Komfortní nezávislost – sezónní tepelné úložiště využívá přelévání energie
Přelévání energie stojí na myšlence, že dům zvládne na své střeše získat ze slunce dostatek tepla i elektřiny pro svůj celoroční provoz. Získaná energie je ze střechy převedena do domu, kde je buď hned využita, nebo přečerpána do podloží domu ve formě tepla, kde je uschována na zimu. Technologie se nazývá ENERbank a její srdce tvoří skupina oběhových čerpadel Grundfos.
Heslo autorů je „nevyrábím energii – přelévám energii.“ Idea není jen na papíře, systém ENERbank prochází testováním na několika místech. Nově je instalován v reprezentativním rodinném domě na okraji Trenčína a další instalace se právě dokončuje tamtéž, v nedaleké novostavbě mateřské školky. Testovací instalace je i na univerzitě v Žilině.
Dům
Jedná se o luxusní rodinný dům v aktivním standardu, s přírodními materiály a účelovým designem. Je zde například keramická fasáda, hliněná omítka, podsvícený onyxový panel jako ve vile Tugendhat nebo souvislý okenní portál o délce 12 metrů. Mezi přítomné moderní technologie patří automatické žaluzie, systém vzdáleného ovládání domu nebo nabíječka elektromobilů napojená na fotovoltaiku. To vše s příslibem minimálních provozních nákladů a maximální soběstačnosti. Slovy majitelů „jediná síť, kterou opravdu musíme přivést zvenku, je internet“. A to je dobrá zpráva i pro životní prostředí.
Dům je v aktivním energetickém standardu, to znamená, že vyrobí více energie, než sám spotřebuje. Aktivní standard je zde umožněn nejen architekturou domu, ale zejména jedinečným energetickým systémem. Nazývá se ENERbank a skládá se ze tří složek – zdrojů energie na střeše, akumulace energie v podloží a jejich propojení.
1) Střecha jako zdroj elektřiny a tepla
Dům má instalovanou nabíječku elektromobilů.
Zdroj energie představuje střecha osazená fotovoltaikou, solárními kolektory a tepelným čerpadlem. Když na střechu svítí slunce, získává z ní dům elektřinu a teplo.
Elektřina je získávána ze slunce pomocí čtyřiceti tenkovrstvých panelů o celkovém výkonu 5 kW a pohání veškeré elektrické spotřebiče v domě, včetně čerpadel systému ENERbank. Ke skladování elektřiny jsou využity standardní lithiové baterie o kapacitě 10 kWh a elektřina z fotovoltaiky je distribuována v domě pomocí systému Loxone, který lze ovládat i vzdáleně. Dům zvládne fungovat jako ostrovní, je však připojený k elektrické síti. Důvodem je přítomná nabíječka elektromobilů, která by jen ze samotné fotovoltaiky a baterie nemohla poskytnout dostatečně rychlé nabíjení. Potud se jedná o standardní řešení, hlavní inovace spočívá v systému vytápění a tepelné akumulace s rozvodem do spotřebičů.
Instalace fotovoltaiky na severní straně.
Zvláštností fotovoltaiky na tomto konkrétním domě je její umístění po celém obvodu střechy, včetně severní strany. Zkušenosti s místními podmínkami ukázaly, že svisle instalované tenkovrstvé panely zvládnou dobře využívat světla odraženého od pole, které je severně od domu, obzvlášť, je-li sníh. A vzhledem k nízkým cenám samotných tenkovrstvých panelů dává jejich umístění na severní stranu investorovi smysl.
Většina tepla pro vytápění je rovněž získána na střeše domu z 10 solárních kolektorů a malého tepelného čerpadla vzduch – voda. Solární kolektory získávají teplo podle toho, jak zrovna svítí slunce a tepelné čerpadlo spíná při určené teplotě. Teplo ze slunce je buď použito na ohřev vody, nebo je převedeno do sezónního úložiště tepla a chladu, které se nachází pod betonovou základovou deskou domu.
2) ENERbank – podloží jako zásobník tepla
Převod tepla ze střechy do podloží probíhá přes dvě retenční nádrže, které jsou umístěny pod terasou a slouží jako tepelné výměníky. Voda z nádrží je pak přečerpávána do zemního úložiště ENERbank. To na rozdíl od klasických kolektorů nemá podobu dlouhých hadů rozmístěných plošně, ale tzv. energetických jehel. Jedná se o jednoduché kovové trubky s vnějším závitem o průměru necelých 10 centimetrů, kterými prochází pružná trubice s teplou nebo studenou vodou. Meziprostor je vyplněn speciální vodivou hmotou. Jehly jsou zapuštěny svisle do země pod domem s rozestupem přibližně 1 – 2 metrů v hloubce 1,5 – 7 metrů, podle potřeby a hladiny podzemní vody, a od nich se nahřívá či chladí podloží.
Technická místnost systému ENERbank
Dům má nejprve sloužit jako laboratoř, je v něm tedy více technologií, než by bylo potřeba pro běžný rodinný dům.
25 energetických jehel je uspořádáno do třech soustředěných okruhů – první okruh uprostřed základů má nejvyšší teplotu, cca 45 – 50 °C, druhý na okraji má střední teplotu okolo 35 ° a vnější okruh má nejnižší teplotu kolem 20 °. Z jednotlivých okruhů je potom odebíráno teplo nebo chlad pomocí sestavy oběhových čerpadel. Teplo je rozvedeno do jednotlivých místností pomocí podlahového vytápění, chlazení probíhá stejným způsobem, ale je vedeno stropem.
Dům má rozlohu 175 m2 a energetické jehly zde sahají do hloubky třech metrů, úložiště tak má objem přibližně 600 m3 zeminy. Zemní kolektor je izolován dvojím způsobem. První je svislá izolace po obvodu kolektoru tvořená buď polystyrenem, nebo minerální izolací, do hloubky jednoho metru. Hlavní izolaci však představuje vnější – chladicí – okruh, který pomáhá celoročně udržovat na okraji kolektoru teplotu kolem 20 °.
3) Potrubí a čerpadla jako přivaděč tepla
Hlavní tezí systému ENERbank je, že energie se nezískává, ale jen přelévá. Ze střechy do zásobníku a ze zásobníku do domu. Slovo přelévání naznačuje, že nejde o proces termický, ale mechanický. Pro vytápění nebo chlazení s pomocí zemního úložiště tak není nutné používat energeticky náročný zdroj tepla nebo chladu s příkonem několika kilowattů, ale stačí klasická oběhová čerpadla s příkonem v jednotkách až desítkách wattů, tedy řádově nižším. Jimi se voda provede skrz studený nebo teplý okruh a v požadované teplotě se rozvede do jednotlivých místností.
Celý systém zahrnuje stovky metrů potrubí a v případě tohoto domu celkem 20 čerpadel – 16 oběhových, dvě ponorná a dvě tepelná. Oběhová čerpadla Grundfos Alpha se starají o oběh vody v celém systému ENERbank. Dvě ponorná čerpadla Grundfos berou vodu ze dvou studní, které jsou na pozemku a kromě poskytování pitné vody mohou posloužit jako zdroj chladu, pokud by bylo potřeba – voda z nich se dá přelít do tepelného zásobníku.
Stěžejní součást systému tvoří oběhová čerpadla Grundfos
Oběhových čerpadel je v domě celkem 16
Tepelná čerpadla jsou v domě také dvě. První na střeše o výkonu 500 W typu vzduch – voda slouží za teplého počasí k nahřívání zemního kolektoru. Druhé čerpadlo o výkonu 600 W využívá systému Enerbank a slouží v zimě pro přitápění, pokud by bylo potřeba. Výhodou je, že pracuje se zemním kolektorem, který je nahřátý na teplotu 20 – 40 °C, pracuje tudíž s vysokým topným faktorem COP. K tomu, aby čerpadlo ohřálo místnosti na požadovanou teplotu, mu tak stačí zlomek elektřiny, kterou by potřebovalo klasické tepelné čerpadlo s plošným zemním kolektorem.
Reprezentativní laboratoř
Princip přelévání energie ze střechy do podloží si jeho autoři ověřili jako funkční. Pro sériovou montáž do rodinných domů je však třeba ještě systém dále ladit. A k tomuto účelu má dům sloužit v nejbližším období. V domě je proto mnohem více techniky, než bude ve finále potřeba pro koncové zákazníky.
Kromě tohoto domu tvůrci systému sbírají zkušenosti na pěti dalších objektech, kde se tepelná akumulace zkouší v různých podmínkách, mezi nimi i na univerzitě UNIZA v Žilině. Cílem je, aby systém fungoval i v obtížných podmínkách – malá střecha, nepřející počasí, vyšší zastínění apod.
Zvlášť náročný úkol představuje odladění řízení celého systému. Znamená to integrovat celý management fotovoltaiky a baterií, solárních kolektorů, tepelných a oběhových čerpadel tak, aby byla v jednotlivých místnostech v každou denní a roční dobu zajištěna optimální teplota. Zároveň musí být nonstop k dispozici elektřina a teplá voda.
Vertikální krb vlastní konstrukce.
Chytré květináče jsou vytápěné, chlazené a zalévané systémem ENERbank.
Součástí domu a pozemku jsou – nebo v blízké budoucnosti budou – další zajímavosti využívající ENERbank, které zvyšují soběstačnost a komfort a naopak snižují ekologickou stopu.
- Krb – přestože se jedná o aktivní dům, je zde přítomen vertikální designový krb na dřevo vlastní konstrukce. Komín je opředen potrubím a přebytečné teplo je odváděno do podloží.
- Bio kompostér – kromě zpracování bioodpadu se bude jednat o další ekologický zdroj tepla, které bude přispívat k vytápění domu nebo přilehlého skleníku.
- Skleníky – i skleníky budou používat ENERbank a energetické jehly pro zajištění adekvátní teploty pro celoroční provoz s předehřevem substrátu a jílu
- Hi-tech květináče – s malým fotovoltaickým panýlkem, dvěma energetickými jehlami, oběhovým čerpadlem a akumulátorem se umí samy zalít, v létě ochladit a v zimě ohřát. Na jejich okraj se lze posadit, a když už je v nich elektřina, mohou třeba i v noci svítit, nebo přes USB konektor napájet další zařízení.
- Čistička vody + spalovna bioodpadu
Stojí to za to?
ENERbank umožňuje nezávislost domu na vnějších sítích a veškerou energii pro svůj provoz získává ze slunce. Výsledkem jsou zcela zanedbatelné provozní náklady a minimální ekologická stopa po celou dobu životnosti domu. To vše při zachování veškerého komfortu a zdravého vnitřního prostředí. Je pochopitelné, že vyrobit něco takového nebude jednoduché.
Na rozdíl od jiných soběstačných systémů pracujících například s palivovými články však ENERbank využívá dnes běžně dostupné technologie a poměrně jednoduché postupy. Pokud chce, zvládne si velkou část instalace šikovný stavebník obstarat svépomocí. Trubky, oběhová čerpadla a energetické jehly zároveň nejsou drahé. Solární kolektory a fotovoltaika stále zlevňují. Vyšší náklady pak připadají na baterie a tepelná čerpadla, nicméně ve všech případech se jedná o technologie, které jsou ve většině Evropy dotované.
V porovnání s tradičními způsoby vytápění – zejména plynem – přináší ENERbank vyšší nezávislost, bezpečnost, čistotu a nižší provozní a servisní náklady. Zda budoucí investoři ocení tyto výhody, ukáže až čas. Dům v Trenčíně, coby funkční a reprezentativní prototyp, je první krok k rozšíření aktivních domů v EU.
Roční produkce více než 16 milionů kusů čerpadel činí ze společnosti Grundfos jednoho z předních výrobců čerpací techniky. Grundfos se dlouhodobě zaměřuje na vývoj energeticky úsporných a účinných čerpadel. Součástí výrobního sortimentu jsou čerpadla ...