TermoDomPasywny
Szukaj
Galeria domów pasywnych nr 1
Galeria domów pasywnych nr 1
Galeria domów pasywnych nr 2
Galeria domów pasywnych nr 2
Docieplenie wieńca
Docieplenie wieńca

Energia odnawialna - aspekty techniczne instalacji

Sercem każdej instalacji ogrzewania jest źródło ciepła. O jego wyborze na ogół przesądza dostęp na danym terenie do konkretnego paliwa lub źródła energii. Jakie czynniki mają istotne znaczenie w odniesieniu do energii odnawialnej?


Co jest ważne, przy decyzji o wyborze kolektorów słonecznych, ogniw fotowoltanicznych, pomp ciepła czy siłowni wiatrowych, jako źródeł energii? Sercem każdej instalacji ogrzewania jest źródło ciepła. O jego wyborze na ogół przesądza dostęp na danym terenie do konkretnego paliwa lub źródła energii.

W odniesieniu do energii odnawialnej istotne znaczenia mają:
- odpowiednie nasłonecznienie (kolektory słoneczne, ogniwa fotowoltaiczne),
- właściwości i warunki temperaturowe gruntu, wód gruntowych, temperatury powietrza (w przypadku pomp ciepła)
- częstości występowania wiatrów o określonej prędkości (w przypadku siłowni wiatrowych).

Dla inwestora ważne są również stopień zautomatyzowania, potrzeba i częstość regulacji, serwisowania, uzupełniania paliwa, usuwania popiołu w przypadku paliw stałych (biopaliwa).

1) Biopaliwa

Najniższą sprawnością, równą około 75 %, charakteryzują się najprostsze kotły bez mechanicznego nadmuchu powietrza, w których cała podana porcja paliwa jest zapalana natychmiastowo („spalanie górne”). Nie nadają się one do innych paliw niż koks i węgiel, z wyjątkiem drewna i są praktycznie „nieregulowalne”. Sprawność kotłów bez mechanicznego nadmuchu powietrza, ale z sukcesywnym rozpalaniem podanego paliwa („dolne spalanie”) dochodzi do 80 % i możliwa jest częściowa regulacja ich działania. W kotłach z mechanicznym nadmuchem powietrza uzyskuje się sprawności powyżej 80%. W najnowocześniejszych kotłach sprawność może nieznacznie przekraczać 90 %. W przypadku drewna dostępne są kotły „zgazowujące”, w których, przy dopływie podgrzanego powietrza, drewno opałowe jest suszone, następuje częściowe zgazowanie zawartej w drewnie celulozy oraz dopala się resztki paliwa spadającego z rusztu. Bardzo praktyczne są kotły z mechanicznym lub pneumatycznym podawaniem paliwa niewielkich rozmiarów np. peletów (sprasowanych pod wysokim ciśnieniem suchych ścinek drewna, trocin) lub ziaren zbóż, dla których można zastosować zasobnik całosezonowy, a usuwanie popiołu jest konieczne tylko kilka razy w sezonie.

Kocioł na paliwa stałe musi być usytuowany i właściwie posadowiony w oddzielnym pomieszczeniu (kotłowni), o wymiarach zgodnych z przepisami budowlanymi i zaleceniami producenta kotła. Kotłownia musi być wentylowana dzięki:
- doprowadzeniu powietrza zewnętrznego do spalania i wentylacji pomieszczenia przez otwór w przegrodzie zewnętrznej o przekroju min. 200 cm2, usytuowany poniżej poziomu 1 m nad podłogą,
- odprowadzeniu powietrza przez otwór wywiewny pod sufitem prowadzący do kanału wywiewnego o przekroju min. 140 x 140 mm, odpowiednio wyprowadzony ponad dach. Kocioł na paliwo stałe wymaga zastosowania komina dymowego i może pracować tylko w instalacji typu otwartego.


2) Pompy ciepła

Zasada działania jest następująca - w sprężarkowej pompie ciepła, zawierającej parownik, skraplacz, sprężarkę i zawór rozprężający, następuje sprężanie czynnika roboczego i jego przenoszenie między wymiennikami ciepła: parownikiem, gdzie pobierana jest energia i skraplaczem, gdzie jest ona oddawana. Zgodnie z zasadami termodynamiki, aby przenieść ciepło ze źródła o niższej temperaturze (tzw. dolne źródło, np. grunt, woda gruntowa, powietrze) do ośrodka o wyższej temperaturze (tzw. górne źródło, czyli woda w instalacji ogrzewania pomieszczeń lub woda użytkowa) konieczne jest dostarczenie pracy - pompa ciepła pobiera energię elektryczną.

Miarą wydajności pompy ciepła jest stosunek uzyskanej energii do pobranej. Zależy ona od różnicy między temperaturą źródła i temperaturą wody dostarczanej do instalacji ogrzewania i maleje wraz z jej zwiększaniem się, ponieważ pompa musi przenosić ciepło na większą „odległość” w sensie termodynamicznym.

Stosowane w budownictwie sprężarkowe pompy ciepła mogą czerpać energię z gruntu, wody i powietrza. Gruntowe pompy ciepła wykorzystują środek niezamarzający, który krąży w znajdujących się w gruncie rurach:
- ułożonych poziomo, poniżej poziomu przemarzania gruntu (około 1,5 m) na dosyć dużej powierzchni (kilkadziesiąt metrów kwadratowych na każdy kilowat mocy grzewczej pompy), przez co mogą być stosowane tylko na dużych posesjach;
- ułożonych pionowo w kilkudziesięciometrowych odwiertach.

Stosowanie pomp ciepła pobierających ciepło z wód obwarowane jest wieloma przepisami i pozwoleniami środowiskowymi, ponadto woda musi charakteryzować się właściwym składem chemicznym, co nawet jeśli jest spełnione, może z upływem lat się zmienić, stąd uruchomienie tego typu pompy nie jest tak proste jak gruntowych, czy powietrznych.

Powietrzne pompy ciepła pobierają ciepło z powietrza zewnętrznego i działają nawet do kilkunastu stopni poniżej zera. Wykorzystuje się je także do rekuperacji ciepła z zużytego powietrza wentylacyjnego i jego wykorzystania do przygotowywania ciepłej wody użytkowej.

W niesprzyjających warunkach instalacja z pompą ciepła musi posiłkować się działaniem konwencjonalnego elektrycznego elementu grzejnego lub działaniem dodatkowego źródła ciepła np. kotła (tzw. układ biwalentny). W przypadku pomp gruntowych może występować obniżające efektywność zjawisko nie pełnej regeneracji termicznej gruntu. 

 
3) Kolektory słoneczne i ogniwa fotowoltaiczne

Rodzaje i zasada działania są następujące. W płaskich – najprostszych, przepływająca w rurkach ciecz pobiera ciepło od płyty, osłoniętej od zewnątrz oszkleniem, nagrzewającej się pod wpływem promieniowania słonecznego (absorber). W rurowych – składających się ze szklanych rur, w których ciecz robocza ogrzewa się od absorbera, wykorzystuje się elementy próżniowe typu „rura w rurze” lub rurki z materiałem porowatym nasączonym cieczą, parującą pod wpływem ciepła pozyskiwanego przez absorber.

Podstawowym kryterium celowości ich zastosowania jest możliwość zapewnienia nasłonecznienia kolektorom (w przypadku płaskich nie mniej niż sześć godzin dziennie). W Polsce najbardziej nasłoneczniony teren obejmuje południową część województwo lubelskiego. Wymagana powierzchnia kolektorów używanych do wspomagania podgrzewania wody dla czteroosobowej rodziny wynosi ponad 4 m2, do wspomagania ogrzewania domu o powierzchni 150 m2 ponad 50 m2. Konieczne jest zapewnienie odpowiedniego ustawienia kolektora, zorientowanego w kierunku na południe, zimą pod kątem około 60 stopni, latem pod kątem około 30 stopni, lub na stałe w ciągu całego roku, pod kątem 40 stopni (ewentualnie przy pomocy siłownika automatycznie dostosowującego w czasie użytkowania kąt nachylenia kolektora).

Kolektory stosowane są zawsze jako uzupełniające w systemie przygotowania ciepłej wody użytkowej lub ogrzewania. Na czas niewystarczającego nasłonecznienia, konieczne jest zastosowanie innego źródła ciepła (kocioł, pompa ciepła, ogrzewanie elektryczne). W instalacji wymagana jest odpowiednia automatyka sterująca pracą układu kolektor i dodatkowe źródło.

Ogniwa fotowoltaiczne umożliwiają wykorzystanie energii słonecznej do produkcji energii elektrycznej. Są obecnie najdynamiczniej rozwijającym się segmentem produktów umożliwiającej produkcję energii odnawialnej.


4) Rekuperatory i gruntowe wymienniki ciepła

Służą do podgrzania powietrza wentylacyjnego. W budynkach ze szczelną obudową i kontrolowaną, za pomocą wentylacji mechanicznej wymianą powietrza sensowne jest zastosowanie rekuperacji, czyli częściowego odzysku ciepła z usuwanego, zużytego powietrza wentylacyjnego i/lub gruntowego wymiennika umożliwiającego wstępne podgrzanie doprowadzanego powietrza zewnętrznego.
W rozwiązaniach bazujących na wentylacji hybrydowej do odzyskiwania ciepła ze zużytego powietrza wentylacyjnego, używa się także pomp ciepła. Urządzenia tego typu mogą być również zintegrowanie z kolektorami słonecznymi.


Dr inż. Robert Geryło


Zobacz także:
Trendy w budownictwie energooszczędnym 
Ewolucja wymagań energooszczędności budynków 
Uwarunkowania klimatyczne budownictwa energooszczędnego 

Skomentuj





Komentarze   —   pokaż wszystkie

Brak komentarzy

Dom pasywny: dyrektywa EPBD, docieplanie budynków, audyt energetyczny