SEBESTAČNOSŤ S TEPELNOU BATÉRIOU SEMARGL
Jedným z najzásadnejších problémov súčasnej energeticky efektívnej architektúry je efektívne uskladnenie tepla. Kým väčšina pasívnych domov na trhu kombinuje tradičné konštrukcie s aktívnymi technológiami, ako sú tepelné čerpadlá či fotovoltické panely aby dosiahli aspoň zníženie tepelných strát prípadne dosiahnutie zaujímavých hodnôt pre globálny ukazovateľ.
Prístup s vhodne navrhnutou tepelnou batériou však prináša radikálnu zmenu v pohľade na využívanie pasívnych zdrojov energie (slnko, odpadové teplo a iné).
Čo je tepelná batéria?
Tepelná batéria predstavuje koncept, v ktorom nejaká hmota slúži ako úložisko energie pre ďalšie využitie v budúcnosti.
V tejto práci sa budeme venovať špeciálnemu prípadu, kedy je tepelnou batériou nosná konštrukcia stavby (základy, steny, strecha) a slúži ako masívny akumulačný systém schopný uchovávať energiu vo forme tepla po dlhé obdobie. Vďaka akumulačným materiálom použitým v konštrukcii stavby a vhodne upravených do postupného uvoľňovania tepla je možné uskladniť letnú slnečnú energiu a postupne ju uvoľňovať počas zimných mesiacov. Ide o čistý pasívny proces, ktorý nevyžaduje žiadne aktívne technológie ani prísun elektrickej energie za predpokladu, že naším cieľom je iba nulová spotreba tepla na vykurovanie (vo variantách 2. a 3. však bude využívaná aj fotovoltika FVE aby bola kapacita tepelnej batérie využitá plnohodnotne. Cena FVE však nenavýši cenu stavby nad ceny bežných stavieb)
Obrázok: Spôsob nabíjania tepelnej batérie v aktívnom režime
Kľúčovou výhodou tepelnej batérie je jej jednoduchosť. Na rozdiel od vysokoteplotných tepelných akumulátorov a zložitých technologických riešení sa spoliehame v základnej verzii výlučne na základné fyzikálne princípy – tepelnú vodivosť, tepelnú kapacitu, difuzivitu, tepelnú vodivosť a iné. Výsledkom je stavba, ktorá
- je lacná na výstavbu,
- nenáročná na údržbu
- a takmer “večná”
Tepelná batéria je dôkazom, že je možné vytvoriť dom, ktorý nepotrebuje externú energiu na vykurovanie ani chladenie – stačí len Slnko, Zem a Príroda okolo nás.
Obrázok: tok energie z tepelnej batérie do interiéru stavby
Tepelná batéria je riešením, ktoré mení pravidlá hry v oblasti pasívnych domov. Umožňuje vytvoriť domov s nulovou spotrebou energií, veľmi dlhou životnosťou a minimálnymi nákladmi na údržbu. Ide o architektúru budúcnosti.
FÁZY SEBESTAČNOSTI S TEPELNOU BATÉRIOU SEMARGL
Pre potreby popisu konceptu energetickej sebestačnosti s využitím vlastností tepelnej batérie SEMARGL použijem nasledovné rozdelenie:
- Prvý stupeň sebestačnosti: Dom, ktorý nepotrebuje kúrenie.
- Druhý stupeň sebestačnosti: Dom, ktorý nepotrebuje kúrenie ani ohrev teplej vody.
- Tretí stupeň sebestačnosti: Dom, ktorý nepotrebuje kúrenie, ohrev vody a celá domácnosť má nulovú spotrebu elektrickej energie.
Tieto stupne sa dajú dosiahnuť rôznymi prístupmi a technológiami. Popis princípu bude vykonaný na vzorovej stavbe podlahovej plochy 100m2 až 120m2.
- Stupeň sebestačnosti
Domy, ktoré nevyžadujú kúrenie, alebo dosahujú spotrebu energie do 500kWh v extrémnych podmienkach maximálne do 1000 kWh ročne. Štandardne sa pohybujeme medzi 0 až 500 kWh.
Takéto domy využívajú nízkoteplotnú batériu, ktorá znižuje náklady na výstavbu približne o -300 € na m² v porovnaní s bežnými domami, a o –600 až -1000 € na m² oproti pasívnym domom.
V zásade táto varianta je dostatočná pre ľudí, ktorí nemajú vyššie ambície na úsporu energií a dom bez kúrenia im postačuje. Nakoniec takéto stavby v podobnej cene na trhu neexistujú.
- Stupeň sebestačnosti
Tento stupeň zahŕňa domy, ktoré nepotrebujú vykurovaciu ani ohrevnú sústavu vody. Možno ho dosiahnuť dvoma variantmi:
2.a)
Nízko teplotná batéria + fotovoltikou (FVE) + akumulačnou nádržou. Fotovoltiku v tejto variante stačí naladiť iba na zabezpečenie ohrevu vody, avšak nízka teplota batérie nedokáže zabezpečiť dlhodobé uskladnenie energie. Pre kúrenie je však uskladnená energia dostatočná a problém vzniká pre ohrev TUV, kvôli čomu varianta obsahuje v priemere 2000L akumulačnú nádrž. Náklady na cenu domu sa zvýšia o +200 až 250 € na m² oproti variante 1., ale stabilita teploty a pohodlie sú výrazne vyššie ako vo variante 1. Nevýhodou sú súčiastky, ktoré sa časom môžu pokaziť (napr. expanzné nádrže, bojler). Celková cena stavby je však stále nižšia, alebo porovnateľná s bežnými stavbami triedy A0 o asi -50€ až -100€ na m2 podlahovej plochy.
2.b)
Stredne teplotná batéria + jednoduchou fotovoltikou slúžiacou iba na ohrev vody. Táto varianta vyžaduje zateplenie základovej dosky, náklady sú vyššie oproti variante 1. o 100 až 150 € na m². Výstavba je však náročnejšia oproti variante 2. a) a predĺži sa minimálne o mesiac. Táto varianta je menej kazová oproti varinte 2. a), ktorá obsahuje bojler, expanzné nádrže, a viac čerpadiel.
2.c)
Ide o variantu zhodnú s variantou 2.b), s tým rozdielom, že namiesto FVE je použitá zimná záhrada.
Druhá varianta je vhodná pre ľudí, ktorí sú zameraní na energetickú sebestačnosť z rôznych dôvodov, alebo pre ľudí, ktorým ide o istý status a prestíž. V tejto variante majiteľ stavby získa absolútnu tepelnú sebestačnosť, a súčasne cena stavby nepresiahne cenu porovnateľného domu postaveného v rovnakom čase a v rovnakej lokalite.
- Stupeň sebestačnosti
V tomto stupni je domácnosť úplne sebestačná, vrátane nulovej spotreby elektrickej energie. Existujú dve hlavné varianty:
3.a)
Táto varianta je obdobou varianty 2. a), čiže využíva nízkoteplotnú tepelnú batériu ale s väčšou fotovoltikou, ktorá poskytuje dostatok energie na celý rok pre celú domácnosť a zvýšenú stabilitu teploty. Náklady sú vyššie o 50 € na m² oproti variante 2. a) čím sa stavba dostáva na úroveň bežných rodinných domov v triede A0.
3.b)
Ide opäť o obdobu varianty 2. b), čiže so stredne teplotnou batériou ale s väčšou fotovoltikou. Táto varianta zvyšuje investíciu o +70 € na m² oprpti 2. b). Celkové navýšenie investície stavby je v tomto prípade oprpti variante 1 vyššie o +170€ až +220€ na m2 podlahovej plochy. Čiže táto varianta je lacnejšia od bežného rodinného domu v triede A0 o asi -100e až -150€ v závislosti od lokality výstavby. V niektorých prípadoch, kedy vzniknú komplikácie s podložím (vysoká spodná voda) sa môže cena stavby vyšplhať až na cenu bežnej stavby. Avšak tu si musíme uvedomiť, že ide o stavbu, ktorá je oproti bežnej stavbe
- úplne sebestačná po stránke kúrenia, TUV, a spotreby domácnosti
- so životnosťou najmenej 3x vyššou
- bez výrazných nákladov na údržbu TZB do budúcna
3.c)
Ide o variantu zhodnú s 3.b), s tým rozdielom, že FVE má rapídne znížený výkon a zimná záhrada je používaná na ohrev stredne teplotnej batérie.
Doplnkové riešenia
Pre tých, ktorí hľadajú kompromis medzi nákladmi a sebestačnosťou, existujú hybridné riešenia:
1. Pre variantu 1. môže vzniknúť lacná a účinná úprava s použitím “malej” fotovoltiky + klimatizácia. Malá fotovoltická elektráreň ohrieva vodu a klimatizácia znižuje náklady na kúrenie vo variante 1. Investícia navyšuje náklady o +50 € na m², pričom spotreba energie klesá oproti var. 1. o -70 %.
Iba pre predstavu: ak je spotreba energie na kúrenie a ohrev TUV bežnej stavby v priemere okolo 5000kWh, tak vo variante 1. môže nadobudnúť hodnoty v rozmedzí 1000kWh až 1500kWh.
Tu treba poznamenať, že na podobnú spotrebu energie sa vie dostať aj bežný konkurenčný rodinný dom triedy A0, avšak to si vyžaduje investíciu do tepelného čerpadla, ktorá navýši cenu domu o asi +50€ na m2 podlahy domu za porepdokladu, že dom už obsahuje podlahové kúrenie a bojler s možnosťou pripojenia na TČ. V opačnom prípade je navýšenie ceny až o +100€ na m2 takéhoto domu. .
2. Zimná záhrada: Táto prídavná konštrukcia s pecou, alebo krbom môže znížiť navýšenie ceny technolóhgií vo variantách 2 a 3 o -50 až -100 € na m², a za istých okolností môže znížiť aj cenu stavebnej časti domu o asi 100€/m2.
Vo variante 1 zimná záhrada nespôsobuje zníženie ceny technológií, ale ich mierne navyšuje, no súčasne môže znížiť cenu stavebnej časti domu, čím sa plusy a mínusy vyrovnajú a dom získa luxusný priestor pre oddych a spoločenské vyžitie počas celého roka.
Vhodne orientovaná a vhodne vyhotovená zimná záhrada môže tvoriť vo variantách 2.b) a 3.b) náhradu fotovoltiky, čím zníži cenu technológií o 50e až 100€/m2 podlahy obytnej časti stavby.
Záver
Každý stupeň sebestačnosti ponúka rôzne možnosti podľa potrieb a preferencií majiteľa. Výber optimálneho riešenia závisí od dlhodobých cieľov, investičných možností a požiadaviek na komfort a iné preferencie. Pri výbere vhodnej varianty je nutné vykonať veľmi podrobnú analýzu potrieb a preferencií a neponáhľať sa s touto analýzou, lebo v opačnom prípade môže dôjsť k fatálnym sklamaniam. Zvolený model/varianta významne vplýva na celkovú koncepciu stavby ako ja druh a typ povrchov (podlahy, omietky, ktoré svojou tepelnou vodivosťou dokážu výrazne ovplyvniť funkcie tepelnej batérie) ale aj na zvolené TZB, ktoré už nie je možné zmeniť v istom štádiu výstavby.
Okrem varianty 1. je vo variantách 2. a 3. použitá aj FVE čím je porušené tvrdenie z úvodu kapitoly, že pasívny dom by mal vedieť fungovať aj bez FVE alebo TČ. Toto tvrdenie sa však vzťahuje iba na kúrenie. Ohrev TUV je energeticky náročný pri ktorom dosiahnúť akúkoľvek úsporu pasívnym spôsobom je úspech projektanta. My sme však dosiahli úplnú sebestačnosť vo variantách 2.c, alebo 3.c a to výlučne pasívnym spôsobom, čo je pravdepdobne unikátne riešenie.
Varianta 2.c je jednoznačne prelomová a zásadne mení pohľad na všetko čo sme si do dnes mysleli o pasívnych stavbách.
Tabuľka: Zhrnutie stupňov sebestačnosti
| Stupeň Sebestačnosti | Charakteristika | Varianty | Náklady (€/m²) | Spotreba energie |
1. stupeň | Dom bez potreby kúrenia. | N/A | -300 oproti bežným domom | Spotreba kúrenie 0kWh až 500kWh, Spotreba TUV 3000kWh*, Spotreba domácnosti 4000kWh** |
2. stupeň | Dom bez kúrenia a ohrevu TUV. | 2.a: Nízko-teplotná batéria + FVE + akum. nádrž | -100 až -50 | Spotreba kúrenie 0kWh, Spotreba TUV 0kWh, Spotreba domácnosti 4000kWh** |
| 2.b: Stredne-teplotná batéria + jednoduchá FVE | -200 až -150 | Spotreba kúrenie 0kWh, Spotreba TUV 0kWh, Spotreba domácnosti 4000kWh** | ||
| 2.c: Stredne-teplotná batéria + zimná záhrada (podobné ako 2.b) | -250 až -150 | Spotreba kúrenie 0kWh, Spotreba TUV 0kWh až 500kWh, Spotreba domácnosti 4000kWh** | ||
3. stupeň | Úplná sebestačnosť. (domácnosť, kúrenie, teplá voda) | 3.a: Nízko-teplotná batéria + väčšia FVE + akum. nádrž | -50 | Spotreba kúrenie 0kWh, Spotreba TUV 0kWh, Spotreba domácnosti 0kWh |
| 3.b:Stredne-teplotná batéria + väčšia FVE | -130 | |||
| 3.c: Stredne-teplotná batéria + znížená FVE + zimná záhrada (podobné ako 3.b) | -180 až -130 |
Poznámky:
* – spotreba približne pre 3 člennú rodinu. Presná hodnota závisí od počtu osôb a návykov.
** – spotreba približne pre 3 člennú rodinu. Presná hodnota závisí od počtu osôb a návykov.
Vysvetlenie tabuľky.
Vzhľadom na prehľadnosť som nemohol tabuľku ešte viac komplikovať a preto si vyžaduje vysvetlenie.
Tabuľka a ani text pred ňou, vysvetľuje konečne možnosti rôznych variant tepelnej batérie. V týchto úvahách ale predpokladám že staviteľ má na začiatku peniaze na jednotlivé varianty a stupne.
Takže tabuľka nezohľadňuje faktor dorabania stavby v čase po kolaudácii. A tu sa situácia komplikuje hlavne tym staviteľom, ktorí na začiatku peniaze nemajú, ale chceli by využiť benefity tepelnej batérie.
Uvediem to na príklade.
Väčšina ľudí by sa rozhodla pravdepodobne pre varianty 2b a 3b. Alebo pre 2c a 3c. Ale napríklad varianty “c” si vyžadujú výstavbu zimnej záhrady (pripadne iné) co v konečnom dôsledku zvýši cenu stavbu ako takej. Úspora nastane až po prepočte na m2 stavby. Ale cen stavby bude vyššia o zimnú záhradu.
Varianty “b” sú preto lacnejšie od “c”.
Ale varianty “b” sú na začiatku stavby drahšie od varianty “a”.
A preto stavitelia ktorí majú veľmi obmedzený rozpočet na začiatku stavby sa skôr rozhodnú pre varianty “a”.
Varianty a su postavené na fotovoltike a veľkej akumulačnej nádrži okolo 2000L. Táto varianta nie je najlacnejsia, ale je v čase uskutočniteľna, a to tak ze na začiatku si vyžaduje najnižšie náklady, a časom je ju mozne dopĺňat.
Varianta a je na začiatku lacná z toho dôvodu ze si nevyžaduje výrobu teplenej batérie stredne teplotnej. A keďže FVE a akumulačné nádrž sa dajú dokúpiť aj neskor ked uz je stavba obyvana, stáva sa táto varianta dostupna hneď v začiatkoch výstavby.
Všetky varianty a, b, c, plná v konečnom dôsledku takmer zhodné výsledné parametre.
Celu situáciu ešte viac skomplikuje, a vytvorí viac variant je pec/krb/nieco kde hori drevo, a spôsob akým pec chceme využívať.
Pec je totiž silný a rvrdult zdroj energie, a za predpokladu ze staviteľ chce pec využívať tak ci tak, dostávame sa k otázke ci je teplena batéria vôbec ekonomické riešenie a potrebná.
Ak však pec slúži len ako záloha, alebo ako zdroj istej romantiky, tak sa situácia opäť zmení a teplna batéria ma svoje opodstatnenie.
Avšak tu musíme pochopiť ekonomickú stránku veci a uvedomiť si ze pec vyžaduje aj komín a.i. čím sa cena opäť mení.
V zásade ale platí, že TEPELNA BATÉRIA tohoto typu znižuje cenu stavby v porovnaní s teoreticky rovnakou stavbou, čo nám dáva finančné možnosti na využitie uspory, tak aby sme sa dostali do sebestačnosti ci už v kureni, ohrev TUV alebo celkovej energetickej sebestačnosti.
Všetky varianty a možnosti však dnes ešte nie sú známe a vyžadujú si čas.
