Main_final

BUDOWNICTWO
ZEROENERGETYCZNE

TECHNOLOGIE DOSTĘPNE I ZDROWE

Polska Energetyka Słoneczna Nr 1 2004 dr inż. Eugeniusz Rylewski


Nowe kolektory słoneczne nasze ściany
 

W poprzednim numerze pisaliśmy o kolektorach słonecznych, którymi są nasze okna i jak można lepiej je wykorzystać z dużym zyskiem nie tylko energii słonecznej, ale również zysków wewnętrznych. Zobaczmy czy nie możemy wykorzystać energii słonecznej, która obficie głaszcze nasze ściany i co z nią robimy. Stan obecny.

Większość ścian w budownictwie polskim jest słabo ocieplona. Dużo z nich nawet zupełnie nieocieplona i tutaj, co uderza, nawet w domach niedawno wzniesionych. Aby ocenić ich wpływ na bilans energetyczny musimy analizować dwie odrębne grupy :
- Domy jednorodzinne, w których powierzchnia ścian jest duża i jej wpływ na straty budynku znaczące.
- Domy wielorodzinne z dużą ilością kondygnacji, w których straty przez ściany są stosunkowo małe i nie wszystkie wymagają środków radykalnych, o których będzie mowa dalej.

Domy jednorodzinne.
Przeanalizujmy dom jednorodzinny w formie prostokąta ze ścianą dłuższą 10 m od strony południowej i północnej, ścianą E-W 6 m z jednym piętrem o wysokości 3x2=6 m. Powierzchnia użytkowa wynosi 120 m2. Powierzchnia okien 20 m2. Wymiana powietrza 150m3 dla rodziny 4-5 osobowej. W odróżnieniu od obliczeń sezonowych sprawdzimy wpływ bilansu jednego dnia najzimniejszego miesiąca stycznia dla warunków temperatury zewnętrznej -1C i temperatury wewnętrznej 19C nasłonecznienie na powierzchnię pionową 1,2 kWh/m2 na dzień zyski wewnętrzne 18 kWh na dzień.

Dom obecny nieocieplony

Straty:
Ściany (120 m2 + 72 m2 ) - 20 m2 okien = 172 m2
Dach i fundamenty 2x 60 m2 = 120 m2

Bryła 292 m2 x 1W/m2K =
292 W/K
Okna 20 m2 x 2,8 W/m2K =
56 W/K
Wentylacja grawitacyjna 300 m3/h x 0,33
160 W/K

 


 

Straty całość - 0,508 kWh x (19+1) x 24 = 243,8 kWh / dzień

Z powodu strat spowodowanych przez wentylację grawitacyjną przyjąć można tylko 40 % zysków słonecznych i wewnętrznych.
Zyski słoneczne wyniosą, zatem z 18 m2 okien na stronie południowej:

Zyski słoneczne 18 m2 x 1,2 kWh / dzień
x 0,65 x 0,77 x 0,4

4,3 kWh / dzień
Zyski wewnętrzne 18 kWh x 0,4 7,2 kWh / dzień
Bilans 11,5 kWh / dzień


Ogrzewanie 243,8 kWh - 11,5 kWh = 232,3 kWh / dzień

Przykład pokazuje dobitnie, że zyski, jakimi dysponujemy w tym układzie są uderzająco małe w porównaniu do strat.

Dom ocieplony według wymagań niemieckich kfW 40 (Kreditanstat fur Wiederaufbau)

 

Straty:

 


 

Bryła 292 m2 x 0,24W/m2K 70 W/K
Okna 20 m2 x 1,3 W/m2K 26 W/K
Wentylacja z odzyskiem 70% 150 m3/h x 0,33 x 0,3 15 W/K

 


Straty całość

- 0,111 kWh x (19+1) x 24 = 53,3 kWh / dzień

 

Z uwagi na kontrolowany przebieg wentylacji mechanicznej w budynku wymieniana jest dużo mniejsza ilość powietrza oraz wykorzystana jest pełnia zysków wewnętrznych i słonecznych.

Jak widać w równaniach ma to duży wpływ na ogólny bilans energetyczny tego budynku.

 



Zyski słoneczne 18 m2 x 1,2 kWh / dzień
x 0,65 x 0,61

8,6 kWh / dzień
Zyski wewnętrzne 18 kWh 18,0 kWh / dzień
Bilans 26,6 kWh / dzień


 

Ogrzewanie 53,3 kWh - 26,6 kWh =26,7 kWh / dzień

 

Dom pasywny z panelami grzewczymi RymSol

 

Po stronie strat można zauważyć znaczenie bryły budynku. Biorąc 20 cm dobrego styropianu można dojść do wartości stosowanych obecnie na rynku niemieckim U ścian = 0,14 W/m2K. Podobną wartość trudno jest osiągnąć dla fundamentów, ale większą izolacyjnością dachu można osiągnąć średnią dla całej bryły U = 0,14 W/m2K. Jeżeli chodzi o okna to izolując ich ramy od zewnątrz pod odpowiednim kątem można zyskać jednocześnie na izolacyjności oraz zwiększonemu pochłanianiu promieniowania słonecznego. Okno ulepszone w ten sposób osiągnie całościowo izolacyjność U = 1,1 W/m2K a wpływ ram na pochłanianie promieniowania słonecznego zostanie skorygowany z 0,61 do 1,1 (lekkie skupianie promieniowania). Ostatecznie instalacja paneli słonecznych RymSol daje dodatkowo 40 m2 x 0,4 x 1,2 kWh / dzień = 19,2 kWh / dzień.

Ogólny bilans będzie wyglądał następująco

Straty:

Bryła 292 m2 x 0,14W/m2K 40,9 W/K
Okna 20 m2 x 1,1 W/m2K 22 W/K
Wentylacja z odzyskiem 70% 150 m3/h x 0,33 x 0,3 15 W/K


Straty całość - 0,0779 kWh x (19+1) x 24 = 37,4 kWh / dzień

Zyski słoneczne okna 18 m2 x 1,2 kWh / dzień
x 1,1 x 0,61
14,5 kWh / dzień
Zyski słoneczne RymSol 40 m2 x 0,4 x 1,2 kWh
/ dzień
19,2 kWh / dzień
Zyski wewnętrzne 18 kWh 18,0 kWh / dzień
Bilans 51,7 kWh / dzień


Ogrzewanie nie potrzebne

Jak widać bilans dla tak wyposażonego budynku dla średniego dnia stycznia w warunkach polskiego klimatu jest pozytywny. Pozostałe dni roku jako cieplejsze i z większą ilością dostępnego promieniowania słonecznego będą przedstawiać dużo lepszy bilans energetyczny. Oznacza to, że w każdym nowym, odpowiednio zaprojektowanym budynku można uniknąć instalacji centralnego ogrzewania i przeznaczyć ten zaoszczędzony nakład inwestycyjny na wyposażenie domu w systemy energooszczędne. Osiągamy w ten sposób bilans inwestycyjny porównywalny z domem klasycznym ze znaczącą różnicą w kosztach eksploatacji. Trzeba podkreślić niemniej jednak, że polski klimat ma tzw. "dziury sloneczne", podczas których przez kilka dni w grudniu i styczniu promieniowanie słoneczne nie jest obfite. W tych wypadkach elektryczne dogrzewanie punktowe małej mocy rozwiązuje problem. Duża inercja termiczna budynku pozwala swobodnie na wykorzystanie nocnej taryfy, w której cena energii porównywalna jest z najtańszymi źródłami.

Prezentowane w artykule właściwości techniczne paneli RymSol zostały potwierdzone przez niezależne badania w instytutach EMPA Dubendorf oraz SPF Rappersville koło Zurichu w Szwajcarii.

W porównaniu z bilansem budynku obecnego przedstawionego powyżej bilans budynku dobrze ocieplonego z nowoczesnymi oknami i wentylacją z odzyskiem ciepła przedstawia się o wiele korzystniej. Interesujący jest fakt, że wykonanie tych ulepszeń nie jest już w chwili obecnej bardzo kosztowne. Koszt wykonania ocieplenia ścian jest w dużej mierze kosztem robocizny i dodanie np. 5 cm więcej materiału izolacyjnego nie spowoduje znaczącego wzrostu kosztu ogólnego. Okna niskoemisyjne stały się już standardem a indywidualne systemy wentylacji z odzyskiem ciepła są łatwe i tanie w instalacji.