Odnawialne źródła energii (OZE) Oszczędności, komfort, ekologia

Polityka klimatyczna Unii Europejskiej nakłada na państwa członkowskie regulacje obejmujące wiele branż, które mają na celu ograniczenie emisji CO2 do atmosfery. Także sektor budowlany stopniowo transformowany jest w kierunku budownictwa energooszczędnego i niskoemisyjnego. Efektem tych zmian są zaostrzone przepisy dotyczące warunków technicznych budowy domów. Zgodnie z tymi regulacjami inwestorzy mają obowiązek stosowania materiałów budowlanych ograniczających straty energii oraz urządzeń zmniejszających zapotrzebowanie na energię nieodnawialną.

Zamiast tego nowe regulacje wspierają wykorzystanie odnawialnych źródeł energii. Takimi źródłami są m.in. słońce, wiatr, woda, biomasa. Do energii odnawialnej zalicza się również ciepło pozyskane z ziemi (energia geotermalna), powietrza (energia aerotermalna) i wody (energia hydrotermalna). W nowych i modernizowanych domach najczęściej znajduje zastosowanie energia uzyskana z powietrza lub z gruntu wykorzystywana przez pompy ciepła, energia promieniowania słonecznego pochłaniana przez kolektory i ogniwa fotowoltaiczne, a także energia z biomasy spalana w przeznaczonych do tego kotłach i piecokominkach.

Energia z powietrza i gruntu

Pompa ciepła czerpie energię cieplną z zewnątrz – z otaczającego ją powietrza lub z gruntu – i dostarcza ją przez system grzewczy do pomieszczeń. Do wyboru mamy pompy powietrze -woda lub gruntowe. Na rynku większym powiedzeniem cieszą się te pierwsze urządzenia. Ma to związek z tym, że nakłady początkowe na ich montaż są znacznie niższe. Natomiast pompy gruntowe zawsze wymagają wykonania tzw. dolnego źródła ciepła.

Pompa powietrze-woda

Tego typu model potocznie określany jest powietrzną pompą ciepła. Najważniejszy jej element, czyli sprężarka, jest zasilana energią elektryczną. Jednak zużycie prądu jest kilka razy niższe od ilości ciepła dostarczanego do instalacji centralnego ogrzewania. We współpracy z instalacją podłogową, do temperatury zewnętrznej 0oC, tego typu pompa ciepła może dostarczać nawet pięć razy więcej ciepła w porównaniu do zużywanej przez nią ilości energii elektrycznej. Oczywiście im niższa temperatura zewnętrzna, tym niższa także efektywność urządzenia i wyższe zużycie prądu. Z reguły od temperatury –7 czy –10oC jest ono wspomagane grzałką elektryczną. Mimo wszystko w skali roku udział energii dostarczanej przez grzałkę nie przekracza z reguły 2‒3%. Na rynku znajdziemy w zasadzie dwa rodzaje pomp ciepła powietrze-woda, czyli typu split i monoblok.

Urządzenie typu split – składa się z dwóch jednostek: zewnętrznej i wewnętrznej, które łączy się rurkami o niewielkiej średnicy. W rurach płynie czynnik ziębniczy, np. R290. Zaletą modeli typu split jest prosty montaż i brak ryzyka zamrożenia, zwłaszcza podczas dłuższej nieobecności domowników oraz w razie zaniku napięcia w instalacji elektrycznej. Montaż i uruchomienie zestawu wymaga jednak posiadania przez fachowców dodatkowych uprawnień, tzw. uprawnień F-gazowych. Ma to związek z koniecznością ingerencji w układ ziębniczy, a to może niekiedy spowodować wyciek czynnika. Uwaga! Pompy powietrzne o wyższej mocy, np. 10‒ 2 kW, podlegają dodatkowo zgłoszeniu w tzw. bazie CRO (Centralny Rejestr Operatorów) oraz regularnego wykonywania przeglądów pod kątem szczelności urządzenia.

Urządzenie typu monoblok – zaletą tego modelu jest prosty montaż (może go dokonać każda wykwalifikowana ekipa instalacyjna) i brak ingerencji w obieg ziębniczy. Pewną trudność, szczególnie w chłodniejszych regionach Polski, sprawia zabezpieczenie urządzenia przed zamrożeniem na wypadek długiej przerwy w dostawie energii elektrycznej. Na rynku dostępnych jest szereg rozwiązań, począwszy od napełnienia całej instalacji płynem niezamarzającym, przez zastosowanie wymiennika, który oddziela zewnętrzny obieg pompy ciepła napełniony glikolem od instalacji wewnętrznej napełnionej wodą. Kolejny wariant to napełnienie instalacji wodą i zastosowanie np. specjalnych zaworów spustowych, które opróżnią układ, gdy system nie pracuje i temperatura wody spadła poniżej 3oC.

Gruntowa pompa ciepła

Umożliwia ona czerpanie energii odnawialnej z ziemi, na której stoi dom. Najczęściej pompę gruntową łączy się z odwiertami (nazywanymi też sondami lub kolektorami pionowymi) o głębokości o 100 m, rzadziej z kolektorem poziomym rozłożonym na działce (z uwagi na wymaganą większą powierzchnię). W przypadku odwiertów umieszcza się w nich rury, w których znajduje się płyn niezamarzający. Odbiera on ciepło gruntu i transportuje do pompy ciepła. Tu następuje kolejny proces odbioru energii, podwyższenie temperatury i przekazanie ciepła do instalacji grzewczej czy też wody do mycia Zaletą gruntowych urządzeń jest większa stabilność temperatury ośrodka, z którego pobieramy ciepło, a przez to wyższa stabilność mocy grzewczej i współczynnika efektywności niż pomp powietrznych. Większość modeli gruntowych pracuje przez cały rok bez wspomagania ze strony grzałki elektrycznej. Innym ważnym atutem systemu z pompą gruntową – szczególnie w nowym budynku, z instalacją podłogową – jest możliwość wykorzystania funkcji tzw. chłodzenia pasywnego. W przeciwieństwie do pompy powietrznej,  tym czasie nie pracuje sprężarka, a jedynie pompy obiegowe, które zużywają znacznie mniej prądu. Poza tym ciepło odprowadzane z pomieszczeń jest magazynowanie w ziemi i wykorzystywane później, np. do podgrzania wody do mycia. Co więcej koszt konserwacji pompy gruntowej ciepła jest niski. 

Energia ze słońca

Energię z promieniowania słonecznego możemy efektywnie wykorzystać montując albo instalację solarną albo fotowoltaiczną. W pierwszym rozwiązaniu uzyskane ciepło stosuje się do podgrzewania wody do mycia, zasilania basenu czy okresowego wspomagania ogrzewania domu. Natomiast ogniwa fotowoltaiczne produkują energię elektryczną.

Kolektory słoneczne

Najważniejszymi elementami instalacji solarnej są oczywiście kolektory słoneczne (płaskie i próżniowo-rurowe) oraz zbiornik magazynujący wodę do mycia. Odpowiedniej pojemności zasobnik umożliwia akumulację nadwyżki energii dostępnej w ciągu dnia, dzięki czemu możemy pobierać ciepłą wodę np. wieczorem czy rankiem kolejnego dnia. Oprócz tego w instalacji solarnej potrzebny będzie jeszcze osprzęt, jak np: grupa pompowa, zawór bezpieczeństwa, moduł sterujący, naczynie wyrównawcze oraz rury miedziane lub stalowe przystosowane do przepływu czynnika o wysokiej temperaturze (roztwór glikolu). Precyzyjnego doboru poszczególnych elementów tego systemu można dokonać korzystając z programów symulacyjnych lub metod uproszczonych bazujących na liczbie mieszkańców. Niezbędne jest przy tym wprowadzenie takich danych, jak: dobowe zużycie ciepłej wody, lokalizacja budynku, orientacja i pochylenie  kolektorów, rodzaj źródła ciepła, wysokość instalacji.

Uwaga! Fachowcy zalecają nie montować zbyt dużej powierzchni kolektorów w stosunku do potrzeb rodziny, co pozwala uniknąć kłopotów z przegrzewaniem się instalacji. Jeśli jednak, możliwa jest dłuższa przerwa w eksploatacji, wtedy można rozważyć zastosowanie rozwiązań, które ograniczają ryzyko przegrzewania płynu w układzie solarnym.

Panele fotowoltaiczne

Fotowoltaika to technologia, która wychwytuje promieniowanie słoneczne i przekształca je na energię elektryczną. Jest to możliwe dzięki zjawisku fotowoltaicznemu, które zachodzi w ogniwach, czyli najmniejszych elementach, z których zbudowane są panele. Najpopularniejsze w naszym kraju są panele monokrystaliczne, gdyż mają dobry stosunek ceny do ich sprawności, czyli ilości energii, jaką są w stanie wytworzyć. Oprócz paneli kluczowym elementem instalacji jest inwerter, zwany inaczej falownikiem. To urządzenie, które przetwarza wytworzony w ogniwach prąd stały (DC), na prąd przemienny (AC), czyli taki, który płynie w gniazdkach i jest zgodny z parametrami sieci publicznej. Falownik pozwala na monitoring pracy instalacji, ponieważ na bieżąco rejestruje ilość wyprodukowanego prądu. Pełni też funkcję regulacyjną, gdy napięcie w sieci przekroczy 264 V, wyłącza się, zabezpieczając urządzenia w domu przed skutkami zbyt wysokiego napięcia.

Ważnym aspektem przy projektowaniu instalacji dla własnego domu jest odpowiedni dobór mocy. Najlepiej zaprojektować ją tak, aby w pełni zaspokajała zapotrzebowanie gospodarstwa domowego na prąd. Średnie roczne zapotrzebowanie najłatwiej ustalić, analizując faktury za energię z ostatniego roku. Należy wziąć pod uwagę również planowany w przyszłości zakup dodatkowych urządzeń na prąd, które zwiększą zużycie, jak np. klimatyzator, zmywarka, czy samochód elektryczny. W nowym domu, gdy nie mamy historycznego zużycia, ustala się potencjalne zapotrzebowanie na energię, uwzględniając czynniki takie, jak: liczba domowników, rodzaj ogrzewania, liczba urządzeń planowanych w domu i ich energochłonność. Jednak szczegółowe obliczenia należy powierzyć firmie, która ma doświadczenie w realizacji instalacji fotowoltaicznych i wie, jak optymalnie dobrać jej moc. Domy z energooszczędnymi technologiami są tańsze w utrzymaniu i eksploatacji, a zainwestowane w nowoczesne rozwiązania pieniądze zwracają się już po kilku latach użytkowania.

Nowe przepisy programu "Czyste Powietrze"

Od 14 czerwca dofinansowanie zakupu pompy ciepła z programu „Czyste Powietrze” przysługuje tylko wtedy, gdy urządzenie figuruje na liście ZUM (Zielonych Urządzeń i Materiałów). Zmiana przepisów ma chronić nabywców i ułatwić im wybór produktów dobrej jakości. Innego zdania są przedstawiciele branży, którzy twierdzą, że proces tworzenia nowych regulacji był nietransparentny i dyskryminował uznanych na polskim rynku producentów, a mocno okrojona lista ZUM pozbawia konsumentów prawa wyboru. Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (NFOŚiGW) wprowadził zmiany w przepisach antysmogowego programu „Czyste Powietrze”: od 14 czerwca zakup pompy ciepła będzie kosztem kwalifikowanym (uprawniającym nabywcę do otrzymania dofinansowania) tylko wtedy, gdy urządzenie będzie wpisane na listę ZUM.

Warunki wpisywania na tę listę spowodowały jednak, że katalog pomp ciepła, za które nabywca może otrzymać dofinansowanie, zmniejszył się radykalnie – z około 4500 do około 250 kilka dni po wspomnianej dacie. Urządzeń na liście stopniowo przybywa, jednak tempo ich rejestracji jest zdecydowanie zbyt wolne. Podczas konferencji „Rynek pomp ciepła po 14 czerwca – głos branży” prezesi trzech organizacji, reprezentujących ponad 80 proc. polskiego rynku tych urządzeń: Polskiej Organizacji Rozwoju Technologii Pomp Ciepła (PORT PC), Stowarzyszenia Producentów i Importerów Urządzeń Grzewczych (SPIUG) oraz APPLiA Polska – Ogólnopolskiego Związku Producentów AGD, zastanawiali się, dlaczego na liście ZUM zabrakło produktów większości renomowanych firm, które od lat budowały nasz rynek pomp ciepła w oparciu o wysoką jakość. Paweł Lachman, prezes Polskiej Organizacji Rozwoju Technologii Pomp Ciepła wskazał, że celem PORT PC, a także innych branżowych organizacji, jest dostosowanie listy ZUM do „rzeczywistej sytuacji rynkowej”, co oznacza, że lista ta powinna obejmować szeroką ofertę produktów o wysokiej jakości dostępnych obecnie na rynku, a potwierdzeniem jakości powinny być tak samo europejskie certyfikaty, jak i badania określone przez NFOŚiGW.

To daje równe szanse zarówno dużym firmom, już posługującym się certyfikatami, jak i małym, które z różnych powodów tych certyfikatów nie mają i wolą wykonać badania tylko w wymaganym zakresie. Prezes PORT PC dodał, że zmiany przepisów decydujących o przyznaniu dofinansowania konkretnym urządzeniom muszą być zgodne z zasadami obowiązującymi w UE. Chodzi m.in. o spójność listy ZUM z bazą EPREL. Baza ta jest w UE podstawowym kryterium dopuszczenia takich urządzeń jak pompy ciepła czy kotły do obrotu rynkowego. Janusz Starościk, prezes Stowarzyszenia Producentów i Importerów Urządzeń Grzewczych, przypomniał, że zasadniczym celem utworzenia listy ZUM było wskazanie nabywcom produktów dobrej jakości. „Chodziło o to, żeby z pieniędzy podatników nie finansować urządzeń, które nie spełniają kryteriów jakościowych. Rynek został bowiem zalany produktami o wątpliwej jakości, co spowodowało także wysyp negatywnych opinii na temat pomp ciepła”. Dodał, że lista – oprócz promowania dobrej jakości – miała także zapobiegać dyskryminacji, broniąc interesów wszystkich producentów wytwarzających urządzenia grzewcze dobrej jakości, bez względu na wielkość firmy czy kraj pochodzenia (...).

Źródło informacji: PAP MediaRoom

Energia z biomasy

Biomasę – czyli m.in. zrębki, drewno w postaci polan, pelety, ziarna zbóż i słomę oraz rośliny energetyczne, takie jak np. szybko rosnące wierzby – zalicza się do paliw ekologicznych. Przyjmuje się bowiem, że podczas spalania biomasy do atmosfery przedostaje się tyle CO2 , ile w czasie wzrostu pochłaniają rośliny, z których ją wytworzono.

Kocioł na pelety

Wśród dostępnych na rynku urządzeń na biomasę dużą popularność zyskały nowoczesne kotły na pelety (brykiet drzewny o niewielkiej granulacji, np. 6 mm) z automatycznym podajnikiem. Wyposażone są one w zbiornik paliwa oraz podajniki palnik. Praca wszystkich elementów kotła jest zautomatyzowana. Jedyne czynności związane z obsługą, jakie należy wykonywać, to uzupełnianie paliwa w zbiorniku oraz okresowe usuwanie popiołu (jego ilość to tylko 1-2% masy spalonego drewna). Oprócz tego należy od czasu do czasu czyścić wymiennik ciepła spaliny/woda znajdujący się wewnątrz urządzenia. Sprawność nowoczesnych kotłów na pelety wynosi ponad 90-93%. Na rynku znajdziemy również urządzenia kondensacyjne wykonane ze stali nierdzewnej, które np. we współpracy z instalacją podłogową osiągają sprawność 108%.

Uwaga! Kocioł na pelety wymaga montażu w osobnym pomieszczeniu technicznym. Musi on być również połączony z odpowiedniej wielkości kominem do odprowadzania spalin. Na etapie projektu budynku, obok kotłowni warto przewidzieć pomieszczenie na opał.

Kotły zgazowujące drewno

Urządzenia te również uzyskują wysoką sprawność – 90-92%. Wynika to z dwuetapowego procesu spalania, zachowania wysokiej temperatury w przestrzeni spalania i osobnego doprowadzenia strumieni powietrza pierwotnego i wtórego. Nowoczesne modele zgazowujące drewno są wyposażone w wentylator wyciągowy spalin oraz sondę lambda, której zadaniem jest ocena jakości procesu spalania. Ponadto przepływem powietrza pierwotnego i wtórnego sterują przepustnice z siłownikami zarządzanymi przez układ regulacji. W porównaniu do kotłów na pelety wymagają one większych nakładów na obsługę. Niezbędne jest cykliczne ładowanie drewna kawałkowego oraz odpopielanie i czyszczenie kotła. Natomiast, gdy kocioł ma dużą komorę załadowczą i współpracuje ze zbiornikiem buforowym, wówczas można osiągnąć długie czasy przerw między poszczególnymi cyklami załadunku.

Piecokominki

Akumulacyjne piecokominki o masywnej konstrukcji umożliwiają ogrzanie domu również podczas długiej przerwy w dostawie energii elektrycznej. Zapewniają one zarówno wysoką jakość procesu spalania (dzięki ceramicznej komorze spalania), jak i możliwość magazynowania energii w ciężkiej obudowie. Jej ciężar może wynosić nawet 1700 kg. W połączeniu z wysoką gęstością i ciepłe właściwym zastosowanych materiałów daje to korzystne możliwości akumulacyjne. Na rynku dostępne są już piecokominki, w których można spalać nie tylko drewno kawałkowe czy brykiet drzewny, ale również pelety. Dzięki innowacyjnym rozwiązaniom rozdzielono proces spalania na dwa odrębne etapy. Pierwszy to zgazowanie peletu, w drugim zaś następuje spalanie wytworzonego gazu drzewnego. Obsługa tego typu urządzeń jest zatem jeszcze prostsza i wygodniejsza.

W artykule wykorzystano informacje prasowe firm: Columbus Energy, Vaillant, Stiebel Eltron