Dom przyszłości: plusenergetyczny i elektromobilny. Projekt arch. Werner Sobek
Wybudowano go według projektu, nad którym pracowało grono fachowców. Jest funkcjonalny, efektywny energetycznie, a pozyskiwaną w nim energią elektryczną można zasilać także pojazdy eksploatowane przez mieszkańców. Czy właśnie takie będą domy przyszłości? Plusenergetyczne i elektromobilne?
Dom plusenergetyczny i elektromobilny jest przełomowym projektem ostatniej dekady. Zrealizowano go w 2011 r. w Berlinie na zlecenie Federalnego Ministerstwa Komunikacji, Budownictwa i Urbanistyki. Autorem projektu jest znany architekt Werner Sobek wraz z zespołem naukowców i producentów. Poprzeczka została zawieszona bardzo wysoko, bo należało zastosować takie rozwiązania techniczne, które zapewnią wyższe zyski energetyczne, niż wynikało to z obliczonego zapotrzebowania budynku, a także zapewnić mieszkańcom mobilność z wykorzystaniem własnej energii odnawialnej. Do wyboru było wiele sprawdzonych technologii, ale nacisk położono na dobór urządzeń wzajemnie współpracujących. Kluczowe było także inteligentne zarządzanie energią i urządzeniami. Projektanci stworzyli budynek ze wzorową architekturą, funkcjonalny i technicznie zaawansowany.
Dom plusenergetyczny przyjazny mieszkańcom
Dom jest przeznaczony dla czteroosobowej rodziny. Funkcjonalnie zaprojektowaną powierzchnię mieszkalną rozplanowano na dwóch kondygnacjach. W otwartej przestrzeni na parterze dominuje funkcja dzienna. Można w niej wyodrębnić część wypoczynkową, aneks jadalny i kuchnię. Dzięki szklanej elewacji pomieszczenia są jasne oraz bliskie otaczającej przyrodzie. Na piętrze znajdują się dwa pokoje dla dzieci i sypialnia rodziców. Pomieszczenie techniczne, kuchnia, łazienka oraz WC zostały zgrupowane i tworzą racjonalny oraz oszczędny układ instalacyjny oraz funkcjonalny. Do pomieszczenia technicznego, w którym znajdują się pompa ciepła i rekuperator z towarzyszącymi instalacjami, jest dostęp z zewnątrz, z elewacji frontowej. Przed budynkiem znajduje się parking dla samochodów elektrycznych z niezbędną infrastrukturą do ładowania baterii.
Przeczytaj też:
Ładowanie samochodu w domu z instalacji fotowoltaicznej >>>
Przeszklone elewacje zapewniają obfitość światła dziennego, bliski kontakt z przyrodą oraz dają wrażenie przestronności, większej, niż by się wydawało z rzutów budynku.
Dom plusenergetyczny - konstrukcja i materiały
Zamiarem inwestora było ograniczenie zapotrzebowania na energię pierwotną. Projektanci wybrali więc konstrukcję drewnianą, która umożliwia wybudowanie domu pasywnego przy zapewnieniu pożądanego efektu równowagi ekologicznej. Drewno jest materiałem naturalnym stanowiącym źródło zasobów odnawialnych, a jednocześnie akumulujących dwutlenek węgla. Na etapie produkcji materiałów drewnianych oraz w trakcie budowy domu zużycie energii pierwotnej jest wielokrotnie niższe, niż ma to miejsce w przypadku zastosowania innego budulca. Dom ma konstrukcję szkieletową z drewna LVL (klejonego warstwowo z fornirów) wykorzystującą belki dwuteowe. Zastosowanie tego materiału pozwoliło zaprojektować otwarte, przestronne wnętrza, bez konieczności stosowania podciągów ze stali. Usztywnienie konstrukcji szkieletowej stanowi dwustronne poszycie z płyty OSB. Do izolacji termicznej przegród zewnętrznych wykorzystano celulozę wprowadzoną metodą nadmuchu w warstwie grubości 36 cm.
Przeczytaj też:
Wszystkie przegrody – podłogę, ściany i dach – wykonano z prefabrykatów. Charakteryzują się niską wartością współczynnika przenikania ciepła i znacznie ograniczają udział mostków cieplnych w przegrodach zewnętrznych.
Budynek jest obiektem pasywnym. Ściany i stropy od strony wnętrza budynku są wykończone płytami gipsowo-kartonowymi. Elewacje frontowa i ogrodowa to szklane ściany zbudowane z szyb zespolonych. Natomiast elewacje boczne są wykonane jako wentylowane z wykorzystaniem ściennych modułów fotowoltaicznych. Wybór materiałów budowlanych oraz wykończeniowych został starannie wyważony przez architekta pod względem walorów wizualnych, funkcjonalnych, technicznych, a także w aspekcie oddziaływania na środowisko w trakcie produkcji, realizacji inwestycji, eksploatacji budynku, a ostatecznie w procesie recyklingu.
Autor: Ministerstwo Spraw Wewnętrznych, Budownictwa i Ojczyzny Republiki Federalnej Niemiec
Aby wytworzyć dostateczną ilość energii elektrycznej, która pokryje potrzeby budynku i pojazdów, na dachu i elewacjach bocznych zainstalowano ogniwa fotowoltaiczne o mocy ponad 22 kWp
Źródło energii odnawialnej w domu plusenergetycznym
Budynek plusenergetyczny wytwarza własną energię odnawialną w takiej ilości, że jest samowystarczalny energetycznie. W tym domu źródłem energii odnawialnej są dwie instalacje fotowoltaiczne – jedna o mocy 14,1 kWp zlokalizowana na dachu budynku oraz druga o mocy 8,0 kWp zintegrowana z elewacją budynku. W założeniach projektowych prognozowano roczne zużycie energii elektrycznej na potrzeby budynku w ilości 10 MWh, a przez pojazdy z napędem elektrycznym – 6 MWh, co zostało uwzględnione podczas doboru instalacji PV. Choć dom wybudowano w 2011 r., a moduły fotowoltaiczne, w które został wyposażony, mają niższą moc i sprawność niż obecnie stosowane, to założone wówczas parametry uzysku energii elektrycznej zostały osiągnięte.
Każda instalacja fotowoltaiczna jest uzależniona od intensywności promieniowania słonecznego, więc wyzwaniem jest zsynchronizowanie produkcji energii z zapotrzebowaniem budynku na energię. Dostępne technologie oraz systemy zarządzania wciąż nie radzą sobie z niechcianą nadprodukcją, a następnie z niedoborem energii w budynku.
Przeczytaj też:
Magazyn energii: jak przechowywać energię z instalacji fotowoltaicznej >>>
W celu zniwelowania tej wady przewidziano dwa sposoby akumulowania energii. Priorytet otrzymała bateria litowo-jonowa o pojemności 40 kWh, a następnie sieć elektroenergetyczna (na zasadzie bilansowania sieciowego). Zainstalowana bateria składa się z używanych ogniw, które wcześniej były wykorzystywane w samochodach elektrycznych – inicjatywa ta polega na wydłużeniu okresu użytkowania baterii i odsunięciu w czasie procesu ich recyklingu. Mimo że ogniwa nie miały już wymaganej pojemności do dalszej eksploatacji w pojazdach, nadal były sprawne do gromadzenia energii fotowoltaicznej w budynku. Nad całościowym bilansem energetycznym budynku czuwa inteligentny system zarządzania energią.
Wentylacja i źródło ciepła w domu plusenergetycznym
Źródłem ogrzewania budynku jest elektryczna pompa ciepła typu powietrze-woda o mocy 5,8 kW z wodnym ogrzewaniem podłogowym. Pompa ciepła z czerpnią i wyrzutnią powietrza na zewnątrz budynku jest zainstalowana w pomieszczeniu technicznym.
Przeczytaj też:
Wskaźnik EP. Jak zmniejszyć EP budynku >>>
Dodatkowe dolne źródło dla pompy ciepła zainstalowano w systemie wentylacji mechanicznej, która odzyskuje energię cieplną ze zużytego powietrza. Bo jak w każdym budynku pasywnym wentylacja odbywa się mechanicznie z odzyskiem ciepła w rekuperatorze. Tu zainstalowano urządzenie o wydajności 400 m3/h i sprawności blisko 80%.
Automatyka budynku plusenergetycznego i elektromobilnego
Proces zarządzania energią w budynku przebiega całkowicie automatycznie. Liczne czujniki dokonują pomiarów, a wizualizacje parametrów budynku są przenoszone do systemu open source, który zapewnia z góry określone zarządzanie energią. Program optymalizuje pracę urządzeń, zarządza bilansowaniem, a także akumulowaniem energii elektrycznej. Użytkownicy mają wgląd do systemu za pośrednictwem tabletu lub smartfona. Mieszkańcy mogą manualnie regulować temperaturę w pomieszczeniach, natężenie światła oraz funkcje żaluzji okiennych.
Polecany artykuł:
Mieszkanie w domu plusenergetycznym i elektromobilnym
Aby móc ocenić, czy praktyka potwierdzi założenia projektowe, od marca 2012 r. do czerwca 2013 r. oraz od maja 2014 r. do kwietnia 2015 r. budynek zamieszkiwały kolejno dwie czteroosobowe rodziny. Podczas codziennego użytkowania domu monitorowano zużycie i produkcję energii elektrycznej, a zespół naukowców z instytutu naukowego Fraunhofer dodatkowo badał funkcjonowanie budynku i zainstalowanych w nim urządzeń. Pierwsza rodzina chętnie korzystała z pojazdów elektrycznych – samochodami pokonali 8000 km, a jednośladami – 3500 km. Dość rozrzutnie korzystała też z energii elektrycznej, za którą nie było dodatkowych opłat. Pomiary wykazały, że pomimo niesprzyjających warunków pogodowych produkcja energii elektrycznej przez instalacje fotowoltaiczne na dachu i elewacjach była wyższa niż zużycie na potrzeby budynku. Zaobserwowano jednak nieznaczny deficyt energii do zasilania samochodów elektrycznych.
Gdy w domu zamieszkała druga rodzina, wyniki badań okazały się bardziej korzystne i potwierdziły sens programu pilotażowego. Tym razem nadwyżka energii wyprodukowanej na potrzeby domu wyniosła 5530 kWh, a na pojazdy - 3543 kWh. Ogólnym wnioskiem z przeprowadzonych badań jest ścisła zależność efektywności energetycznej budynku od racjonalnego sposobu jego użytkowania. Pokazano, że nawyki osób użytkujących budynek oraz nastawienie proekologiczne mają znaczący wpływ na konsumpcję energii. W 2016 r. zmieniono sposób użytkowania budynku, lokując w nim centrum informacyjno-kompetencyjne budownictwa przyszłości Federalnego Ministerstwa Budownictwa. Dom wybudowany w Berlinie był pilotażowym budynkiem plusenergetycznym i stał się pierwowzorem do naśladowania w drodze do neutralnego oddziaływania człowieka na środowisko, a także bazą wiedzy i doświadczenia dla przyszłych inwestorów. Od tego czasu powstają kolejne, doskonalsze technicznie domy.
