Przegląd technologii OZE możliwych do zastosowania w budynkach. Piotr Kukla, Mariusz Bogacki

1. 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

2. 40 Energia wiatrowa: Koszt wytwarzania en. el. 30 20 10 Koszt en. elektrycznej 0 1980 1990 2000 Lata Źródło: National Laboratory Directors for the U.S. Department of Energy (1997) 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)

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 nieopłacalnebez dofinansowaniazewnętrznego • 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)

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. Elementy systemów SPW Schemat systemu solarnego podgrzewania wody Kolektory słoneczne Panel PV 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 • Umiarkowana cena • Wyższa temperatura pracy • Może pracować przy ciśnieniu sieciowym wody zasilającej • Cięższy i mniej odporny na uszkodzenia Szyba solarna Obudowa Absorber Wężownica Rura zbiorcza Izolacja Rysunek: NRCan

16. Czynnik grzewczy w postaci pary lub cieczy Absorber Przewód cieplny Rysunek: NRCan Kolektory słoneczne próżniowe • 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 wodęobniżające 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 wodęw godzinach dziennych wymaga mniejszej akumulacji ciepła (mniej zasobników) • Tańszesystemy 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. Ciemny, perforowany absorber pochłania energię słoneczną • Wentylatorwymusza przepływ powietrza przezkolektor • 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 PRZEZŚCIANĘ SZCZELINA POWIETRZNA 5 1 OBSZAR PODCIŚNIENIA PRZESTRZEŃPOWIETRZNA ABSORBER CIEPŁASŁONECZNEGO PROFILOWANA POWŁOKASTANOWIĄCA WIATROILOZACJĘ

21. Poprawa jakości powietrza niewielkim kosztem • Zakres wielkościod kilku m2do 10000 m2 • Kanały powinny być montowane blisko ściany południowej • Okres zwrotu wynosi zwykle 2 do 5 lat Budynek mieszkalny, Ontario, Kanada 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? • 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 Projekt pasywnego systemu solarnego w budynku, Niemcy Zdjęcie: Fraunhofer ISE (from Siemens Research and Innovation Website) Budynek NREL w Golden, Kolorado Zdjęcie: Warren Gretz (NREL Pix)

24. Tradycyjnie Lato Zima POS Zawansowanetechnologicznieokna Zacie-nienie Akumulacja ciepła Zasada działania 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 instalacjagrzewcza/chłodnicza • Przewody tradycyjne 3 2 1

29. 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

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.CParametry 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. Najbardziej opłacalne gdy: • Zapotrzebowanie na ogrzewanie i chłodzenie • Duże sezonowe zmiany temperatury • Nowe instalacje lub wymianasystemu HVAC • Ogrzewanie: niskie ceny energii elektryczneja wysokie ceny gazu i oleju opałowego • Chłodzenie: wysoka cena energii elektrycznejoraz opłaty za moc szczytową • Niepewność co do kosztów wykonania wymiennika Rozmieszczenie wymiennika ciepła, Budynek komercyjny 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 ciepładla Rapeseed, Niemcy Zdjęcie: Centrales Agrar-Rohstoff-Marketing- und Entwicklungs-Netzwork

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

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

36. Dziękuję za uwagę