English
Deutsch
Español
Italiano
Nederlands
Română
Budynki neutralne energetycznie
2.1 Wprowadzenie
Budynki neutralne energetycznie (lub budynki o zerowym zużyciu energii netto) są reprezentowane przez metodę budowy i projektowania, której celem końcowym jest stworzenie energooszczędnego budynku połączonego z siecią energetyczną, zdolnego do wytwarzania własnej energii w celu zrekompensowania zapotrzebowania na energię, które wytwarza. [5], [6]. Oznacza to, że budynki neutralne energetycznie mają zerowe zużycie energii netto, co przekłada się na fakt, że całkowite roczne zapotrzebowanie na energię jest niemal równe ilości energii odnawialnej wytworzonej na miejscu lub w pobliżu.
W budynkach neutralnych energetycznie efektywnie wykorzystuje się odnawialne źródła energii, aby wykorzystać tyle energii, ile można wytworzyć lokalnie. Mimo że osiągnięcie pełnej równowagi pomiędzy produkcją i zużyciem energii jest trudne, staje się to coraz bardziej osiągalnym celem, który zyskuje coraz większe uznanie w różnych częściach świata. [7].
Prywatni właściciele nieruchomości komercyjnych są coraz bardziej zainteresowani tworzeniem budynków neutralnych energetycznie, aby zrealizować swoje cele korporacyjne, podczas gdy władze państwowe dążą do osiągnięcia celów budynków neutralnych energetycznie w odpowiedzi na zobowiązania regulacyjne [6].
Chociaż budynki neutralne energetycznie najczęściej kojarzone są z budynkami komercyjnymi, każda struktura, w tym domy mieszkalne, może być neutralna energetycznie, ponieważ zasada ta jest skalowalna i odnosi się do niemal każdego rodzaju struktury, niezależnie od tego, czy jest to duży obiekt wielofunkcyjny, czy mały dom. [6], [7]. Koncepcja ta może być nawet wykorzystana do realizacji miast i instytucji o zerowym bilansie energetycznym.
Źródło: https://www.energyintime.eu/nearly-zero-energy-standard-2050-eu-half-dream-half-reality/
2.2 Materiały budowlane
Do wytworzenia materiałów i wyrobów budowlanych potrzebne są surowce i energia w postaci drewna, kamienia, minerałów, chemikaliów oraz energii elektrycznej, ropy naftowej, węgla, gazu, odpowiednio [8]. Produkcja i transport materiałów budowlanych są ściśle związane z emisją gazów cieplarnianych, co z kolei prowadzi do związanych z tym konsekwencji dla środowiska. [8], [9].
Nadmierne stosowanie materiałów energochłonnych i nadmierna eksploatacja mogą doprowadzić do wyczerpania zasobów energetycznych i materiałowych, a także spowodować szkody dla środowiska. Ponadto zaspokojenie stale rosnącego zapotrzebowania na budynki wyłącznie przy użyciu energooszczędnych tradycyjnych materiałów i metod budowlanych nie jest łatwe.
Dlatego też istnieje zapotrzebowanie na rozwiązania budowlane, które są długoterminowe, przyjazne dla środowiska, a także energooszczędne. Aby osiągnąć te cele, konieczne jest jak najbardziej efektywne wykorzystanie dostępnych zasobów energii i surowców [8].
Następujące koncepcje stanowią zrównoważone alternatywy dla technologii budowlanych [8]:
- Zachowanie energii,
- Minimalizacja zużycia materiałów wymagających dużych nakładów energii,
- Minimalizacja transportu i zwiększenie wykorzystania lokalnych zasobów i materiałów,
- Optymalne wykorzystanie lokalnych umiejętności i zdecentralizowana produkcja,
- Włączenie odpadów przemysłowych do procesu produkcji materiałów budowlanych,
- Ponowne wykorzystanie i recykling odpadów powstających w trakcie budowy,
- Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii.
Poniżej podano kilka przykładów niskoemisyjnych alternatyw w zakresie materiałów i technologii budowlanych [8], [9]:
- Cementy mieszane,
- Stabilizowane bloczki mułowe do murów,
- Zagęszczone bloki z popiołu lotnego,
- Ściany z ziemi zbrojonej,
- Systemy podłogowe i dachowe o niskiej energochłonności,
2.3 Przepływ powietrza
Budynki z wentylacją naturalną mogą potencjalnie zaoszczędzić znaczne ilości energii elektrycznej zużywanej na chłodzenie i wentylatory. [10]. Istnieją dwa rodzaje przepływu powietrza w budynku neutralnym energetycznie: wentylacja naturalna i mechaniczna.
Wentylacja naturalna wykorzystuje siły natury, takie jak temperatura i wiatr, do ułatwienia przepływu i wymiany powietrza w budynku. Z kolei wentylacja mechaniczna wykorzystuje wentylatory elektryczne do kierowania i sterowania przepływem powietrza w budynku. Wentylacja mechaniczna jest w stanie zapewnić stały przepływ powietrza i jego wymianę niezależnie od warunków pogodowych, ale zużywa energię elektryczną i wymaga okresowej wymiany filtrów wentylacyjnych, które są źródłem zanieczyszczeń. [10]–[12]
Jeśli chodzi o przepływ powietrza i wentylację naturalną w budynku neutralnym energetycznie, istnieją dwie główne koncepcje wentylacji [13]:
- Zapewnienie odpowiedniej jakości powietrza w pomieszczeniach bez konieczności stosowania energii elektrycznej w celu ułatwienia ruchu powietrza,
- Poprawa prędkości powietrza w ciągu dnia i wysokie wskaźniki wentylacji nocnej dla zapewnienia komfortu cieplnego w lecie.
Największą wadą jest odzyskiwanie zimą ciepła z ciepłego powietrza wewnętrznego. Główną zaletą jest jednak możliwość uzyskania wysokich współczynników wentylacji dla chłodzenia latem bez użycia energii elektrycznej, co prowadzi do większej oszczędności energii. [13].
2.4 Oświetlenie
Oświetlenie naturalne powinno być wykorzystywane we wszystkich projektach budynków neutralnych energetycznie. Po zoptymalizowaniu i maksymalizacji poziomu oświetlenia uzyskanego dzięki światłu naturalnemu należy dodać oświetlenie zadaniowe w takich miejscach, jak blaty kuchenne, łazienki, biura itp.
W budynkach neutralnych energetycznie wykorzystuje się w jak największym stopniu światło naturalne poprzez strategiczne rozmieszczenie okien w pomieszczeniach mieszkalnych. Jeśli chodzi o oświetlenie sztuczne, należy stosować nowe i energooszczędne oświetlenie, które może zmniejszyć zużycie energii. [14].
Z tego powodu diody elektroluminescencyjne (LED) są najlepszym wyborem, ponieważ są najbardziej wydajnymi i najdłużej działającymi źródłami światła. [15], [16]. Kolejną zaletą diod LED – oprócz tego, że oszczędzają energię i zmniejszają koszty oświetlenia – jest fakt, że eliminują one również narażenie na kontakt z rtęcią, które ma miejsce przy stosowaniu żarówek fluorescencyjnych. [14].
Sposób wytwarzania światła przez diody LED różni się od sposobu wytwarzania światła przez inne technologie oświetleniowe. W tradycyjnej lampie żarowej żarnik wolframowy jest podgrzewany prądem elektrycznym do momentu, aż zacznie się żarzyć i emitować światło. [17]. W lampie fluorescencyjnej prąd elektryczny napędza gaz do wytworzenia promieniowania ultrafioletowego (UV), które uderza w powłokę fosforową wewnątrz szklanej osłony i sprawia, że wytwarza ona światło widzialne. [17].
Dioda LED jest natomiast diodą półprzewodnikową, czyli urządzeniem, które pozwala na przepływ prądu tylko w jednym kierunku, zbudowanym z materiału półprzewodnikowego zaprojektowanego tak, aby tworzył strukturę złącza dodatnio-ujemnego (P-N) [16], [17]. Po przyłożeniu prądu do złącza P-N nadmiar elektronów (naładowanych ujemnie) przemieszcza się na stronę dodatnią, a nadmiar cząstek ze strony dodatniej (zwanych „dziurami”) przemieszcza się na stronę ujemną. W złączu P-N dziury i elektrony oddziałują na siebie, co powoduje uwolnienie energii w postaci światła [17].
2.5 Pompa ciepła
Pompy ciepła to jednostki zewnętrzne, które są częścią systemu ogrzewania i chłodzenia. Są one w stanie zarówno ogrzewać, jak i chłodzić dom. Pompa ciepła działa poprzez pochłanianie ciepła z zimnego powietrza na zewnątrz i przekazywanie go do wnętrza domu w zimie, a w lecie poprzez usuwanie ciepła z wnętrza domu i przekazywanie go na zewnątrz. Pompy ciepła zasilane są energią elektryczną i – za pośrednictwem czynnika chłodniczego – przekazują ciepło, aby zapewnić komfort cieplny. [18]. Ponadto, w przeciwieństwie do pieców, nie wykorzystują one do ogrzewania paliw kopalnych, dzięki czemu są przyjazne dla środowiska i mają kluczowe znaczenie dla budynków neutralnych energetycznie.
Systemy pomp ciepła stanowią opłacalny sposób odzyskiwania ciepła z różnych źródeł nie tylko w sektorze mieszkaniowym, ale także w sektorze komercyjnym i przemysłowym. [19]. Wraz ze wzrostem kosztów energii pompy ciepła odgrywają kluczową rolę w oszczędzaniu energii i obniżaniu kosztów.
Zaawansowane konstrukcje obiegów zarówno dla systemów napędzanych ciepłem, jak i pracą, udoskonalone elementy obiegu (w tym wybór cieczy roboczej) oraz maksymalizacja wykorzystania w szerszej gamie zastosowań to główne cele ostatnich osiągnięć w dziedzinie systemów pomp ciepła. [19].
W porównaniu z elektrycznym ogrzewaniem oporowym, takim jak piece i grzejniki płytowe, dzisiejsza pompa ciepła może obniżyć koszty ogrzewania nawet o 50%. [20]. W lecie wysokowydajne pompy ciepła osuszają powietrze lepiej niż typowe centralne klimatyzatory, co skutkuje niższym zużyciem energii i większym komfortem.
Źródło: https://riverreporter.com/stories/the-heat-pump-basics,41466