Krapina, plus energetska kuća GD 2013 u velikom udjelu energetskih potreba grijanja i hlađenja koristi obnovljive izvore energije od podzemne energije pa do direktno dozračene Sunčeve energije. Zgrada je povezana na lokalnu mrežu dok istovremeno postoji mogućnost odvajanja zgrade od mreže.

 

 

Zgrada je konstrukcijski i prema slojevima ovojnice u klasi A zgrada odnosno na prijelazu između pasivnih i niskoenergetskih zgrada. Velike staklene stijene na jugu i višeslojna stakla tijekom cijele godine osiguravaju prirodno svjetlo dok se tijekom zimskih dana dodatno koristi direktno dozračena Sunčeva energija za grijanje dnevnog boravka. Sjenila iznad staklenih stijena umanjuju djelovanje ljetnog Sunca i umanjuju efekt pregrijavanja prostorija. Specifičnim oblikom stepeništa primjenjen je efekt dimnjaka odnosno topli zrak se tijekom ljeta podiže u najveći dio stubišta i olakšava hlađenje zone boravka. Ukupne toplinske potrebe zgrade su 4-5 puta manje od klasičnih zgrada koje su izgrađene prema trenutačnim pravilnicima o toplinskoj izolaciji. Aktivne sunčane instalacije smanjuju energetske potrebe i pretvaraju zgradu u plus energetsku koja stvara viškove energije tijekom cijele godine. Instalacije obnovljivih izvora energije u energetskoj bilanci smanjuju ukupno potrebnu primarnu energiju te pretvaraju zgrade nižih energetskih klasa u visoke energetske klase. Mrežno vezane zgrade pomoću fotonaponskih polja stvaraju električnu energiju koju predaju u mrežu te istovremeno koriste električnu energiju iz mreže za pokretanje dizalica topline u režimu grijanja ili hlađenja prema potrebi. Dizalica topline je primarni uređaj koji omogućuje transport toplinske energije između okoline, tla i same zgrade.

 

Predviđena je ugradnja geotermalnih sondi svaka dubine 100 m koje bi se postavile uz samu zgradu, a tehničko rješenje sondi je odabrano zbog ograničenja površine parcele. Sonde se koriste za crpljenje potencijalne toplinske energije zemlje tijekom cijele godine. Sonde su plastične cijevi postavljene vertikalno u zemlji i zalivene su bentonitnom smjesom da se poboljša prijelaz topline između glikola u cijevima i zemlje, kamena ovisno o strukturi podzemnog tla.

 

Dobivena toplinska energija tla se pomoću glikola transportira u centralnu strojarnicu i povezuje se na dizalicu topline koja ima funkciju da poveća energetsku toplinsku razinu medija grijanja pomoću električne energije koja se uzima iz javne elektro-energetske mreže. Obzirom da je odabrana dizalica topline kao uređaj za grijanje otvorila se mogućnost spajanja iste na baterijski sklop i dodatno je stvorena mogućnost neovisnog napajanja sustava grijanja u slučaju potrebe. Predviđena je tehnička osnova za instalaciju koja može funkcionirati u otočnom neovisnom modelu rada dok se cijela zgrada može odvojiti od mreže u slučaju nestanka električne energije u dužim periodima.

 

Dizalica topline crpi energiju glikola, hladi glikol i transportira dovedenu potencijalnu toplinsku energiju tla u spremnik tople vode grijanja te spremnik tople sanitarne vode. Obzirom na različite temperaturne režime podnog grijanja i sanitarne vode projektom su predviđena dva neovisna toplinska spremnika ili buffera za stabiliziranje rada sustava kod nejednolike potrebe za energijom grijanja. Spremnik tople vode grijanja ima više ulaza toplinskih generatora: dizalicu topline, rezervni plinski klasični bojler te mogućnost ugradnje električnog grijača te u slučaju kvara na bilo kojem uređaju uvijek postoji mogućnost grijanja. Spremnik tople sanitarne vode također ima nekoliko ulaza toplinskih generatora: dizalica topline, rezervni plinski bojler, električni grijač i nekoliko sunčanih toplinskih pretvornika. Svaki toplinski generator ima određen slijed uključivanja pri čemu je primarno grijanje pomoću sunčanih pretvornika, potom grijanje tijekom noći pomoću dizalice topline i uporaba jeftinije noćne tarife te aktivacija plinskog bojlera u slučaju kvara jednog od uređaja. Dodatno je predviđen i električni grijač u svakom spremniku koji se može napajati kao i dizalica topline preko baterijskog sustava u slučaju nestanka električne energije u javnoj mreži. Mreža grijanja zgrade je klasično podno grijanje koje je dimenzionirano na niskotemperaturni režim grijanja da se smanji temperatura poda zbog osjetljivosti pojedinih osoba na efekt toplih nogu. Dodatni toplinski generator je kamin u dnevnoj sobi koji se može koristiti za grijanje u slučaju prekida dotoka električne energije iz mreže, prestanka dotoka zemnog plina ili tijekom dugih oblačnih zimskih perioda kada fotonaponsko polje ne može proizvesti dovoljno električne energije, a sama zgrada je u modelu otočnog neovisnog rada.

 

Primjenom geotermalnih dubinskih sondi otvara se mogućnost korištenja pasivnog hlađenja jer je temperatura podzemlja uvijek niža od temperature zgrade. Pomoću seta crpki i akumulacijskog spremnika ostvareno je pasivno hlađenje koje ima izrazito visoku učinkovitost hlađenja na razini EER 20-25 za uloženih 1 kW električne energije. Da se iskoristi efekt pasivnog hlađenja projektom je dimenzionirana mreža stropnog hlađenja smještenog u panelima spuštenog stropa. Dvojna je mreža podnog grijanja i stropnog hlađenja da se ostvari maksimalni stupanj ugode u sobama tijekom cijele godine. Topli zrak se podiže tijekom zime s poda dok se hladni zrak spušta sa stropa tijekom ljeta i uvijek se ostvaruje idealan stupanj ugode u prostorijama u bešumnom sustavu grijanja i hlađenja. Spremnik hladne vode ima dodatni ulaz za spoj rezervnog sustava hlađenja te je cijela instalacija modularna s mogućnosti spoja različitih toplinskih i rashladnih uređaja koji se kombiniraju u mrežno ovisnom i mrežno neovisnom radu. Stvorena je instalacija koja ima minimalne potrebe za električnom energijom te osigurava grijanje zgrade u bilo kojem mogućem režimu rada.

 

Plošne stropne mreže hlađenja nemaju mogućnost odvođenja kondenzata te se standardno u stropovima postavljaju osjetnici vlažnosti zraka koji prekidaju hlađenje ako dođe do znatnog povećanja relativne vlažnosti zraka da ne dođe do kondenzacije vlage iz zraka na hladnim plohama stropa. Tako uvijek postoji mogućnost da tijekom dana s visokom relativnom vlažnosti zraka dođe do prekida u radu sustava hlađenja kada je hlađenje najviše potrebno. Da se poništi ovaj negativni efekt plošnih hlađenja projektom je predviđena izgradnja ventilacijskog rekuperacijskog sustava koji ima funkciju stalnog dovođenja svježeg zraka tijekom cijele godine te istovremenog odvođenja vlažnog i ustajalog zraka iz prostorija. Primjenom rekuperacijskih sustava zadovoljeno je više uvjeta: postizanje pasivne klase kuće kontroliranom ventilacijom, dovođenje svježeg zraka, odvođenje vlažnog zraka tijekom ljeta te filtracija zraka tijekom cijele godine. Rekuperacijskim sustavom poništeno je nekoliko negativnih elemenata drugih instalacija. Ubacivanjem svježeg i filtriranog zraka kuća će uz plošnu mrežu imati idealnu mikroklimu tijekom cijele godine.

 

Fotonaponski sustav na krovu zgrade te baterijski sklop za akumulaciju električne energije osiguravaju tijekom cijele godine proizvodnju električne energije. Kod spoja zgrade na javnu elektro-energetsku mrežu sva stvorena električna energija bi se predala u mrežu dok bi se iz mreže uzimala električna energija prema potrebi, a pravilnim programiranjem dizalice topline moguće je koristiti jefitiniju tarifu električne energije i akumulaciju proizvedene toplinske energije u spremnicima tople vode. Moguće je povezati logičku vezu vremenske prognoze i planirane insolacije Sunčevog zračenja s radom dizalice topline i sunčanih toplinskih pretvornika. Osnovna logika rada je da se dizalica topline aktivira tijekom noći te iskoristi jeftinu tarifu električne energije, ako prognoza predvidi loše i oblačno vrijeme s niskom insolacijom. Drugi logički obrazac rada dizalice topline je da dobije signal da se slijedeći dan predviđa visoka insolacija te da nije potrebno dan ranije zagrijati toplu vodu primjenom jeftinije tarife električne energije. Dodatno je predviđen i neovisni sustav s baterijskim sklopom na koji bi se spojio ostatak fotonaponskih modula dok se 10 kW spaja na mrežu kao proizvođač električne energije.

 

Konceptualne zgrade ovog oblika s visokim udjelom sunčanih tehnologija daju mogućnost izgradnje zgrada koje su male elektrane te djeluju pozitivno na stabilnost javne elektro-energetske mreže te istovremeno ne povećavaju zahtjeve za električnom energijom jer proizvode električnu energiju. Mini kućne elektrane se same nameću kao važan element novih javnih pametnih energetskih mreža. Energetske potrebe se stalno povećavaju dok su ulaganja u javnu distribucijsku mrežu financijski ograničena ili ponekad nemoguća. Uvijek se ostavlja mogućnost odabira izgradnje centralnih elektrana te izgradnje novih i većih distribucijskih dalekovoda ili izgradnje velikog broja novih malih decentraliziranih elektrana uz zadržavanje postojeće distribucijske mreže koja je pretvorena u pametnu elektro-energetsku mrežu.

Strojarski projekt
Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.