Od kilku lat można zaobserwować w Polsce dynamiczny wzrost stosowania kolektorów słonecznych. Do niedawna ich stosowanie było utożsamiane wyłącznie z wytwarzaniem c.w.u. Teraz obserwuje się nieśmiałe próby doładowywania centralnego ogrzewania, ciepłem pochodzącym z energii słonecznej.

Jak dotąd w Polsce wykorzystywanie kolektorów słonecznych do wspomagania c.o. to raczej próba zagospodarowania ewentualnego nadmiaru zebranego ciepła, niż główny cel wykorzystania energii słonecznej do ogrzewania. A co by było, gdyby odwrócić priorytety?
W maju 2011 roku miał miejsce wyjazd studyjny do Saksonii i Brandenburgii dla przedstawicieli instytucji i firm z Polski. Wyjazd był organizowany przez Komfort International z Polski na zlecenie Federalnego Ministerstwa Gospodarki. Celem wyjazdu, było zapoznanie polskiej delegacji z technologią stosowania kolektorów słonecznych i wykorzystania ciepła uzyskiwanego z energii słonecznej w życiu codziennym. Pewnym zaskoczeniem dla uczestników było to, że tradycyjne stosowanie kolektorów słonecznych do wytwarzania ciepłej wody, było potraktowane marginalne. Głównym celem było podzielenie się wiedzą przez naszych zachodnich sąsiadów na temat możliwości praktycznego wykorzystania ciepła z energii słonecznej, inaczej, niż dotychczasowe stereotypowe rozwiązania. Delegacja miała możliwość odwiedzić w Chemnitz firmę, która zajmuje się budową tzw. „domów słonecznych”, oraz zobaczyć na własne oczy kilka takich realizacji już funkcjonujących w praktyce.
Korzystając z materiałów przekazanych przez Sonnenhaus- Institut e.V, postaram się przybliżyć ideę budowy domów słonecznych.

Co to jest dom słoneczny
Zgodnie z definicją stworzoną przez Sonnenhaus Institut, domem słonecznym nazywamy budynek, w którym roczne zapotrzebowanie na ciepło jest pokrywane przynajmniej w 50% przez promieniowanie słoneczne. Wiedząc, że na przykład w Polsce ciepło stanowi nawet do 80% zapotrzebowania w energię przez gospodarstwo domowe, redukcja o połowę może przynieść w krótkim czasie wymierne korzyści. Warto zwrócić uwagę na określenie „przynajmniej 50%”, ponieważ mieliśmy okazję zwiedzać w Chemnitz budynek, którego mierzone zapotrzebowanie w ciepło w ciągu roku, było pokryte aż w 95%. I to można nazwać celem tej idei. Główną, zasadą obowiązującą w projektowaniu i budowie takiego domu jest skierowany na południe dach o dużym spadku, w którym pokrycie stanowią kolektory słoneczne. Duży zasobnik z ciepłą wodą umieszczony wewnątrz obrysu budynku stanowi magazyn ciepła na wiele dni lub nawet tygodni. Niskoparametrowe ogrzewanie podłogowe i ścienne pozwala na równomierne rozłożenie ogrzewania pomieszczeń. W najzimniejsze i najmniej nasłonecznione dni w ciągu zimy, na wypadek zbyt niskiej temperatury, przewidziane jest dodatkowe źródło ciepła. W praktyce jest to najczęściej ogrzewanie biomasą, np., kocioł opalany drewnem lub zrębkami drewna, który przez neutralne z punktu widzenia ochrony środowiska spalanie, może dogrzać w razie potrzeby wodę w zasobniku.

Koncepcja domu słonecznego
Kryteria domu słonecznego
Są związane w dużym zakresie z polepszeniem jego efektywności energetycznej i termoizolacji. Jest to o tyle ważne, że do standardu domu słonecznego można przygotować nie tylko świeżo projektowany budynek, ale także już istniejące obiekty, które podlegają modernizacji.
◗ Podstawowym kryterium jest standard termoizolacji. Dla nowego budownictwa wynosi on maks. 0,28 W/m²K, co odpowiada wartości granicznej w EnEV 2009 minus 30%.
◗ Dla istniejących już budynków, ta wartość wynosi 0,40 W/m²K, co odpowiada standardom EnEV dla nowego budownictwa.
◗ Pokrycie rocznego zapotrzebowania na ciepło pochodzącego z energii słonecznej – minimum 50%.
◗ Źródło dogrzewania – możliwie OZE, np. kocioł na drewno.

Dodatkowo, skierowana na południe stroma połać dachowa, oraz zintegrowany wewnątrz budynku zasobnik na ciepłą wodę, są symbolami, które kształtują architekturę domu słonecznego i daleko posuniętą niezależność energetyczną. Zapotrzebowanie na konsumpcję energii pierwotnej w ilości od 5 do 15 kWh/m2 w skali roku, kilkukrotnie przewyższa wymagania stawiane budynkom pasywnym, wyposażonym w urządzenia rekuperacyjne. Powyższe zapotrzebowanie na energię pierwotną, uwzględnia zużycie energii przez urządzenia pomocnicze, takie jak pompy, oraz ilość energii, która jest potrzebna do wytworzenia, przetworzenia i transportu energii ze źródeł poza systemem domu słonecznego. W koncepcji domu słonecznego, zapotrzebowanie na paliwa kopalne potrzebne do zaopatrzenia w energię jest bardzo małe. Ciepło jest (a w zasadzie powinno być) w 100% pokrywane ze źródeł odnawialnych. Dodatkowo, stosowane są pompy o wysokiej sprawności energetycznej, które zużywają rocznie tylko 200 do 300 kWh.

W koncepcji domu słonecznego, wykorzystuje się pasywne wykorzystanie energii słonecznej. Przezroczyste elementy budowlane, w tym także ogrody zimowe, pozwalają na dostarczanie ciepła i światła do pomieszczeń. Równocześnie w tych miejscach zwykle powstają duże straty ciepła, szczególnie wtedy, gdy nie ma wystarczającego promieniowania słonecznego. Częściowo jest to kompensowane przez zastosowanie trzywarstwowych szyb o niskim współczynniku przenikania ciepła, które mają właściwości termoizolacyjne czterokrotnie wyższe, niż dobrze zaizolowana ściana zewnętrzna. Obok jakości termicznej przeszklenia i stolarki okiennej, dochodzi jeszcze odpowiednie wymiarowanie elementów okiennych na fasadzie, które jest uzależnione od położenia względem nieba, kierunków świata i możliwości magazynowania ciepła przez budynek. W celu uniknięcia przegrzania pomieszczeń w budynku, musi być przewidziana osłona w postaci rolet lub okapów dachowych.
Jeżeli w zimne dni świeci Słońce, dom słoneczny jest często ciepły także bez dodatkowego aktywnego dogrzewania. Pasywne wykorzystanie energii słonecznej nie konkuruje jednak z aktywnym ogrzewaniem, ponieważ ciepło pochodzące z promieniowania słonecznego, uzyskiwane przy pomocy kolektorów słonecznych, jest magazynowane w zasobnikach ciepłej wody przez wiele dni, a nawet tygodni. Nie stosuje się w zasadzie przewietrzania budynku przez otwarte okna, podobnie zresztą, jak jest to w wypadku domów pasywnych. Wbudowanie wymuszonej wentylacji, wydaje się sensowne, ale z punktu widzenia efektywności energetycznej, nie jest specjalnie konieczne. Pozytywny efekt odzysku ciepła do bilansu cieplnego, jest kompensowany energetycznie przez zapotrzebowanie na energię elektryczną dla wentylatorów.

Zorientowanie budynku wobec stron świata
Jest to jedna z ważnych zasad architektury, którym podlega dom słoneczny. Dotyczy to takiego usytuowania, aby optymalnie wykorzystać promieniowanie Słońca w ciągu całego roku. Odchyłka budynku w stosunku do kierunku południowego nie powinna być większa niż 30° w każdą stronę.
W zimie wykorzystuje się optymalnie nasłonecznienie zarówno w sposób pasywny, jak i aktywny. Jest to konieczne z uwagi na częsty niedobór promieniowania słonecznego. Natomiast w lecie należy zwracać szczególną uwagę na to, aby nie przegrzać instalacji i całego budynku. Daje się tego uniknąć dzięki odpowiedniej konstrukcji budynku. Nachylenie połaci dachowej z kolektorami słonecznymi jest tak ustawione, żeby uzyskać w zimie maksymalną absorpcję promieniowania. Dzięki temu, żaden promień słońca w porze zimowej się nie marnuje. Natomiast takie ustawienie dachu i kolektorów w lecie pozwala uniknąć przegrzania instalacji, tym bardziej, że ewentualny nadmiar ciepła, będący efektem stosunkowo dużej powierzchni kolektorów, jest transportowany do zasobnika z wodą, gdzie jest realizowane długotrwałe magazynowanie ciepła.
Ideałem jest ukierunkowanie kolektorów na południe pod kątem 45° do 80°, aby ich nachylenie było prostopadłe do promieni słonecznych w zimie i przez to maksymalnie wykorzystać ich ciepło w tym okresie.

...pełna wersja artykułu w PI 4/12