1

Dr in�. Tomasz Błaszczy�skiDr in�. Tomasz Błaszczy�ski

Politechnika Pozna�skaPolitechnika Pozna�ska

Popyt na energi� w budynkach mieszkalnych jest w Polsce prawie trzykrotnie wy�szy, ni� w krajach zachodnich o zbli�onych warunkach klimatycznych. Dzieje si� tak przede wszystkim dlatego, �e wi�kszo�� budynków powstawała bez troski o ekonomiczne zu�ywanie ciepła, zabrakło mechanizmów wymuszaj�cych jego oszcz�dno��.

50% całej zu�ywanej energii w naszym kraju przypada na wytwarzanie ciepła do ogrzewania mieszka� i wody. Niepokoj�co du�a jest przy tym ilo�� emitowanych z tego powodu szkodliwych substancji, w tym szczególnie dwutlenku w�gla.

Przykrym faktem jest to, i� na 1m2 polskiego mieszkania zu�ywa si�kilkakrotnie wi�cej energii, ni� w krajach północnej Europy, gdzie przecie� klimat jest ostrzejszy

Od roku 1998, zgodnie z rozporz�dzeniem MSWiA zu�ycie energii do ogrzewania nie powinno przekracza� 160 kWh/m2. Dla porównania warto doda�, �e w nowych domach w Niemczech energii zu�ywa si� do 100 kWh, a w Szwecji do 60 kWh.

Zu�ycie energii potrzebnej do ogrzania budynków oddanych do u�ytku w naszym kraju przed 1985 rokiem (co stanowi prawie 70% obecnych zasobów mieszkaniowych) �rednio rocznie wynosiło 240-380 kWh/m2 natomiast w budynkach oddanych w ostatnich latach - do 160 kWh/m2.

Niestety prawd� jest, �e obecnie tylko około 4% budynków w Polsce zu�ywa poni�ej 200 kWh/m2 na rok.

Procentowe straty ciepła w budynku jednorodzinnym

Straty ciepła w budynkach wielorodzinnychStraty ciepła w budynkach wielorodzinnych

27,6%Wentylacja

2,5%Piwnica

5,7%Stropodach

30,0%Okna

34,2%�ciany

2

ZdjZdj��cia termowizyjnecia termowizyjne

Rozwi�zaniem tego problemu, oprócz termomodernizacji istniej�cych obiektów, jest wznoszenie budynków energooszcz�dnych oraz pasywnych, które s� mistrzami w oszcz�dzaniu energii.

Porównanie zu�ycia energii w ró�nych typach budowli

Zu�ycie

energii

grzewczej

kWh/m²

Zu�ycie

ciepłej wody

kWh/m²

Zu�ycie

pr�du

kWh/m²

Zu�ycie pr�du

do celów

wentylacji

kWh/m²

Dom tradycyjny rok bud.

1980

275 30 30 0

Dom tradycyjny rok bud.

1995

100 30 30 0

Dom niskoenergetyczny 50 30 30 0

Dom

ultraniskoenergetyczny

30 30 30 0

Dom pasywny 15 15 10 5

Dom zeroenergetyczny 0 10 10 5

Dom plusenergetyczny* 0 0 0 0

* Autarkia energetyczna z plusowym bilansem energii

Co to jest budownictwo energooszcz�dne ?

Budownictwo energooszcz�dne jest inteligentn� technologi� budownictwa, umo�liwiaj�c� uzyskanie wysokiego komfortu cieplnego i budow� budynku o niskim zu�yciu energii. Efekt taki mo�na osi�gn�� poprzez ograniczenie zu�ycia w zakresie:• zapotrzebowania na energi� ciepln�

(ogrzewanie budynku), • zapotrzebowania na energi� słu��c� do

podgrzania ciepłej wody u�ytkowej, • energii elektrycznej

Przyjmuje si�, �e budynek energooszcz�dny to taki, w którym zapotrzebowanie na energi� ciepln� nie przekracza 70 kWh/(m2rok)(czyli ok. 7 litrów oleju opałowego lub 7 m3 gazu ziemnego na 1m2 na rok).

3

Co to jest dom pasywny ?

Dom pasywny jest budynkiem o ekstremalnie niskim zapotrzebowaniu na energi� do ogrzewania wn�trza, które nie przekracza 15 kWh/(m2rok)(czyli ok. 1,5 litra oleju opałowego lub 1,5 m3 gazu ziemnego na 1m2 na rok).

Termin “pasywny” okre�la stan nie dostarczania energii konwencjonalnej z zewn�trz albo te� brak aktywno�ci w jej dostarczaniu, zatem komfort termiczny w takim budynku zapewniony jest przez pasywne �ródła ciepła, takie jak:

• energia słoneczna przenikaj�ca przez okna, • ciepło wytwarzane przez mieszka�ców, • energia emitowana ubocznie przez urz�dzenia gospodarstwa domowego,• ciepło odzyskane z wentylacji.

Wtedy budynek nie potrzebujeaktywnego systemu centralnego ogrzewania. Potrzeby cieplne realizowane s� przez odzysk ciepła i dogrzewanie powietrza wentyluj�cego budynek.

Jak uzyska� tak korzystny bilans energetyczny budynku ???

1. Odpowiednia lokalizacja

Dla budynku pasywnego czy w ogóle energooszcz�dnego najlepsz� działk� b�dzie taka, na której mo�na zbudowa� dom zorientowany na południe. Dobrze, �eby szeroko�� działki pozwoliła na takie zaprojektowanie budynku, aby wszystkim pomieszczeniom mieszkalnym dostarczy� jak najwi�cej południowego �wiatła.

2. Zwarta bryła budynku

Kubatura budynku powinna by� jak najbardziej zwarta, nie tylko dlatego, �e ka�de załamanie muru jest potencjalnym miejscem wyst�pienia mostka termicznego, ale tak�e ze wzgl�dów ekonomicznych; ka�dy metr kwadratowy izolacji takiego budynku kosztuje, zatem nale�y oszcz�dza� na powierzchni, któr� trzeba zaizolowa�!

Stopie� zwarto�ci bryły architektonicznej wyra�a si� współczynnikiem A/V, czyli stosunkiem zewn�trznej powierzchni przegród zewn�trznych do ogrzewanej kubatury. Im mniejszy jest ten współczynnik, tym lepiej.

3. Dobra izolacja termiczna przegród zewn�trznych

Współczynnik przenikania ciepła U dla przegród budynków pasywnych powinien by� mniejszy od 0,15 W/(m2K), czyli dwukrotnie ni�szy ni� wymaga si� od obecnie stawianych budynków tradycyjnych. W takim przypadku minimalna grubo�� tradycyjnego ociepleniawynosi 25 cm.

Cz�sto jednak stosowane jest jeszcze lepsze ocieplenie, którego grubo�� wynosi ponad 35 cm, a wtedy współczynnik przenikania ciepła U jest równy zaledwie 0,09 W/(m2K).

4

Przy wykonywaniu izolacji o tak wysokich wymaganiach, zastosowanie znalazły srebrnoszare płyty styropianowe Termo-Lambda z dodatkiem grafitu, produkowane przez firm� Termo Organika. Grafit zawarty w płytach styropianowych nowej generacji znacznie podnosi ich wła�ciwo�ci izolacyjne poprzez dodatkow� absorpcj� promieniowania cieplnego. Efekt promieniowania jest w wi�kszo�ci eliminowany przez wchłanianie promieniowania cieplnego oraz jego odbicie. Dzi�ki lepszym parametrom izolacyjnym do ocieplenia budynku wystarcza cie�sza warstwa tego nowego styropianu.

�wiatowe trendy w doskonaleniu technologiitermomodernizacyjnych

INNOWACYJNE ROZWI�ZANIA

�=0,032 [W/m·K]

Płyty styropianu grafitowego o gr.8 [cm] izoluje �cian� budynku tak jak 13 [cm] białego styropianu

5

Płyty z rdzeniem PIR produkowane s� w ró�nych wariantach

panel termoizolacyjny

panel odporny na wilgo�

panel o podwy�szonej odporno�ci na ogie�

wełna mineralna PIR (poliizocyjanurat) Współczynnik przewodzenia

ciepła: � = 0,040 [W/(m·K)] � = 0,023 [W/(m·K)]

Opór cieplny R płyty o gr. 10 [cm]: 250 [(m2·K)/W] 435 [(m2·K)/W]

Waga: 150 [kg/m3] 30 [kg/m3] Odporno�� na temperatur�:

- krótkotrwała: - długotrwała:

klasa ogniowa A produkt niepalny

klasa ogniowa E

temp. max +200 °C -50 °C do +120 °C

Nasi�kliwo��: materiał trudnozwil�alny 90% cel zamkni�tych

Sto MineralschaumplattePIANOPŁYTA (system StoTherm Cell)

+ Ekologia

+ Recycling

+ Izolacyjno��

+ Niepalno��

- Krucho��

Sto panele pró�niowe

• 16mm U = 0,3 [W/m²·K]

• 6 x lepsze parametry izolacyjne ni� pianki PU

• Trwało��:

15 do 25 lat

Sto panele pró�nioweprzy ci�nieniu 1 [hPa]

k = 0,004 [W/m·K]

przy normalnym ci�nieniu atmosferycznym 1013,25 [hPa]: k = 0,020 [W/m·K]

Zestawienie styropianu z VIP przy tej samej izolacyjno�ci

6

Zdj�cie termowizyjne �ciany z uszkodzonym panelem oraz schemat wykonania izolacji

Aero�el – najl�ejszy z materiałów stałych, jakie udało si� stworzy�

Aero�el zbudowany z SiO2

Demonstracja wyj�tkowych wła�ciwo�ci termoizolacyjnych aero�elu – aero�elekrzemionkowe s� stabilne do temperatury topnienia krzemionki czyli wytrzymuj�

ok. 1200 °C

Kostka aero�elu o wadze 2,36 [g] utrzymuje cegł� wa��c� 2,5 [kg]

Granulat aero�elowy stosowany m.in. w panelach pró�niowych

�wiatowe trendy w doskonaleniu technologiitermomodernizacyjnych

AEROEL

• ci��ar 3,0 [kg/m3]• � = 0,005 [W/m·K]• 99,8% powietrze

• materiał stabilny do 1300 [°C]• hydrofobowa pow. ok. 750 [m2/g]• absorbuje substancje oleiste 0,54 [kg] na 100 [g] aero�elu

7

4. Wyeliminowanie mostków termicznych

Przy tak rygorystycznych wymaganiach izolacyjno�ci cieplnej zmienia si� pojecie mostka termicznego. Nie jest to ju� po prostu powierzchnia nie zaizolowana, ale ka�dy element konstrukcji, który ma zbyt du�y współczynnik przenikania ciepła. Dlatego ju� na etapie projektowania nale�y zwróci� uwag� na izolacj� takich szczególnych miejsc w �cianie jak: nadpro�a, o�cie�a czy wie�ce. Nawet dach i fundamenty musz� mie� porównywaln� izolacyjno�� do �cian. Unika si� wszelkich wyst�pów z lica muru (np. gzymsy, cokoły), które przecie� działałyby jako �ebra chłodz�ce zwart� brył� budynku. Niedopuszczalne jest równie� nie zaizolowanie płyty balkonowej, o której powszechnie zapomina si� przy termomodernizacji budynków.

5. Szczelna okna i drzwi

W budownictwie pasywnym okna nie mog� mie� współczynnika przenikania ciepła wy�szego ni� U=0,8 W/(m2K). Na podstawie bada� stwierdzono, �e takie okna zorientowane na południe i nie zacienione w okresie �rodkowoeuropejskiej zimy s� opłacalne pod wzgl�dem bilansu energetycznego. “Wpuszczaj�” one do budynku wi�cej energii słonecznej ni� wynosz� ich straty ciepła.

Tak wysok� izolacyjno�� uzyskuje si� poprzez zastosowanie szklenia z trzema szybami, z podwójn� warstw� niskoemisyjn� oraz poprzez wypełnienie przestrzeni mi�dzy szybami gazami szlachetnymi (np. argonem, kryptonem czy ksenonem). Specjalna warstwa niskoemisyjna, któr� pokrywa si� powierzchnie szkła, składa si� najcz��ciej z tlenków metali. Jej działanie mo�na porówna� do tarczy, która odbija promieniowanie cieplne z powrotem do pomieszczenia

8

Schemat okna 3-szybowego o współczynniku U=0,6 W/(m2K)

1 – przestrze� mi�dzyszybowa wypełniona kryptonem,2 – warstwa niskoemisyjna, 3 – szkło float, 4 – izolacyjna ramka dystansowa, 5,6 – uszczelnienie (tiokol, butyl, silikon)

Sam monta� takiego okna te� nie jest bez znaczenia. Gł�boko�� osadzenia musi by� tak dobrana, aby zapewni� optymalny przebieg izoterm. Okna w domach pasywnych montuje si� na zewn�trz muru na kształtowniku stalowym lub na specjalnie ukształtowanej konsoli.Konsola ta mo�e by� wykonana z drewna lub z purenitu. Nast�pnie na mur z zamontowanym oknem nakłada si� ocieplenie. Dla zapewnienia odpowiedniej szczelno�ci mi�dzy ram� okienn� a murem, podczas monta�u stosuje si� specjalne ta�my uszczelniaj�ce zarówno od wewn�trz, jak i na zewn�trz ramy okiennej.

W budownictwie pasywnym szczelno�� sprawdza si� specjalnym testem. W drzwiach wej�ciowych lub oknie ustawia si� urz�dzenie z dmuchaw�, tzw. “blower door”. Urz�dzenie to wypompowuje powietrze z wn�trza a� do uzyskania podci�nienia w wysoko�ci 50 Pa. Wówczas mierzy si� strumie� powietrza przepływaj�cego przez nieszczelno�ci.

6. Wentylacja z odzyskiem ciepła

W tak szczelnym domu jakim jest budynek pasywny nie ma mowy o stosowaniu wentylacji grawitacyjnej, gdy� na pewno nie spełni ona swojego zadania. Jedynym ekonomicznym sposobem na skuteczn� wymian� powietrza w pomieszczeniach b�dzie wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna z odzyskiem ciepła. Charakteryzuje si� ona tym, �e zarówno napływ �wie�ego, jak i usuwanie na zewn�trz zu�ytego powietrza odbywa si� w sposób wymuszony i kontrolowany. Najwa�niejszym elementem takiej wentylacji jest rekuperator czyli centrala wentylacyjna z odzyskiem ciepła. Ma on wbudowany wymiennik, w którym pomi�dzy strumieniami nawiewu i wywiewu zachodzi wymiana ciepła. Kiedy na dworze jest chłodniej ni� w domu, ciepłe zu�yte powietrze usuwane z pomieszcze� ogrzewa chłodniejsze –�wie�e napływaj�ce z zewn�trz.

W ten sposób mo�na odzyska� nawet do 80% ciepła !

Schemat działania rekuperatora

Przykład umieszczenia rekuperatora na poddaszu nieu�ytkowym

9

W systemie wentylacji nawiewno-wywiewnej do dostarczenia �wie�ego powierza i usuwania zu�ytego, słu�y sie� kanałów wentylacyjnych. Ich odpowiednie poprowadzenie nale�y równie� przemy�le� ju� na etapie projektowania.

Poza wymiennikiem ciepła - rekuperatorem wewn�trz domu mo�na równie� zastosowa� gruntowy wymiennik ciepła (GWC), w postaci obiegu kanałów zakopanych w gruncie. Wykorzystuje si� wtedy stał� temperatur� +10°C panuj�c� w naszej strefie klimatycznej na gł�boko�ci 1÷4 m w ci�gu całego roku. Dzi�ki temu wymiennik ten schładza powietrze latem a ogrzewa zim�.

GWC gruntowy GWC �wirowy

7. Zastosowanie kolektora słonecznego do ogrzania cwuKolektory słoneczne słu�� do odbioru ciepła promieniowania słonecznego i przekazywania go do cieczy roboczej, która z kolei ogrzewa wod� u�ytkow� lub ciecz w zbiornikach akumulacyjnych. Kolektory mog� by� u�ywane przez cały rok, gdy� ich stosowanie jest opłacalne nawet je�li podgrzej� wod� tylko o 3oC. Najwi�ksza efektywno�� kolektora płaskiego w warunkach polskiego klimatu przypada na okres od kwietnia do wrze�nia, co wida� na wykresie:

Kolektory słoneczne składaj� si� z nast�puj�cych elementów:

•Prze�roczysta pokrywa – wykonana z hartowanego szkła o niskiej zawarto�ci tlenku �elaza, które charakteryzuje si� wysok� przepuszczalno�ci� promieni słonecznych.

•Absorber – główny element kolektora słonecznego. Powinien by� wykonany z metalu dobrze przewodz�cego ciepło. Najcz��ciej jest to mied�. Metal ten jest pokryty substancjami, które zwi�kszaj� absorpcj� ciepła. Do płyty absorbera przylutowane s� rurki, przez które przepływa ciecz robocza.

•Izolacja i obudowa – aby kolektor nie oddawał ciepła do otoczenia, musi by� izolowany. Cało�� mie�ci si� w obudowie kolektora (najcz��ciej aluminiowej), która powinna by� szczelna.

Budowa płytowego kolektora słonecznego

10

Kolektory słoneczne mo�na instalowa� wsz�dzie, w dowolnej konfiguracji. Mog� by� instalowane zarówno na dachu, jak i na ziemi – na stojaku. Jednak aby otrzyma� najlepsze efekty, warto trzyma� si� odpowiednich zasad przy ich monta�u.

Trzeba równie� pami�ta�, �e kolektory słoneczne s� najwa�niejsz� cz��ci� słonecznej instalacji grzewczej, ale nie jedyn�. Do pozostałych elementów takiej instalacji nale��: zbiornik na wod�, wymiennik ciepła, pompa obiegowa, regulator.

System ISOMAXPrzy budowie domu pasywnego trzeba si�ga� do coraz to nowszych technologii oraz technik oszcz�dzania energii. Jednym z takich jest -system ISOMAX, który dopiero wchodzi na polski rynek.

Sposób działania systemu jest prosty. Na dachu pomi�dzy dachówkami i izolacj� ciepln� układane s� rury z polipropylenu w �rednim rozstawie co 25 cm. Ten sam system rur układany jest w rdzeniu �cian zewn�trznych budynku oraz pod płyt� podłogi na gruncie.

�ciany w tym systemie musz� posiada� izolacj� termiczn�, tak by ciepło - które b�dzie przewodzone rurami - nie uciekało. Najcz��ciej stosuje si� symetryczn� izolacj� z płyt styropianowych, uło�onych z obu stron �ciany. Rdze� no�ny �cian tworzy warstwa bio-poron-betonu. Jest to beton komórkowy, który składa si� z wody, kwarcu, cementu portlandzkiego i soli. Wylewa si� go, w zale�no�ci od odległo�ci budowy, w fabryce lub bezpo�rednio na budowie. Cały proces składania �cian mo�e trwa� tylko do kilku dni.

Energia, pochodz�ca od sło�ca i magazynowana w dachu: pod dachówkami, blach� lub pap� bitumiczn�, jest transportowana do ziemi, do płyty fundamentowej. Tu znajduje si� przekładnia powietrza. Dzi�ki temu, �e składa si� ona z dwóch rur, umieszczonych jedna w drugiej, mo�liwa jest du�a rekuperacja ciepła. Glikol, kr���cy w rurach i b�d�cy no�nikiem energii, nagrzewa si� do temperatury 18-20 stopni. Z przekładni energia kierowana jest z powrotem do bio-poron-betonowych �cian, te za� zaczynaj� tworzy� swoist� barier� termiczn� dla ciepła, wydostaj�cego si� na zewn�trz budynku.

System Isomaxu słu�y nie tylko do ogrzewania budynków, ale i ich schładzania. Wtedy powietrze schładzane jest w dodatkowym obiegu, umieszczonym pod płyt� podłogi na gruncie. W rurach, wbudowanych w �ciany zewn�trzne, idzie wi�c dwukierunkowo. Poza dwiema pompamiobiegowymi w budynku cały czas pracuj� dwa wentylatory.

Systemy Solarne

PRZYSZŁO�a

mo�e tera�niejszo��

11

������������ ��

������������ �������� ������

������ �������� ���������������������������� ����� ������� �� �������

� �������������� ��� ���������������

Wykorzystanie energii słonecznej

Pasywne metody odzyskania Pasywne metody odzyskania energii słonecznejenergii słonecznej

StoTherm Solar

TransparentnyTransparentny system system ocieple�ocieple�(TWDVS)(TWDVS)

Pomysł

Schemat systemu

���������� �������

�� ��������������

� !�� �����

"� #���� �����

Komponenty systemu

#����������������

��� ���$��

#���#��������������������������

�������� �������

���#%��� �&����'�(������

����$�� ()�

12

Sposób funkcjonowania

cz��ciowa absorpcja

podczerwieni

odzysk energii cieplnej

dodatkowe

ciepło

promieniowanie słoneczne

odbicie

promieni

Sposób funkcjonowania

���������������� �� � �� � �� � �� �

Rozkład temperatur

#����������������

#���#��������������������������

�������� �������

���#%��� �&����'�(������

�)�

#����$��

# ���$��

��� ���$��

����$��

Rozkład temperatur

������������ ���$�� ���$�� ���$�� ���$��

����$�� ����$�� ����$�� ����$��

*�����

#�����$��

# ���$��

*�����

#�����$��

# ���$��

+,�-&

��,�-&

�,�-&

�.�-&

��,�-&

�,�-&

�/�-&

�ciana z elementemsolarnym

normalny system ocieple

Uzysk energii słonecznej w okresie grzewczym

,

�,

",

+,

/,

�,,

��,

�",

��)���� ��%0� ��%0� �0���

1�2%'�3�4

TWDVS na ró�nych materiałach

2���2���2���2���2���2���2���2��� �������)� ������)� ������)� ������)� ������)� ������)� ������)� ������) 5������5������5������5������5������5������5������5��������������������������������5����5�������)��5����5�������)��5����5�������)��5����5�������)��5����5�������)��5����5�������)��5����5�������)��5����5�������)66666666��������)����������)����������)����������)����������)����������)����������)����������)��7�7�7�7�7�7�7�7����58���58���58���58���58���58���58���58����������������������������������������99999999

5����������������)�5����������������)�5����������������)�5����������������)�5����������������)�5����������������)�5����������������)�5����������������)��������� ����������!����)��)�������� ����������!����)��)�������� ����������!����)��)�������� ����������!����)��)�������� ����������!����)��)�������� ����������!����)��)�������� ����������!����)��)�������� ����������!����)��)

Cegła Cegła dziurawkadziurawka

(1200)(1200)

Cegła Cegła dziurawkadziurawka

(800)(800)

PorotonPoroton

(700)(700)

Cegła Cegła silikatowasilikatowa

(1900)(1900)

BetonBeton

(2200)(2200)

Cegła Cegła pełnapełna

(1700)(1700)

�������� �������� ��������

�������� �������� ��������

13

Panele takie pod nazw� rynkow� „RymSol” s� specjalnym rodzajem izolacji termicznej posiadaj�cym mo�liwo�� pochłaniania promieniowania słonecznego i oddawania go do muru w postaci ciepła. Ł�cz� one w sobie zalety estetycznego wygl�du i wyj�tkowo dobrych wła�ciwo�ci izolacyjnych oraz stosunkowo du�ej penetracji słonecznej. Jednoczesne pochłanianie i izolowanie daje panelom mo�liwo�� kumulowania ciepła w murze i dzi�ki temu działaj� one jak wentyl termiczny, spełniaj�cy swoje zadanie nawet w najsurowszych klimatach.

Słoneczne panele grzewcze systemu RymSolZasada działania funkcji grzewczej paneli RymSol polega na mo�liwie stałym utrzymywaniu ciepłego powietrza przy �cianie budynku, wymaga ichzastosowania na masywnych �cianach z materiału nieizolacyjnego, maj�cego mo�liwo�ci akumulacji ciepła. Wówczas �ciany spełniaj� funkcj� magazynu ciepła i �ciennego ogrzewania pomieszcze�.

Ilo�� pochłanianego przez panele ciepła zale�y od nat��enia nasłonecznienia w danym regionie geograficznym. W Polsce mo�e przewy�sza� nawet 300 W/m2, co przy stratach noc� (tylko około 0,4 W/m2) daje bardzo interesuj�cy bilans cieplny.

Aktywne metody odzyskania Aktywne metody odzyskania energii słonecznejenergii słonecznej

Sło�ce - podstawowe �ródło energii dla ludzko�ci

• Energia Promieniowania Słonecznego (EPS) w staro�ytno�ci- cywilizacja �ródziemnomorska (od V w. p.n.e.) – architektura słoneczna- wykorzystanie w rolnictwie do suszenia

• Kryzys naftowy 1972 – pocz�tek rozwoju współczesnej techniki słonecznej

• Cele wykorzystania EPS- redukcja zu�ycia paliw kopalnych- zmniejszenie emisji zanieczyszcze� do �rodowiska

Rozwój

0

1 000

2 000

3 000

4 000

5 000

6 000

7 000

8 000

9 000

10 000

1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

[GWh]

Energia uzyskiwana z promieniowania słonecznego w Europie[Dane: Eurostat 2007]

Konwersja EPS

• Fototermiczna –przetwarzanie na ciepło

• Fotowoltaiczna –przetwarzanie na energi� elektryczn�

• Fotochemiczna –przetwarzanie na energi� chemiczn� (np. fotosynteza)

14

Konwersja fotochemicznaPromieniowanie słoneczne

Temperatura: 5 500°C (wewn�trz ponad 15 mln °C)

Odległo��: 150 mln km(8 min.)

Moc: 380 000 000 000 000 000 000 000 000 W (3,8 * 10^26 W)80dr in�. Andrzej Górka 2008

Promieniowanie słoneczneStała słoneczna: 1367 W/m2Europa – napromieniowanie

całkowite

Zasoby helioenergetyczne pa�stw europejskich

15

Zasoby helioenergetyczne Polski

– Usłonecznienie w Polsce: 14-22% (�rednio 1580 h)

– �rednie nat��enie promieniowania: 600-800 W/m2

– Napromieniowanie całkowite: 860-1140kWh/m2

Produkcja energii ze �ródeł odnawialnych w Polsce [TJ]

Zmienno�� roczna dost�pnej EPS

Płaszczyzna pozioma

Płaszczyzna nachylona 45°skierowana na południe

Zmienno�� roczna i dobowa wzgl�dnego poło�enia Sło�ca

Parametry�rednia moc elektrowni: 180 MWKoszt energii 0,15 USD/kWh(�ródła konwencjonalne: 0,04 USD/kWh)

Konwersja cieplna wysokotemperaturowa EPSelektrownie słoneczne

16

Konwersja cieplna niskotemperaturowa EPS kolektory słoneczne

Kolektor bez przeszklenia Kolektor standardowy

Kolektor z ograniczon� konwekcj� Kolektor z izolacj� transparentn�

Kolektor pró�niowy płaski Kolektor pró�niowy rurowy

Powłoka selektywnapułapka na promieniowanie

Płaski kolektor słoneczny Rurowy kolektor pró�niowy standardowy

Rurowy kolektor pró�niowy z rurk� ciepln�

mo�liwo�� obrotu ale wymagane pochylenie 25°

Rurowy kolektor pró�niowy z rurk� ciepln�

17

Mo�liwo�ci monta�u kolektorów Sprawno�� kolektora słonecznego• Straty ciepła zale�� od ró�nicy temperatur mi�dzy absorberem, a

otoczeniem• Przy niskiej temperaturze otoczenia i małym nat��eniu

promieniowania kolektor słoneczny przestaje działa�

Dost�pno�� a zapotrzebowanie ciepła w systemach słonecznych

Potrzeby zale�ne od te (ogrzewanie + wentylacja)

Potrzeby stałe(technologia + c.w.u.)

Wydajno��kolektorów

słonecznych

Brak koherentno�ci

Konieczno�� magazynowania energii

• Krótkoterminowemax. kilka dni– woda w zbiornikach w

budynku (max. kilka m3)

– elementy stałe w budynku

• Długoterminowekilka miesi�cy– woda w zbiornikach w

budynku (setki m3)– woda w zbiornikach

naturalnych– magazyny betonowe,

gruntowe– ciepło przemiany

fazowej (PCM)

Elementy małej instalacji

• Grupa 1kolektory słoneczne

• Grupa 2zespół sterowniczo-pompowy

• Grupa 3odbiór i magazynowanie ciepła

Kolektory słoneczne dla szpitala

18

Konwersja fotowoltaiczna energii słonecznej Ogniwa fotowoltaiczne• Zjawisko zamiany �wiatła na pr�d elektryczny odkrył Edmund Becquerel w

1839 roku. • Podstaw� ka�dego systemu fotowoltaicznego s� tzw. ogniwa

fotowoltaiczne, czyli urz�dzenia zbudowane z półprzewodników –kryształów krzemu, konwertuj�ce �wiatło słoneczne wprost na pr�d elektryczny.

• Mog� by� zainstalowane na stałe, b�d� te� posiada� systemy �ledzenia ruchu sło�ca na nieboskłonie.

• Moc uzyskiwana z ogniw:ponad 100 W/m2

(przy maksymalnym nasłonecznieniu)

Ogniwa fotowoltaiczne

Statyw do �ledzeniapoło�enia Sło�ca

Ogniwa fotowoltaiczne - perspektywy– Energia elektryczna z w�gla –

ok. 1 USD/W– Energia elektryczna z ogniw

PV:1975: 100 USD/W2007: 3..4 USD/W…..2012: 0,80 USD/W (???)

Wg firmy FLISOM (CH) –folia półprzewodnikowa bez krzemu, produkowana w „belach”

107dr in�. Andrzej Górka 2008

Energia słoneczna dla budynków przemysłowych i u�yteczno�ci publicznej

• Ogrzewanie budynków > brak koherentno�ci > niewielkie zastosowanie

• Chłodzenie budynków > dobra koherentno��– wytwarzanie ciepła dla absorpcyjnych układów

chłodniczych– wytwarzanie energii elektrycznej dla spr��arkowych

układów chłodniczych

• Cele technologiczne (zakłady przemysłowe) i przygotowanie c.w.u. (np. szpitale)– konieczne magazynowanie energii– konieczne dodatkowe �ródło ciepła

19

Przykłady wykorzystania EPS w budynkach przemysłowych i

u�yteczno�ci publicznej

Sustainable Building Design

View from outside with photo-voltaic roof(Architects: Jourda + Perrodin and HHS-Architects, Lyon/Kassel)

Panele PV - obiekt handlowyTesco w Zdzieszowicach

• Baterie słoneczne na 5% powierzchni dachu• Moc szczytowa: 3 kW• Planowana roczna produkcja energii elektrycznej: 5 000 kWh

Szersze wykorzystanie EPS zale�y od:– polityki energetycznej pa�stwa– polityki ekologicznej pa�stwa– relacji cen energii i urz�dze� do produkcji

energii– polityki podatkowo-kredytowej promuj�cej

technologie słoneczne i wykorzystuj�ce energie odnawialne

Przykłady budownictwa Przykłady budownictwa pasywnegopasywnego

20

Od namiotu do ko�cioła pasywnego

Parafia Na Równi Szaflarskiej - wizualizacja

21

Analiza nasłonecznienia - przekrój poprzeczny

Podsumowanie

Zaletami budynków pasywnych oprócz oczywi�cie mistrzostwa w oszcz�dzaniu energii, s�:• najwy�szy komfort cieplny – optymalna temperatura wewn�trz pomieszcze�, stały dopływ �wie�ego powietrza, równomierny rozkład temperatur;• ochrona �rodowiska – dzi�ki niskiej emisji szkodliwych gazów wynikaj�ca ze znacznego obni�enia zu�ycia energii w całym procesie powstawania budynków pasywnych (produkcja, monta�, eksploatacja, utylizacja), • ochrona zdrowia człowieka – brak przeci�gów i wra�enia zimna, zdrowy rozkład temperaturowy pomieszcze� (niewielka ilo�� energii cieplnej do ogrzewania eliminuje gor�ce grzejniki).

Budowa domu pasywnego jest dro�sza od standardowego budynku o przeci�tnym zapotrzebowaniu na energi�.Wynika to z zastosowania materiałów budowlanych wysokiej jako�ci, o bardzo du�ej izolacyjno�ci cieplnej oraz odpowiednich urz�dze� do wentylacji. Jednak nie musimy wykonywa� kompleksowej instalacji co.

Z do�wiadcze� europejskich wynika, �e poniesione nakłady zwracaj� si� w okresie około 5-letnim. Okres ten mo�e by� jeszcze krótszy, je�li we�miemy pod uwag� rosn�ce ceny energii (m.in. oleju opałowego i gazu) oraz coraz wi�ksz� dost�pno�� materiałów budowlanych przeznaczonych do domów pasywnych.

22

Troch� historii budownictwa pasywnego

=>Koncepcja budynku pasywnego została stworzona 20 lat temu przez dr Wolfganga Feista i jego współpracowników w Instytucie Mieszkalnictwa i �rodowiska w Niemczech. =>Pierwszy budynek pasywny zbudowany został w Darmstadt w Niemczech. Powstał zespół w zabudowie szeregowej, składaj�cy si� z czterech domów. Ich roczne zapotrzebowanie na energi� wynosi 10 kWh/m2. =>W okresie pó�niejszym powstały kolejne osiedla budynków pasywnych: 21 domów w Wiesbaden, 32 domów w Hannowerze i 52 domy w Stuttgarcie. Realizacjom tym towarzyszyły intensywne programy badawcze maj�ce sprawdzi�, czy zało�enia projektowe potwierdziły si� w praktyce. =>W 1998 roku idea domów pasywnych została wsparta przez Uni� Europejsk� poprzez projekt CEPHEUS. W Niemczech, Austrii, Szwecji i Francji powstało 250 mieszka� w 14 budynkach pasywnych. =>W roku 2003 w Niemczech, Austri i Szwajcarii istniało ponad 3000 zamieszkałych jednostek mieszkaniowych w standardzie budynku pasywnego. =>Szacuje si� �e w 2005 roku w krajach Uni Europejskiej istniało ponad 5000 jednostek mieszkaniowych opartych na technologii domu pasywnego.

klasy energetyczne [Kwh/(m2rok)]

Podział rocznego zu�ycia energii w przeci�tnym gospodarstwie domowym

Obraz wykonany kamer� termo-wizyjn� obrazuj�cy przenikalno�� ciepła. Z lewej strony okna energooszcz�dne w ocieplonym budynku.

23

24

Rodzaj przegrody: [U max]�ciany zewn�trzne: [W/(m2·K)]

Stropodachy: [W/(m2·K)]

Okna: [W/(m2·K)]

Polska:PN-74/B-02020PN-82/B-02020PN-91/B-02020Dz.U. z 2002 r. nr 75; poz. 690

1,16 - 1,450,750,550,30 - 0,50

0,810,450,300,30

bez wymaga�2,6 - 4,02,0 - 2,62,0 - 2,6

Niemcy:WSVO-82WSVO-95DIN 4108 ti 19˚C

0,600,35 - 0,500,35 - 0,45

0,450,22 - 0,300,25 - 0,30

2,61,81,7

Czechy, Słowacja:CSN 730540/92 0,46 0,31 2,7Budownictwo energooszcz�dne: < 0,25 < 0,15 < 1,5

Budownictwo pasywne: < 0,15 < 0,10 < 0,6