Desde 1995, a ideia de casas de 1,5 litro foi comercializada com sucesso pelo Passive House Institute em Darmstadt, sob o nome não muito apropriado de "habitação passiva", o que pode sugerir uma total falta de instalações ativas extraindo energia do ambiente. Demanda de
calor
A demanda de calor para aquecimento de nossa casa também é três vezes menor do que o limite para casas passivas. As ofertas do mercado para a construção de moradias passivas são 30-40% superiores às tradicionais (leia-se: cumprimento dos requisitos das normas de construção).
Em artigos anteriores desta série, descrevemos como atingir esse padrão de energia para sua casa e mostramos que é muito vantajoso economicamente. Recorde-se que o conseguimos graças ao elevado poder de isolamento das divisórias não transparentes do edifício, para as quais os coeficientes de transferência de calor U têm um valor não superior a 0,1 W / (m2K). No entanto, conseguimos isso principalmente graças a uma filosofia diferente de abordagem do edifício, para a qual os elementos ativos são importantes, como o uso de janelas com um coeficiente de transferência de calor de janela com uma persiana fechada automaticamente Uw = 0,7 W / (m2K) e um coeficiente de transmissão de energia solar de g = 0,67.Essa abordagem ativa para obter energia solar parece ser bastante óbvia quando comparamos a demanda de calor do ADD com a energia fornecida pelo sol. Na Polónia, é anual - dependendo da região - 800-1200 kWh / m2. Obter até 1% desta energia para aquecimento não deve ser particularmente difícil tecnicamente.
Potência do sistema de aquecimento
Um parâmetro de energia extremamente importante de um edifício é a demanda de potência do sistema de aquecimento. Determina o tamanho necessário dos dispositivos de aquecimento para garantir o conforto térmico, ou seja, obter uma temperatura do ar de 20 graus C nas salas, com o cálculo da menor temperatura externa média em uma determinada região. Para a maior das cinco zonas climáticas da Polônia, é -20 graus C.
Na Casa Autônoma Acessível projetada é de 2,4 kW, o que é 17 W / m2 por unidade de área. Por não ser muito, mostra uma comparação da demanda de potência de aquecimento no DDA de um dormitório de 14 m2 com a energia emitida pelos moradores. Para este espaço, a necessidade de energia será de 14 m2 × 17 W / m2 = 238 W, e duas pessoas dormindo emitem 240 W de calor. Como você pode ver, com essa demanda de energia, duas pessoas podem cobrir as perdas de calor a uma temperatura externa de -20 graus C. Isso significa que mesmo em um inverno frio em uma casa com demanda de calor quase zero, a maior parte da energia necessária para cobrir as perdas de calor não vem de aparelhos dedicados a esse fim, mas dos moradores,eletrodomésticos, iluminação, etc.
Como resulta de balanços de calor detalhados em tais casas, na estação de aquecimento os ganhos totais de calor solar e residencial são maiores do que suas perdas totais. No entanto, precisamos de fontes de energia externas. Isso se deve ao fato de que o fluxo de ganhos de calor é mais ou menos constante e não depende da temperatura externa. Portanto, em grande parte da estação de aquecimento, temos ganhos de calor que excedem as perdas. Isso pode levar ao superaquecimento dos ambientes, portanto o excesso de calor deve ser retirado pelo sistema de ventilação. Ao mesmo tempo, em baixas temperaturas externas, essa energia não é suficiente para cobrir a perda de calor e, portanto, devemos ter fontes de energia adicionais em casa.
Na construção tradicional, o preço do combustível é determinante na conta do aquecimento. É por isso que muitas pessoas que constroem essas casas decidem fazer um grande dispêndio de capital para reduzir o preço de 1 kWh de aquecimento. Uma maneira é instalar uma bomba de calor, cujo custo é de cerca de 40-60 mil.
Com uma demanda de calor tão baixa quanto em ADD, tais investimentos são, no entanto, economicamente não lucrativos. O custo de aquecimento dessa casa com o tipo de energia mais caro, ou seja, eletricidade, é inferior a 500 por ano, com o custo de instalação de 2.000 … Isso significa que a diferença entre a instalação mais barata e uma bomba de calor é de pelo menos 38.000 PLN. Se o dinheiro economizado dessa forma fosse depositado em um banco, os juros seriam em torno de 2.000. por ano, o que é quatro vezes mais do que o custo da eletricidade usada para aquecimento.
Água quente
No ADD, a relação entre os custos de energia para aquecimento e água quente é diferente. Numa casa com a mesma arquitectura, mas com o padrão energético recomendado pelo ministro das Infraestruturas como racional (160 kWh / m2 / ano), a procura anual de calor para aquecimento será de 160 kWh × 144 = 23.040 kWh. A demanda de calor anual padrão para aquecimento de água para 4 pessoas é de 2500 kWh. Assim, para preparar a água quente, precisamos de cerca de 10% do calor para aquecimento. Do ponto de vista dos custos de energia, este não é um problema significativo. A situação é diferente no ADD - a demanda de calor padrão para aquecimento de água é mais de três vezes maior do que a demanda de calor para aquecimento da casa.
Portanto, vale a pena investir na redução radical da demanda por água quente. Tal proposta pode ser fortemente contestada pela maioria dos entusiastas dos banhos quentes, incluindo o autor deste texto. Felizmente, uma redução radical no consumo de água não requer nenhum sacrifício pessoal, mas apenas limita seu desperdício sem precedentes. Existem muitos exemplos; por experiência própria, citarei um - escovar os dentes com uma torneira aberta com água morna. Mais de 80% do tempo dessa operação, a água quente flui direto da torneira para o esgoto. Se, em vez dos tradicionais acessórios, fosse instalado um dispositivo sem contato, a água só fluiria quando trouxermos a mão com uma escova ou tirar água para enxaguar a boca.
Usando arejadores altamente eficientes, acessórios de proximidade, máquinas de lavar louça e máquinas de lavar modernas, podemos reduzir o consumo de água em até 60%. Então, a demanda de calor para seu aquecimento (0,4 × 2500 = 1000 kWh) será anualmente semelhante à quantidade de calor necessária para aquecer a casa, e se nos referirmos apenas à estação de aquecimento - um pouco mais de 30%.
Como aquecer quartos e água em ADD
No ADD, precisamos de 911 kWh para aquecer a casa e cerca de 320 kWh na estação de aquecimento de uma lareira com camisa de água (os 680 kWh restantes serão fornecidos por coletores solares) para preparar água quente, ou seja, 1231 kWh de energia térmica no total.
Aquecimento elétrico. O aquecimento elétrico seria sem dúvida o investimento mais barato. No entanto, a alta probabilidade de aumentos radicais nos preços da eletricidade e o risco crescente de falhas frequentes na rede elétrica devem ser levados seriamente em consideração.
Os argumentos ecológicos também são importantes, pois o uso de eletricidade na Polônia está associado a uma alta poluição ambiental.
Custos estimados de 1 kWh de eletricidade, incluindo custos de depreciação de dispositivos de aquecimento, assumindo despesas de investimento não superiores a 3.000 PLN. e assumindo a durabilidade de 10 anos dos dispositivos de aquecimento elétrico, eles serão 3000 / (10 anos × 1231 kWh / ano) + 0,53 / kWh = 0,77. Assim, o custo do aquecimento elétrico, levando-se em consideração os gastos com o sistema de aquecimento no ADD, seria de 1231 kWh × 0,77 / kWh = 948 / ano.
Lareira com jaqueta de água. A lareira com manto d'água é desprovida dos riscos acima mencionados e extremamente benéfica do ponto de vista ecológico. A importância de uma lareira é sua conexão com o arquétipo do fogo e com a lareira. É por isso que muitas pessoas não conseguem imaginar uma casa sem ele. Portanto, vamos supor que os custos de substituição de uma lareira comum por outra com camisa de água, com um acumulador de calor de 700-1000 litros e equipada com automação movida a bateria serão de 10.000 …
Com um custo de 1 kWh de calor da madeira a 0,15 e assumindo uma durabilidade de 15 anos de toda a instalação, o custo de 1 kWh de energia obtida de tal sistema de aquecimento será de 10.000 / (15 anos × 1.231 kWh / ano) + 0,15 = 0, 69 É mais barato do que com aquecimento elétrico e sem os riscos envolvidos, mas é claro que muito menos conveniente. Embora o inconveniente aqui seja muito menor do que em casas tradicionais com tal sistema de aquecimento, porque a uma temperatura de -20 ° C é suficiente carregar a lareira com uma potência de 8 kW uma vez (as inserções de lareira mais comumente usadas em casas unifamiliares são de 8 a 20 kW). No entanto, em temperaturas externas mais altas, é suficiente acendê-lo uma vez a cada poucos dias.
Infelizmente, usar a lareira fora da estação de aquecimento para aquecer água não é uma boa solução. Fumar em uma lareira quando está quente lá fora não é agradável, sem mencionar o superaquecimento.
Painéis solares. A instalação solar é a solução para o problema da água quente no verão. Os coletores a vácuo de alta temperatura podem cobrir 100% da demanda otimizada de água quente do início de março ao final de outubro. Para isso, sua inclinação em relação à horizontal deveria ser de 60 ° nos meses de março e outubro, e o melhor seria instalar os coletores de forma que fosse possível alterar o ângulo de inclinação. No ADD, eles estão localizados na parede sul da sala de hobby.
4 m2 de coletores a vácuo são suficientes para cobrir a demanda total de água quente de março a outubro, assumindo sua eficiência de 30% (deve-se notar aqui que as eficiências de 60% fornecidas pelos fabricantes assumem a direção perpendicular da radiação solar em relação ao coletor, que apenas ao meio-dia).
Se você assumir o custo de uma instalação solar no valor de 10.000 (sem o reservatório, porque já temos este) e sua vida útil de 20 anos, o custo de 1 kWh será de 10.000 / (20 anos × 680 kWh / ano) = 0,76. É praticamente o mesmo que usar energia elétrica, mas levando em consideração a alta dos preços e o risco de interrupção do fornecimento, vale a pena escolher coletores.
Nos meses mais ensolarados, eles produzem um excesso de calor significativo. Em instalações clássicas, esse problema é resolvido com a ajuda de várias soluções técnicas caras. No ADD, esse problema é resolvido pelo tanque de armazenamento no solo (GZC), que absorve o excesso de calor no verão.
Células híbridas. Uma vez otimizada a demanda de calor, o verdadeiro desafio é alcançar a autonomia elétrica. Discutiremos esse problema com mais detalhes no próximo episódio desta série.
Agora, gostaria apenas de chamar a atenção para uma certa propriedade das células fotovoltaicas, uma das duas - ao lado dos moinhos de vento - as fontes renováveis de eletricidade mais populares. Bem, eles têm uma desvantagem significativa. É uma redução de 0,5% na capacidade para cada aumento de 1 ° C na temperatura. Isso significa que quando as células podem produzir mais energia, ou seja, em um dia de verão muito ensolarado, sua eficiência cai em pelo menos 20% devido ao aumento da temperatura.
Uma forma de reduzir essa queda é resfriar a célula. Se usarmos água para isso, será uma boa forma de aquecê-la. Infelizmente, se for para resfriar efetivamente a célula, ela não deve ter uma temperatura superior a 30 ° C, o que significa que será de pouca utilidade para os residentes. A menos que o usemos para aquecer o solo sob o edifício. Foi assim que nasceu o conceito de acumulador de calor do solo. Portanto, não foi a busca de uma forma de acumular o excesso de energia solar do verão para o inverno, mas a necessidade de aumentar a eficiência das células fotovoltaicas.
O calor recolhido desta forma pode, obviamente, ser utilizado para aquecer o edifício no inverno. Para isso, a temperatura de alimentação do sistema climático deveria ser inferior a 25 ° C. É esta a situação que enfrentamos na nossa casa, cuja necessidade de potência é de 17 W / m2.
Se o sistema de aquecimento for radiante com piso de cerâmica ou outro, mas sem barreiras ao calor, a temperatura da água de abastecimento não excederá 25 ° C à temperatura exterior projetada para a terceira zona climática -20 ° C.
Acumulador de calor do solo. A cobertura total de calor para aquecimento de residências em temperaturas abaixo de -5 ° C requer cerca de 250 kWh de energia térmica a ser acumulada no solo. Para esta quantidade de calor a uma temperatura de 25 ÷ 27 ° C, 250 m3 de solo úmido com uma proporção significativa de frações de argila (argila) são suficientes. Em temperaturas externas superiores a -5oC, podemos obter calor do tanque de armazenamento até 21 ° C, ou seja, outros 600 kWh. Vale lembrar também que graças ao tanque eliminamos perdas pelo piso no valor de 400 kWh.
O custo de construção do GZC é de cerca de 15.000 … Ele pode resfriar células PVT com uma área de mais de 50 m2 a 30 ° C. Ao melhorar sua eficiência, um adicional de 50 m2 × 170 kWh × 0,2 = 1700 kWh de eletricidade será produzido com um valor de 1700 kWh × 0,53 / kWh = 900.
Assumindo que sem o armazenamento, obteríamos energia da madeira, a economia será de 1.310 kWh × 0,15 / kWh = 197. Assim, a receita total do investimento em um armazenamento de calor do solo será de 1097 anualmente. Isso significa que o tempo de retorno simples (SPBT) ) incorrido para seu desempenho no valor de 15.000 / 1097 = 13,7 anos, portanto, é mais do que o dobro do prazo de reembolso do empréstimo. Em outras palavras, mesmo que os gastos com o contêiner de terreno (que dura pelo menos 80 anos) venham do empréstimo, a soma dos encargos do empréstimo menos os benefícios que temos do contêiner será menor do que o custo do empréstimo para construir uma casa sem o contêiner.
O custo médio de 1 kWh de energia obtido graças ao armazenamento terrestre é de 15.000 / (80 anos × (1.700 kWh / ano + 1.310 kWh / ano) = 0,06. O valor de mercado desta energia é (1.700 × 0,53 + 1.310 × 0,15 ) / (1700 + 1310) = 0,36, então seis vezes mais! Para
ser continuado
A seleção ótima da resistência térmica das divisórias do edifício e da colocação da maioria das janelas nos alçados leste, oeste e sul, bem como o uso de ventilação altamente eficiente com recuperação - em combinação com o uso de coletores e células PVT adequados - permite reduzir os custos de aquecimento e preparação de água quente para 320 kWh, obtida a partir da queima de lenha na lareira, com o valor simbólico de 50 / ano. Isto significa que as soluções propostas garantem não só autonomia energética na área do aquecimento e água quente, mas também o menor somatório de custos de capital e custos de energia no momento do reembolso do empréstimo e, consequentemente, a maior disponibilidade da casa (mais em www.dommadd.pl).
Na próxima edição, descreveremos o alcance possível da autonomia no campo da eletricidade.
