Odnawialne źródła energii (OZE) w domu jednorodzinnym

Wykorzystywanie OZE (na podstawie wikipedia.org) nie wiąże się z długotrwałym ich deficytem, ponieważ ich zasoby odnawiają się w relatywnie krótkim czasie (są to surowce odnawialne). Takimi źródłami są m.in. słońce, wiatr, woda, biomasa. Do energii odnawialnej zalicza się również ciepło pozyskane z ziemi (energia geotermalna), powietrza (energia aerotermalna), wody (energia hydrotermalna). Przeciwieństwem OZE są źródła, których zasoby odtwarzają się bardzo powoli bądź wcale, czyli np.: ropa naftowa węgiel, gaz ziemny. W domach jednorodzinnych najczęściej wykorzystuje się energię promieniowania słonecznego, używaną przez
kolektory słoneczne oraz instalacje fotowoltaiczne, energię z powietrza lub z gruntu wykorzystywaną przez pompy ciepła oraz energię z biomasy, wykorzystywaną przez kotły na biomasę.

Pompy ciepła

W 2021 roku rynek pomp ciepła do ogrzewania budynków urósł o ponad 80% w stosunku do roku 2020. Największą popularnością cieszyły się modele typu powietrze- -woda, których Polacy zakupili łącznie ponad 79 tysięcy. Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp Ciepła na podstawie danych rynkowych z pierwszego kwartału 2022 roku, prognozuje, że do końca bieżącego roku liczba powietrznych pomp ciepła wzrośnie o ponad 90%. Boom na te urządzenia wynika z tego, że są one obecnie najtańszym
źródłem ogrzewania budynków, a w połączeniu z odpowiednio dobraną instalacją fotowoltaiczną, roczny koszt użytkowania jest jeszcze bardziej atrakcyjny.

Powietrzna pompa ciepła

Dwa najpopularniejsze rodzaje pomp ciepła powietrze-woda w Polsce to urządzenia typu split i monoblok. W pierwszej opcji zestaw składa się z dwóch jednostek, zewnętrznej i wewnętrznej, które łączy się rurkami o niewielkiej średnicy – zazwyczaj 6 i 10
mm. W rurach płynie czynnik ziębniczy, np. R410 czy R32. 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. Dlatego prace te należy powierzyć doświadczonym wykonawcom, którzy sprawdzą szczelność układu pod odpowiednio wysokim ciśnieniem. Część pomp ciepła typu split, szczególnie urządzeń o wyższej mocy, np. 10-12 kW podlega dodatkowo zgłoszeniu w tzw. bazie CRO (Centralny Rejestr Operatorów) oraz regularnego wykonywania przeglądów pod kątem szczelności urządzenia. Pompy ciepła typu monoblok, jak sugeruje nazwa, są urządzeniami, w których obieg ziębniczy znajduje się tylko w jednostce zewnętrznej. Podczas prac nie ingeruje się w tę cześć instalacji. Montażu może dokonać każda wykwalifikowana ekipa instalacyjna. Jednostkę zewnętrzną i  wewnętrzną łączy się rurą o większej średnicy – 28 lub 35 mm, a czasami większą (w zależności od mocy urządzenia). Zaletą modelu monoblok jest prosty montaż 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 3^oC.

Planując montaż powietrznej pomy ciepła, pamiętajmy o tym, że urządzenie cechuje się zmienną mocą, zależną od temperatury na zewnętrz. Przykładowo, jeśli znajdziemy kilka modeli, które dysponują tą samą wartością mocy, np. dla temperatury plus 2^oC, to już dla temperatury minus 7^oC z reguły każda z nich będzie miała nieco inną moc. Dlatego zanim zostanie podjęta ostateczna decyzja, bierze się pod uwagę wykres przebiegu mocy pompy ciepła i nanosi na nim linię zależności strat ciepła budynku od temperatury
zewnętrznej. I dopiero na tej podstawie powinno się wybierać model, który jest w stanie pracować samodzielnie do około minus 5^oC czy minus 7^oC w zachodniej i centralnej Polsce. W chłodniejszych regionach kraju niezbędna jest pompa o nieco wyższej mocy, która może pracować samodzielnie do około minus 10^oC, a nawet minus 12^oC.

Gruntowa pompa ciepła

Stosuje się ją nieco rzadziej, co wynika ze znacznie wyższych początkowych nakładów inwestycyjnych w porównaniu do pompy powietrznej. Najczęściej pompę gruntową łączy się z odwiertami o głębokości do 100 m, rzadziej z kolektorem poziomym rozłożonym na działce (z uwagi na wymaganą większą powierzchnię). Zaletą tych 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. Dodatkowo
przez wiele lat nie wymagają one przeglądu (poza kontrolą filtrów czy naczyń wzbiorczych).Przydatną opcją jest też możliwość skorzystania z tzw. chłodzenia pasywnego. W instalacji wyposażonej w tę funkcję latem woda w instalacji podłogowej oddaje ciepło do płynu niezamarzającego krążącego w rurach umieszczonych w odwiertach. Eksploatacja takiego systemu jest bardzo tania ponieważ pracują wyłącznie pompy obiegowe. Zaś odprowadzane z budynku ciepło jest akumulowane w gruncie. To swoiste „zero waste”.

Ze względów praktycznych i ekonomicznych decyzję dotyczącą inwestycji w OZE najlepiej podjąć na etapie projektowania domu. Dzięki temu będziemy mogli wybrać odpowiednią technologię przy najniższym koszcie inwestycji.

Kocioł na biomasę

Biomasę -czyli 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. 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. Urządzenia te są w dużym stopniu zautomatyzowane. Producenci wyposażają je m.in. w automatyczną zapalarkę, a także często mechanizm, który oczyszcza okresowo ścianki wymiennika ciepła. Istnieją również modele, które zapewniają automatyczny pobór paliwa z magazynu i usuwanie popiołu. Z reguły jednak użytkownik musi okresowo umieścić zapas paliwa
w zbiorniku, oczyścić wymiennik ciepła i usunąć popiół. Zanim jednak zdecydujemy się na zastosowanie kotła na pelety, powinniśmy upewnić się czy zezwala na to plan zagospodarowania przestrzennego i uchwała antysmogowa. W niektórych województwach, a także miastach już dziś podano datę, po której stosowanie paliw stałych na danym obszarze nie będzie dopuszczalne.

Kolektory słoneczne

Urządzenia te pozwalają zredukować zużycie energii na potrzeby ogrzewania wody użytkowej, pochodzącej z konwencjonalnych źródeł – np. ze spalania gazu. Ich zastosowanie zapewnia więc niższe koszty eksploatacji tradycyjnego źródła ciepła, służącego do przygotowania ciepłej wody, np. kotła gazowego. Kolektory słoneczne (do wyboru są płaskie lub próżniowo-rurowe, najczęściej jednak stosuje się te pierwsze) wraz z zasobnikiem stanowią dwa najważniejsze elementy instalacji solarnej. Aby cały układ właściwie działał doświadczony fachowiec powinien dobrać wielkość kolektorów. Do obliczeń stosuje się symulacje komputerowe lub metody uproszczone bazujące na liczbie mieszkańców. Z kolei pojemność zasobnika solarnego dostosowuje się do powierzchni ułożonych kolektorów. Dzięki temu w słoneczne dni zmagazynujemy nadmiar energii cieplnej, którą wykorzystamy, gdy na przykład kolejny dzień będzie pochmurny lub deszczowy.

Zdaniem eksperta

Na jakie rozwiązania OZE w obecnej sytuacji powinien stawiać inwestor indywidualny?

Zdaniem eksperta

Czy energia wytwarzana przez OZE zapewnia zaspokojenie wszystkich potrzeb mieszkańców domu jednorodzinnego?

Panele fotowoltaiczne

Obecnie już ponad milion właścicieli domów w naszym kraju posiada własną elektrownię słoneczną, a Polska należy do trójki najszybciej rozwijających się rynków PV pod względem przyrostu nowych mocy w Europie. Najważniejszym elementem instalacji fotowoltaicznej są panele i inweter. Od jakości i wydajności paneli zależy jak długo będą pracowały oraz ile energii dostarczą. Panele polikrystaliczne są tańsze od monokrystalicznych, ale charakteryzują się mniejszą sprawnością. Aby uzyskać przy ich pomocy taką samą moc, potrzebna jest większa powierzchnia dachu. Z kolei droższe panele monokrystaliczne ze względu na wyższą sprawność są bardziej kompaktowe i tym samym wymagają mniejszej połaci dachu. Ich przewagą jest również wyższa trwałość i odporność na warunki atmosferyczne. Będą bardziej efektywne w sytuacji niedostatecznego nasłonecznienia lub wysokich temperatur, z którymi gorzej radzą sobie panele polikrystaliczne. Z kolei zadaniem inwertera (inaczej falownika) jest zamiana prądu stałego wytwarzanego przez panele, na prąd zmienny czyli taki, który płynie w gniazdku. Rodzaj inwertera zależy od mocy i typu instalacji. Planując montaż instalacji PV, należy dopasować jej moc do zapotrzebowania energetycznego domu, czyli powinniśmy sprawdzić ile energii zużywamy w ciągu roku. W tym celu warto przeanalizować rachunki za prąd uwzględniając ostatnie 12 miesięcy i na tej podstawie obliczyć średnie roczne zużycie. Na tym etapie należy wziąć pod uwagę również możliwy wzrost zapotrzebowania na energię, czyli czy mamy zamiar w najbliższym czasie dokupić takie urządzenia jak klimatyzator, większą lodówkę, zmywarkę lub zmienić sposób ogrzewania i na przykład zamontować pompę ciepła. W nowych budynków, które dopiero powstają, trzeba posłużyć się szacunkami zużycia. Wylicza się je uwzględniając liczbę i rodzaj urządzeń elektrycznych, jakie znajdą się w domu, a także liczbę mieszkańców. 

Zdaniem eksperta

Czy urządzenia OZE sprawdzają się w modernizowanym domu?