Przegląd technologii OZE możliwych do zastosowania w budynkach. Piotr Kukla, Mariusz Bogacki Fundacja na rzecz Efektywnego Wykorzystania Energii w Katowicach www.energiaisrodowisko.pl www.oze.info.pl

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.

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

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

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

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

Ogniwa fotowoltaiczne

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

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.

Zwykle nieopłacalne bez dofinansowania zewnętrznego Koszt? ok. 20 000 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. 26 000 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)

Solarne podgrzewanie wody

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)

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

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

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

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

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

Solarne podgrzewanie powietrza

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

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

Poprawa jakości powietrza niewielkim kosztem Budynek mieszkalny, Ontario, Kanada Poprawa jakości powietrza niewielkim kosztem Zakres wielkości od kilku m2 do 10 000 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

Pasywne ogrzewanie solarne

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)

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

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

Gruntowe pompy ciepła

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

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

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

„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

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)

Spalanie biomasy

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

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

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

Dziękuję za uwagę