Clădire cu Energie Zero
O Clădire cu Energie Zero sau ZEB (Zero Energy Building) este o clădire cu consum net de energie zero, adică cantitatea totală de energie utilizată de clădire pe o bază anuală este egală cu cantitatea de energie regenerabilă creată pe site sau în alte definiții de surse de energie regenerabile în afara amplasamentului, utilizând tehnologie precum pompe de căldură, ferestre și izolații de înaltă eficiență și panouri solare. Scopul este ca aceste clădiri să contribuie cu mai puține gaze cu efect de seră în atmosferă în timpul operațiunilor decât clădirile similare non-ZEB.
Clădirile cu energie zero nu sunt conduse doar de dorința de a avea un impact mai mic asupra mediului, ci sunt conduse și de bani. Reducerile fiscale, precum și economiile la costurile energetice fac viabile din punct de vedere financiar clădirile cu energie zero.
Un rol cheie în proiectarea și funcționarea clădirilor cu energie zero este jucat de sisteme. Este bine cunoscut faptul că, în procesul de proiectare, odată ce cererea de energie a clădirii a fost redusă până la o limită care este un compromis între eficiența energetică și fezabilitatea financiară, sistemele sunt proiectate pentru a atinge obiectivul net de energie zero (în care modul în care poate fi văzută, de exemplu, energia amplasamentului, sursa de energie, emisiile, costurile etc.). Din acest motiv, în ultimul timp a existat o nouă generație de sisteme special concepute pentru clădiri extrem de eficiente, capabile să integreze diferite surse de energie pentru a acoperi cu eficiență maximă cererea de energie a clădirilor.
În principiu, există trei aspecte care caracterizează un sistem pentru un ZEB. Primul este nevoia de a produce la fața locului cel puțin o parte din energia consumată. Un al doilea aspect, care este caracteristic unei ZEB în general, este producția din surse regenerabile care trebuie să furnizeze o mare parte din necesarul de energie. Aceasta implică utilizarea unor sisteme care exploatează surse regenerabile, cu depozite termice sau electrice și capabile să facă față variației forțelor motrice. A treia caracteristică este creșterea eficienței energetice prin utilizarea recuperării căldurii, a noilor tehnologii și a principiului sistemului hibrid.
Utilizarea energiei unui ZEB poate fi rezumată în:
Energie de încălzire pentru încălzirea spațiului la temperatură ridicată, la o temperatură cuprinsă între 55 ° C și 80 ° C;
Energie de încălzire pentru încălzirea spațiului la temperatură scăzută, la o temperatură cuprinsă între 35 ° C și 50 ° C (încălzire radiantă);
Energie de încălzire pentru producția de apă caldă menajeră, la o temperatură cuprinsă între 40 ° C și 65 ° C;
Energie de răcire pentru răcirea spațiului, la o temperatură cuprinsă între 7 ° C și 19 ° C;
Energie de răcire pentru dezumidificarea aerului, la o temperatură sub 12 ° C
Aspectele care caracterizează cererea de energie a unui (aproape) ZEB sunt următoarele:
Cererea de energie pentru încălzirea spațiului este redusă dramatic (valorile pot fi de aproximativ 15 kWh / m²a) în comparație cu clădirile care respectă cerințele legislative; de asemenea, sarcina de încălzire pentru încălzirea spațiului este redusă, în special în casele cu energie zero (case unifamiliale);
Sarcina de încălzire pentru producția de apă caldă menajeră este mai mare (dublă sau mai mare) decât sarcina de încălzire a spațiului, concentrată în timp, dar constantă pe tot parcursul anului;
Este necesară recuperarea pierderilor de căldură din ventilație pentru a garanta performanțele ridicate ale întregului proiect al clădirii, ceea ce implică adoptarea unui sistem de ventilație mecanică.
O primă consecință a acestor ipoteze este că un sistem pentru (aproape) ZEB ar trebui să integreze ventilația și / sau producția de apă caldă menajeră în sistemele tradiționale de încălzire. În unele cazuri, răcirea spațiului este necesară și asigurată de un sistem ambalat. Apoi, datorită capacităților mici, simplificărilor de întreținere și funcționare, sunt preferate soluțiile integrate.
Sisteme integrate de ventilație mecanică
Aceste sisteme asigură ventilația mecanică împreună cu încălzirea spațiului, producția de apă caldă menajeră și în unele cazuri răcirea spațiului. Unul dintre primele exemple ale unui astfel de sistem a fost sistemul HVAC compact ambalat de proiectare, care se bazează pe o pompă de căldură aer-aer de mică capacitate integrată cu ventilatorul de recuperare a căldurii și de alimentare cu ventilator și apa caldă menajeră. producție cu un depozit adecvat de apă.
Figura 1. Un exemplu de sistem integrat pentru ventilație, producția de apă caldă menajeră și încălzirea hidronică a spațiului
Acest sistem este tipic și are caracteristica de a utiliza bucla de aer a sistemului de ventilație pentru a acoperi sarcina de căldură rămasă a spațiilor, ceea ce în unele cazuri poate fi o limitare. Mai recent au fost fabricate sisteme care sunt similare în conceptul său general cu acesta, dar care pot asigura și o încălzire hidronică (apă caldă la temperatură moderată pentru încălzirea radiantă a spațiului). Capacitatea de încălzire a aerului este de aproximativ 2 kW, în timp ce capacitatea de încălzire a circuitului hidronic este de aproximativ 10 kW sau mai mică.
Figura 2. Schema unui sistem integrat de ventilație, producție de apă caldă menajeră și încălzire hidronică a spațiului.
Dacă nu sunt integrate cu apă caldă menajeră și încălzirea spațiului, trebuie utilizate unități de ventilație mecanică centralizate. Acestea pot avea o încălzire electrică suplimentară pentru încălzirea aerului, pot fi echipate cu un schimbător de căldură static sau rotativ și, în scopuri de răcire, pot avea o bobină de apă instalată pe conducta de aer primară. O altă configurație a acestor unități centralizate este cea echipată cu pompe de căldură reversibile care funcționează între aerul evacuat și aerul de alimentare. Astfel de sisteme acoperă nu numai sarcina de încălzire a ventilației, ci și, într-o anumită cantitate, sarcina de încălzire a spațiului. La mijlocul sezonului funcționează în modul de răcire liberă.
În multe cazuri, pompa de căldură este alegerea preferată pentru un ZEB. Fără a intra în diferitele tipuri de pompe de căldură care pot fi adoptate (aer-aer, apă-apă, sursă la sol, dar și pompe de căldură cu condensare, absorbție de gaz și motor cu gaz), și în calcule și fezabilitate, studii necesare fiecărui caz, principalele avantaje ale pompelor de căldură sunt posibilitatea de a fi utilizate pentru încălzirea și răcirea spațiului, posibilitatea de a produce apă caldă menajeră din recuperarea căldurii, integrarea cu sistemul solar termic și performanțele bune la sarcini parțiale. Este interesant de menționat aici că principala problemă care trebuie confruntată la instalarea unei pompe de căldură pentru încălzirea spațiului într-un ZEB este producția de apă caldă menajeră.
Datorită numeroaselor particularități ale producției de apă caldă menajeră într-un context ZEB, cum ar fi nivelurile termice ridicate, sarcina de încălzire ridicată (de ex. 18 kW pentru 10 l / min cu o temperatură delta 15 ° C - 40 ° C, problema până la proliferarea legionelei și nu în ultimul rând integrarea cu surse regenerabile, dacă se utilizează pompe electrice de căldură, producția instantanee nu este fezabilă și este necesar un volum de stocare pentru nivelarea încărcăturilor. Volumul de stocare permite, de asemenea, temperaturi adecvate pentru ambele utilizări și surse (pompe de căldură). Practic, pot fi proiectate trei scheme de instalații:
· Un depozit de apă caldă menajeră cu o bobină internă (încălzitor de apă): volumul de stocare este proiectat în funcție de cerința de apă caldă menajeră, bobina ar trebui să fie dimensionată corespunzător și ar trebui abordată problema legionelei;
· Un depozit de apă caldă menajeră cu un schimbător de căldură extern: volumul de depozitare este proiectat în funcție de cerința de apă caldă menajeră, schimbătorul de căldură extern permite o eficiență mai mare în timp ce există două pompe și încă problemele legionella;
· Un depozit de apă și un schimbător de căldură instantanee pentru producția de apă caldă menajeră: în acest caz volumul de depozitare este mai mare, există întotdeauna două pompe, dar nu există risc de proliferare a legionelei.
Concluzii
Sistemele pentru ZEB sunt de obicei integrate. Optimizarea beneficiilor lor potențiale necesită o abordare completă a construcției, implementată de la etapa conceptului de proiectare până la proiectarea finală. Pentru a face acest lucru, ar trebui puse la dispoziție datele corespunzătoare ale producătorului pentru a efectua calcule detaliate ale performanței energetice a sistemului. În prezent, numai datele sintetice sunt de obicei disponibile de la producători (de exemplu, eficiența proiectării, eficiența medie sezonieră calculată la condițiile de referință etc.). Aceasta pare cea mai mare provocare cu care se confruntă sistemul multi-energetic în viitorul apropiat. Răspândirea lor pe piață va depinde de capacitatea de a minimiza nepotrivirea dintre performanțele energetice așteptate (proiectare) și cele reale (monitorizate).
