Dom pasywny i dom solarny

– cechy charakterystyczne budynków

Cechy charakterystyczne domu pasywnego i domu solarnego

Dom solarny jako alternatywne rozwiązanie wobec domu pasywnego

Porównanie kosztów inwestycji i eksploatacji domu pasywnego i solarnego

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

Wydanie 1/2014

30.11.2014

2

Standard energetyczny budynku określany jest podstawową wartością, a więc

sezonowym zapotrzebowaniem ciepła, które zawiera informację ile ciepła (kWh)

należy przekazać rocznie na każdy 1 m2 powierzchni ogrzewanej domu.

Stare budynki cechowały się wysokimi stratami ciepła głównie na drodze

przenikania ciepła przez przegrody, a także na drodze zwiększonej infiltracji

(wentylacji) powietrza przez nieszczelną stolarkę okienną.

Znajomość sezonowego zapotrzebowania ciepła (kWh/m2rok) pozwala

oszacować koszty ogrzewania domu w zależności od zastosowanego paliwa

oraz sprawności źródła ciepła (np. kotła gazowego).

Standard energetyczny budynku

- sezonowe zapotrzebowanie ciepła

Dom o powierzchni użytkowej: 180 m2

Sezonowe zapotrzebowanie ciepła: 40 kWh/m2rok

Łączne potrzeby ciepła dla ogrzewania: 7.200 kWh/rok

Źródło ciepła: kocioł gazowy kondensacyjny

Koszt wytworzenia 1 kWh ciepła: 0,24 zł/kWh brutto

Koszy ogrzewania domu: 7.200 0,24 = 1.728 zł/rok

3

Budynki podobnie jak coraz więcej urządzeń na rynku zużywających energię,

są opisywane etykietami energetycznymi. Pozwala to m.in. na szybką ocenę

standardu energetycznego oraz spodziewanych kosztów eksploatacyjnych, także

osobom nie znającym dogłębnie zagadnień technologii budownictwa oraz

systemów grzewczych. Budynki można podzielić wg etykiet energetycznych:

Standard energetyczny budynku

- etykiety energetyczne budynków

Etykieta energetyczna

Sezonowe zapotrzebowanie ciepła, kWh/m2rok

Typ budynku

A++ maks. 10 Budynek pasywny

A+ maks. 15 Budynek niskoenergetyczny

A maks. 25

B maks. 50 Budynek energooszczędny

C maks. 100 Budynek średnio energooszczędny

D maks. 150 Budynek średnio energochłonny

E maks. 200 Budynek energochłonny

F maks. 250 Budynek wysoko energochłonny

G ponad 250 Budynek wysoko energochłonny

4

Pierwszy dom tzw. zero-energetyczny

zbudowano w Kopenhadze przy Duńskim

Uniwersytecie już w 1974 roku. Był to obiekt

o charakterze badawczym.

Pierwsze prywatne domy niskoenergetyczne

zbudowano w Niemczech w roku 1986

w Mosbach i Kassel.

Pierwszy dom pasywny o charakterze

badawczym zbudowano w Niemczech w 1991

roku w Darmstadt. Pierwsze domy pasywne

budowane do prywatnego powstały w roku 1997

(Wiesbaden, Niemcy).

Do końca roku 2013 szacunkowa ilość domów

pasywnych osiągnęła na świecie 50.000, z czego

około 25.000 domów pasywnych oddano do

użytku w Niemczech.

Historia budowy pierwszych budynków

niskoenergetycznych i pasywnych

Źródło: Eine Geschichte der Niedrigenergiehäuser bis zum Passivhaus, Institut Wohnen und Umwelt 1986

5

Dom solarny jest czasem nazywany szczególnym rozwiązaniem domu

pasywnego lub też tzw. domu zero- lub plus-energetycznego. Dom pasywny

zazwyczaj wykorzystuje kolektory słoneczne o małej powierzchni, przeznaczone

jedynie dla podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Dom solarny korzysta

z kolektorów słonecznych o dużej powierzchni (nawet kilkudziesięciu m2) dla

wytwarzania ciepła na potrzeby ogrzewania domu i podgrzewu wody użytkowej

tak aby roczne pokrycie potrzeb z energii słonecznej wynosiło ponad 50%.

Standard zero-energetyczny oznacza, że dom w ogólnym rocznym bilansie

energetycznym nie potrzebuje dodatkowej energii z zewnątrz. Takie standard jest

możliwy do uzyskania jedynie przy aktywnym wykorzystaniu energii słonecznej:

kolektorów słonecznych i ogniw fotowoltaicznych. Stąd budowane obecnie domy

zero-, a nawet plus-energetyczne w większości przypadków są zarazem domami

solarnymi.

Specyfika budowy i funkcjonowania domu solarnego jest nieco odmienna

w porównaniu do domu pasywnego, w którym dąży się przede wszystkim do

maksymalnego ograniczenia potrzeb cieplnych. W budynku solarnym potrzeby

cieplne mogą być nieco wyższe, będąc pokrywanymi z energii słonecznej.

Dom pasywny, a dom solarny

6

Pokrycie strat ciepła następuje

dzięki zyskom od nasłonecznienia QS

ciepła z instalacji solarnej QIS

Dodatkowe ciepło QE dostarczać

może kocioł na drewno. Widoczny

udział stanowią także wewnętrzne

zyski ciepła Qi

Zapotrzebowanie na ciepła dla

ogrzewania domu Qh pokrywa straty

przez przenikanie ciepła QT oraz

wynikające z wentylacji domu QV

W bilansie energetycznym domu

uwzględnia się również straty ciepła

zasobnika buforowego QS, rozdziału

Qd i przesyłu ciepła Qc,e oraz straty

ciepła kotła grzewczego Qg

Przykładowy bilans cieplny domu solarnego

QIS

7

Przykład domu solarnego

Powierzchnia ogrzewana: 162 m2

Wskaźnik potrzeb ciepła: 38,8 kWh/m2rok

Standard energetyczny: NF55

Łączne potrzeby ciepła (ogrzewanie domu

+ ciepła woda użytkowa): 12.000 kWh/rok

Maksymalne zapotrzebowanie ciepła: 6,5 kW

Źródło ciepła: kominek z płaszczem

wodnym o mocy grzewczej 25 kW

System ogrzewania: podłogowe

Zużycie paliwa: < 2 m.p. drewna

Instalacja fotowoltaiczna: 58 m2 (8,19 kWp)

Produkcja energii elektrycznej: 7.500 kWh/rok

Potrzeby własne energii el.: < 2.000 kWh/rok

Zużycie energii pierwotnej: 5 kWh/m2rok

(80% mniej niż dla domu pasywnego)

Źródło: Sonnenhaus Institut e.V.

Instalacja solarna: 46 m2

Zasobnik buforowy: 9.000 dm3

Stopień pokrycia

rocznych potrzeb ciepła: 65%

8

Domy solarne – pokrycie rocznych potrzeb

ciepła z energii słonecznej > 50%

Źródło: Sonnenhaus Institut e.V.

Instalacja solarna 54 m2

Zasobnik buforowy 9.300 dm3

Stopień pokrycia rocznych potrzeb ciepła: 78%

Instalacja solarna 40 m2

Zasobnik buforowy 7.300 dm3

Stopień pokrycia rocznych potrzeb ciepła: 59%

Instalacja solarna 70 m2

Zasobnik buforowy 9.300 dm3

Stopień pokrycia rocznych potrzeb ciepła: 78%

Instalacja solarna 37 m2

Zasobnik buforowy 6.700 dm3

Stopień pokrycia rocznych potrzeb ciepła: 52%

Instalacja solarna 45 m2

Zasobnik buforowy 8.350 dm3

Stopień pokrycia rocznych potrzeb ciepła: 70%

9

Zasobniki buforowe dużej objętości

Źródło: Sonnenhaus Institut e.V.

Dom solarny dla akumulacji ciepła na potrzeby ogrzewania budynku, musi

korzystać ze zbiorników buforowych dużej pojemności. Standardowo zakłada się

wymaganą pojemność jako 150-180 litrów

na każdy 1 m2 powierzchni kolektorów

słonecznych. Zbiornik wbudowany

zostaje w konstrukcję budynku.

Straty ciepła ze zbiornika bufo-

-rowego trafiają do budynku.

Dom solarny podobnie jak dom

pasywny czy niskoenergetyczny

wymaga dokładnego opracowania

projektowo-architektonicznego.

10

Bilans energetyczny domu pasywnego

i domu solarnego

Solar

Kocioł

Elektr.

qh

qW

qt

Ciepło natury

Elektr.

qh

qW

qt

Dom pasywny

(pompa ciepła)

Dom solarny

(D = 70%/rok)

qp = 10

qp =

50

kW

h/m

2ro

k

50

25

Dom pasywny z pompą ciepła np. typu kompaktowego powietrze/woda, będzie

wymagał dostarczenia większej ilości energii elektrycznej w porównaniu do domu

solarnego. Tym samym dom solarny, gdzie 70% potrzeb cieplnych pokrywa

energia słoneczna (G = 70%/rok), a 30% kocioł na drewno, będzie wymagał około

5-krotnie mniej energii pierwotnej w porównaniu do domu pasywnego.

Bilans ciepła i energii:

qh – ogrzewanie budynku

qw – ciepła woda użytkowa

qt – straty ciepła urządzeń

qp – energia pierwotna

Źródło: Sonnenhaus Institut e.V.

11

Porównanie kosztów eksploatacyjnych

dla 3 typów domów jednorodzinnych

Porównanie kosztów (na rynku niemieckim) wskazuje na blisko 2,5-krotnie niższe

koszty eksploatacyjne domu solarnego w porównaniu do domu pasywnego oraz

6-krotnie niższe w porównaniu do domu standardowego. Koszty inwestycyjne

mogą być dla domu solarnego niższe, przy czym uwzględniono (*) dotację na

rynku niemieckim, która w 2008 roku wynosiła ok. 5.000 EUR dla zakupu instalacji

solarnej tej wielkości.

Dom o przeciętnej

izolacji cieplnej Dom pasywny Dom solarny

Zapotrzebowanie i koszty zakupu paliwa 19.000 kWh

gaz ziemny: 1.330 €

4.500 kWh

drewno: 180 €

Zapotrzebowanie energii elektrycznej 300 kWh 3.200 kWh 300 kWh

Koszty energii elektrycznej 54 € 576 € 54 €

Roczne łączne koszty eksploatacji 1.384 € 576 € 234 €

Podwyższenie kosztów inwestycyjnych

- w tym: budynek

system grzewczy

0

42.000 €

36.000 €

6.000 €

31.000 €*

15.000 €

16.000 €*

Źródło: Sonnenhaus Institut e.V.

12

Koszty eksploatacyjne, €/rok

Ze względu na wytwarzanie większości potrzebnego ciepła na miejscu, dom

solarny cechuje się najniższymi kosztami eksploatacyjnymi – ogrzewania budynku

oraz podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Łączne roczne potrzeby ciepła

w przykładowym domu solarnym pokrywane są w 70% przez instalację solarną

oraz zyski od nasłonecznienia, a w 30% przez kocioł opalany drewnem

Źródło: Sonnenhaus Institut e.V.

Porównanie kosztów eksploatacyjnych

dla 3 typów domów jednorodzinnych

Dom solarny można traktować jako alternatywę dla domu pasywnego, nie

wymagającą jednak aż tak rygorystycznego wymogu zachowania standardu

energetycznego, ze względu na większe wykorzystanie energii słonecznej.

13

Dom zeroenergetyczny jako połączenie cech

domu solarnego i pasywnego

fot. ive.pege.org

dom zero-energetyczny

Vulaknland (Austria)

dom zero-energetyczny

Freiburg (Niemcy)

dom zero-energetyczny

Whistler (Kanada)

fot. robzwick.com fot. passipedia.passiv.de

Według dyrektywy 2010/31/UE wszystkie budynki budowane po 2020 roku będą

musiały cechować się niemal zerowym zużyciem energii. Oznacza to wymóg

zapewnienia bardzo wysokiej charakterystyki energetycznej budynku oraz

dostarczania ciepła i energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych.

Pierwszy dom tzw. zero-energetyczny zbudowano w Kopenhadze przy Duńskim

Uniwersytecie już w 1974 roku. Był to obiekt o charakterze badawczym.

Obecnie domy zero-energetyczne (niem. Nullenergiehaus , ang. zero-energy house)

powstają w wielu krajach, również w Polsce (Olsztyn, 2012). Najczęściej

wykorzystują aktywnie promieniowanie słoneczne, dzięki zastosowaniu

kolektorów słonecznych, zasobników buforowych oraz instalacji fotowoltaicznej.

14

Przykłady urządzeń dla domów solarnych

i pasywnych

W budynkach pasywnych i solarnych (także w niskoenergetycznych i innych)

można zastosować np. kolektory płaskie o wysokiej sprawności optycznej dzięki

zastosowaniu szyby ze szkła antyrefleksyjnego (jak Vaillant auroTHERM VFK 155). Przy

braku dostępu do gazu ziemnego, dom solarny może korzystać z kotła opalanego

peletem (jak Vaillant renerVIT VKP) o wysokiej sprawności 93%.

Pompa ciepła typu powietrze/woda lub solanka/woda może być wykorzystana

w połączeniu z instalacją solarną. Nieodzownym elementem budynku jest system

wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Rekuperator (jak Vaillant recoVAIR VAR)

zapewnia utrzymanie wymaganej jakości powietrza w szczelnym budunku.

auroTHERM VFK 155 renerVIT VKP recoVAIR VAR geoTHERM

zeoTHERM

15

Zyski od nasłonecznienia

Uzyskanie wysokiego standardu energetycznego budynku wymaga określenia

jego potrzeb nie tylko w okresie grzewczym, ale także w okresie letnim.

Szczególnie budynki korzystające z zysków od nasłonecznienia, muszą w okresie

letnim zapewniać akceptowany poziom komfortu cieplnego przy jak najniższym

koszcie eksploatacyjnym. Zasadniczą rolę odgrywa tu architektura budynku.

Koszty chłodzenia mogą znacznie przewyższać koszty ogrzewania domu.

Najniższe koszty zapewnia chłodzenie naturalne, które jednak będzie w stanie

spełnić swoją rolę wtedy, gdy ograniczone zostaną zyski od nasłonecznienia,

na przykład przez zastosowanie w oknach żaluzji i rolet zewnętrznych.

16

Przegląd korzyści dla domów

solarnych i pasywnych

Zarówno dom pasywny jak i solarny zapewniają niskie koszty eksploatacyjne.

Każdy z nich wymaga starannego projektu i wykonania. Na korzyść domu

pasywnego przemawia zwykle prostsze rozwiązanie systemu grzewczego

(a nawet brak systemu wodnego).

Dom solarny nie wprowadza aż tak ostrych rygorów co do strat cieplnych,

szczelności, itd., ze względu na produkcję ciepła. Wymaga większej przestrzeni

szczególnie dla zabudowy zbiornika buforowego oraz miejsca na dachu na

zabudowy kolektorów słonecznych i ogniw fotowoltaicznych. Z punktu widzenia

globalnego poszanowania środowiska

naturalnego korzystniejszy jest dom solarny

zużywający ok. 5 razy mniej energii

pierwotnej.

Dom solarny jest bliższy idei domu zero-

lub plus-energetycznego, dzięki mniejszym

potrzebom na energię pierwotną.

Chłodzenie

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

Ogrzewanie

Energia odnawialna

Kotły gazowe

Kotły olejowe

Pompy ciepła

Kolektory słoneczne

Systemy wentylacji