2021-02-01 07:15:10 
W zgodzie z wymaganym ograniczeniem zużyciem energii pierwotnej
W nowo budowanych domach, oprócz wielu wymagań technicznych i funkcjonalnych, konieczne jest zapewnienie niskiego zużycia energii nieodnawialnej oznaczonej jako EP. W przypadku domów jednorodzinnych do końca tego roku nowo wznoszone budynki nie mogą zużywać więcej niż 95 kWh rocznie, w przeliczeniu na 1 m² powierzchni użytkowej o regulowanej temperaturze powietrza na jej ogrzewanie oraz na zaopatrzenie mieszkańców w ciepłą wodę.
Od 2021 roku wymagania będą bardziej rygorystyczne - wskaźnik EP nie może przekraczać 70 kWh/m² na rok. Spełnienie tych wymagań przy użyciu aktualnie dostępnych materiałów i technologii nie sprawia projektantom i wykonawcom budynków większych problemów, ale zależy też w znacznym stopniu od planowanego sposobu ogrzewania, co w przypadku wykorzystania jako podstawowego źródła energii elektrycznej, wymaga zastosowanie dodatkowych rozwiązań ograniczających zużycie nieodnawialnej energii pierwotnej.
Choć prąd elektryczny wykorzystywany do celów grzewczych zapewnia uzyskiwanie niemal 100% sprawności energetycznej, to jednak jego wytworzenie w elektrowniach pochłania znacznie większa ilość energii pierwotnej, a w polskich realiach energetycznych, wytwarzanego z wykorzystaniem głównie węgla kamiennego i brunatnego.
W efekcie sprawność wytwarzania i przesyłania prądu na drodze „od paliwa do gniazdka elektrycznego" u odbiorcy wynosi ok. 30-35%. Rzutuje to na wartość współczynnika nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej na jej wytworzenie i dostarczenie, który dla prądu elektrycznego pobieranego bezpośrednio do ogrzewania i c.w.u. z systemowej sieci elektroenergetycznej wynosi 3,0.
W rezultacie, dla zachowania wymaganego wskaźnika EP zużycia energii pierwotnej, zapotrzebowanie na energię końcową w budynku wykorzystującym prąd jako główne źródło energii, musi być odpowiednio niższe. Normatywny wskaźnik EP trzeba więc podzielić przez trzy, określając w ten sposób dopuszczalny poziom zużycia energii końcowej o wartości ok. 30 kWh/m² na rok, a przyszłościowo nawet do 23 kWh/m² na rok.
W praktyce uzyskanie tak niskich wartości, nawet przy zastosowania najbardziej ciepłochronnych rozwiązań materiałowych nie będzie możliwe, gdyż choćby samo przygotowanie ciepłej wody użytkowej pochłonie całą dopuszczalną energię.
Dlatego decydując się na budowę domu z zasilaniem wyłącznie prądem elektrycznym, musimy przeprowadzić bilans energetyczny uwzględniający zużycie energii na ogrzewanie, wentylację i przygotowanie ciepłej wody użytkowej, co pozwoli na dobór odpowiednich instalacji wykorzystujących odnawialne źródła energii (OZE) oraz wyznaczenie ciepłochronności konstrukcji samego budynku.
Ze względów technicznych, trzeba również uwzględnić przewidywane obciążenie instalacji innymi odbiornikami prądu np. kuchenką, pralką, oświetleniem, sprzętem AGD i RTV. Dzięki pozyskaniu energii z OZE, która nie zwiększa wskaźnika EP, możliwe będzie uzyskanie wymaganego przepisami jego wartości, choć koszty inwestycyjne będą znacznie wyższe niż przy wykorzystaniu klasycznych źródeł energii, w postaci paliw gazowych, ciepłych czy stałych.
Bilansujemy zapotrzebowanie na energię końcową
Wskaźnik energii końcowej domu jest wartością sumującą straty energii cieplnej przenikającej przez przegrody zewnętrzne, uciekającej z powietrzem wentylacyjnym oraz przekazywanej do podgrzania wody użytkowej. Przyjmując przeciętne warunku użytkowania i centralną strefę klimatyczną, możemy określić wstępnie ile w ciągu roku zużyjemy energii cieplnej na te cele.
Zapotrzebowanie na ciepłą wodę w domu jednorodzinnym zależy nie tylko od liczby mieszkańców, ale i trybu życia, nawyków higienicznych i może być znacznie zróżnicowane. Przy projektowaniu instalacji zakłada się, że każda osoba zużywa 50 litrów ciepłej wody o temperaturze 55 °C, co odpowiada zapotrzebowaniu na energię cieplną na poziomie ok. 3kWh dziennie na mieszkańca.
Do bilansowania rocznego zapotrzebowania na energię do przygotowania c.w.u.- w odniesieniu do powierzchni użytkowej budynku jednorodzinnego - przyjmuje się wskaźnik zużycie ciepłej wody 1,4 l/ m² na dobę. Uwzględniając współczynnik wykorzystania w ciągu roku wynoszący 0,9 oraz przeciętny przyrost temperatury 45 °C (podgrzewanie wody z 10 °C do 55 °C) i ciepło właściwe wody - 4,2 kJ/(dm³ K), wyliczone roczne zapotrzebowanie energetyczne wyniesie 24 kWh/m² [(1,4 l/m2 x 0,9 x 365 dni x 4,2 kJ/(dm3 K)x 45 K) : 3600].
Zapotrzebowanie ciepła na pokrycie strat wentylacyjnych możemy określić przyjmując standardowy wskaźnik strumienia wentylacyjnego na poziomie 1,2 m³/(h m²), co przy przeciętnych warunkach klimatycznych generuje zapotrzebowanie energetyczne na poziomie przynajmniej 30 kWh/m² rocznie. Wynika to z przyjętego ciepła właściwego powietrza o wartości 1,2 kJ/(m³ K) i wskaźnika stopniogodzin wynoszącego 75 000 h K [(1,2 m³/(h m20 x 1,2 kJ/m³ K x 75 000 h K) : 3600].
Zestawienie zapotrzebowania energii na przygotowanie c.w.u. i wentylację znacznie przekracza wartość dopuszczalnej energii końcowej, a pozostają jeszcze straty przenikalności cieplnej przegród zewnętrznych. Co prawda można je regulować w szerokim zakresie, ale techniczne możliwości w praktyce ograniczają wskaźnik przenikania ciepła przez wszystkie przegrody (w przeliczeniu na metr kw. powierzchni użytkowej) do wartości ok. 0,5 W/(m2 K).
Po przemnożeniu przez wskaźnik stopniogodzin, uzyskujemy wartość strat ciepła na poziomie 37,5 kWh/m² na rok. W pewnym stopniu są one zredukowane przez zyski wewnętrzne (użytkowanie urządzeń domowych, pobyt ludzi) oraz zewnętrzne (nasłonecznienie), jednak ich wielkość zależy od wielu czynników związanych z wyposażeniem i użytkowaniem pomieszczeń, usytuowaniem budynku w otoczeniu.
Orientacyjnie, można liczyć na pozyskanie w sezonie dodatkowej energii grzewczej, przynajmniej na poziomie 15-25 kWh/m². Po zbilansowaniu wszystkich potrzeb i zysków energetycznych (łącznie 65-75 kWh/m² na rok), zasilanie domu wyłącznie energią elektryczną, wymagać będzie formalnie jej ograniczenia do pobierania z sieci elektroenergetycznej na cele ogrzewania i c.w.u do wartości dopuszczalnych (23-30 kWh/m² rok), a pozostała część potrzebnej energii należy pozyskać z OZE.
Jak ograniczyć pobór energii z sieci elektro-energetycznej?
Niekorzystne, ekologicznie bezpośrednie wykorzystanie sieciowej energii elektrycznej do ogrzewania domu, można znacznie zredukować, jeśli prąd będzie wykorzystywany do zasilania gruntowej lub powietrznej pompy ciepła. Uzyskiwany przez nie współczynnik efektywności energetycznej COP rzędu 3-4, zmniejszy odpowiednio pobór energii sieciowej, dostosowując formalne wymagania odnośnie wskaźnika EP.
Sposobem na ograniczenie poboru energii sieciowej będzie też zainstalowanie fotowoltaiki, współpracującej z elektroenergetyką. Umożliwi to pokrycie 70-80% energii czerpanej z sieci, poprzez jej „zwrot" z własnej instalacji. Jednak wymaga to zainstalowania paneli o dostatecznie dużej mocy – z 1 kW można teoretycznie w ciągu roku pozyskać do 1000 kWh energii elektrycznej – uwzględniając także konieczność zasilania innych odbiorników elektrycznych.
Orientacyjnie przy zainstalowanej mocy paneli fotowoltaicznych 10 kW, można liczyć na względnie wygodne i tanie użytkowanie domu w wariancie energetycznym „wszystko na prąd" o powierzchni do ok. 100 m², a jeśli instalacja taka zasilać będzie system grzewczy z pompą ciepła, powierzchnia domu może być znacznie większa.
Dodatkowe ograniczenie zużycia energii uzyskamy instalując centralę wentylacyjną z odzyskiem ciepła tzw. rekuperatory, a także kolektory słoneczne wykorzystane głównie do podgrzewania wody użytkowej, co odciąży bilans w rozliczeniu z energetyką przy ich współpracy z instalacją fotowoltaiczną.
Autor: Cezary Jankowski
Opracowanie: Klaudia Tomaszewska
Zdjęcie otwierające: pixabay, pozostałe zdjęcia: Dovre, Apator, Brabork, Lilianna Jampolska, Hewalex
Komentarze