Przegląd technologii OZE możliwych do zastosowania w budynkach. © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001 – Mariusz Bogacki Fundacja na rzecz Efektywnego Wykorzystania Energii w Katowicach

Technologie OZE znajdujące zastosowanie w budynkach © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001 – Ogniwa fotowoltaiczne Biomasa Solarne podgrzewanie powietrza Solarne podgrzewanie wody Pasywne ogrzewanie solarne Gruntowe pompy ciepła

Jednostkowe nakłady inwestycyjne © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001 – 2004

Ogniwa fotowoltaiczne

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

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

Systemy podłączone do sieci Integracja PV Integracja PV Rozproszona Scentralizowana Typ sieci Typ sieci Centralna Wydzielona Zwykle nieopłacalne bez źródła rezerwowego Zwykle nieopłacalne bez źródła rezerwowego Źródło: Photovoltaics in Cold Climates, Ross & Royer, eds. Scentralizowana instalacja PV Miernik Sieć energetyczna Wytwarzanie rozproszone

Systemy pracujące poza siecią Konfiguracja systemu Konfiguracja systemu Samodzielny Hybrydowy Często bardzo opłacalne Często bardzo opłacalne Najlepiej małe zapotrzebowanie (< 10 kW p ) Mniejsze koszty inwestycyjne od kosztów doprowadzenia sieci Niższe koszty EiK w porównaniu do genset-ów i baterii galwanicznych Źródło: Photovoltaics in Cold Climates, Ross & Royer, eds. Układ PV Genset Zasilacz mocy Akumulatory Antena radiowotelewizyjna

Przykłady: Finlandia i Kanada Domy i domki letniskowe oddalone od sieci Modułowość Modułowość Prostota Prostota Redukcja hałasu Redukcja hałasu Brak linii przesyłowych Brak linii przesyłowych Domki letniskowe: korelacja z sezonowym zapotrzebowaniem Domki letniskowe: korelacja z sezonowym zapotrzebowaniem Użytkowanie całoroczne: systemy hybrydowe Użytkowanie całoroczne: systemy hybrydowe Zdjęcie: Fortum NAPS (Photovoltaics in Cold Climates)Zdjęcie: Vadim Belotserkovsky Domek letniskowy Dom System hybrydowy

Przykłady: Szwajcaria i Japonia Budynki podłączone do sieci wyposażone w systemy PV Zwykle nieopłacalne bez dofinansowania zewnętrznego Zwykle nieopłacalne bez dofinansowania zewnętrznego Uzasadnione przez: Uzasadnione przez: Wygląd Korzyści ekologiczne Stymulowanie rynku Długoterminowe umowy z wytwórcami, administracją i usługami zmniejszają koszty Długoterminowe umowy z wytwórcami, administracją i usługami zmniejszają koszty Zdjęcie: Atlantis Solar Systeme AG PV zintegrowane w przeszkleniu Zdjęcie : Solar Design Associates (IEA PVPS) System dachów solarnych

Solarne podgrzewanie wody

Ciepła woda użytkowa Ciepła woda użytkowa Wspomaganie systemów ogrzewania Wspomaganie systemów ogrzewania Ciepło procesowe Ciepło procesowe Podgrzewanie wody basenowej Podgrzewanie wody basenowej …ale również… Zwiększona rezerwa ciepłej wody Wydłużenie sezonu pływackiego (podgrzewanie basenu) Co zapewniają systemy SPW? Zdjęcie: Vadim Belotserkovsky Centrum konferencyjne, Bethel, Lesoto Budownictwo mieszkaniowe, Kungsbacka, Sweden Zdjęcie: Alpo Winberg/ Solar Energy Association of Sweden

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

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

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

Kolektory słoneczne próżniowe Wyższe koszty Wyższe koszty Brak strat konwekcyjnych Brak strat konwekcyjnych Wysoka temperatura Wysoka temperatura Zimniejsze strefy klimatyczne Zimniejsze strefy klimatyczne Mała odporność na uszkodzeniaMała odporność na uszkodzenia Instalacja może być bardziej skomplikowanaInstalacja może być bardziej skomplikowana Opady śniegu stanowią mniejszy problememOpady śniegu stanowią mniejszy problemem Rysunek: NRCan Zdjęcie: Nautilus Produkcja i rozwój kolektorów próżniowych w Chinach Czynnik grzewczy w postaci pary lub cieczy Absorber Przewód cieplny Kolektor próżniowy

Uwarunkowania projektu solarnego podgrzewania wody Czynniki wpływające na powodzenie projektu: 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) 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 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 Wymogi konserwacyjne podobne jak w każdej instalacji hydraulicznej, jednak operator musi dopilnować okresowej konserwacji i napraw

Solarne podgrzewanie powietrza

Ciepłe powietrze wentylacyjne Ciepłe powietrze wentylacyjne Ciepłe powietrze technologiczne 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 Co zapewniają systemy SPP? Zdjęcie: Arctic Energy Alliance Zdjęcie: Enermodal Engineering Szkoła, Yellowknife, Kanada Kolektor słoneczny

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

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

Pasywne ogrzewanie solarne

od 20 do 50% potrzeb grzewczych 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 Co zapewniają systemy POS? Zdjęcie: Fraunhofer ISE (from Siemens Research and Innovation Website) Projekt pasywnego systemu solarnego w budynku, Niemcy Budynek NREL w Golden, Kolorado Zdjęcie: Warren Gretz (NREL Pix)

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

Uwarunkowania projektów pasywnego ogrzewania solarnego Najbardziej opłacalne w nowowznoszonych budynkach 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 Opłacalne przy modernizacji, w której planujemy wymianę okien Najbardziej opłacalne gdy zapotrzebowanie na ogrzewanie przewyższa zapotrzebowanie na chłodzenie 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 Rozpatrywanie wymiany okien z uwzględnieniem reszty skorupy budynku Rozpatrywanie wymiany okien z uwzględnieniem reszty skorupy budynku

Gruntowe pompy ciepła

Ogrzewanie Ogrzewanie Chłodzenie Chłodzenie Ciepła woda Ciepła woda …ale również… Efektywność Mniejsze potrzeby konserwacji Oszczędność miejsca Niskie koszty eksploatacyjne Co zapewniają systemy GPC? Stabilna wydajność Komfort i ochrona powietrza Ograniczenie szczytowej mocy elektrycznej dla celów klimatyzacji Zdjęcie: Solar Design Associates (NREL PIX) Impact 2000 Home, Massachusetts, USA Pompa ciepła w mieszkalnictwie

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

Uwarunkowania projektu Gruntowych Pomp Ciepła Najbardziej opłacalne gdy: 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 Dostępność sprzętu do wykopów oraz sprzętu wiertniczego Dostępność sprzętu do wykopów oraz sprzętu wiertniczego Niepewność co do kosztów wykonania wymiennika Niepewność co do kosztów wykonania wymiennika Oczekiwania inwestora w zakresie efektywności kosztowej Oczekiwania inwestora w zakresie efektywności kosztowej Zdjęcie: Craig Miller Productions and DOE (NREL PIX) Montaż GPC Rozmieszczenie wymiennika ciepła, Budynek komercyjny

Przykłady: Australia, Niemcy i Szwajcaria Budownictwo mieszkaniowe Nowoczesne domy Nowoczesne domy Wyższe koszty początkowe Daleka perspektywa uzyskania efektów ekonomicznych Korzyści użytkowe i środowiskowe Dopłaty i zachęty mogą być istotnym czynnikiem Dopłaty i zachęty mogą być istotnym czynnikiem Zdjęcie: Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.V. Zdjęcie: GeoExchange Consortium Zdjęcie: Eberhard & Partner AG 20 kW pompa ciepła-wody gruntowe, Niemcy Urządzenie wiertnicze do odwiertów pionowych, Szwajcaria 320 mieszkań, Południowa Australia

Przykłady: Wlk. Brytania i USA Budownictwo komercyjne Wymagany prosty okres zwrotu (< 5 lat) Wymagany prosty okres zwrotu (< 5 lat) Dostępność terenu może stwarzać problem Dostępność terenu może stwarzać problem Wykorzystywana mniejsza powierzchnia użytkowa Wykorzystywana mniejsza powierzchnia użytkowa Proste sterowanie i podział systemu Proste sterowanie i podział systemu Zmniejszenie ryzyka zniszczenia Zmniejszenie ryzyka zniszczenia Zmniejszenie opłat szczytowych Zmniejszenie opłat szczytowych Ogrzewanie pomocnicze nie jest wymagane Ogrzewanie pomocnicze nie jest wymagane Zdjęcie: Groenholland B.V. Zdjęcie: Marion Pinckley (NREL PIX)Zdjęcie: International Ground Source Heat Pump Association Grupa budynków, Kentucky, USA Stacja benzynowa, Kansas, USA Budynek komercyjny, Croydon, Wlk. Brytania

Spalanie biomasy

Ciepło dla 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 Co zapewniają systemy spalania biomasy? Zdjęcie: Centrales Agrar-Rohstoff-Marketing- und Entwicklungs-Netzwork Ciepłownia, dostarczanie ciepła dla Rapeseed, Niemcy

Zrównoważona zbiórka biomasy: Zrównoważona zbiórka biomasy: Zerowa emisja gazów cieplarnianych Niska zawartość siarki zmniejsza ilość kwaśnych deszczy Niska zawartość siarki zmniejsza ilość kwaśnych deszczy Lokalna emisja substancji zanieczyszczających powietrze Lokalna emisja substancji zanieczyszczających powietrze Cząstki stałe (sadza) Zanieczyszczenia gazowe Związki kancerogenne Może być przedmiotem regulacji co do dopuszczalnych wartości emisji substancji szkodliwych do atmosfery Atrybuty środowiskowe biomasy Zdjęcie: Warren Gretz/NREL Pix Zdjęcia: Bioenerginovator Wytłoki trzciny cukrowej Wióry drewna

Uwarunkowania projektu spalania biomasy Dostępność, jakość i cena biomasy w stosunku do paliw kopalnych 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 Możliwa powierzchnia pod dostawy, składowanie i duże kotły Wymagana niezawodna i wyspecjalizowana obsługa Wymagana niezawodna i wyspecjalizowana obsługa Zaopatrzenie w paliwo oraz obsługa odpopielania Przepisy środowiskowe dotyczące jakości powietrza i zagospodarowania popiołu Przepisy środowiskowe dotyczące jakości powietrza i zagospodarowania popiołu Ubezpieczenie i zagadnienia bezpieczeństwa Ubezpieczenie i zagadnienia bezpieczeństwa

Dziękuję za uwagę © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001 – 2004.