12 minutes read
Dla osób rozważających zakup domu off-grid najważniejsze nie jest to, co oznacza termin „off-grid”, ale to, jak różne systemy współdziałają ze sobą w praktyce.
Energia elektryczna, woda, ścieki, ogrzewanie i gotowanie – wszystkie te elementy należy uwzględnić w ramach jednego, zintegrowanego projektu. Każdy system wiąże się z określonymi kosztami, wymaganiami konserwacyjnymi i ograniczeniami, a decyzje podejmowane w jednym obszarze często mają wpływ na inny. Na przykład pompa ciepła może zmniejszyć zależność od dostarczanego paliwa, ale jednocześnie zwiększa zapotrzebowanie na energię elektryczną, a tym samym wpływa na wielkość instalacji fotowoltaicznej i pojemność akumulatorów.
Najbardziej sprawne domy off-grid to zazwyczaj te, w których systemy te są planowane wspólnie od samego początku, a nie dodawane pojedynczo w późniejszym czasie.
Energia elektryczna: należy wspólnie dobrać wydajność instalacji fotowoltaicznej i akumulatorów
Panele fotowoltaiczne w połączeniu z akumulatorami stanowią standardowe rozwiązanie wyjściowe w przypadku większości domów off-grid prefabrykowanych.
Instalacja fotowoltaiczna decyduje o tym, ile energii elektrycznej może wygenerować dom, natomiast akumulatory decydują o tym, jak długo energia ta pozostaje dostępna, gdy spadnie produkcja energii słonecznej. To rozróżnienie ma znaczenie, ponieważ system, który działa bez zarzutu w jasnych warunkach letnich, może zachowywać się zupełnie inaczej podczas kilku kolejnych pochmurnych dni zimą.
Porównując systemy, należy zapytać o pojemność akumulatora w kWh, a nie tylko o zainstalowaną moc instalacji fotowoltaicznej w kW.
Projekt powinien również opierać się na lokalnych uwarunkowaniach, a nie na ogólnych założeniach. Wydajność instalacji fotowoltaicznej zależy w znacznym stopniu od szerokości geograficznej, orientacji, zacienienia i klimatu, dlatego przy doborze wielkości systemu należy kierować się okresami, w których rzeczywista produkcja energii jest najniższa, a nie wyłącznie średnimi rocznymi.
Równie ważny jest popyt ze strony gospodarstw domowych. Gotowanie, ciepła woda, ogrzewanie, klimatyzacja, sprzęt do domowego biura oraz ładowanie pojazdów elektrycznych mogą stanowić znaczne obciążenie dla instalacji elektrycznej niezależnej od sieci.
Z tego powodu posiadanie rezerwowego generatora może nadal mieć sens, zwłaszcza w miejscach, gdzie zimą produkcja energii słonecznej jest niska lub warunki pogodowe są nieprzewidywalne. Chociaż funkcja ta jest rzadko wykorzystywana, zapewnia ona niezawodność działania w przypadku, gdy poziom naładowania akumulatorów spadnie zbyt nisko w okresie przedłużającego się ograniczonego wytwarzania energii słonecznej.
Małe turbiny wiatrowe są czasami uwzględniane w zestawach do instalacji poza siecią, choć ich zastosowanie ma sens jedynie w miejscach o stale sprzyjających warunkach wiatrowych. W przypadku instalacji na skalę mieszkaniową koszty konserwacji, drgania i hałas mogą przewyższyć ilość dodatkowej wyprodukowanej energii elektrycznej, jeśli lokalizacja nie jest szczególnie odpowiednia dla energii wiatrowej.
Najważniejsze nie jest to, ile energii elektrycznej można wygenerować w sprzyjających warunkach, ale jak długo dom może funkcjonować, gdy warunki są niekorzystne.
Pytania, które warto sobie zadać
- Czy dom będzie zamieszkany na stałe, czy tylko sporadycznie?
- Czy ogrzewanie, ciepła woda i gotowanie będą w całości zasilane energią elektryczną?
- Czy planujesz ładować pojazd elektryczny w domu?
- Jakiego poziomu autonomii oczekujesz w okresie kilku dni, kiedy produkcja energii słonecznej jest niska?
Woda: pozyskiwanie, magazynowanie i filtracja to trzy odrębne problemy
Woda w systemach niezależnych od sieci pochodzi zazwyczaj z jednego lub kilku z trzech źródeł: studni wierconej, zbiorników na wodę deszczową lub wody dostarczanej transportem.
Studnia może stanowić najbardziej niezawodne długoterminowe rozwiązanie, o ile pozwalają na to warunki geologiczne i przepisy dotyczące pozwoleń, jednak koszty wiercenia oraz głębokość wód gruntowych różnią się znacznie w zależności od lokalizacji.
Zmiany klimatyczne sprawiają również, że w niektórych regionach dostępność wód podziemnych staje się mniej przewidywalna. Długotrwałe susze i zmieniające się wzorce opadów dotykają obszary, które w przeszłości rzadko borykały się z niedoborami wody, co oznacza, że dotychczasowe lokalne doświadczenia nie zawsze stanowią gwarancję dostępności wody w przyszłości.
Z tego powodu przed przyjęciem założenia, że studnia zapewni wystarczającą ilość wody przez cały rok, wskazane jest przeprowadzenie lokalnej oceny hydrogeologicznej.
Zbieranie wody deszczowej to kolejne popularne rozwiązanie, które szczególnie dobrze sprawdza się w budownictwie prefabrykowanym, ponieważ system zbierania wody można od samego początku włączyć do projektu dachu i instalacji odwadniającej.
Dach stanowi jednak jedynie pierwszą część systemu.
Potrzebna jest również wystarczająca pojemność magazynowa, aby przetrwać najsuchszy okres w roku. Same dane dotyczące rocznych opadów mogą być mylące, ponieważ w dwóch miejscach, w których suma opadów jest taka sama, opady te mogą występować w bardzo różny sposób w ciągu roku.
W regionach, w których opady deszczu skupiają się w stosunkowo krótkich okresach, duży zbiornik może zatem mieć większe znaczenie niż duża powierzchnia zlewni.
Woda przeznaczona do picia również wymaga odpowiedniej filtracji i uzdatniania. W zależności od lokalnych przepisów i jakości wody proces ten może obejmować filtrację osadową, filtrację węglem aktywnym oraz dezynfekcję promieniowaniem UV.
Recykling wody szarej pozwala jeszcze bardziej ograniczyć zużycie wody poprzez ponowne wykorzystanie wody z pryszniców lub umywalek do takich celów, jak spłukiwanie toalet czy nawadnianie. Może to zmniejszyć obciążenie głównej sieci wodociągowej, choć nie eliminuje to potrzeby posiadania niezawodnego źródła podstawowego.
W przypadku zaopatrzenia w wodę niezależnego od sieci wodociągowej roczna suma opadów ma mniejsze znaczenie niż to, czy zgromadzone zapasy wystarczą na najsuchsze tygodnie w roku.
Przydatnym sposobem spojrzenia na ten system jest rozbicie go na trzy odrębne pytania:
- Źródło: skąd będzie pochodzić woda?
- Zapasy: jak długo gospodarstwo domowe może funkcjonować bez nowych dostaw?
- Oczyszczanie: co należy zrobić, aby woda ta nadawała się do zamierzonego zastosowania?
Ścieki: szamba, oczyszczalnie ścieków i alternatywne toalety
W przypadku braku podłączenia do miejskiej sieci kanalizacyjnej ścieki należy odprowadzać bezpośrednio na terenie nieruchomości.
Szambo z polem drenażowym pozostaje jednym z najczęściej stosowanych rozwiązań. Jest to metoda dobrze znana, stosunkowo prosta i odpowiednia dla wielu obszarów wiejskich, o ile pozwalają na to warunki glebowe i wodonośne.
Często to pole drenażowe, a nie sam zbiornik, stanowi czynnik ograniczający. Przepuszczalność gleby, poziom wód gruntowych, wielkość działki oraz odległości od studni lub granic nieruchomości mogą decydować o tym, czy możliwe jest zastosowanie konwencjonalnego systemu szamba.
W niektórych projektach stosuje się zamiast tego kompaktowe oczyszczalnie ścieków. Systemy te oczyszczają ścieki do wyższego standardu przed ich odprowadzeniem i mogą okazać się przydatne w miejscach, gdzie trudno jest zapewnić konwencjonalne warunki odprowadzania ścieków, choć zazwyczaj wymagają one zasilania elektrycznego, serwisu i regularnej konserwacji.
Toalety kompostowe to kolejna opcja, szczególnie w przypadku domków letniskowych, mini-domów i nieruchomości o niewielkiej liczbie mieszkańców. Znacznie ograniczają zużycie wody i pozwalają całkowicie wyeliminować ścieki sanitarne z systemu odprowadzania ścieków.
Wymagają one jednak większego zaangażowania ze strony mieszkańców i mogą nie być odpowiednie dla każdego gospodarstwa domowego lub w ramach każdego lokalnego systemu regulacyjnego.
Planowanie gospodarki ściekowej powinno zatem zaczynać się od działki, a nie od domu. O wiele łatwiej jest dostosować projekt do znanych warunków gruntowych, niż po zakupie domu stwierdzić, że nie da się zainstalować wybranego systemu odprowadzania ścieków.
Pytania, które warto sobie zadać
- Czy przeprowadzono faktycznie ocenę gleby?
- Jak wysoko znajduje się poziom wód gruntowych?
- Czy jest wystarczająco dużo miejsca na niezbędny system odprowadzania wody lub oczyszczalnię?
- Jakie prace konserwacyjne będzie wymagał ten system w ciągu 10 lub 20 lat?
Ogrzewanie i gotowanie: zacznij od przegród zewnętrznych budynku
W przypadku domu niezależnego od sieci energetycznej jednym z najważniejszych systemów energetycznych jest sama powłoka budowlana.
Dobra izolacja, szczelna konstrukcja, wysokowydajne okna oraz staranne wyeliminowanie mostków termicznych zmniejszają zapotrzebowanie budynku na ogrzewanie i chłodzenie. Może to znacznie zmniejszyć rozmiar i koszt instalacji niezbędnych do utrzymania komfortowej temperatury w pomieszczeniach.
Jest to jedna z dziedzin, w których budownictwo prefabrykowane może sprawdzić się szczególnie dobrze. Fabrycznie wykonane zespoły ścienne i dachowe mogą zapewnić stały poziom izolacji i szczelności, o ile są odpowiednio zaprojektowane i wyprodukowane przez producenta.
Zanim przejdziemy do omówienia urządzeń grzewczych, zapytaj o właściwości termiczne ścian, dachu, podłogi i okien.
W budynku o wysokiej efektywności energetycznej wystarczy stosunkowo niewielka pompa ciepła, piec opalany drewnem lub inny kompaktowy system ogrzewania. Budynek o słabej izolacji może zużywać znacznie więcej energii elektrycznej lub paliwa w ciągu całego roku.
Pompy ciepła stają się coraz bardziej powszechne w domach off-grid, zwłaszcza w łagodniejszym klimacie oraz w budynkach o wysokim stopniu izolacji. Ich wydajność może sprawiać, że są one atrakcyjne, jednak przy obliczaniu mocy wytwarzanej przez instalacje fotowoltaiczne oraz pojemności akumulatorów należy uwzględnić ich zapotrzebowanie na energię elektryczną.
Piece opalane drewnem pozostają jednym z najprostszych sposobów ogrzewania w odległych miejscach, zwłaszcza tam, gdzie drewno opałowe jest łatwo dostępne. Wymagają one magazynowania paliwa, regularnej konserwacji i ręcznej obsługi, ale mogą zapewnić ogrzewanie bez znacznego zwiększania zapotrzebowania na energię elektryczną.
Gaz LPG lub propan to kolejna popularna opcja wykorzystywana do ogrzewania, przygotowywania ciepłej wody lub gotowania. Dzięki temu nie trzeba polegać na sieci energetycznej w przypadku wszystkich czynności domowych, choć nadal konieczne są okresowe dostawy paliwa.
Wybory dotyczące gotowania mają również większe znaczenie niż w przypadku domu podłączonego do sieci energetycznej. Gotowanie indukcyjne jest wydajne, ale powoduje stosunkowo duże krótkotrwałe obciążenie instalacji elektrycznej. Gotowanie na gazie zmniejsza to obciążenie, ale wiąże się z koniecznością zapewnienia dodatkowego źródła paliwa.
Nie ma jednego, uniwersalnego rozwiązania. Najlepsze połączenie zależy od klimatu, liczby użytkowników, dostępności paliwa oraz tego, jak długi czas pracy na zasilaniu elektrycznym chce zapewnić sobie właściciel.
W domu off-grid ograniczenie zapotrzebowania jest często tańsze niż zwiększenie dostaw.
To sprawia, że przegrody zewnętrzne budynku są jedną z pierwszych kwestii, które należy zbadać, a nie czymś, o czym myśli się dopiero na końcu.
Magazynowanie i nadmiarowość mają równie duże znaczenie jak wytwarzanie energii
Projektowanie systemów niezależnych od sieci polega zasadniczo na radzeniu sobie w okresach, kiedy zasoby są chwilowo ograniczone.
- W przypadku energii elektrycznej chodzi o pojemność akumulatora.
- W przypadku wody chodzi o pojemność zbiornika.
- W przypadku paliwa grzewczego chodzi o jego magazynowanie.
System nie powinien być projektowany w oparciu o typowy słoneczny dzień ani miesiąc o średniej ilości opadów. Należy go zaplanować z uwzględnieniem okresów, w których warunki są mniej sprzyjające.
Nie oznacza to jednak, że każdy element musi być znacznie przewymiarowany. Oznacza to zrozumienie, gdzie nadmiarowość ma największą wartość.
Stosunkowo niedrogi generator rezerwowy może zapewnić większą odporność na awarie niż instalacja bardzo dużego zestawu akumulatorów. Dodatkowy zbiornik na wodę może zapewnić większe bezpieczeństwo niż zwiększenie powierzchni zbierającej na dachu. Piec opalany drewnem może służyć jako rezerwowe źródło ogrzewania, nawet jeśli dom jest zazwyczaj ogrzewany za pomocą pompy ciepła.
Celem nie jest po prostu niezależność, ale odporność.
Popyt gospodarstw domowych musi być realistyczny
Jednym z najczęstszych błędów popełnianych podczas projektowania domu off-grid jest niedoszacowanie rzeczywistego zużycia energii elektrycznej i wody przez gospodarstwo domowe.
Różnica między domkiem letniskowym o niskim zużyciu energii a domem rodzinnym zamieszkanym na stałe jest znaczna.
Klimatyzacja, kuchenki elektryczne, pralki, suszarki bębnowe, komputery, pompy i pojazdy elektryczne mogą szybko zwiększyć zapotrzebowanie na energię elektryczną.
Zużycie wody również znacznie się różni w zależności od liczby mieszkańców, korzystania z pryszniców, urządzeń gospodarstwa domowego, prac ogrodniczych oraz stylu życia.
Projekt powinien zatem opierać się przede wszystkim na oszacowaniu dziennego zapotrzebowania, a nie na standardowym pakiecie wyposażenia.
Warto również uwzględnić ewentualne zmiany w przyszłości. Dom zaprojektowany z myślą o potrzebach dwóch osób może w przyszłości pomieścić rodzinę, dodatkowe urządzenia lub pojazd elektryczny.
Wbudowanie w system pewnego zapasu mocy może być znacznie łatwiejsze niż modernizacja instalacji magazynowej lub generacyjnej po ukończeniu budowy domu.
Pytania, które warto sobie zadać
- Ile osób realistycznie rzecz biorąc będzie korzystać z tego domu za pięć lat?
- Czy zapotrzebowanie na energię elektryczną może wzrosnąć w przyszłości?
- Czy system został zaprojektowany z myślą o obecnych czy przyszłych zwyczajach?
- Jakie usługi uznałbyś za niezbędne w przypadku długotrwałej przerwy w dostawach lub niedoboru?
Pytania, które warto zadać przed zakupem domu off-grid
Podczas rozmowy z producentem na temat zestawu do instalacji poza siecią
