Przegląd technologii OZE możliwych do zastosowania w budynkach.

Prezentacja na temat: "Przegląd technologii OZE możliwych do zastosowania w budynkach."— Zapis prezentacji:

1 Przegląd technologii OZE możliwych do zastosowania w budynkach.
Piotr Kukla, Mariusz Bogacki Fundacja na rzecz Efektywnego Wykorzystania Energii w Katowicach

2 Powody stosowania Czystych Technologii Energetycznych
Środowiskowe Zmiany klimatu Lokalne zanieczyszczenie Ekonomiczne Koszt w cyklu żywotności Wyczerpujące się zasoby paliw kopalnych Społeczne Stwarzanie nowych miejsc pracy Zmniejszenie lokalnych wydatków Wzrost zapotrzebowania energii (3x w 2050) Źródło: National Laboratory Directors for the U.S. Department of Energy (1997) 10 20 30 40 1980 1990 2000 Lata Koszt en. elektrycznej Energia wiatrowa: Koszt wytwarzania en. el.

3 Prawne Polityka Energetyczna Kraju (7,5% do 2010, 14% do 2020)
Dyrektywa Unii Europejskiej 2002/91/WE Prawo budowlane Rozporządzenie w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego (…) Rozporządzenie w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego

4 Cechy Odnawialnych Źródeł Energii
W stosunku do technologii konwencjonalnych: Zwykle wyższy koszt początkowy Niższe koszty eksploatacyjne Przyjazne środowisku Zwykle opłacalne ekonomicznie w oparciu o metodę obliczania kosztu w cyklu żywotności

5 Czyste Technologie Energetyczne
Efektywność energetyczna Zużycie mniejszej ilości energii dla zaspokojenia tych samych potrzeb Energia Odnawialna Użycie naturalnych niewyczerpanych (odnawialnych) źródeł energii do zaspokojenia potrzeb energetycznych Technologie Zdjęcie : Jerry Shaw Ocieplony dom z pasywnym systemem solarnym

6 Technologie OZE znajdujące zastosowanie w budynkach
Ogniwa fotowoltaiczne Biomasa Solarne podgrzewanie powietrza Solarne podgrzewanie wody Pasywne ogrzewanie solarne Gruntowe pompy ciepła

7 Ogniwa fotowoltaiczne

8 Co zapewniają systemy PV?
Energia elektryczna (AC/DC) …ale także… Niezawodność Prostota Modułowość Wygląd (wizerunek) Cicha praca Źródło: Centrum fotowoltaiki

9 Elementy systemów PV Moduły Akumulacja: akumulatory, zbiorniki
Zasilacz mocy Falownik Regulator ładowania Prostownik Przetwornica Inne generatory: olej napędowy/benzyna, turbina wiatrowa Ogniwo Układ PV Moduł Źródło: Photovoltaics in Cold Climates, Ross & Royer, eds.

10 Zwykle nieopłacalne bez dofinansowania zewnętrznego
Koszt? ok zł za 1 kW (10 m2) Uzysk energii? ok.1250 kWh/rok Oszczędności? 600 zł/rok (0,48 zł/kWh) SPBT = 33,3 lata Koszt? ok zł za 1 kW (10 m2) Uzysk energii? ok.1250 kWh/rok Oszczędności? 600 zł/rok (0,48 zł/kWh) Sprzedaż zielonych certyfikatów 587,5 zł/rok (0,47 zł/kWh) SPBT = 21,1 lat System dachów solarnych Zdjęcie: Atlantis Solar Systeme AG PV zintegrowane w przeszkleniu Zdjęcie : Solar Design Associates (IEA PVPS)

11 Solarne podgrzewanie wody

12 Co zapewniają kolektory słoneczne?
Ciepła woda użytkowa Wspomaganie systemów ogrzewania Ciepło procesowe Podgrzewanie wody basenowej …ale również… Zwiększona rezerwa ciepłej wody Wydłużenie sezonu pływackiego (podgrzewanie basenu)

13 Schemat systemu solarnego
Elementy systemów SPW Schemat systemu solarnego podgrzewania wody Panel PV Kolektory słoneczne Termosyfon Obieg wody podgrzewanej Ciepła woda dla budynku Rozdzielacz Wstępny zasobnik wody podgrzewanej przez system solarny Zasobnik c.w.u. Obieg glikolowy Woda podgrzewana solarnie Pompa glikolu Wymiennik ciepła Zimna woda zasilająca Zawór spustowy Rysunek: NRCan

14 Kolektory słoneczne płaskie - odkryte
Niska cena Niska temperatura Trwały Lekki Sezonowe podgrzewanie wody basenowej Niskie ciśnienie Mała wydajność przy chłodnej i wietrznej pogodzie Kolektor solarny nieoszklony Szczeliny dozujące przepływ Wlot kanału Kanały przepływowe powodują równomierny przepływ przez kolektor 2” rura zbiorcza Strumień wody basenowej Rysunek: NRCan

15 Kolektory słoneczne płaskie - zakryte
Szyba solarna Umiarkowana cena Wyższa temperatura pracy Może pracować przy ciśnieniu sieciowym wody zasilającej Cięższy i mniej odporny na uszkodzenia Obudowa Absorber Wężownica Rura zbiorcza Izolacja Rysunek: NRCan

16 Kolektory słoneczne próżniowe
Rysunek: NRCan Czynnik grzewczy w postaci pary lub cieczy Absorber Przewód cieplny Wyższe koszty Brak strat konwekcyjnych Wysoka temperatura Zimniejsze strefy klimatyczne Mała odporność na uszkodzenia Opady śniegu stanowią mniejszy problemem

17 Czynniki wpływające na powodzenie projektu:
Duże zapotrzebowanie na ciepłą wodę obniżające udział kosztów stałych Wysokie koszty energii (np. gdy inne tańsze nośniki energii są niedostępne) Niepewność dostaw energii konwencjonalnej Duża korzyść środowiskowa dla właściciela/operatora budynku Zapotrzebowanie na ciepłą wodę w godzinach dziennych wymaga mniejszej akumulacji ciepła (mniej zasobników) Tańsze systemy sezonowe mogą być finansowo korzystniejsze niż bardziej kosztowne systemy całoroczne Wymogi konserwacyjne podobne jak w każdej instalacji hydraulicznej, jednak operator musi dopilnować okresowej konserwacji i napraw

18 Solarne podgrzewanie powietrza

19 Co zapewniają systemy SPP?
Ciepłe powietrze wentylacyjne Ciepłe powietrze technologiczne …ale także… Zwiększenie odporności budynku na warunki pogodowe Zmniejszenie strat ciepła przez ściany zewnętrzne Zmniejszenie efektu stratyfikacji Lepsza jakość powietrza Ograniczenie problemów związanych z ciśnieniem Szkoła, Yellowknife, Kanada Powietrzny kolektor słoneczny Zdjęcie: Arctic Energy Alliance Zdjęcie: Enermodal Engineering

20 3 4 7 2 6 5 1 Ciemny, perforowany absorber pochłania energię słoneczną
Wentylator wymusza przepływ powietrza przez kolektor Regulacja temperatury Żaluzje Dogrzewanie Rozprowadzanie powietrza w budynku Odzyskiwanie strat ciepła przez ściany zewnętrzne Zmniejszenie gradientu temperatur Żaluzja obejścia letniego 3 4 7 2 KANAŁY WENTYLACYJNE WENTYLATOR 6 POWIETRZE ZEWNĘTRZNE JEST PODGRZEWANE PODCZAS PRZEPŁYWU PRZEZ ABSORBER RECYRKULOWANE STARTY CIEPŁA PRZEZ ŚCIANĘ SZCZELINA POWIETRZNA 5 1 OBSZAR PODCIŚNIENIA PRZESTRZEŃ POWIETRZNA ABSORBER CIEPŁA SŁONECZNEGO PROFILOWANA POWŁOKA STANOWIĄCA WIATROILOZACJĘ

21 Poprawa jakości powietrza niewielkim kosztem
Budynek mieszkalny, Ontario, Kanada Poprawa jakości powietrza niewielkim kosztem Zakres wielkości od kilku m2 do m2 Kanały powinny być montowane blisko ściany południowej Okres zwrotu wynosi zwykle 2 do 5 lat Zdjęcie: Conserval Engineering Zazwyczaj okres zwrotu dla systemów przemysłowych jest krótszy Brązowy kolektor na budynku przemysłowym, Connecticut, USA

22 Pasywne ogrzewanie solarne

23 Co zapewniają systemy POS?
Projekt pasywnego systemu solarnego w budynku, Niemcy od 20 do 50% potrzeb grzewczych …ale także… Zwiększenie komfortu Lepszy dostęp światła dziennego Możliwość zmniejszenia kosztów klimatyzacji Ograniczenie kondensacji pary na szybach okien Możliwość zastosowania urządzeń grzewczych/chłodniczych o mniejszej mocy Zdjęcie: Fraunhofer ISE (from Siemens Research and Innovation Website) Budynek NREL w Golden, Kolorado Zdjęcie: Warren Gretz (NREL Pix)

24 Zasada działania POS Tradycyjnie Lato Zima POS Zacie- nienie
Zawansowane technologicznie okna Akumulacja ciepła POS

25 Najbardziej opłacalne w nowowznoszonych budynkach
Brak ograniczeń w lokalizacji okien od strony południowej i unikanie umieszczania okien od strony zachodniej Moc systemów grzewczych i ogrzewania powietrznego może być zmniejszona Opłacalne przy modernizacji, w której planujemy wymianę okien Najbardziej opłacalne gdy zapotrzebowanie na ogrzewanie przewyższa zapotrzebowanie na chłodzenie W umiarkowanym i zimnym klimacie niskie budownictwo mieszkaniowe jest najlepsze Budynki komercyjne i przemysłowe posiadają duże własne zyski ciepła

26 Gruntowe pompy ciepła

27 Co zapewniają systemy GPC?
Ogrzewanie Chłodzenie Ciepła woda …ale również… Efektywność Mniejsze potrzeby konserwacji Oszczędność miejsca Niskie koszty eksploatacyjne Zdjęcie: Solar Design Associates (NREL PIX) Pompa ciepła w mieszkalnictwie Stabilna wydajność Komfort i ochrona powietrza Ograniczenie szczytowej mocy elektrycznej dla celów klimatyzacji

28 Elementy systemów GSHP
Wymiennik gruntowy Grunt Woda gruntowa Woda powierzchniowa Pompa ciepła Wewnętrzna instalacja grzewcza/chłodnicza Przewody tradycyjne 3 2 1

29 Zasada funkcjonowania pompy ciepła
Źródło: Samoczynny przepływ ciepła od ciała zimniejszego do cieplejszego nie jest możliwy, dlatego pompie ciepła trzeba dostarczyć energii napędowej

30 „Sprawność” pomp ciepła – COP
MOC GRZEWCZA COP = ____________________ Współczynnik efektywności w sprężarkowych pompach ciepła jest tym wyższy, im mniejsza jest różnica temperatur pomiędzy górnym a dolnym źródłem ciepła. Dla sprężarkowych pomp można przyjąć następujące zakresy temperaturowe dolnego i górnego źródła ciepła: • dolne źródło ciepła: -7 st.C do 25 st.C • górne źródło ciepła: 25 st.C do 60 st.C Parametry techniczne pomp ciepła ograniczają ich przydatność do następujących celów: • ogrzewania podłogowego: 45/35°C • ogrzewania sufitowego: do 45°C • ogrzewania grzejnikowego o obniżonych parametrach: np. 55/40°C • podgrzewania ciepłej wody użytkowej: 55-60°C • niskotemperaturowych procesów technologicznych: 25-60°C MOC POBRANA Z SIECI

31 Rozmieszczenie wymiennika ciepła, Budynek komercyjny
Najbardziej opłacalne gdy: Zapotrzebowanie na ogrzewanie i chłodzenie Duże sezonowe zmiany temperatury Nowe instalacje lub wymiana systemu HVAC Ogrzewanie: niskie ceny energii elektrycznej a wysokie ceny gazu i oleju opałowego Chłodzenie: wysoka cena energii elektrycznej oraz opłaty za moc szczytową Niepewność co do kosztów wykonania wymiennika Montaż GPC Zdjęcie: Craig Miller Productions and DOE (NREL PIX)

32 Spalanie biomasy

33 Co zapewniają systemy spalania biomasy?
Ciepło dla Mieszkalnictwa Budownictwa społecznego Procesów przemysłowych …ale również… Tworzenie nowych miejsc pracy Wykorzystanie odpadów biomasowych Możliwość zastosowania w sieciowych systemach cieplnych i odzyskiwania ciepła odpadowego Ciepłownia, dostarczanie ciepła dla Rapeseed, Niemcy Zdjęcie: Centrales Agrar-Rohstoff-Marketing- und Entwicklungs-Netzwork

34 Wytłoki trzciny cukrowej
Wióry drewna Zerowa emisja gazów cieplarnianych Niska zawartość siarki zmniejsza ilość kwaśnych deszczy Zmniejszenie lokalnej emisji substancji zanieczyszczających powietrze Cząstki stałe (sadza) Zanieczyszczenia gazowe Związki kancerogenne Zdjęcia: Bioenerginovator Zdjęcie: Warren Gretz/NREL Pix Wytłoki trzciny cukrowej

35 Dostępność, jakość i cena biomasy w stosunku do paliw kopalnych
Przyszłe nie-energetyczne wykorzystanie biomasy (np. pulpa) Kontrakty długoterminowe Możliwa powierzchnia pod dostawy, składowanie i duże kotły Wymagana niezawodna i wyspecjalizowana obsługa Zaopatrzenie w paliwo oraz obsługa odpopielania Przepisy środowiskowe dotyczące jakości powietrza i zagospodarowania popiołu Ubezpieczenie i zagadnienia bezpieczeństwa

36 Dziękuję za uwagę