От 1995 г. идеята за 1,5-литрови къщи се комерсиализира успешно от Института за пасивни къщи в Дармщат, под не особено подходящото име „пасивни жилища“, което може да предполага пълна липса на активни инсталации, извличащи енергия от околната среда. Потребление на
топлина
Потребността от топлина за отопление на нашата къща също е три пъти по-ниска от границата за пасивни къщи. Пазарните предложения за изграждане на пасивни къщи са с 30-40% по-високи от традиционните (прочетете: отговарят на изискванията на строителните норми).
В предишни статии от тази поредица описахме как да постигнем този енергиен стандарт за вашия дом и показахме, че той е много икономически полезен. Нека ви напомним, че го постигнахме благодарение на високата изолационна мощност на непрозрачни строителни прегради, за които коефициентите на топлопреминаване U имат стойност не повече от 0,1 W / (m2K). Постигнахме го главно благодарение на различна философия на подход към сградата, за която са важни активните елементи, като използването на прозорци с коефициент на топлопреминаване на прозорец с автоматично затворена ролетна щора Uw = 0,7 W / (m2K) и коефициент на пропускане на слънчева енергия от g = 0,67.Такъв активен подход за получаване на слънчева енергия изглежда съвсем очевиден, когато сравним търсенето на топлина на ADD с енергията, осигурена от слънцето. В Полша това е годишно - в зависимост от региона - 800-1200 kWh / m2. Получаването дори на 1% от тази енергия за отопление не би трябвало да е особено трудно технически.
Мощност на отоплителната система
Изключително важен енергиен параметър на сградата е търсенето на мощност на отоплителната система. Той определя необходимия размер на отоплителните устройства, за да се осигури топлинен комфорт, т.е.да се получи температура на въздуха от 20 градуса C в помещенията, с изчисляването на най-ниската средна външна температура в даден регион. За най-голямата от петте климатични зони в Полша тя е -20 градуса С.
В проектираната автономна достъпна къща тя е 2,4 kW, което е 17 W / m2 на единица площ. Ако това не е много, това показва сравнение на потреблението на отоплителна мощност в ADD на спалня от 14 м2 с енергията, излъчвана от жителите. За това пространство изискването за мощност ще бъде 14 m2 × 17 W / m2 = 238 W, а двама спящи отделят 240 W топлина. Както можете да видите, при такова търсене на енергия двама души могат да покрият топлинните загуби при външна температура от -20 градуса С. Това означава, че дори през студената зима в къща с почти нулево потребление на топлина, по-голямата част от енергията, необходима за покриване на топлинните загуби, идва не от устройства, предназначени за тази цел, а от жителите,домакински уреди, осветление и др.
Тъй като това е резултат от подробните топлинни баланси в такива къщи, през отоплителния сезон общите печалби от слънчева и жива топлина са по-големи от общите загуби. Въпреки това се нуждаем от външни енергийни източници. Това се дължи на факта, че потокът от топлинни печалби е повече или по-малко постоянен и не зависи от външната температура. Следователно за голяма част от отоплителния сезон имаме топлинни печалби, които надвишават загубите. Това може да доведе до прегряване на помещенията, поради което излишната топлина трябва да се отстранява от вентилационната система. В същото време при ниски външни температури тази енергия не е достатъчна за покриване на топлинните загуби и следователно трябва да имаме допълнителни енергийни източници в къщата.
В традиционното строителство цената на горивото е определяща в сметката за отопление. Ето защо много хора, които строят такива къщи, решават на огромни капиталови разходи, за да намалят цената на 1 kWh топлина. Един от начините е да инсталирате термопомпа, чиято цена е около 40-60 хиляди.
Тъй като търсенето на топлина е толкова ниско, колкото при ADD, подобни инвестиции обаче са икономически неизгодни. Разходите за отопление на такава къща с най-скъпия вид енергия, т.е.електрическа енергия, са под 500 годишно, а инсталационните разходи са 2000 … Това означава, че разликата между най-евтината инсталация и термопомпа е поне 38 000 PLN. Ако спестените по този начин пари трябваше да бъдат депозирани в банка, лихвата щеше да бъде около 2000. на година, което е четири пъти повече от цената на електроенергията, използвана за отопление.
Топла вода
В ADD връзката между енергийните разходи за отопление и топла вода е различна. В къща със същата архитектура, но с енергийния стандарт, препоръчан от министъра на инфраструктурата като рационален (160 kWh / m2 / годишно), годишното потребление на топлина за отопление ще бъде 160 kWh × 144 = 23 040 kWh. Стандартното годишно потребление на топлина за отопление на вода за 4 души е 2500 kWh. По този начин, за да приготвим топла вода, се нуждаем от около 10% от топлината за отопление. Следователно от гледна точка на енергийните разходи това не е съществен проблем. При ADD ситуацията е различна - стандартното търсене на топлина за отопление на водата е повече от три пъти по-голямо от търсенето на топлина за отопление на къща.
Следователно си струва да се инвестира в радикално намаляване на търсенето на топла вода. Подобно предложение може да предизвика силно противопоставяне от по-голямата част от ентусиастите на горещите бани, което включва и автора на този текст. За щастие се оказва, че радикалното намаляване на консумацията на вода не изисква никакви лични жертви, а само ограничаване на нейните невероятни загуби. Има много примери; от моя собствен опит ще цитирам един - миене на зъби с отворен кран с топла вода. Повече от 80% от времето на тази операция горещата вода тече направо от крана към канализацията. Ако вместо традиционните фитинги беше инсталирано безконтактно устройство, водата ще тече само когато донесем ръката си с четка или изтеглим вода, за да изплакнем устата.
Използвайки високоефективни аератори, близки фитинги, съдомиялни машини и модерни перални машини, можем да намалим консумацията на вода с до 60%. Тогава търсенето на топлина за отоплението му (0,4 × 2500 = 1000 кВтч) ще бъде годишно подобно на количеството топлина, необходимо за отопление на къщата, а ако го отнесем само към отоплителния сезон - малко над 30%.
Как да отопляваме помещения и вода в ADD
В ADD се нуждаем от 911 kWh за отопление на къщата и около 320 kWh през отоплителния сезон от камина с водна риза (останалите 680 kWh ще бъдат осигурени от слънчеви колектори) за приготвяне на топла вода, т.е. общо 1231 kWh топлинна енергия.
Електрическо отопление. Електрическото отопление несъмнено би било най-евтината инвестиция. Въпреки това, високата вероятност както за радикално увеличение на цените на електроенергията, така и за нарастващия риск от чести откази на електрическата мрежа трябва да бъдат взети предвид сериозно.
Екологичните аргументи също са важни, тъй като използването на електричество в Полша е свързано с високо замърсяване на околната среда.
Очаквани разходи за 1 kWh електроенергия, включително разходи за амортизация на отоплителни уреди, като се предполага, че инвестиционните разходи не надвишават 3 000 PLN. и ако приемем 10-годишната трайност на електрическите отоплителни устройства, те ще бъдат 3000 / (10 години × 1231 kWh / година) + 0,53 / kWh = 0,77. По този начин разходите за електрическо отопление, като се вземат предвид разходите за отоплителната система в ADD, ще бъдат 1231 kWh × 0,77 / kWh = 948 / година.
Камина с водна риза. Камината с водна риза е лишена от гореспоменатите рискове и изключително полезна от гледна точка на екологията. Колко важна е камината е нейната връзка с архетипа на огъня и огнището. Ето защо много хора не могат да си представят дом без него. Така че, нека приемем, че разходите за подмяна на обикновена камина с такава с водна риза, със 700-1000-литров акумулатор на топлина и оборудвана с автоматизация, захранвана от батерии, ще възлязат на 10 000 …
С цената на 1 kWh топлина от дърво при 0,15 и приемайки 15-годишна трайност на цялата инсталация, цената на 1 kWh енергия, получена от такава отоплителна система, ще бъде 10 000 / (15 години × 1231 kWh / годишно) + 0,15 = 0, 69. По-евтино е, отколкото при електрическо отопление и без рисковете, но разбира се много по-малко удобно. Въпреки че неудобството тук е много по-малко, отколкото в традиционните къщи с такава отоплителна система, тъй като при температура от -20 ° C е достатъчно камината да се зареди с мощност 8 kW еднократно (най-често използваните камини в еднофамилните къщи са от 8 до 20 kW). При по-високи външни температури обаче е достатъчно да се свети веднъж на няколко дни.
За съжаление използването на камината извън отоплителния сезон за отопление на водата не е добро решение. Пушенето в камина, когато навън е топло, не е приятно, да не говорим за прегряване.
Слънчеви панели. Слънчевата инсталация е решението на проблема с топлата вода през лятото. Високотемпературните вакуумни колектори могат да покрият 100% от оптимизираното потребление на топла вода от началото на март до края на октомври. За да стане възможно, наклонът им спрямо хоризонталата трябва да бъде 60 ° през март и октомври и най-добре би било да монтирате колекторите по такъв начин, че да е възможно да се промени ъгълът им на наклон. В ADD те са разположени на южната стена на хоби стаята.
4 м2 вакуумни колектори са достатъчни за покриване на общото търсене на топла вода от март до октомври, като се приеме тяхната ефективност от 30% (тук трябва да се отбележи, че ефективността от 60%, дадена от производителите, приема перпендикулярната посока на слънчевата радиация спрямо колектора, която се извършва само по обяд).
Ако приемете цената на слънчева инсталация в размер на 10 000 (без резервоара, защото вече го имаме) и неговия 20-годишен живот, цената на 1 kWh ще бъде 10 000 / (20 години × 680 kWh / годишно) = 0,76. Това на практика е същото като използването на електричество, но като се имат предвид нарастващите му цени и рискът от прекъсване на доставките, струва си да изберете колектори.
В най-слънчевите месеци те ще произвеждат значително излишно топлина. При класическите инсталации този проблем се решава с помощта на различни скъпи технически решения. В ADD този проблем се решава от наземния резервоар за съхранение (GZC), който поема излишната топлина през лятото.
Хибридни клетки. След като се оптимизира търсенето на топлина, истинското предизвикателство е да се постигне автономност на електричеството. Ще обсъдим този въпрос по-подробно в следващия епизод на тази поредица.
Сега бих искал само да обърна внимание на определено свойство на фотоволтаичните клетки, едно от двете - до вятърните мелници - най-популярните възобновяеми източници на електроенергия. Е, те имат значителен недостатък. Това е 0,5% намаление на капацитета за всяко повишаване на температурата с 1 ° C. Това означава, че когато клетките могат да произвеждат най-много енергия, т.е.в много слънчев летен ден, тяхната ефективност спада с поне 20% поради повишаването на температурата.
Един от начините за намаляване на този спад е охлаждането на клетката. Ако използваме вода за това, ще бъде добър начин да го загреем. За съжаление, ако целта е ефективно охлаждане на клетката, тя не трябва да има температура по-висока от 30 ° C, което означава, че няма да е от полза за жителите. Освен ако не го използваме за отопление на земята под сградата. Така се ражда концепцията за земния акумулатор на топлина. Така че не търсенето на начин за акумулиране на летния излишък на слънчева енергия за зимата, а необходимостта да се увеличи ефективността на фотоволтаичните клетки.
Събраната по този начин топлина, разбира се, може да се използва за отопление на сградата през зимата. За целта температурата на подаване към климатичната система трябва да бъде под 25 ° C. Това е ситуацията, с която се справяме в нашата къща, чиято мощност е 17 W / m2.
Ако отоплителната система е подово отопление с керамични подове или други, но не и бариери пред топлината, температурата на подаващата вода няма да надвишава 25 ° C при външната проектна температура за третата климатична зона -20 ° C.
Земен акумулатор на топлина. Пълното топлинно покритие за отопление на къщи при температури по-ниски от -5 ° C изисква около 250 kWh топлинна енергия, за да се натрупа в земята. За това количество топлина при температура 25 ÷ 27 ° C са достатъчни 250 м3 влажна почва със значителен дял глинени фракции (глина). При външни температури по-високи от -5 ° C, можем да получим топлина от резервоара за съхранение до 21 ° C, т.е. още 600 kWh. Също така си струва да се помни, че благодарение на резервоара елиминирахме загуби през пода в размер на 400 kWh.
Разходите за изграждане на GZC са около 15 000 … Той може да охлажда PVT клетки с площ от над 50 m2 до 30 ° C. Чрез подобряване на ефективността им ще бъдат произведени допълнителни 50 m2 × 170 kWh × 0,2 = 1700 kWh електроенергия със стойност 1700 kWh × 0,53 / kWh = 900.
Ако приемем, че без съхранението бихме получили енергия от дървесина, спестяванията ще възлязат на 1 310 кВтч × 0,15 / кВтч = 197. По този начин общите приходи от инвестиции в земно хранилище за топлина ще възлизат на 1097 годишно. ), направени за изпълнението му в размер на 15 000/1097 = 13,7 години, така че е повече от два пъти по-кратко от изплащането на заема. С други думи, дори ако разходите за наземния контейнер (който трае най-малко 80 години) идват от заема, сумата на тежестта на заема минус ползите, които имаме от контейнера, ще бъде по-ниска от цената на заема за построяване на къща без контейнера.
Средната цена на 1 kWh енергия, получена благодарение на наземното хранилище, е 15 000 / (80 години × (1700 kWh / година + 1310 kWh / година) = 0,06. Пазарната стойност на тази енергия е (1 700 × 0,53 + 1310 × 0,15 ) / (1700 + 1310) = 0,36, така че шест пъти повече! Ще
продължи
Оптималният избор на термична устойчивост на строителните прегради и поставянето на повечето прозорци на източната, западната и южната кота, както и използването на високоефективна вентилация с рекуперация - в комбинация с използването на подходящи колектори и PVT клетки - позволява да се намалят разходите за отопление и подготовка на топла вода до 320 kWh, получени от изгаряне на дърва в камината, със символична стойност 50 / година. Това означава, че предложените решения осигуряват не само енергийна автономия в областта на отоплението и топлата вода, но и най-ниската сума на капиталовите разходи и енергийните разходи към момента на изплащане на заема и по този начин най-голямата наличност на къщата (повече на www.dommadd.pl).
В следващия брой ще опишем възможния обхват на автономия в областта на електричеството.
