Dal 1995 l'idea di case da 1,5 litri è stata commercializzata con successo dal Passive House Institute di Darmstadt, sotto il nome poco appropriato di "alloggio passivo", il che potrebbe suggerire una completa mancanza di installazioni attive che estraggono energia dall'ambiente. Fabbisogno di
calore
Anche il fabbisogno di calore per il riscaldamento della nostra casa è tre volte inferiore al limite delle case passive. Le offerte di mercato per la costruzione di case passive sono del 30-40% superiori a quelle tradizionali (leggi: soddisfare i requisiti dei regolamenti edilizi).
Negli articoli precedenti di questa serie abbiamo descritto come raggiungere questo standard energetico per la vostra casa e abbiamo dimostrato che è molto vantaggioso dal punto di vista economico. Ricordiamo che lo abbiamo raggiunto grazie all'elevato potere isolante delle pareti divisorie non trasparenti, per le quali i coefficienti di trasmittanza termica U hanno un valore non superiore a 0,1 W / (m2K). Tuttavia, l'abbiamo raggiunto principalmente grazie a una diversa filosofia di approccio all'edificio, per la quale gli elementi attivi sono importanti, come l'utilizzo di finestre con coefficiente di scambio termico finestra con tapparella a chiusura automatica Uw = 0,7 W / (m2K) e coefficiente di trasmittanza dell'energia solare g = 0.67.Un approccio così attivo per ottenere l'energia solare sembra essere abbastanza ovvio quando confrontiamo la richiesta di calore di ADD con l'energia fornita dal sole. In Polonia, ogni anno - a seconda della regione - 800-1200 kWh / m2. Ottenere anche l'1% di questa energia per il riscaldamento non dovrebbe essere tecnicamente difficile.
Potenza
dell'impianto di riscaldamento Un parametro energetico estremamente importante di un edificio è la richiesta di potenza dell'impianto di riscaldamento. Determina la dimensione necessaria dei dispositivi di riscaldamento per garantire il comfort termico, ovvero per ottenere una temperatura dell'aria di 20 gradi C negli ambienti, con il calcolo della temperatura esterna media più bassa della regione. Per la più grande delle cinque zone climatiche in Polonia, è di -20 gradi C.
Nella casa accessibile autonoma progettata è 2,4 kW, ovvero 17 W / m2 per unità di superficie. Se questo non è molto, mostra un confronto tra la richiesta di potenza di riscaldamento in ADD di una camera da letto di 14 m2 con l'energia emessa dai residenti. Per questo spazio, il fabbisogno energetico sarà di 14 m2 × 17 W / m2 = 238 W e due persone che dormono emettono 240 W di calore. Come puoi vedere, con una tale richiesta di energia, due persone possono coprire le perdite di calore a una temperatura esterna di -20 gradi C. Ciò significa che anche in un freddo inverno in una casa con richiesta di calore quasi nulla, la maggior parte dell'energia necessaria per coprire le perdite di calore non proviene da dispositivi dedicati a questo scopo, ma dai residenti,elettrodomestici, illuminazione, ecc.
Come risulta dai bilanci termici dettagliati in tali case, nella stagione del riscaldamento, i guadagni totali di calore solare e vivente sono maggiori delle sue perdite totali. Tuttavia, abbiamo bisogno di fonti energetiche esterne. Ciò è dovuto al fatto che il flusso di calore guadagnato è più o meno costante e non dipende dalla temperatura esterna. Pertanto, per gran parte della stagione di riscaldamento, abbiamo guadagni di calore che superano le perdite. Questo può portare a surriscaldamenti degli ambienti, pertanto il calore in eccesso deve essere rimosso dal sistema di ventilazione. Allo stesso tempo, a basse temperature esterne, questa energia non è sufficiente a coprire le dispersioni termiche e quindi occorre disporre di ulteriori fonti energetiche in casa.
Nella costruzione tradizionale, il prezzo del carburante è determinante nella bolletta del riscaldamento. Questo è il motivo per cui molte persone che costruiscono queste case decidono di spese in conto capitale enormi per ridurre il prezzo di 1 kWh di calore. Un modo è installare una pompa di calore, il cui costo è di circa 40-60 mila.
Con una domanda di calore così bassa come in ADD, tali investimenti sono, tuttavia, economicamente non redditizi. Il costo del riscaldamento di una casa del genere con il tipo di energia più costoso, cioè l'elettricità, è inferiore a 500 all'anno, con il costo di installazione di 2.000 … Ciò significa che la differenza tra l'installazione più economica e una pompa di calore è di almeno 38.000 PLN. Se il denaro risparmiato in questo modo dovesse essere depositato in una banca, l'interesse sarebbe di circa 2.000. all'anno, che è quattro volte superiore al costo dell'elettricità utilizzata per il riscaldamento.
Acqua calda
In ADD, la relazione tra i costi energetici per il riscaldamento e l'acqua calda è diversa. In una casa con la stessa architettura, ma con lo standard energetico raccomandato dal ministro delle infrastrutture come razionale (160 kWh / m2 / anno), il fabbisogno annuo di calore per il riscaldamento sarà di 160 kWh × 144 = 23.040 kWh. La richiesta di calore annuale standard per il riscaldamento dell'acqua per 4 persone è di 2500 kWh. Pertanto, per preparare l'acqua calda, abbiamo bisogno di circa il 10% del calore per il riscaldamento. Pertanto, dal punto di vista dei costi energetici, questo non è un problema significativo. La situazione è diversa in ADD: la richiesta di calore standard per il riscaldamento dell'acqua è più di tre volte superiore alla richiesta di calore per il riscaldamento della casa.
Vale quindi la pena investire in una riduzione radicale della richiesta di acqua calda. Una proposta del genere può essere fortemente osteggiata dalla maggioranza degli appassionati di bagni caldi, compreso l'autore di questo testo. Fortunatamente, si scopre che una riduzione radicale del consumo di acqua non richiede alcun sacrificio personale, ma solo limitandone gli sprechi senza precedenti. Ci sono molti esempi; dalla mia esperienza ne cito uno: lavarsi i denti con un rubinetto aperto con acqua calda. Oltre l'80% del tempo di questa operazione, l'acqua calda scorre dal rubinetto direttamente allo scarico. Se, al posto dei raccordi tradizionali, fosse installato un dispositivo contactless, l'acqua scorrerebbe solo quando portassimo una mano con un pennello o attingessimo acqua per sciacquare la bocca.
Utilizzando aeratori ad alta efficienza, raccordi di prossimità, lavastoviglie e moderne lavatrici, possiamo ridurre il consumo di acqua fino al 60%. Quindi la richiesta di calore per il suo riscaldamento (0,4 × 2500 = 1000 kWh) sarà annualmente simile alla quantità di calore necessaria per riscaldare la casa e, se ci riferiamo solo alla stagione del riscaldamento, leggermente superiore al 30%.
Come riscaldare ambienti e acqua in ADD
In ADD occorrono 911 kWh per il riscaldamento della casa e circa 320 kWh nella stagione di riscaldamento da un caminetto con camicia d'acqua (i restanti 680 kWh saranno forniti dai collettori solari) per preparare l'acqua calda, ovvero 1231 kWh di energia termica in totale.
Riscaldamento elettrico. Il riscaldamento elettrico sarebbe senza dubbio l'investimento più economico. Tuttavia, è necessario prendere seriamente in considerazione sia l'elevata probabilità di aumenti radicali dei prezzi dell'elettricità sia il rischio crescente di frequenti guasti alla rete elettrica.
Anche gli argomenti ecologici sono importanti, poiché l'uso dell'elettricità in Polonia è associato a un elevato inquinamento ambientale.
Costi stimati di 1 kWh di elettricità, tenendo conto dei costi di ammortamento dei dispositivi di riscaldamento, assumendo spese di investimento non superiori a PLN 3.000. e assumendo la durata di 10 anni dei dispositivi di riscaldamento elettrico, saranno 3000 / (10 anni × 1231 kWh / anno) + 0,53 / kWh = 0,77. Pertanto, il costo del riscaldamento elettrico, tenendo conto delle spese per il sistema di riscaldamento nell'ADD, sarebbe 1231 kWh × 0,77 / kWh = 948 / anno.
Camino con camicia d'acqua. Il caminetto a camicia d'acqua è privo dei rischi suddetti ed estremamente vantaggioso dal punto di vista ecologico. Quanto è importante un camino è la sua connessione con l'archetipo del fuoco e del focolare. Ecco perché molte persone non possono immaginare una casa senza di essa. Ipotizziamo, quindi, che i costi di sostituzione di un normale caminetto con uno a camicia d'acqua, con accumulatore di calore da 700-1000 litri e dotato di automazione a batteria ammonteranno a 10.000 …
Con il costo di 1 kWh di calore da legna a 0,15 e ipotizzando una durabilità di 15 anni dell'intero impianto, il costo di 1 kWh di energia ottenuta da un tale sistema di riscaldamento sarà 10.000 / (15 anni × 1.231 kWh / anno) + 0,15 = 0, 69. È più economico che con il riscaldamento elettrico e senza i rischi, ma ovviamente molto meno conveniente. Anche se il disagio qui è molto più piccolo che nelle case tradizionali con un tale sistema di riscaldamento, perché a una temperatura di -20 ° C è sufficiente caricare una volta il camino con una potenza di 8 kW (gli inserti per camini più comunemente usati nelle case unifamiliari sono da 8 a 20 kW). Tuttavia, a temperature esterne più elevate è sufficiente accenderlo una volta ogni pochi giorni.
Sfortunatamente, usare il camino al di fuori della stagione di riscaldamento per riscaldare l'acqua non è una buona soluzione. Fumare in un caminetto quando fuori fa caldo non è piacevole, figuriamoci surriscaldare.
Pannelli solari. L'impianto solare è la soluzione al problema dell'acqua calda estiva. I collettori sottovuoto ad alta temperatura possono coprire il 100% del fabbisogno ottimizzato di acqua calda dall'inizio di marzo alla fine di ottobre. Per renderlo possibile, la loro pendenza rispetto all'orizzontale dovrebbe essere di 60 ° in marzo e ottobre, e sarebbe meglio installare i collettori in modo tale da poter modificare il loro angolo di inclinazione. In ADD, si trovano sulla parete sud della sala hobby.
4 m2 di collettori sottovuoto sono sufficienti a coprire il fabbisogno totale di acqua calda da marzo a ottobre, ipotizzando una loro efficienza del 30% (si segnala qui che le efficienze del 60% fornite dai costruttori assumono la direzione perpendicolare della radiazione solare rispetto al collettore, che solo avviene a mezzogiorno).
Se si assume il costo di un impianto solare per un importo di 10.000 (senza il serbatoio, perché abbiamo già questo) e la sua vita di 20 anni, il costo di 1 kWh sarà 10.000 / (20 anni × 680 kWh / anno) = 0,76. Questo è praticamente come usare l'elettricità, ma tenendo conto dei suoi prezzi in aumento e del rischio di interruzioni nelle forniture, vale la pena scegliere i collettori.
Nei mesi più soleggiati, produrranno un notevole eccesso di calore. Nelle installazioni classiche, questo problema viene risolto con l'aiuto di varie soluzioni tecniche costose. In ADD, questo problema viene risolto dal serbatoio di accumulo a terra (GZC), che in estate si riprende il calore in eccesso.
Celle ibride. Una volta ottimizzata la richiesta di calore, la vera sfida è raggiungere l'autonomia elettrica. Discuteremo questo problema in modo più dettagliato nel prossimo episodio di questa serie.
Adesso vorrei solo richiamare l'attenzione su una certa proprietà delle celle fotovoltaiche, una delle due - accanto ai mulini a vento - le più diffuse fonti rinnovabili di elettricità. Bene, hanno uno svantaggio significativo. Si tratta di una diminuzione della capacità dello 0,5% per ogni aumento di 1 ° C della temperatura. Ciò significa che quando le celle possono produrre più energia, ovvero in una giornata estiva molto soleggiata, la loro efficienza scende di almeno il 20% a causa dell'aumento della temperatura.
Un modo per ridurre questa caduta è raffreddare la cella. Se usiamo l'acqua per questo, sarà un buon modo per riscaldarla. Sfortunatamente, se deve raffreddare efficacemente la cella, non dovrebbe avere una temperatura superiore a 30 ° C, il che significa che sarà di scarsa utilità per i residenti. A meno che non lo usiamo per riscaldare il terreno sotto l'edificio. È così che è nato il concetto di accumulatore di calore a terra. Quindi non era la ricerca di un modo per accumulare l'energia solare estiva in eccesso per l'inverno, ma la necessità di aumentare l'efficienza delle celle fotovoltaiche.
Il calore così raccolto può ovviamente essere utilizzato per riscaldare l'edificio in inverno. Per fare ciò, la temperatura di mandata al sistema di climatizzazione dovrebbe essere inferiore a 25 ° C. Questa è la situazione che affrontiamo nella nostra casa, la cui potenza richiesta è di 17 W / m2.
Se l'impianto di riscaldamento è a pavimento con pavimenti in ceramica o altro, ma non barriere al calore, la temperatura dell'acqua di alimentazione non supererà i 25 ° C alla temperatura esterna di progetto per la terza zona climatica -20 ° C.
Accumulatore di calore a terra. La copertura termica completa per il riscaldamento domestico a temperature inferiori a -5 ° C richiede l'accumulo nel terreno di circa 250 kWh di energia termica. Per questa quantità di calore alla temperatura di 25 ÷ 27 ° C sono sufficienti 250 m3 di terreno umido con una percentuale significativa di frazioni argillose (argilla). A temperature esterne superiori a -5oC possiamo ottenere calore dall'accumulo fino a 21 ° C, ovvero altri 600 kWh. Vale anche la pena ricordare che grazie al serbatoio abbiamo eliminato le perdite attraverso il pavimento per un importo di 400 kWh.
Il costo di costruzione del GZC è di circa 15.000 … Può raffreddare celle PVT con un'area di oltre 50 m2 a 30 ° C. Migliorando la loro efficienza, saranno prodotti ulteriori 50 m2 × 170 kWh × 0,2 = 1700 kWh di elettricità con un valore di 1700 kWh × 0,53 / kWh = 900.
Supponendo che senza l'accumulo si otterrebbe energia dal legno, il risparmio ammonterebbe a 1.310 kWh × 0,15 / kWh = 197. Pertanto, i ricavi totali dell'investimento in un accumulo di calore a terra ammonterebbero a 1097 all'anno.Questo significa che il tempo di ritorno semplice (SPBT) ) sostenuta per la sua performance per un importo di 15.000 / 1097 = 13,7 anni, quindi è più del doppio più breve del rimborso del prestito. In altre parole, anche se le spese per il container di terra (che dura almeno 80 anni) provengono dal prestito, la somma degli oneri del prestito meno i benefici che abbiamo dal container sarà inferiore al costo del prestito per la costruzione di una casa senza container.
Il costo medio di 1 kWh di energia ottenuta grazie all'accumulo a terra è di 15.000 / (80 anni × (1.700 kWh / anno + 1.310 kWh / anno) = 0,06. Il valore di mercato di questa energia è (1.700 × 0,53 + 1.310 × 0,15 ) / (1700 + 1310) = 0,36, così sei volte di più! Per
essere proseguiti
La scelta ottimale della resistenza termica dei tramezzi degli edifici e il posizionamento della maggior parte delle finestre sui prospetti est, ovest e sud, nonché l'uso di una ventilazione altamente efficiente con recupero - in combinazione con l'uso di collettori appropriati e celle PVT - consente di ridurre i costi di riscaldamento e preparazione dell'acqua calda fino a 320 kWh, ottenuto dalla combustione di legna nel camino, con un valore simbolico di 50 / anno. Ciò significa che le soluzioni proposte garantiscono non solo autonomia energetica nel campo del riscaldamento e dell'acqua calda, ma anche la più bassa somma di costi di capitale e costi energetici al momento del rimborso del mutuo, e quindi la massima disponibilità della casa (più su www.dommadd.pl).
Nel prossimo numero descriveremo il possibile ambito di autonomia nel campo dell'elettricità.
