Z pewnością wiele osób zastanawia się, jaki sens ma stosowanie zaawansowanej automatyki w budynku mieszkalnym. Zdaniem autora uzasadnienia dla takiego wydatku są trzy: ekonomika, bezpieczeństwo i komfort. Szczególnie w wypadku budynków, które mają czerpać energię z różnych źródeł odnawialnych, czyli energooszczędnych i proekologicznych, konieczne jest zastosowanie zaawansowanego systemu BMS (Building Management System).
System taki jest niezbędny, by w najbardziej ekonomiczny sposób zarządzał pozyskiwaniem energii z OZE przy zachowaniu zasad bezpieczeństwa i komfortu. Z ekonomicznego punktu widzenia głównym uzasadnieniem dla zastosowania zaawansowanego BMS jest fakt, że odnawialne źródła energii są w dużym stopniu nieprzewidywalne.
Nie jesteśmy w stanie z góry założyć, kiedy będzie intensywne promieniowanie słoneczne, a kiedy silny wiatr, zatem trudno traktować je jako główne źródło energii dla domu, bez względu na to, czy służyć mają zasilaniu lodówki, czy dostarczaniu ciepła. W warunkach polskich można empirycznie sprawdzić, że dobry kolektor słoneczny daje ok. 200–400 kWh ciepła z metra powierzchni rocznie, a z paneli fotowoltaicznych (PV) o nominalnej mocy 1 kWp uzyskać można 800 kWh, jednak trudno byłoby z całą pewnością stwierdzić, kiedy dokładnie będzie to miało miejsce. Tym samym projektowanie układów wykorzystujących OZE jest szczególnie trudne, ponieważ musi ono zdaniem autora uwzględniać multiwalentne źródła zasilania budynku w energię.
Można oczywiście założyć wykorzystanie „stabilnego” monowalentnego źródła energii, jak kocioł gazowy czy ogrzewanie elektryczne, jednak koszty takiego sposobu ogrzewania domu mieszkalnego mogą stać się w dłuższym okresie za wysokie. Istnieją już dziś stabilne źródła OZE, takie jak pompy ciepła, ale jest to jeszcze stosunkowo drogie rozwiązanie i niemożliwe do zastosowania wszędzie.
Nawet przy zastosowaniu pomp ciepła autor w swoich projektach zaleca wprowadzenie drugiego „niezależnego” źródła energii dla domu. W praktyce bowiem im więcej źródeł, tym tańsza eksploatacja (co zostanie wykazane w dalszej części artykułu). Efektem mogą być bardzo niskie koszty c.o. i przygotowania c.w.u., jak ma to miejsce w testowym domu Galia, którego wyniki zostaną przeanalizowane w niniejszej publikacji. Jednak w takim wypadku konieczny jest właśnie BMS, którego zadaniem jest dynamiczne przełączanie pomiędzy poszczególnymi źródłami ciepła lub integracja starszych technologicznie rozwiązań (jak kocioł gazowy lub na paliwo stałe) z nowym odnawialnym źródłem, np. panelami solarnymi.
Uniknąć w ten sposób można raczej mało komfortowej dla domowników konieczności zmieniania w środku nocy źródeł energii z tradycyjnych na odnawialne. BMS podoła temu zadaniu dużo lepiej i bardziej precyzyjnie, a w efekcie ekonomiczniej i bezpieczniej. W artykule opisano działanie systemu na przykładzie istniejącego budynku jednorodzinnego.
Ogrzewanie domu zautomatyzowanego
System grzewczy energooszczędnego domu Galia opierał się początkowo na kondensacyjnym kotle gazowym i kominku z płaszczem wodnym wspomaganymi płaskimi kolektorami słonecznymi. System taki nie działał jednak optymalnie i koszty ogrzewania w sezonie grzewczym były zbyt wysokie. Energia w postaci gorącej wody rozprowadzana była przez ogrzewanie mieszane – grzejniki stalowe oraz ogrzewanie podłogowe.
W trakcie 10 lat eksploatacji budynku do systemu grzewczego włączono pompę ciepła z poziomym dolnym źródłem oraz rozbudowany (obecnie o powierzchni 30 m2) system kolektorów słonecznych. Rozwijający się jednocześnie system niezależnego zasilania budynku w energię elektryczną oparty na przydomowej elektrowni wiatrowej o mocy nominalnej 3 kW oraz elektrowni PV o mocy 4 kWp również stał się okresowym źródłem energii, którą wykorzystuje się w systemie ogrzewania budynku.
System BMS jest niezbędny do bezpiecznego i ekonomicznego zarządzania energią ze wszystkich tych źródeł. Ponieważ zarządza on ogrzewaniem, chłodzeniem, i c.w.u., wydawać się może na pierwszy rzut oka zbyt skomplikowany czy wręcz nieracjonalny, funkcjonuje jednak w budynku testowym, w którym pewna nadmiarowość wynika z poszukiwań optymalnych rozwiązań dla budownictwa energooszczędnego.
Po 10 latach testów można już podsumować pierwsze efekty. Dzięki pełnej integracji poszczególnych urządzeń ogrzewanie budynku stało się zadaniem bardzo złożonym i nieco skomplikowanym. System HVAC (częściowo opisany już w poprzednim numerze RI) pomimo intensywnej wentylacji nie generuje strat w systemie grzewczym.
Dzieje się tak dzięki dogrzewaniu powietrza wtłaczanego do budynku, zarówno ciepłem z c.o., jak i energią elektryczną (najczęściej z paneli PV lub z elektrowni wiatrowej). Jak pokazano na rys. 1, centralne ogrzewanie oparte jest na systemie grzania ciepłej wody przy wykorzystaniu kominka z płaszczem wodnym, pompy ciepła, systemu kolektorów słonecznych oraz grzałek elektrycznych zasilanych z paneli PV i elektrowni wiatrowej.
