Jeftina zemunica i solarni bazen

[Nikola]

Jedan od bezbrojnih koncepata koje razmatram za gradnju buduće vikend-kućice je sljedeći. Voda je izuzetan spremnik energije, i to izuzetno jeftin. Recimo voda može akumulirati nekoliko puta više toplinske energije od kamena i sličnih materijala jednake težine, samo je specifična težina vode manja nego težina kamena, betona i sl. pa je bolje govoriti o volumenu. Voda određenog volumena prema mojim informacijama može akumulirati 2.5 puta više energije nego kamen ili beton istog volumena. A to je jako, jako puno.

Ovaj njemac je napravio pasivnu kuću zasnovanu na spremniku topline ugrađenom u kuću. Solarni kolektori ljeti zagriju spremnik, koji ostaje topao do zime. Zimi se koristi toplina spremnika za zagrijavanje prostora i vode.
Solarna kuća


Ovakva rješenja su mi skupa i komplicirana, mislim da nije to za mene. Vjerojatno ima načina da se to izvede puno jeftinije. Zato razmišljam da se napravi betonski spremnik za vodu, pod kućom. Takve izvedbe se odavno koriste, znam nekoliko starih kuća napravljenim na cisterni - šterni - spremniku za kišnicu. Voda se koristila za navodnjavanje vrta i kao pitka/tehnička voda u domaćinstvu. Ako tu staru izvedbu malo promijenim, mislim da imam svoj solarni spremnik.


Mislim da bi trebalo spremnik ukopati u zemlju, poput podruma. Graditi ga betonom, po meni bez posebne hidroizolacije. Toplinski izolirati (npr. stiroporom) sa svih 6 strana. Iznad toga napraviti jeftinu kućicu, samo pripaziti na toplinsku izolaciju. Recimo pokušati dobiti dobar omjer cijene i kvalitete izolacije, možda graditi porotherm (ytong, siporex) blokovima. Nažalost slamu nemam, i mislim da ne želim. U obzir dolaze i drveni trupci, ili daske, koje mogu puno lakše nabaviti budući da sam u šumi. Kako imam puno zemlje tj. kamenja koje sam iskopao gradeći "podrum", vjerojatno ću taj materijal navući oko kuće da ju malo zaštitim od vanjske klime. Zato kuća može biti građena u razini tla, a opet biti zemunica. Krov možda napraviti malo asimetrično, da imam veću, više horizontalnu plohu okrenutu sjeveru na koju ću navući malo zemlje i zasaditi neku travu ili grmlje, i drugu stranu više strmu koja će biti pokrivena solarnim kolektorima, možda iz samogradnje. Naravno, kuća bi morala biti i hidro izolirana, bar dio koji je u dodiru sa zemljom.


Solarni kolektori bi cijelo ljeto i cijelu zimu grijali vodeni spremnik. Nagnuti su tako da maksimalno iskorištavaju zimsko sunce. Ujedno se koriste vjerojatno i za sakupljanje kišnice, za punjenje tog spremnika ako se bude praznio, ili nekog drugog ako je pitka/tehnička voda negdje drugdje. Za zagrijavanje spremnika je očito potrebna pumpa, koju pokreće fotonaponski kolektor koji je isto na krovu. Kako se u bliskoj i daljoj budućnosti kuća ne bi koristila stalno, nego za vikende, zagrijavanje prostora bi trebalo ograničiti samo na dane kada se boravi u kući. Da je drugačije, uklonio bih toplinsku izolaciju između kuće i spremnika i dobio podno grijanje. Kako želim da se kuća grije samo kad mi treba, stavim radijatore posvuda po kući, ili možda cijevi u pod, i spojim s cijevima koje su provučene kroz toplu vodu u spremniku. Prirodnom konveksijom se toplina prenosi iz spremnika u kuću, čim se otvore ventili. Za ovo ne treba nikakva energija, grijanje radi i kad struje nema.


Nemam pojma za koliko novca bi se ovakva kućica mogla izraditi, razmišljam gdje sve mogu uštedjeti. Kad uhvatim vremena, probat ću izračunati.

[Nikola]

Ovako računam koliko čega trebam... ako griješim slobodno me ispravite.

Za održavanje kuće toplom, toplinska energija koja u nju ulazi mora biti jednaka onoj koja iz nje izlazi. Uzimam (moja procjena) temperaturu tla koje okružuje kuću od 0^oC i temperaturu u kući od 25^oC. Recimo da su zidovi i krovne površine izrađene od nekog materijala koji je ekvivalent 30cm debelom ytong bloku. Toplinska vodljivost prema tablici je 0.15 W/mK. Ono "K" je temperaturna razlika unutarnjeg i vanjskog zraka, odnosno tla budući da kod mene nema vanjskog zraka. To je kod mene 25^oC tj. 25K. Ono "m" u formuli je površina zidova podijeljena s debljinom zida, sve u metrima.


Površina zidova mi je opseg kuće pomnožen s visinom zidova. Ako je kuća 8X8m vanjskih dimenzija, opseg je 32m. Visina zidova oko 2.5m, površina zidova je 80 m2. Površina plafona ovisi o nagibu, jer ne znam treba li mi pregrada (ploča) između stambenog dijela i potkrovlja. Ako je ploča, to je još 64 m2 a potkrovlje koristim za tehnikalije poput pumpi, baterija i sl. Površinu poda ne računam u gubitke jer je ispod kuće toplo tijelo, spremnik s toplom vodom. Znači ukupno imam 144 m2, zaokružim na 150 m2 budući da se kroz prozore izgubi više energije nego kroz dobre zidove. Tu površinu dijelim s 0.3 budući da je to debljina zida, i množim s 25 (temperaturna razlika) i 0.15 (koeficijent materijala od kojeg su zidovi). Dobijem 1875W topliskih gubitaka.


Znači trebam grijač od oko 2 kW da održava kuću onako toplom u onakvim uvjetima. Sad me zanima koliko vode trebam da mi pokrije tu potrošnju. Recimo da želim da se temperatura u mom spremniku spusti za 1^oC tijekom 2-dnevnog grijanja kuće. 48h po 2kW to je 96 kWh potrošene energije. Toplinski kapacitet vode je 4.2 J/cm³K. 1kWh je 3.6 MJ. Moja potrošnja je 96 kWh tj. 345.6 MJ. Da bih dobio koliko mi cm³ vode treba, ovu vrijednost dijelim s 4.2 i množim s milion, budući da je vrijednost u milionima (mega). Dobijem oko 82 miliona cm³. 1 m³ ima milion cm³, znači treba mi 82 m³ vode.


Očekujem da ću istu vodu koristiti i za kupanje, ali vjerojatno zanemarivu količinu u odnosu na spomenutu. Najveći problem su gubici samog spremnika. Ako ću vodu zagrijavati ljeti a koristiti zimi, moram računati na prilično velike gubitke, čak i uz dobru izolaciju. Recimo da spremnik ipak ima 100 m³, da je ljeti zagrijan na 50^oC i da proljeće dočekam s 40^oC. Površina kroz koju gubim energiju prema tlu je oko 120 m² a temperatura tla recimo 10^oC. Gubim nešto i prema kući, ali ona je puno toplija, pa onu vrijednost uvećavam za još 30 m², sve je to otprilike. Računam kolika izolacija mi treba da se temperatura vode za 6 mj. spusti za 10^oC.


Vraćam se na toplinski kapacitet vode, 4.2 J/cm³K. Volumen vode (100 mil. cm³) množim s razlikom u temperaturi (10 K) i kapacitetom (4.2), dobijem 4.2 GJ. Pretvaram u kWh, to je 1167 kWh. Potrošnja je nastala tijekom 6 mj., a to je 4380 sati. Podijelim ta dva broja, dobijam ciljanu potrošnju spremnika od 266 W. Ako je spremnik izoliran stiroporom koji ima toplinsku vodljivost od oko 0.03 W/mK, za prosječnu toplinsku razliku (45 - 10) i površinu od 150 m² mi treba nešto više od pola metra izolacije.


Očito se ovo zadnje ne uklapa u moju ideju o jeftinoj kući, pa krećem od izolacije koju si mogu priuštiti, recimo 10 cm stiropor. Zato i je u planu solarnu kolektor koji je nagnut tako da maksimalno iskorištava zimsko sunce, da nadomjesti sve gubitke koji nastaju zbog slabije izolacije. S 5 puta tanjom izolacijom nego mi treba imam 5 puta veće gubitke, oko 1.5 kW. Recimo da onih 266W mogu progutati, pa moram nadoknaditi 1.3 kW. Prema tablici:

u decembru je najslabije sunce, idealan nagib bi bio 62^o, i energija po m² bi tad bila 1.86 kWh dnevno. To je maks. energija koju bi morao pomnožiti s nekim koeficijentom iskoristivosti, to trenutno ne znam, ali izgleda mi realno da s nekim kolektorima u samogradnji održavam temperaturu vode kako sam planirao.

Ovako na prvu, ideja mi izgleda izvedivo...