Opłacalność zastosowania Odnawialnych Źródeł Energii z powodzeniem stanowić może odrębny temat, jest to bowiem zagadnienie tak szerokie, iż w niniejszej publikacji omówiono je w sposób dość pobieżny.1201
W zależności od tego, jaki rodzaj energii odnawialnej będziemy omawiać, musimy zastanowić się nad nieco innymi aspektami jej wykorzystania, co w efekcie będzie się przekładało na ostateczny efekt ekonomiczny jej użycia.
Mówiąc o biomasie, która jest rozwiązaniem stosunkowo tanim w montażu i bezpośredniej eksploatacji musimy wziąć pod uwagę efekt ekologiczny, który w dłuższej perspektywie czasu może nas bardzo drogo kosztować. Mając bowiem na myśli koszty wykorzystania danego źródła energii nie możemy pominąć skutków zanieczyszczenia środowiska, gdyż pociąga ono za sobą dodatkowe nakłady finansowe, choćby koszty leczenia coraz częściej zapadającego na choroby układu oddechowego społeczeństwa.
Wykorzystanie pozostałych źródeł energii odnawialnej jest znacznie bardziej kosztowne na etapie budowy instalacji do ich wykorzystania. Dodatkowo wiatr i słońce są bardzo niestabilnymi źródłami energii, co przekłada się niestety na znaczący spadek rzeczywistej efektywności w stosunku do wartości teoretycznych. Współczynnik konwersji energii słonecznej w energie elektryczną w warunkach rzeczywistych ciągle nie jest zadowalający, co dodatkowo zmniejsza efektywność wykorzystania energii słonecznej w instalacjach fotowoltaicznych. Energia wodna, choć stabilna, jest wykorzystywana raczej na skalę przemysłową, a nakłady inwestycyjne, jak i zmiany środowiskowe związane z jej wykorzystaniem są ogromne. Z kolei wykorzystanie energii geotermalnej, zwłaszcza za pomocą pomp ciepła, z racji bardzo wysokiej efektywności, jest bardzo tanie. Jednak wysoki koszt instalacji z pompą ciepła czyni to źródło mało opłacalnym dla inwestorów indywidualnych.
ENERGOOSZCZĘDNE BUDOWNICTWO MIESZKANIOWE
W dobie grożącego nam kryzysu energetycznego, jak i trwającego już od kilku lat światowego kryzysu ekonomicznego, ludzkość ucieka się do metod polegających na rozwiązaniach mających na celu ograniczenie zapotrzebowania na energię. Ostatnimi czasy bardzo popularne stają się domy budowane w standardzie energooszczędnym oraz gruntowna termomodernizacja już istniejących obiektów mieszkalnych.
W przypadku tradycyjnego domu wzniesionego zgodnie z obowiązującymi normami, zapotrzebowanie na ciepło wynosi od 90 do 120 kWh/(m²•rok). O domu wybudowanym w standardzie energooszczędnym można mówić przy rocznym zapotrzebowaniu na ciepło w granicach od 30 do 60 kWh/m2. Jeżeli zapotrzebowanie jest niższe niż 15 kWh/(m²•rok), wtedy określa się je jako budownictwo pasywne . Budynki wznoszone w standardzie niskoenergetycznym mają dobrą izolację przegród zewnętrznych i okna o niskim współczynniku przenikania ciepła. Szczególną uwagę poświęca się miejscom, w których na skutek przerwania ciągłości izolacji cieplnej mogą tworzyć się tzw. mostki termiczne. Stosunek powierzchni ścian zewnętrznych do kubatury budynku jest niższy niż w tradycyjnych obiektach, co zmniejsza ilość ciepła uciekającego z budynku. Pomieszczenia są usytuowane tak, by można było korzystać z energii słonecznej do ich dogrzewania i oświetlania (tzw. ogrzewanie pasywne). Stosuje się wyłącznie wentylację mechaniczną, zazwyczaj z rekuperacją, aby wykorzystywać ciepło zawarte w powietrzu usuwanym na zewnątrz, a jako urządzenie dodatkowe stosuje się gruntową czerpnię powietrza. Aby obniżyć zużycie energii, w domach energooszczędnych, podobnie jak w domach pasywnych, powszechnie stosuje się pompy ciepła, kolektory słoneczne, a także rekuperatory czy gruntowe wymienniki ciepła służące do pozyskiwania energii termalnej ze źródeł odnawialnych, pamiętając również o buforach ciepła. Ponadto dla dodatkowego zmniejszenia zużycia energii, warto zastosować kompleksowe układy sterowania, zarówno systemami ogrzewania jak i zużyciem energii elektrycznej. Dodatkowo dla zmniejszenia zużycia prądu należało by zastosować energooszczędne świetlówki, zamiast tradycyjnych żarówek. Warto ponadto zwrócić uwagę na klasę energetyczną kupowanego sprzętu AGD i RTV. Wszystkie te zabiegi pozwolą nam na znaczne ograniczenie zużycia ciepła i energii elektrycznej, co w konsekwencji przełoży się na poprawę standardu życia mieszkańców jak i poprawę jakości środowiska, poprzez zmniejszenie ilości emitowanych zanieczyszczeń. Jeśli nie mamy zamiaru budować nowego domu, dobrze jest pomyśleć o dociepleniu przegród zewnętrznych oraz wymianie okien. Jest to inwestycja, która zwróci się nam w zaskakująco krótkim czasie.
Współczesny człowiek poszedł jednak dalej, nie musimy bowiem poprzestawać na niskim zużyciu energii ze źródeł konwencjonalnych. Obecny stan techniki i technologii pozwala na całkowite wyeliminowanie potrzeby czerpania energii ze źródeł sieciowych, a co za tym idzie stworzenia nowego standardu, jakim jest budownictwo zeroenergetyczne bądź nawet plusenergetyczne (jeśli produkcja energii przekracza zapotrzebowanie). Tradycyjne budynki mieszkalne zużywają obecnie ok. 40% całkowitej energii paliw kopalnych w USA i Unii Europejskiej, a także w znacznym stopniu przyczyniają się do emisji gazów cieplarnianych. Zerowe zużycie energii netto, jest postrzegane jako sposób na zmniejszenie emisji dwutlenku węgla oraz ograniczenie uzależnienia od paliw kopalnych. Choć budynki energooszczędne ciągle jeszcze stanowią rzadkość nawet w krajach rozwiniętych, powoli zyskują na znaczeniu i popularności. W budynkach zeroenergetycznych energia jest wytwarzana lokalnie, dzięki połączeniu technologii wytwarzania energii ze źródeł alternatywnych, takich jak energia geotermalna, słoneczna i wiatr, przy jednoczesnym zmniejszeniu całkowitego zużycia energii poprzez zastosowanie wysoce energooszczędnych systemów ogrzewania, wentylacji, klimatyzacji i technologii oświetleniowych. Wraz ze spadkiem cen alternatywnych technologii energetycznych, oraz wzrostem cen tradycyjnych paliw kopalnych, technologia budynków zeroenergetycznych staje się coraz bardziej praktyczna. Jak wynika z szacunków firm z branży budowlanej, obecnie koszt budowy domu w standardzie energooszczędnym jest w Polsce ok. kilkunastu procent wyższy od budowy domu metodą konwencjonalną.
PRZYKŁADOWE SYSTEMY GRZEWCZE DEDYKOWEN DLA BUDOWNICTWA ENERGOOSZCZĘDNEGO
Jak już wspomniano, dla energooszczędności budynku, poza standardem wykonania, dużą rolę odgrywa zastosowany układ grzewczy. Aby budowa domu energooszczędnego była w pełni opłacalna, należy zaopatrzyć go w odpowiedni system grzewczy. Możliwych do zastosowania rozwiązań jest bardzo wiele. W zależności od naszych potrzeb oraz zasobności portfela możemy wybrać różne warianty ogrzewania dla domu jednorodzinnego.
Rzeczone rozwiązania możemy oczywiście zastosować w domu wybudowanym w każdym standardzie energetycznym, jednak w budownictwie konwencjonalnym efekt finansowy będzie odczuwalny w dużo mniejszym stopniu, ze względu na większe straty ciepła, a co za tym idzie większe zapotrzebowanie na energię.
Poniżej przedstawiono kilka wariantów układu grzewczego dedykowanego w szczególności dla domów energooszczędnych.
Rys. 1. Przykładowy układ grzewczy ciepłej wody użytkowej.
[Źródło: Materiały szkoleniowe Install+RES]
Rys. 1 przedstawia układ ogrzewania ciepłej wody użytkowej oparty na kolektorach słonecznych płaskich. Jako dodatkowe źródło ciepła zastosowano kocioł gazowy, który pracuje tylko w okresach, gdy kolektory nie są w stanie zapewnić ilości energii odpowiedniej do ogrzania wody w zbiorniku buforowym. Kolejny rysunek przedstawia układ ogrzewania c.w.u. oparty wyłącznie na kolektorach. Zastosowano jednak większy zbiornik buforowy w celu zapewnienia większego zapasu ciepłej wody oraz rozwiązanie zwiększające moc grzewczą układu. Zainstalowano dwie baterie kolektorów słonecznych, jedną od wschodniej, a drugą od zachodniej strony budynku. W efekcie zwiększono długość ekspozycji układu na działanie promieniowania słonecznego. Woda w zbiorniku nagrzewa się więc przez dłuższy czas, przez co wzrasta efektywność pracy układu.
Rys. 2. Układ grzewczy ciepłej wody użytkowej z dwoma bateriami kolektorów słonecznych.
[Źródło: Materiały szkoleniowe Install+RES]
Kolejne rysunki przedstawiają zasilające system ciepłej wody użytkowej oraz centralnego ogrzewania.
Rys. 3. System ogrzewania, oparty na kolektorach słonecznych, dla budynku niskoenergetycznego, wspomagany przez kocioł gazowy.
[Źródło: Materiały szkoleniowe Install+RES]
Przedstawiony na rysunku 3 system kompleksowego ogrzewania dla domu jednorodzinnego oparty jest na baterii kolektorów słonecznych. Ponieważ budynek jest wybudowany w standardzie niskoenergetycznym, jego zapotrzebowanie na energię jest małe. Kocioł gazowy stanowi dodatkowe źródło ciepła w okresach o dużych spadkach temperatury i małego nasłonecznienia.
Rys. 4. System kompleksowego ogrzewania dla budynku niskoenergetycznego, oparty na kolektorach słonecznych, z zastosowaniem wymienników płytowych.
[Źródło: Materiały szkoleniowe Install+RES]
Kolejne proponowane rozwiązanie to zastosowanie dodatkowych wymienników płytowych (rys. 4). Dzięki jednemu z nich woda zasilająca bufor zostaje wstępnie podgrzana co zmniejsza wydatek energii potrzebnej do jej ogrzania.
Rys. 5. Układ grzewczy oparty na kolektorach słonecznych, z zastosowaniem niskotemperaturowego ogrzewania podłogowego, dedykowany dla domów budowanych w standardzie pasywnym.
[Źródło: Materiały szkoleniowe Install+RES]
W układzie przedstawionym na rysunku 5 zastosowano system ogrzewania niskotemperaturowego (ogrzewanie podłogowe), przez co obniżono temperaturę ciepłej wody w układzie centralnego ogrzewania. To z kolei zwiększa efektywność układu. Zastosowany dodatkowo wymiennik płytowy dodatkowo powoduje zmniejszenie różnicy temperatur między zasilaniem a powrotem na kolektorze słonecznym. Jest to bardzo korzystne, gdyż dodatkowo zwiększa sprawność układu grzewczego. Ponadto dom został wybudowany w standardzie pasywnym, przez co jego zapotrzebowanie na energię jest bardzo niskie. Jako zabezpieczenie zastosowano dodatkowe źródło ciepła w postaci kotła gazowego.
Rys. 6. Układ grzewczy dla domu energooszczędnego, ze zbiornikiem wody pitnej i dodatkowym zbiornikiem buforowym.
[Źródło: Materiały szkoleniowe Install+RES]
Na rysunku 6 przedstawiono układ grzewczy całkowicie niezależny od energii sieciowej. Podstawowe źródło ogrzewania stanowi bateria kolektorów słonecznych, a jako uzupełnienie zastosowano kocioł olejowy. Zbiornik buforowy stanowi dodatkowe zabezpieczenie i stabilizację układu.
Kolejny układ (rys. 7) stanowi propozycję dla domu niskoenergetycznego z basenem odkrytym. W okresie letnim, nadwyżka energii z kolektorów słonecznych jest kierowana do ogrzewania wody w basenie. Zimą natomiast, większa powierzchnia kolektorów jest w stanie zapewnić większą moc grzewczą. Dodatkowe źródło w postaci kotła olejowego pozwala na uniezależnienie się od ciepła systemowego. Rozwiązanie bardzo przydatne w miejscach gdzie ogrzewanie z sieci oraz instalacja gazowa są niedostępne.
Rys. 7. Układ grzewczy dla domu niskoenergetycznego z basenem podgrzewanym w okresie letnim.
[Źródło: Materiały szkoleniowe Install+RES]
Kolejny układ grzewczy (rys. 8) wykorzystuje jako źródło energii pompę ciepła. Latem ogrzewany jest tylko zbiornik wody pitnej, zimą energia jest dodatkowo przekazywana do zbiornika buforowego. Jak już wiele razy wspomniano, wykonanie budynku w standardzie niskoenergetycznym warunkuje małe zapotrzebowanie na energię, co pozwala na zastosowanie pompy ciepła jako jedynego źródła energii.
Rys. 8. Układ grzewczy dla domu niskoenergetycznego z pompą ciepła w układzie monowalentnym.
[Źródło: Materiały szkoleniowe Install+RES]
Kolejną propozycję stanowi układ z zastosowaniem połączenia kolektorów słonecznych i pompy ciepła (rys. 9). Jest to inwestycja sporo droższa niż wcześniejsze układy, stosujące jako dodatkowe źródło energii kocioł gazowy czy olejowy. Jest to jednak rozwiązanie zdecydowanie bardziej ekologiczne i tańsze w eksploatacji niż systemy grzewcze proponowane powyżej.
Rys. 9. Układ grzewczy z pompą ciepła i kolektorami słonecznymi.
[Źródło: Materiały szkoleniowe Install+RES]
W kolejnym układzie (rys. 10), poza kolektorami słonecznymi i pompą ciepła, pracuje dodatkowo klimakonwektor, co zapewnia utrzymanie stałej, zadanej temperatury zarówno zimą jak i latem. Uzyskujemy w ten sposób większy komfort mieszkańców domu zbudowanego w systemie pasywnym, zgodnie z niemiecką normą.
Rys. 10. Układ grzewczy w domu pasywnym, z wykorzystaniem pompy ciepła, kolektorów słonecznych i klimakonwektora.
[Źródło: Materiały szkoleniowe Install+RES]
Możliwe są także inne kombinacje układów grzewczych, np. zawierające większą ilość źródeł energii, jednak domy energooszczędne, z racji małego zapotrzebowania energetycznego nie wymagają wyposażenia w dodatkowe źródła ciepła.
PODSUMOWANIE
W obecnej sytuacji, kiedy zasoby energii konwencjonalnej są na wyczerpaniu, nieuchronnym zdaje się być wzrost cen energii. Na całe szczęście nieustanny rozwój technologii sprawia, że rozwiązania bazujące na Odnawialnych Źródłach Energii stają się coraz tańsze, a co za tym idzie, coraz bardziej opłacalne. Dodatkowo różnica kosztów budowy domu w standardzie energooszczędnym i metodami konwencjonalnymi jest na tyle niewielka, iż warto rozważyć zastosowanie innowacyjnych rozwiązań w dziedzinie energetyki i energooszczędności. Taka inwestycja może nam się już niedługo bardzo opłacić.
