Budovy NZEB a tepelné čerpadlá v stavebnicových domoch Concordia univerzita Montreal

Budovy NZEB a tepelné čerpadlá v stavebnicových domoch

Concordia univerzita Montreal

Univerzita nielen vyučuje, ale je zapojená tiež do výskumných projektov, do ktorých pozýva vedcov z celého sveta. V stratégii výskumu sa tiež zameriavajú na budovy:

s takmer nulovou spotrebou energie (NZEB)

alebo budovy, ktoré poháňajú samé seba, respektíve vyrobia viac energie ako spotrebujú. Majú strategické partnerstvá v EÚ, USA i doma v Kanade.

Budovy poháňajú FV panely

Ak budova vie vyrobiť prebytok energie

Potom prílišnú tepelnú ochranu budov považujú za nepotrebnú

Tvrdia, že ak budova vie vyrobiť prebytok energie a nevyužijeme ju, tak ju vlastne znehodnotíme. Môže sa však racionálne využiť najmä pre tepelné čerpadlá. Dôraz kladú na lokálnu výrobu elektriny vo fotovoltickými paneloch s 15% účinnosťou, ktoré umiestňujú do:

Fasády s prevetrávaním, chladením FV a s odvodom tepla VZT na vykurovanie,
Ďalej sa FV podobným spôsobom montujú na strechu
Tiež do okien tak, aby neobmedzili príliš svetlo vo vnútorných priestoroch.

V oknách ide o kombináciu pasívnych a aktívnych prvkov s FV. Vyvinuté sú motorizované otáčavé tieniče s FV fóliou.

Výhody takto inštalovaných FV panelov – integrovaných do budovy spočívajú:

Tvoria zároveň tepelnú ochranu – produkované teplo FV využije vzduchotechnika
Tvoria zároveň vonkajšiu úpravu budovy
Vyrábajú elektrinu

Skladačkový dom Eco Terra house s pasívnymi/aktívnymi prvkami

Zahŕňa integrované FV panely 2,8 kW/teplo využívané cez výmenník vzduch/voda a využitie vyrobenej elektriny predovšetkým tepelnými čerpadlami na podlahové vykurovanie a chladenie. Jeho montáž na mieste trvá len pár dní.

Skladačkový drevodom Eco Terra house s trojoknami s vykurovanou plochou 211 m² zahŕňa integrované FV panely a systém TČ zem voda s výkonom 11 kW a COP medzi 3,5-4

Knižnica vo Varennes pri Montreale v NZEB

Je prvou NZEB v Kanade postavenou v roku 2004 s plochou cca 8 tisíc m². Výroba elektriny má výkon 110 kW, pričom výkon ale i spotreba sa mení podľa teplotného obdobia v roku. Na výrobu elektriny nevyužili celú plochu strechy, pretože nemali takú potrebu. Napríklad 29. mája namerali výkon 81,6 kW, ale spotrebu len 17,8 kWh.

Steny, strecha budovy majú integrované FV panely a teplo z nich využíva vetrací systém. Okná majú otáčacie lišty na tienenie voči slnku. Okná sa automaticky otvárajú na nočné vetranie v lete.

Knižnica vo Varennes je modelovou budovou (NZEB), ktorú navrhli vedci z Univerzity Concordia, ktorá poháňa sama seba elektrinou získanou cez FV panely a využívanou predovšetkým tepelnými čerpadlami zem/voda s vrtmi o hĺbke 150 m.

Knižnica má cca 8000 m².

Elektrina v Kanade je lacná

Stojí len 7 centov/kWh. Prebytok elektriny vyvážajú do USA. Vyrábaná je väčšinou v hydroelektrárňach (90 % v Quebecu) s nízkymi emisiami CO₂. Napriek tom sa vo veľkej miere používajú fosílne palivá a Kanada patrí medzi krajiny s najvyššími emisiami CO₂ na obyvateľa. Je to tiež preto, že v Kanade vykurovacie obdobie trvá dlhšie, že priemysel je energeticky pomerne náročný (výroba hliníka, ...). Takže prechod na elektrinu a TČ je nutný.

Centrálne vykurovanie v Montreale

Zatiaľ prevláda vykurovanie s vykurovacím olejom a plynom. Olej chcú vylúčiť do roku 2030 a plyn do roku 2050. Rozhodujúca by mala byť elektrina s tepelnými čerpadlami a teplo zo spaľovania odpadov.

Pohľad z prístavu na budovy v Montreale.

Canmet Energy vo Varennes BIPV, BIPVT a TČ

Výskumný ústav na obnoviteľné energie

Má asi 160 zamestnancov a dve hlavné úlohy, ktorých výstupom je použitie obnoviteľné energie OE pre TZB a NZEB. 50 % výskumu je zameraného na tepelné čerpadlá, ktoré umožňujú vykurovať i chladiť NZEB. Okrem nich vo výskumnom programe majú najmä integráciu FV panelov do stien, striech budov, pretože čistá elektrina je podmienkou pre vývoj NZEB. Na návrh takýchto budov vyvinuli SW preložený do 36 jazykov voľne použiteľný s názvom RETScreen. Dá sa stiahnuť na www.retscreen.net.

Vľavo BIPV/T fotovoltické panely integrované do budovy využívajúce teplo z ich ochladzovania. Vpravo budova s fasádou s BIPV/T, za nimi strojovňa vzduchotechniky

FV panely BIPV a BIPVT

BIPV FV (Building integrated) panely sú integrované do budovy a tvoria fasády stien, strechy, ploty, ..

BIPV/T sú tiež integrované do budovy, ale okrem funkcie výroby elektriny a fasády, využíva sa z nich teplo odvádzané pri ich ochladzovaní, čím sa zvyšuje ich účinnosť.

Concordia koncept NZEB s tepelnými čerpadlami

Optimálna kombinácia stavby, trojsklených okien, FV a TČ

Tepelná ochrana má byť v symbióze s výrobou solárnej elektriny a s jej využitím.

Koncept NZEB v duchu tézy: „Ak budova vie vyrobiť energiu a nevyužije ju, tak sa vlastne znehodnotí. Racionálne ju môžu využiť najmä tepelné čerpadlá“.

Koncept zahŕňa integrované využitie pasívnej tepelnej ochrany a energetickej efektívnosti. Využíva solárnu energiu pasívne cez okná s otáčavými tieniacimi lamelami, tiež FV panelmi na výrobu elektriny, ktorú efektívne využijú tepelnými čerpadlami

Systém chladenia s ejektorom

Prúdová kompresia plyn/plyn

CanmetEnergy skúma využitie ejektorov v chladení. Tu treba pripomenúť, že Zväz v tomto roku vyhodnotil ako najlepšiu študentskú prácu „Ejektorové chladenie a Fressnelové kolektory“ s chladivom voda študenta Dominika Škodu. V Kanade používajú izobután a tiež iné látky ako chladivo. Na vytvorenie horúcich pár o vysokom tlaku však nepoužívajú fressnelové kolektory, ale pary generujú teplom pomocou ohrevu elektrinou.

Výskum jedno a dvojfázových ejektorov na dvoch pracoviskách využitím R134a a R245fa. S vodou sa dosahuje výkon len 5 kW S. R134a, R245fa sa dosahujú vyššie výkony až 30 kW. Zariadenia ako vidieť na obrázkoch sú veľké a účinnosť nízka.

Výskum tepelných čerpadiel s oxidom uhličitým

Priamo i nepriamo

CO₂ je všeobecne považované za chladivo vhodné na ohrev vody na vyššiu teplotu. Menej vhodné sa javí pre nízkoteplotné vykurovanie, kde si vyžaduje komplikovanejšie technické riešenie. V CanmetEnergy sa zameriavajú na zlacnenie tepelných čerpadiel zem/voda, ktoré pre teplotné podmienky Kanady považujú za najvhodnejšie. Jednou z možností je zvýšiť extrakciu tepla z pôdy a znížiť tak potrebný počet vrtov.

Viac informácií nájdete v časopise Správy 7/2019