23 NÁVRH POKRYTÍ ENERGETICKÉ POTŘEBY PASIVNÍHO DOMU Lenka Houdová ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI Fakulta elektrotechnická Katedra elektroenergetiky a ekologie 1. Pasivní domy Ochrana životního prostředí má zásadní význam pro kvalitu života současné generace i generací budoucích. Na Zemi neustále dochází k trvalému poškozování životního prostředí a klimatu. Neustále dochází k nezadržitelnému vzestupu spotřeby energie, což je spojováno se stále vyšším životním standardem. Tohoto standardu lze ovšem dosáhnout i při rozumném zacházení s energií. Jedním z nových ekologických trendů v Evropě je projektování a realizace pasivních domů. Tento dům je postaven tak, aby v průběhu své životnosti nenarušoval životní prostředí v takové míře jako domy jiné. Komfortní způsob života v domě, který lze postavit za prakticky stejné náklady jako běžnou novostavbu, je umožněn použitím naprosto jednoduchých principů a technologií, [2],[3]. Pasivní dům musí splňovat několik zásadních kriterií, která musí být ověřena výpočtem a měřením: tepelná ztráta domu není větší jak 10W/m2 vytápěné plochy potřeba tepla na vytápění činí méně než 15 kwh/m2 zastavěné plochy za rok konečná spotřeba všech energií (na vytápění, ohřev teplé užitkové vody ) nepřesahuje 42kWh/m2 za rok celková spotřeba primární energie (z neobnovitelných zdrojů) v evropských podmínkách nesmí překročit 120kWh/m2 za rok Abychom mohli dosáhnout těchto parametrů, je třeba teplo úzkostlivě chránit a omezit tepelné ztráty objektu. Tyto domy se proto vyznačují následujícími faktory: vysoký stupeň tepelné ochrany, využití vhodných typů tepelné izolace celková vzduchotěsnost řízená výměna vzduchu pomocí rekuperátoru pasivní využití tepelných zisků ze slunečního záření vhodné stínění proti nežádoucím tepelným ziskům využívání energeticky úsporných spotřebičů využívání obnovitelných zdrojů energie 2. Energetická bilance Pro důkaz energetické výhodnosti pasivních domů se využívá energetických bilancí pro porovnání s jinými stavbami. Energetická bilance je v podstatě součet veškerých tepelných ztrát a zisků objektu [4]. Pokles potřeby energie je dokázán na následujícím grafu, který porovnává konečnou spotřebu energie budov z různých období výstavby a různých konceptů.
Graf 1: Rozdělení konečné spotřeby energie budov 3. Návrh využití obnovitelných zdrojů energie pro krytí energetické potřeby Vhodnost využití OZE je řešena přímo pro konkrétní dům v Dobřejovicích na Českobudějovicku. Objekt byl certifikován jako pasivní díky výpočtu v programu PHPP (normalizovaný program pro výpočet energetických bilancí domů). Pro návrh energetické potřeby je nejprve nutno určit průměrnou spotřebu elektrické energie. Vzhledem k rozdílným parametrům v letním a zimním období je vhodné počítat spotřebu v jednotlivých měsících. Hodnoty pro celkový výpočet jsou získány z programu PHPP. V Tab.1 jsou uvedeny přepočtené měsíční hodnoty spotřeby elektrické energie v domě, které jsou oproti běžným stavbám velmi nízké. Tab. 1: Průměrná měsíční spotřeba elektrické energie Dnešní technologie umožňují využívat mnoha obnovitelných zdrojů energie. Pro rodinné domy je prozatím nejdostupnějším řešením využívání energie slunečního záření, proto se tato studie jinými možnostmi nezabývá. Fotovoltaické systémy První varianta počítá s krytím celé energetické potřeby pomocí fotovoltaických systémů (FV) na výrobu elektrické energie. Výpočty nejsou prováděny podle standardních vzorců
pro výpočet dopadajícího slunečního záření na FV článek, ale jsou použity naměřené hodnoty z posledních 4 let na FEL ZČU v Plzni. Tato varianta byla zvolena pro větší přiblížení skutečnosti. Množství vyrobené elektrické energie je přepočítáno pro sklon a orientaci domu v Dobřejovicích a podle těchto hodnot byl jako optimální stanoven systém 5,76kWp. Z vypočtených hodnot vyrobené elektrické energie je následně určena teoretická návratnost investic do tohoto systému. Nejprve je důležité určit zisk z prodeje elektrické energie, kterou daná elektrárna vyrobí. Tab. 2: Zisk z prodeje vyrobené elektrické energie Celkový roční zisk je pak porovnán s celkovými náklady na pořízení a kompletní instalaci systému. Solární kolektory Tab. 3: Návratnost investic do 5,76kWp systému Jelikož velkou část celkové spotřeby elektrické energie tvoří spotřeba na ohřev teplé užitkové vody (TUV), lze uvažovat i o možnosti pokrytí části potřeby pomocí kolektorů. Tato technologie je určena přímo pro ohřev vody a v důsledku by měla být účinnější a vhodnější. Reálná měření účinnosti ohřevu různých druhů kolektorů nebyla k dispozici, proto jsou následující výpočty řešeny na ryze teoretické úrovni pomocí standardně užívaných vzorců a parametrů získaných dlouhodobým klimatologickým pozorováním, viz [1]. Z daných parametrů lze snadno vypočítat, jaké množství tepla zajistí určitá plocha kolektoru. Pro potřebu domu v Dobřejovicích byla jako vhodná stanovena plocha 2m 2, která v letních měsících zajistí téměř 100% potřebného tepla. Větší plocha by tudíž byla zbytečná, nebyla by využíváno veškeré získané teplo a mohlo by docházet k přehřívání. Návratnost systéme nelze určit stejným způsobem jako u FV panelů. Zisk plyne pouze z množství ušetřené elektrické energie, kterou nemusíme kupovat od běžného distributora. Z procentuální hodnoty pokrytí potřeby tepelné energie lze snadno získat informaci o množství elektrické energie (přepočteno ve stejném procentuálním poměru), kterou ušetříme při instalaci dané plochy kolektoru. V Tab. 4 je proveden výpočet zisku energie a financí z kolektoru o ploše 2m 2 a ztráty při odstranění 2m 2 FV panelů. Z tabulky je zřejmé, že solární kolektor je k zajištění ohřevu TUV z energetického hlediska výhodnější než FV panel. Přesto z ekonomického hlediska jsou solární kolektory prozatím nevýhodné, přestože jejich podpora je stále zakotvena v programech Státního fondu životního prostředí ČR (SFŽP) [5]. I přes relativně nízké pořizovací náklady se v dlouhodobém hledisku solární kolektor nevyplatí. Ne vždy lze totiž využít veškeré teplo a akumulace je prozatím velmi neúčinná a nevýhodná. Návratnost systému je udávána výrobci okolo 10ti let.
Tab. 4: Zisky z 2m 2 solárního kolektoru a 2m2 fotovoltaických panelů Z bilance finančního zisku z 2m2 kolektoru a ztrát při odstranění 2m 2 FV panelu je zřejmé, že přestože je účinnost kolektorů mnohem vyšší, je stále ekonomicky výhodnější fotovoltaický panel. 4. Návrh ekologické likvidace odpadních vod Navrhování ekologické likvidace odpadních vod u rodinných domů a menších sídel je stále velmi obtížné, zvláště pokud je nutné propojit ekonomickou a ekologickou stránku věci i řešit prostorové nároky a následné využití odpadních kalů. Nejprve je nutné vybrat vhodnou metodu pro likvidaci. Existují dvě základní možnosti kořenová čistička (KČOV) a domácí čistírna odpadních vod (DČOV), [6]. Vzhledem k tomu, že KČOV je vhodnější především pro sezónní využívání než pro celoroční provoz, byl výběr směrován na DČOV. V současné době existuje několik variant DČOV, jež jsou energeticky různě náročné. Velké množství čistíren je samospádových bez elektrických a točivých částí. Nazývají se malé aktivační čistírny a mají velmi nízkou spotřebu energie. Energii potřebují pouze na provoz dmychadla. Vhodnými typy pro rodinný dům v Dobřejovicích jsou např. čistírny BIOTEL 5 firmy EKOPLAST Štancl s.r.o. nebo BIOX 4 firmy Quins spol. s r.o. Na trhu se v posledních letech objevila i nová technologie čističek odpadních vod fungující bez spotřeby elektrické energie, jejichž činnost je založena na jednoduchém gravitačním principu. Příkladem těchto čističek je typ AN 5 firmy FORTEX-AGS, a.s. nebo čistící sestavy firem BERENplast s.r.o. a SOTRALENTZ Habitat. Na rozdíl od čističek s dmychadlem mají tyto sestavy větší nároky na prostor. Ve světě i u nás existuj několik způsobů následného využití odpadů z čištění odpadních vod, žádný z nich však není koncipován pro malé ČOV. Odpadní kaly tak lze využívat jen k přihnojení zahrad.
5. Ekonomická a energetická výhodnost Důležitou otázkou zůstává návratnost a výhodnost investic do obnovitelných zdrojů energie. Dnes je velmi častým a obávaným tématem různých diskuzí rostoucí cena energie v ČR i ve světě. Nejpodstatnějším důvodem celkového růstu ceny elektřiny pro zákazníky je značně se zvyšující nákupní cena silové elektřiny. Elektřina se stále více stává běžným obchodním zbožím, jehož cena se i v české republice řídí podle nabídky a poptávky na evropských trzích a je závislá na specifické situaci na trhu. Stále se zvyšující poptávka oproti nabídce vede k nárůstu cen silové elektřiny, které v Čechách u některých produktů vzrostly až o 22% za rok a další růst je očekáván, [7]. Další problém spočívá v nedostatečném množství výrobních kapacit a snižování množství fosilních zdrojů. ČEPS odhaduje, že zdroje na pokrytí domácí spotřeby budou v ČR chybět již v letech 2012-2015. Pro rok 2020 počítá ČEZ s tím, že bude zemi scházet 30 TWh ročně, [8]. Tento problém si uvědomuje i česká vláda. Po vstupu do EU se Česká Republika přihlásila k trendům trvale udržitelného rozvoje. Přestože převládá názor, že hospodářský rozvoj země je možný jedině s nárůstem spotřeby, vytvořená koncepce připouští, že spotřeba neporoste a bude nutné rozvíjet i využívání obnovitelných zdrojů. Důležitým krokem pro naši energetiku je změna dosavadní struktury prvotních zdrojů energie. ČR se dokonce zavázala, že do roku 2010 bude z obnovitelných zdrojů vyrábět 8% elektřiny, což přináší investorům do OZE značné výhody. SFŽP vyhlašuje různé národní programy a operační programy pro ochranu životního prostředí. Podpora v roce 2008 je směrována především do oblasti obnovitelných zdrojů energie. Vzhledem k tomu, že systém dotací a výkupních cen je nastavený daným způsobem, dochází k využívání OZE nejen k pokrytí vlastní spotřeby energie (a tím k šetření fosilních zdrojů energie), ale také k velkému finančnímu zisku z prodeje elektřiny. Instalovat optimální i velmi naddimenzovaný systém FV se investorovi dnes finančně rozhodně vyplatí. Pokud by výkupní cena elektřiny z OZE odpovídala ceně, za kterou je elektřina prodávána maloodběratelům od běžného distributora, bylo by využívání fotovoltaických solárních systémů výhodné především v oblastech, kde není možnost připojení na síť (samozřejmě v kombinaci s dalším zdrojem pro regulaci). Návratnost systému by dokonce přesahovala jeho životnost. Kolektorové systémy by pak vzhledem ke své účinnosti nabývali na důležitosti a jejich užití by bylo ekonomicky mnohem výhodnější než využívání fotovoltaiky. Výstavba nízkoenergetických a pasivních domů bude ovšem vzhledem k uvedeným prognózám a analýzám vývoje trhu s elektřinou stále výhodnější i bez dotací či jiných forem podpory. Ještě více do popředí se dostane výstavba tzv. nulových domů, které by měli být energeticky zcela soběstačné. Bez šetření energie a využívání OZE totiž nelze dosáhnout udržitelného rozvoje. 6. Seznam literatury [1] Cihelka, J.: Solární tepelná technika, Praha, 1994 [2] www.pasivnidomy.cz, Centrum pasivního domu [3] www.veronica.cz, Ekologický institut Veronica [4] www.i-ekis.cz, Internetové energetické konzultační a informační středisko ČEA [5] www.sfzp.cz/sekce/94/narodni-programy/, Státní fond ŽP ČR [6] www.priroda.cz/clanky.php?detail=931, Příroda [7] www.eon.cz, Skupina E-ON, a.s. [8] www.cez.cz, Skupina ČEZ, a.s.