Dom zeroenergetyczny ZEH 1

Dom zeroenergetyczny ZEH 1

ZEH 1 to projekt domu zeroenegetycznego (ang. ZEH - zero-energy house), który uwzględnia zasady projektowe stosowane dla budynków pasywnych oraz wyposażony jest w wytwórcze systemy energetyczne - panele fotowoltaiczne oraz kolektory słoneczne. Architektura domu sprzyja ponadstandardowym wymaganiom dotyczącym pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych i zapewniania samowystarczalności energetycznej.

Projektowany budynek jest niedużym domem o powierzchni użytkowej 150m2. Budynek zaprojektowano dla 4 - osobowej rodziny. Zaprojektowano minimalną przestrzeń, jednocześnie dbając o funkcjonalny układ pomieszczeń.

Forma budynku

Zero-energy houseBudynek składa się z dwóch brył oddylatowanych konstrukcyjnie i termicznie od siebie: części mieszkalnej ogrzewanej oraz nieogrzewanej części technicznej w której znajduje się garaż jednostanowiskowy.

Część mieszkalna w rzucie prostokątna, zwieńczona jest dachem pulpitowym o nachyleniu 35° w kierunku południowym, który jest optymalnym kątem ze względu na sprawność systemów wytwórczych, czyli ilości energii słonecznej możliwej do pozyskania. Większość okien znajduje się od strony południowej - co sprzyja pasywnym zyskom słonecznym.

Część techniczna / nieogrzewana znajduje się od strony północnej oraz jest częściowo zagłębiona w gruncie - co dodatkowo sprzyja izolacyjności termicznej. Korzystne jest to również z powodu magazynowania chłodu latem, który można wykorzystywać do schładzania budynku.

Pasywne metody pozyskiwania energii i schladzania budynku

Jak wspomniano wcześniej budynek został zaprojektowany zgodnie z zasadami wykorzystywaniem przy projektowaniu budynków pasywnych.

ZEH 1Bryła budynku jest zwarta, współczynnik kształtu A/V jest bardzo niski i wynosi 0,46, brak jest również liniowych mostków termicznych. Funkcja została zaprojektowana również zgodnie z tymi zasadami, czyli funkcje techniczne oraz gospodarcze zlokalizowane zostały od strony północnej, natomiast pokoje w których przebywają mieszkańcy znajdują się głównie od strony południowej.

Budynek został zaprojektowany w ten sposób, aby wykorzystywać pasywnie energię słoneczną w miesiącach zimowych, ale również zadbano o to aby budynek nie przegrzewał się latem. W tym celu zbadano nasłonecznienie latem i zimą oraz zaprojektowano optymalne zadaszenia nad oknami południowymi oraz najbardziej korzystny kształt zewnętrznych żaluzji.

Analiza lato/zima

Analiza padania promieni słonecznych latem i w zimie

Zero-energy house winter

Nasłonecznienie i kumulacja energii cieplnej w zimie

Promienie słoneczne dostające się do wnętrza budynku zimą są akumulowane w masach termicznych podłogi i ścian i stopniowo oddawane do w ciągu popołudnia i nocą. Dzięki masom kumulacyjnym unikamy nagłego i wzrostu ciepła w momencie penetracji słońca - ciepło zostaje zmagazynowane.

ZEH lato / noc

Nocne pasywne schładzanie latem.

W lecie masy kumulacyjne oraz część techniczna zagłębiona w gruncie służy do nocnego schładzania budynku. Masy akumulacyjne, które zimą magazynowały (dobowo) ciepło, latem "magazynują" chłód - powietrze zasysane nocą. Konwekcyjnym ruchom powietrza sprzyja kształt domu - kominowy układ.

 

Aktywne technologie wytwarzania energii

Budynek wyposażono w aktywne systemy wytwarzania energii - kolektory słoneczne oraz panele fotowoltaiczne. Nadmiar energii cieplnej wytworzonej w kolektorach może być magazynowany w sezonowym zbiorniku energii cieplnej. Dodatkowo budynek może być wyposażony w instalację zbierania i wykorzystywanie wody deszczowej.

W odróżnieniu od typowych rozwiązań zwanych BAPV (ang. Building Applied Photovoltaics), gdzie stosowane są standardowe moduły fotowoltaiczne w taki sposób, że nie stanowią integralnej części budynku (tzn. mogą być zamontowane i zdemontowane w każdym etapie), na dachu zastosowano panele BIPV (ang. Building Integrated Photovoltaics). Nie są to montowane dodatkowo elementy, ale tworzą wraz z budynkiem jednolitą strukturę i mogą być wykorzystane architektonicznie. Produkowane są ogniwa o różnej kolorystyce lub strukturze powierzchni, które można stosować jako elementy wypełnienia ścian kurtynowych, elementy elewacyjne, płyty pokrycia dachowego czy częściowo transparentne elementy przeszkleń i zadaszeń (tego typu transparentne ogniwa zastosowano jako zadaszenie nad otworami okiennymi od południa oraz zadaszenie ogrodu zimowego. Obecnie najczęściej spotykane na rynku technologie ogniw fotowoltaicznych to ogniwa monokrystaliczne (czarne), polikrystaliczne (dające się barwić), amorficzne, oraz ogniwa typu thin film (dostępne również w wielu kolorach).

Powierzchnia dachu jest wystarczająca aby pokryć roczne zapotrzebowanie budynku na energię elektryczną. Dolny pas paneli PV zastąpiony jest panelami słonecznymi do pozyskiwania energii cieplnej na potrzeby CWU (ciepłej wody użytkowej) oraz ogrzewania budynku. Zadaszenie ogrodu dachowego oraz daszek nad oknami pokoju dziennego wykonane jest z paneli BIPV o transparentności 20% np. firmy OnyxSolar. Górny pas elewacji (ściana o nachyleniu 90°) pokryty został również panelami słonecznymi pozyskującymi ciepło - powierzchnia o tym nachyleniu sprzyja pozyskiwaniu energii słonecznej w sezonach wiosennym i jesiennym - kiedy słońce pozornie przesuwa się nisko nad horyzontem.

Systemy aktywne ZEH

Systemy aktywne pozyskiwania i magazynowania energii oraz zbierania wody

 

W domach jednorodzinnych najwięcej energii jest wytwarzanej w czasie kiedy jest najmniejsze zapotrzebowanie. Dlatego budynek taki powinien być podłączony do zewnętrznej sieci elektroenergetycznej, która służy jako bufor.

W przypadku energii cieplnej wytworzonej przez kolektory słoneczne stosuje się sezonowe zbiorniki energii (STES z ang. Seasonal thermal energy storage). Są to zazwyczaj zbiorniki gruntowe lub wodne, gdyż woda ze względu na dostępność, cenę i właściwości fizyczne jest dobrym nośnikiem energii. Użycie wody ma ograniczenia, gdyż zakres temperatur, który można wykorzystać wynosi około 50°C (40°C -90°C ). Jeden metr sześcienny (1 m3) wody w tym zakresie temperatur kumuluje około 75,5 kWh energii. Dla budynku pasywnego o powierzchni 150 m2 potrzeba około 2200 kWh energii na ogrzewanie, co wymaga zbiornika o pojemności około 30 m3.

Zbiorniki energii cieplnej w których medium są materiały zmiennofazowe (PCM - Phase-change material) może być kilkukrotnie mniejszy od zbiornika wodnego o tej samej pojemności cieplnej.
Zbiorniki energii cieplnej wykorzystujące grunt lub wody gruntowe (TTES, PTES, BTES) stosowane z powodzeniem w dużych systemach nie nadają się do zastosowań w budownictwie jednorodzinnym, ze względu na małą efektywność, mogą ewentualnie wspomagać pompę ciepła.
Jak pokazują badania, istotną rolę w budynku zero-energetycznym odgrywa system kontroli i optymalizacji BO&C (ang. Building Optimization and Control). Te aplikacje optymalizują zarządzanie energią w czasie rzeczywistym na podstawie pojawiających się czynników zewnętrznych i wewnętrznych. Zadanie BO&C sprowadza się do tego, aby konsumpcja energii odbywała się w czasie jej wytwarzania, aby zminimalizować konieczność jej magazynowania.

Budynek ma powierzchnie użytkową wynoszącą 150 m2, obliczone zapotrzebowanie na energię do ogrzania wynosi 14,6 kWh/m2/rok - roczne wynosi około 2200kWh.

W ten sposób budynek spełnia założenia budynku zero-energetycznego, czyli takiego który "wytwarza" energię ze źródeł odnawialnych pokrywającą w 100% zapotrzebowanie energetyczne budynku.

Powierzchnia użytkowa (część ogrzewana):

- parter 80,64 m2
- poddasze 66,02 m2

Powierzchnia użytkowa (część nieogrzewana)

- 28,50 m2

Powierzchnia BIPV (35) 95 m2
Powierzchnia BIPV (0) 18,5 m2 (20% transparentności)
Powierzchnia kolektorów słonecznych (35) 13 m2
Powierzchnia kolektorów słonecznych (90) 12 m2
Powierzchnia zbiornika TES 27,5 m3

 

Comments are closed.