ENERGIJA

Pripremio: Jozef Baruhović

Energetski pasivna kuća

Sama svoja elektrana

Pod pojmom „energetski pasivne kuće“ (EPK) ili samogrejne kuće („smart bulding“, „green house“...) podrazumeva se stambeni objekat koji je nezavisan od spoljnjih izvora energije. To znači da potrebe u energiji zadovoljava potpuno ili dobrim delom iz obnovljivih izvora: sunca, vetra, biomase, termalne energije...

Primenom principa solarne arhitekture i upotrebom uređaja za korišćenje obnovljivih izvora energije, realizacija EPK nije više daleka budućnost. Savremeni građevinski materijali a posebno izolacioni, nove generacije aparata za domaćinstvo, savremeni tipovi ravnih i vakuumskih solarnih kolektora i povećan stepen korisnosti fotonaponskih ćelija smanjili su potrebe domaćinstva za energijom iz mreže i omogućili efikasnije korišćenje energije Sunca i vetra.

Kvote ispuštanja CO2 koje je odredila EU i postavljeni cilj da se do 2020. energetske potrebe pokrivaju sa 20% iz obnovljivih izvora, ulivaju nadu da će izgradnja EPK i adaptacija postojećih individualnih stambenih objekata dobiti zamah. Neke zemlje EU otišle su korak dalje i omogućile individualnim proizvođačima električne energije, ukoliko im se pojavi višak, da je mogu isporučiti elektrodistributivnim preduzećima.

Pravcem sever-jug

U našem klimatskom području postoje dobri uslovi da, uz primenu principa solarne arhitekture i u kombinaciji sa solarnim uređajima, EPK pokrije svoje energetske potrebe u iznosu od 80-100%. Preostalih 20% ili nešto manje pokrivalo bi se uglavnom iz električne mreže ili iz fosilnih energenata.

EPK zavisi od više činilaca vezanih za prirodno okruženje: od toga da li je zgrada usamljena ili je u sklopu većeg naselja, na kojoj se geografskoj širini gradi, da li je na brdu ili ravnici, od orijentacije objekta sever-jug. Projektant ne može da utiče na činioce koji su unapred određeni, ali bi trebalo da insistira da budući objekti leže u pravcu sever-jug jer se zahvatanje sunčeve energije najefikasnije izvodi sa južne strane objekta tako da se princip pasivne solarne arhitekture i ugradnja solarnih kolektora najuspešnije realizuju kada je zgrada postavljena u pravcu sever-jug.

Uz uslov da je kuća postavljena u tom pravcu, slede ostale mere: zastakljena veranda (staklenik površine 10-20 m) i bolja toplotna izolacija fasadnih zidova, krova i potkrovlja, međuspratova i temelja zgrade. Dalji zahtevi su ugradnja velikih prozora na južnoj strani i manjih prozora na severnoj strani, dvostruko i trostruko zastakljenih, zatim skladište - toplotni akumulator postavljen u podrumskim prostorijama zgrade sa 20-30 t kamena (oblutka ili tucanika) i unutrašnji sistem kanala kroz koje se toplota prirodnim putem ili pomoću ventilatora razvodi iz staklenika i solarnih kolektora u skladište.

Aktivni princip korišćenja sunčeve energije, koji podrazumeva prinudnu cirkulaciju radnog fluida, obuhvata postavljanje solarnih kolektora na južnoj strani krova. Postavljaju se kolektori za dobijanje tople sanitarne vode - „vodeni“ i kolektori za zagrevanje stambenog objekta - „vazdušni“. U aktivni princip korišćenja sunčeve energije spada i postavljanje fotonaponskih ćelija za dobijanje električne energije. Procene potrebnih krovnih kolektorskih površina za stambenu zgradu u kojoj živi porodica od 4-6 članova kreću se u granicama: za toplu sanitarnu vodu 4-6 m2, za grejanje objekta 4-6 m2 i za dobijanje električne energije 10-15 m2, tako da je ukupna angažovana krovna površina 18-27 m2.

Skladištenje solarne enegije

I pored niza prednosti, problem je što energije noću nema a zračenje je znatno umanjeno zimi i za vreme oblačnih dana. Zimi, kada je toplota najpotrebnija, sunce slabo greje tako da se kao glavni tehnički problem postavlja pitanje: kako uskladištiti sunčevu energiju da bi mogla da se koristi za vreme hladnijih dana?

Kao mesta za skladištenje sunčeve energije mogu se koristiti: voda, koja ima najveći termički kapacitet, i kamen koji ima upola manji termički kapacitet. Iz praktičnih razloga više se koristi kamen. Sa današnjim stanjem tehnike, problemi uskladištenja toplote se rešavaju tako što se:

• vrši ugradnja solarnih bojlera kapaciteta 300-450 l;

• ugrađuju skladišta u podrumskim prostorijama veličine 20-40 m3, zavisno od veličine zgrade, ispunjena kamenom oblutkom ili tucanikom (veličine pesnice) i, dodatno, izgradnjom stambenog objekta sa debljim zidovima, posebno zidovima u samom stakleniku koji služe kao akumulatori toplote;

• električna energija iz fotonaponskih ćelija i vetrogeneratora odlaže u električne akumulatore kapaciteta 100-200 Ah i više koji se postavljaju u okviru same zgrade.

Odmah iza sunčeve energije dolazi energija vetra. Već i prosečna godišnja brzina vetra od 5-6 m/sec može biti od interesa za postavljanje vetrogeneratora.

Podrum - akumulator

Princip prirodnog grejanja kuće sa staklenikom sa dvostruko i trostruko zastakljenim prozorima, sa masivnim unutrašnjim zidom iza staklenika koji treba da prihvati deo sunčeve energije, sa skladištem toplote smeštenim u podrumskim prostorijama zgrade i unutrašnjim kanalnim razvodom kroz koji topao vazduh struji iz staklenika i vazdušnih solarnih kolektora prenoseći toplotu do skladišta - akumulatora.

Od posebnog interesa je adaptacija stambenih zgrada izgrađenih u vreme kada se nije vodilo računa o štednji energije. Koliko se uspešno može jedan klasičan stambeni objekat adaptirati u EPK, zavisi od više činilaca. Na primer, bitno je gde se objekat nalazi: da li u naselju gde ima dosta prostora oko kuće ili u gradu gde su zgrade postavljene jedna uz drugu. Bitno je i na kojoj se geografskoj širini objekat nalazi, da li je orijentacija objekta u pravcu sever-jug, odnosno da li se nalazi u zoni gde vetrovi duvaju pretežni deo godine.

Savremena tehnologija nudi niz postupaka čijom je primenom moguće da se približimo idealu EPK. Na primer, stambeni objekat površine 100-160 m2 koji za grejanje koristi električnu energiju: prva i najvažnija aktivnost je smanjiti gubitke toplote kroz zidove zgrade. U ovom geografskom području stambeni objekat te površine, pri debljini spoljnjih fasadnih zidova od 19-24 cm, troši godišnje oko 45-50% energije za zagrevanje tako da je prvi i najjednostavniji način pojačati toplotnu izolaciju cele zgrade.

Domaćinstvo od 4-6 članova koje živi u dvospratnoj kući površine 100-160 m2 troši 20.000-24.000 kWh godišnje električne energije. Struktura potrošnje prikazana je na slici (tabeli) br.1. Polovina ove energije troši se na zagrevanje tj. oko 12.000 kWh/god. Izolaciju treba pojačati na svim delovima kuće: fasadnim zidovima, krovu, međuspratnim pločama, podrumu i temeljima. Toplotna izolacija izvodi se stiroporom ili nekim sličnim termoizolacionim materijalima debljine 8 cm.

Stambeni objekat u naselju, u većini sličajeva, ima podrumske prostorije. Deo podruma u jednospratnoj/dvospratnoj zgradi može se uspešno pretvoriti u termički akumulator (skladište toplote), unošenjem 30-40 m3 kamena koji se, preko unutrašnjeg kanalnog razvoda, zagrevaju toplotom iz staklenika, dograđenog na južnoj strani objekta. Kamen se zagreva za vreme sunčanih dana preko cele godine i ispušta toplotu kada je to potrebno. Sistemom unutrašnjih kanala, topao vazduh iz staklenika, preko leta i za vreme sunčanih dana, struji u zatvorenom krugu i predaje toplotu skladištu. Preko zime, kada je potrebno zagrevanje objekta, vazduh struji kroz uskladišteni tucanik, zagreva se i tako zagrejan predaje toplotu zgradi. Termički kapacitet skladišta zagrejanog na temperaturi do 40oC iznosi oko 600 kWh, što omogućava grejanje od 10-20 dana.

Primer iz Užica

Srba Dimitrijevic, iz Užica, je 1990. izgradio objekat (dva sprata ukupne površine 180 m2) po principima pasivne solarne arhitekture. Jedna strana objekta okrenuta je ka jugu i potpuno je otvorena. Severna strana zgrade delimično je ukopana, zaklonjena uzvišicom i brani zgradu od uticaja zimskih vetrova. U podrumu je izgrađeno skladište toplote veličine 35 m3 gde se kao materijal za uskladištenje toplote koristi kamen oblutak. Zapremina skladišta je oko 4x4x2,5 m i termički je izolovano od temelja zgrade. Unutrašnja cirkulacija vazduha ostvaruje se pomoću ventilatora. Topao vazduh iz staklenika, kroz sistem unutrašnjih kanala, struji i prenosi toplotu iz staklenika u skladište; za vreme hladnih dana, toplota iz skladišta prenosi se iz skladišta u zgradu. Na južnoj strani zgrade postavljena su dva solarna kolektora koji služe za dobijanje tople vode. Fasadne zidove debljine 21 cm - od giter blokova - dodatno je ojačao „tervolom“ debljine 12 cm i pvc izolacijom debljine 8 cm. Ovim merama uspeo je da postigne energetsku nezavisnost od 80%.

Preostalih 20% potreba u energiji pokrivaju se preuzimanjem iz električne mreže ili korišćenjem nekog drugog energenta. U ovom primeru to iznosi oko 600 kWh/god. za grejanje. Upotrebom toplotnih pumpi, čiji je efekat odavanja toplote 3:1 u odnosu na utrošenu struju, zahtevi za grejanje stambenog objekta svode se na 200-300 kWh/god.

Sledeća mera je zagrevanje sanitarne vode preko solarnih „vodenih“ kolektora. Godišnja potrošnja električne energije za potrebe zagrevanja sanitarne vode iznosi 2000-2500 kWh. Sa dva solarna kolektora ukupne površine 4 m2 i solarnim bojlerom od 300 l moguće je pokriti 75% potreba u toploj vodi. Preostalih 25% pokriva se iz električne mreže. To znači da iz mreže treba preuzeti približno 600 kWh.

Tu je i zamena postojećih svetiljki štedljivim „led“ svetiljkama koje troše 8-10 puta manje električne energije. Procenjena potrošnja iz tabele 1. sa 400-500 kWh/god. opada na 50 kWh/god.

Na kraju, treba uzeti u obzir i novu generaciju kućnih aparata visoke energetske efikasnosti sa oznakama A i AAA kod kojih je smanjena specifična potrošnja energije za 15-20% tako da se ukupna potrošnja ove zgrade svodi na nešto manje od 5000 kWh/god.

„Zatvoren“ sistem potreba

U našem geografskom području, sa 2100 osunčanih časova godišnje, iz fotonaponskih ćelija može se dobiti dodatnih oko 2000 kWh/god. Fotonaponske ćelije koje koriste sunčevo zračenje imaju veliki stepen iskorišćenja i proizvode oko 125 Whp/m2/dan vršne električne energije za vreme letnjeg perioda. Tokom zime, kada je sunčevo zračenje znatno slabije, proizvedena energija pada na polovinu, tj. na oko 60 Whp/m2/dan. Fotoelektrične ćelije ukupne površine 10 m2 mogu godišnje da proizvedu oko 2000 kWh pa se potrebe za električnom energijom iz mreže svode na 3000 kWh/god.

Uz fotonaponske ćelije idu i akumulatorske baterije kapaciteta 100-200 Ah koje omogućavaju autonomiju sistema 2-3 časa. Ukoliko je stambeni objekat podignut na mestu gde je godišnja prosečna brzina vetra iznad 4 m/sec, može se postaviti i vetrogenerator manje snage. Uobičajene snage manjih vetrogeneratora kreću se u granicama od 250 W do 6 kW. Računa se da površina od 1 m2, koju pokriva elisa vetrogeneratora daje 250 kWh energije godišnje. To znači da sa sa prečnikom elise od 4 m može godišnje dobiti 3000 kWh.

Energetski bilans EPK na seoskim gazdinstvima može se popraviti korišćenjem stajskog đubriva (biomase) - organske materije životinjskog ili biljnog porekla. Od stajskog đubriva može se proizvoditi, u biodigestorima, biogas koji se koristi kao energent. Kao dopunu ovim merama mogu se koristiti i reciklirani materijali, posebno papir i kartonski otpad.

Jozef Baruhović