Publikacje własne "Nowe kolektory słoneczne - nasze ściany."
Polska Energetyka Słoneczna ? Nr 1 2004
Eugeniusz Rylewski
Nowe kolektory słoneczne ? nasze ściany.
W poprzednim numerze pisaliśmy o kolektorach słonecznych, którymi są nasze okna i jak można lepiej je wykorzystać z dużym zyskiem nie tylko energii słonecznej, ale również zysków wewnętrznych. Zobaczmy czy nie możemy wykorzystać energii słonecznej, która obficie głaszcze nasze ściany i co z nią robimy. Stan obecny.
Większość ścian w budownictwie polskim jest słabo ocieplona. Dużo z nich nawet zupełnie nieocieplona i tutaj, co uderza, nawet w domach niedawno wzniesionych. Aby ocenić ich wpływ na bilans energetyczny musimy analizować dwie odrębne grupy :
? Domy jednorodzinne, w których powierzchnia ścian jest duża i jej wpływ na straty budynku znaczące.
? Domy wielorodzinne z dużą ilością kondygnacji, w których straty przez ściany są stosunkowo małe i nie wszystkie wymagają środków radykalnych, o których będzie mowa dalej.
Domy jednorodzinne.
Przeanalizujmy dom jednorodzinny w formie prostokąta ze ścianą dłuższą 10 m od strony południowej i północnej, ścianą E-W 6 m z jednym piętrem o wysokości 3x2=6 m. Powierzchnia użytkowa wynosi 120 m2. Powierzchnia okien 20 m2. Wymiana powietrza 150m3 dla rodziny 4-5 osobowej. W odróżnieniu od obliczeń sezonowych sprawdzimy wpływ bilansu jednego dnia najzimniejszego miesiąca stycznia dla warunków temperatury zewnętrznej ?1C i temperatury wewnętrznej 19C nasłonecznienie na powierzchnię pionową 1,2 kWh/m2 na dzień zyski wewnętrzne 18 kWh na dzień.
Dom obecny nieocieplony.
Straty:
Ściany (120 m2 + 72 m2 ) ? 20 m2 okien = 172 m2
Dach i fundamenty ? 2x 60 m2 = 120 m2
| Bryła 292 m2 x 1W/m2K = |
292 W/K
|
| Okna 20 m2 x 2,8 W/m2K = |
56 W/K
|
| Wentylacja grawitacyjna 300 m3/h x 0,33 |
160 W/K
|
Z powodu strat spowodowanych przez wentylację grawitacyjną przyjąć można tylko 40 % zysków słonecznych i wewnętrznych.
Zyski słoneczne wyniosą, zatem z 18 m2 okien na stronie południowej:
| Zyski słoneczne 18 m2 x 1,2 kWh / dzień x 0,65 x 0,77 x 0,4 |
4,3 kWh / dzień |
| Zyski wewnętrzne 18 kWh x 0,4 |
7,2 kWh / dzień
|
| Bilans |
11,5 kWh / dzień
|
Ogrzewanie 243,8 kWh - 11,5 kWh = 232,3 kWh / dzień
Przykład pokazuje dobitnie, że zyski, jakimi dysponujemy w tym układzie są uderzająco małe w porównaniu do strat.
Dom ocieplony według wymagań niemieckich kfW 40 (Kreditanstat fur Wiederaufbau)
Straty:
| Bryła 292 m2 x 0,24W/m2K |
70 W/K
|
| Okna 20 m2 x 1,3 W/m2K |
26 W/K
|
| Wentylacja z odzyskiem 70% 150 m3/h x 0,33 x 0,3 |
15 W/K
|
Straty całość - 0,111 kWh x (19+1) x 24 = 53,3 kWh / dzień
Z uwagi na kontrolowany przebieg wentylacji mechanicznej w budynku wymieniana jest dużo mniejsza ilość powietrza oraz wykorzystana jest pełnia zysków wewnętrznych i słonecznych.
Jak widać w równaniach ma to duży wpływ na ogólny bilans energetyczny tego budynku.
| Zyski słoneczne 18 m2 x 1,2 kWh / dzień x 0,65 x 0,61 |
8,6 kWh / dzień |
| Zyski wewnętrzne 18 kWh |
18,0 kWh / dzień
|
| Bilans |
26,6 kWh / dzień
|
Ogrzewanie 53,3 kWh - 26,6 kWh = 26,7 kWh / dzień
Dom pasywny z panelami grzewczymi RymSol.
Po stronie strat można zauważyć znaczenie bryły budynku. Biorąc 20 cm dobrego styropianu można dojść do wartości stosowanych obecnie na rynku niemieckim U ścian = 0,14 W/m2K. Podobną wartość trudno jest osiągnąć dla fundamentów, ale większą izolacyjnością dachu można osiągnąć średnią dla całej bryły U = 0,14 W/m2K. Jeżeli chodzi o okna to izolując ich ramy od zewnątrz pod odpowiednim kątem można zyskać jednocześnie na izolacyjności oraz zwiększonemu pochłanianiu promieniowania słonecznego. Okno ulepszone w ten sposób osiągnie całościowo izolacyjność U = 1,1 W/m2K a wpływ ram na pochłanianie promieniowania słonecznego zostanie skorygowany z 0,61 do 1,1 (lekkie skupianie promieniowania). Ostatecznie instalacja paneli słonecznych RymSol daje dodatkowo 40 m2 x 0,4 x 1,2 kWh / dzień = 19,2 kWh / dzień.
Ogólny bilans będzie wyglądał następująco.
Straty:
| Bryła 292 m2 x 0,14W/m2K |
40,9 W/K
|
| Okna 20 m2 x 1,1 W/m2K |
22 W/K
|
| Wentylacja z odzyskiem 70% 150 m3/h x 0,33 x 0,3 |
15 W/K
|
Straty całość - 0,0779 kWh x (19+1) x 24 = 37,4 kWh / dzień
| Zyski słoneczne okna 18 m2 x 1,2 kWh / dzień x 1,1 x 0,61 |
14,5 kWh / dzień
|
| Zyski słoneczne RymSol 40 m2 x 0,4 x 1,2 kWh / dzień |
19,2 kWh / dzień
|
| Zyski wewnętrzne 18 kWh |
18,0 kWh / dzień
|
| Bilans |
51,7 kWh / dzień
|
Ogrzewanie nie potrzebne.
Jak widać bilans dla tak wyposażonego budynku dla średniego dnia stycznia w warunkach polskiego klimatu jest pozytywny. Pozostałe dni roku jako cieplejsze i z większą ilością dostępnego promieniowania słonecznego będą przedstawiać dużo lepszy bilans energetyczny. Oznacza to, że w każdym nowym, odpowiednio zaprojektowanym budynku można uniknąć instalacji centralnego ogrzewania i przeznaczyć ten zaoszczędzony nakład inwestycyjny na wyposażenie domu w systemy energooszczędne. Osiągamy w ten sposób bilans inwestycyjny porównywalny z domem klasycznym ze znaczącą różnicą w kosztach eksploatacji. Trzeba podkreślić niemniej jednak, że polski klimat ma tzw. ?dziury sloneczne?, podczas których przez kilka dni w grudniu i styczniu promieniowanie słoneczne nie jest obfite. W tych wypadkach elektryczne dogrzewanie punktowe małej mocy rozwiązuje problem. Duża inercja termiczna budynku pozwala swobodnie na wykorzystanie nocnej taryfy, w której cena energii porównywalna jest z najtańszymi źródłami.
Prezentowane w artykule właściwości techniczne paneli RymSol zostały potwierdzone przez niezależne badania w instytutach EMPA Dubendorf oraz SPF Rappersville koło Zurichu w Szwajcarii.
W porównaniu z bilansem budynku obecnego przedstawionego powyżej bilans budynku dobrze ocieplonego z nowoczesnymi oknami i wentylacją z odzyskiem ciepła przedstawia się o wiele korzystniej. Interesujący jest fakt, że wykonanie tych ulepszeń nie jest już w chwili obecnej bardzo kosztowne. Koszt wykonania ocieplenia ścian jest w dużej mierze kosztem robocizny i dodanie np. 5 cm więcej materiału izolacyjnego nie spowoduje znaczącego wzrostu kosztu ogólnego. Okna niskoemisyjne stały się już standardem a indywidualne systemy wentylacji z odzyskiem ciepła są łatwe i tanie w instalacji.
