălzire și preparare a apei calde până la 320 kWh, obținut din arderea lemnului în șemineu, cu o valoare simbolică de 50 / an. Aceasta înseamnă că soluțiile propuse nu asigură doar autonomia energetică în domeniul încălzirii și a apei calde, ci și cea mai mică sumă a costurilor de capital și a costurilor energetice în momentul rambursării împrumutului și, astfel, cea mai mare disponibilitate a casei (mai multe la www.dommadd.pl).
În numărul următor vom descrie posibilul domeniu de autonomie în domeniul energiei electrice.
