bud.ogolne - Budownictwo Pasywne
-
Upload
paniczwojciech -
Category
Documents
-
view
450 -
download
3
description
Transcript of bud.ogolne - Budownictwo Pasywne
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