Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii rośnie w Polsce. Jednak tempo wzrostu jest niewspółmierne do możliwości i efektów jakie możemy osiągnąć. Zarówno w kontekście wdrażania rozwiązań z zakresu energetyki rozproszonej w skali pojedynczych budynków, jak również w przypadku większych zurbanizowanych obszarów, np. osiedli, miast czy nawet regionów, kończąc na całym kraju z wykorzystaniem DSM czy DSR (ang. Demand Side Management, Demand Side Response).
Odnawialne źródła energii a budynki
Dziś coraz częściej stosuje się różnego rodzaju rozwiązania wykorzystujące odnawialne źródła energii w budynkach nowych. Począwszy od paneli solarnych i fotowoltaicznych, poprzez pompy ciepła, na energii wiatrowej kończąc. To wszystko możemy dziś zaobserwować w nowoczesnych biurowcach i coraz częściej również w budynkach mieszkalnych, zarówno wielorodzinnych jak i jednorodzinnych.
Kluczem efektywności wykorzystania tych źródeł w nowych budynkach jest… izolacja. Otóż zmniejszone zapotrzebowanie na energię w wyniku odpowiedniej izolacji budynków pozwala na efektywniejsze zastosowanie odnawialnych źródeł energii. Wszak nowe budynki spełniają dziś często wymagania odpowiadające Warunkom technicznych na rok 2021. Dzięki temu nie tylko pozwala to na wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, ale również obniża koszty eksploatacji jak również samej inwestycji. Dlaczego?
Mały przykład, duży efekt
Na potwierdzenie wskazanego kierunku przedstawiono poniżej wyniki doboru mocy powietrznej pompy ciepła i instalacji PV na potrzeby energetyczne niewielkiego budynku jednorodzinnego o powierzchni ogrzewanej wynoszącej 90 m2 przed jego termomodernizacją i po. Moc obliczeniowa pompy ciepła wynika z zapotrzebowania na cele c.o. budynku a do obliczeń wielkości instalacji PV przyjęto dodatkowo roczne zapotrzebowanie na urządzenia AGD wynoszące 2500 kWh/rok. Moc i powierzchnię paneli PV przyjęto w taki sposób, aby energia elektryczna z nich wytworzona zbilansowała roczne zapotrzebowanie przez pompę ciepła na cele c.o. i roczną ilość energii (2500 kWh) na potrzeby AGD.
| Wielkości | Jedn. | Przed modernizacją | Po modernizacji WT 2021 |
| Obliczeniowa moc pompy ciepła na cele c.o. | kW | 17,6 | 6,4 |
| Wskaźnik zapotrzebowania na energię końcową do ogrzewania – Ekco | kWh/m2/rok | 96.4 | 20 |
| Energia elektryczna końcowa do ogrzewania (zużywana przez pompę ciepła) | kWh/rok | 10990 | 2280 |
| Energia elektryczna zużywana na potrzeby AGD | kWh/rok | 2500 | 2500 |
| Moc znamionowa instalacji PV | kWp | 14,6 | 5,4 |
| Powierzchnia modułów PV | m2 | 78,6 | 29,1 |
Dzięki poprawnej kolejności prac termomodernizacyjnych zapotrzebowanie na energię na cele grzewcze zmniejszyło się blisko 5-krotnie. Takie działanie pozwala zmniejszyć moc wykorzystywanych odnawialnych źródeł energii blisko 3 krotnie w przypadku pomp ciepła, i dostarczenie jej energii elektrycznej na potrzeby pracy z zamontowanych na dachu paneli fotowoltaicznych. A to znowu przekłada się na koszty inwestycji, jak i sam czas zwrotu. Dodatkowo w przypadku wielu inwestorów, daje im możliwość własnego inwestowania w odnawialne źródła energii, utrzymując rynek producentów niezależnie od programów finansowych wspierających rozwój OZE.
Docieplanie przegród zewnętrznych budynku i wymiana okien przyczyniły się nie tylko do znacznego obniżenia zapotrzebowania na energię grzewczą w analizowanym budynku, ale również do prawie trzykrotnego zmniejszenia mocy („wielkości”) urządzeń grzewczych. W przypadku rozwiązania hybrydowego jakim jest połączenie pompy ciepła z instalacją fotowoltaiczną, docieplony budynek to również kilkukrotnie mniejsze moce, a więc również i powierzchnia, zajmowana przez moduły instalacji fotowoltaicznej. Co za tym idzie, jest to bardziej dostępne, realniejsze i przede wszystkim bardziej opłacalne.
Ograniczenie strat ciepła przyczynia się więc również do większego potencjału wykorzystania odnawialnych źródeł energii w budynkach, a co za tym idzie rozpowszechnienia OZE i związanych z innowacyjnymi nimi technologiami.
Oszczędności na samochód
Różnica w konsumowanej rocznie energii elektrycznej w analizowanych wyżej wariantach budynku wynosi około 8700 kWh. Jeśli by chcieć tę nadwyżkę wyprodukowanej energii przeznaczyć np. na doładowywanie samochodu elektrycznego, to w ciągu roku taki pojazd mógłby przejechać około 48 000 km. To przy założeniu, że w budynku po dociepleniu instalujemy prawie 80 m2 modułów PV, czyli taką wielkość jak dla wariantu przed dociepleniem starczyła tylko na potrzeby grzewcze c.o. pompy ciepła i urządzeń AGD. W przypadku wariantu budynku po dociepleniu montaż instalacji PV o mocy znamionowej 10 kWp, oprócz potrzeb c.o. i urządzeń AGD nadal instalacja PV produkowała był nadmiar energii elektrycznej wynoszący rocznie 4700 kWh co z dużą nawiązką wystarczyłoby na podgrzanie c.w.u. (około 2800 kWh/rok dla czteroosobowej rodziny) lub doładowanie samochodu elektrycznego pozwalającego przejechać rocznie 26 000 km. Wówczas nasz dom jednorodzinny oprócz domu samowystarczalnego energetycznie w bilansie rocznym mógłby być również naszą „stacją benzynową”.
Wielowymiarowe korzyści
W Polsce wybudowanych jest 5 milionów budynków jednorodzinnych, z czego 3,6 miliona to domy nieocieplone lub słabo ocieplone. Jest to ogromny problem zarówno z perspektywy finansowej (ubóstwo energetyczne), jak i zdrowotnej (smog). Nieocieplone budynki są uważane za główną przyczynę smogu w Polsce: jak podaje raport 6 Paliwo, emisja spalin z domów jednorodzinnych odpowiada za 88% przekroczeń poziomów alarmowych PM10, 87% w przypadku pyłu PM2,5 i 98% w przypadku benzo(a)pirenu.
Wprowadzona na szeroką skalę kompleksowa termomodernizacja budynków jednorodzinnych w Polsce nie tylko rozwiązuje ważne i aktualne problemy społeczne w Polsce takie jak smog i ubóstwo energetyczne, ale także przyczynia się do wypełnienia istotnych unijnych zobowiązań. Bardzo ważne jest również to, że kompleksowa termomodernizacja budynków, to także solidne podstawy do transformacji energetycznej w kierunku rozwoju nowoczesnych technologii ułatwiających integrację budynków z odnawialnymi źródłami energii. Aby tak się stało termomodernizacja musi być przeprowadzana nie tylko w sposób kompleksowy, ale również we właściwej kolejności. Tak jak przy projektowaniu nowych budynków, również w budynkach modernizowanych zawsze przy poprawie efektywności energetycznej powinno zaczynać się od redukcji strat ciepła, a dopiero potem przechodzić do doboru źródeł ciepła.
Rys. 1. Zasada projektowania - Trias energetica. Właściwa kolejność pozwoli na minimalizację kosztów zarówno inwestycji w moce grzewcze jak i późniejszej eksploatacji.
Bezpieczeństwo energetyczne gratis
Kompleksowe podejście do kwestii termomodernizacji i planowanie działań jak i programów zgodnie z odpowiednią kolejnością, czyli najpierw minimalizacja strat a następnie dostarczanie energii ze źródeł odnawialnych to również poprawa bezpieczeństwa energetycznego Polski. Dzięki zmniejszonemu popytowi na energię zmniejszamy amplitudę szczytów zapotrzebowania, tzw. pików energetycznych. To daje szanse na zmniejszenie inwestycji zarówno w sieci jak i rezerwowe moce wytwórcze.
Nie bez znaczenia jest również stanowisko unijne w tej sprawie, które jasno wskazuje, że należy jednocześnie zmniejszyć popyt (a budynki są postrzegane jako główny priorytet) i instalować coraz więcej odnawialnych źródeł energii. Zrobienie tylko jednego nie jest możliwe pod względem finansowym, logistycznym jak i technicznym.
Wymagania infrastrukturalne umożliwiające zastąpienie paliw kopalnych odnawialnymi źródłami energii są ogromne: pomyśl o presji na sieci elektroenergetyczne. Wydaje się to wykonalne, ale trudne, jeśli popyt spadnie. Ale nie jest to możliwe, jeśli popyt pozostaje taki sam. Odnawialne źródła energii, takie jak wiatr i słońce, nie mają takiego samego współczynnika mocy jak paliwa kopalne, co oznacza, że potrzebujesz więcej turbin i paneli słonecznych, aby zapewnić taką samą moc.
