Bevezetés - az üvegházhatás, veszélyek

Ma már egyre inkább érzékeljük és tapasztaljuk, hogy Földünkön az élet egy igen bonyolult és sérülékeny öko-rendszeren alapul, melynek mi is részesei vagyunk. Tudomásul kell vennünk, hogy az ember hiába a legokosabb lény a Földön, saját létünk más fajok lététől is függ. A környezetvédelemmel foglalkozók közül ma még csak kevesen ismerték fel, hogy a problémák többsége valójában időzített bomba, melyről gyakorlatilag még semmit sem tudunk. Az előre jelzett problémák egy része ugyan már jelentkezik a gyakorlatban, de még hiányzik az alapvető összefüggések mélyebb ismerete, kevés vagy nincs finanszírozás a problémák megoldására.

A föld népessége rohamosan nő, ehhez az egyik legfontosabb feltétel a rohamosan fejlődő energiatermelés biztosítása. Az ember a legnagyobb pusztítást a természetben az energiatermeléssel végzi. A legtöbb esetben ez visszafordíthatatlan változásokat jelent.

A Föld jelenlegi legfőbb energiaforrása fosszilis energiahordozókra (gáz, olaj, szén, tőzeg stb.) épül. Ez jelenleg a legnagyobb energiaforrás, amihez ma hozzáférésünk van. A készletek azonban végesek - és bármennyire is szomorú a szembesítés - valójában kimerülőben vannak. A fosszilis alapú energiatermelés hatásfoka nem túl nagy - mintegy 26-65%. Csak kevés erőmű hatásfoka van 70-85% körül. A jelenlegi éves energiatermelés világszerte több millió tonnányi szennyező anyagot juttat a légtérbe. A légszennyezés következményei jelenleg beláthatatlanok és követhetetlenek. A Földre érkező napenergia mennyisége sokszorosa a mai fosszilis készleteknek. A nap állandóan mintegy 4x1023 W teljesítménnyel sugároz. Jelenleg ez jelenti a legnagyobb megújuló energia készletet.

A világ energia készletei

Az energia egy jelentős - és egyre növekvő - hányadát ma hőenergia és villamos energia formájában termeljük meg és fogyasztjuk. Az élet és a gazdaság területén az energiaigényeinket három tényező határozza meg alapvetően, ezek a közlekedés, az épületeink (lakó és kommunális) energiaellátása, és az ipari (mezőgazdasági) termelés.

E három terület közös feladata, hogy olyan megoldásokat találjon a jövő életvitelében, melyek:

• csökkentik a légkör hőterhelését

• csökkentik a fosszilis energiaforrások használatát

• fokozatosan és folyamatosan növelik a megújulók részarányát az energiatermelésben

• előnybe részesítik az igazi tiszta energiákat

A közlekedés a mai arányok szerint mintegy 25-65%-ban fedi le az energiafelhasználást. Az ide tartozó főbb területeken megoldandó feladatok: logisztika - korlátozások a szállításokban, magasabb hatásfok, alternatív üzemanyagok, üzemanyag cellás járművek, hibrid autók.

Az ipari termelés jelentős energiafelhasználó, részesedése mintegy 15-75%. Azonban itt is számos olyan terület található, melynek energiafelhasználása tovább javítható:

• Hő-visszanyerési lehetőségek megkeresése és alkalmazása a gyártási folyamatokban,

• hatékonyabb gyárak,

• terheléstervezés,

• hatékony vezérlés.

Az épületek esetében ez a részesedés lényegesen magasabb, mintegy 30-85%. A főbb szegmensek, melyek kihatással vannak a terület energia igényére:

• minőségi anyagok alkalmazása,

• szigorúbb ellenőrzés az épületek minőségében és energetikájában,

• hő-visszanyerési módszerek alkalmazása,

• a passzív solar építészeti elvek maximális alkalmazása,

• minél több megújuló energia beépítése a házakba, épületekbe.

Építészet - településfejlesztés

Amint ez a fenti adatokból kitűnik, az épületek energetikája meghatározó az összes energiafogyasztásban. A bioépítészet lényege, hogy lehetőleg természetes anyagokkal, a természethez közeli formavilággal olyan házakat, épületeket, létesítményeket hozzunk létre, melyek energetikai szempontból is természetes forrásokat, megújuló energiákat használnak fel minél nagyobb arányban vagy teljes egészében.

Milyen az ideális bio ház?

Ha kissé alaposabban vizsgáljuk meg a lehetőségeinket, akkor hamar kiderül, hogy a megújuló energiák többsége jól alkalmazható erre a célra mint energiaforrás (földhő, termál energia, napenergia stb.), sőt a napelemek az építészetben nemcsak energetikai céllal, hanem szerkezeti vagy kiegészítő anyagként is jól használhatók (épületintegrációs megoldások, BIPV).

Milyen energiákat tudunk használni a bioépítészetben?
földhő energia (talajhő és termikus)
napenergia (villamos és hő)
szélenergia (villamos)
biomassza (hőenergia, villamos energia)

Kizárólag energetikai céllal szokás használni:
hőszivattyú - hőenergia
napkollektor - hőenergia
napelem - villamos áram
szélgenerátor - villamos energia
(biomassza - hőenergia, és/vagy villamos energia)

A napelemek szerkezeti anyagként történő felhasználása a következő területeken terjed gyorsan:

háztetőfedés - villamos cserép
transzparens üvegtető - villamos tető
homlokzat képzés - villamos tégla, kollektor fal
falfedések (bizonyos esetekben kollektor is)

Érdemes megvizsgálnunk kissé részletesebben egy átlagos ház energia mérlegét.
Egy átlagos családi ház energiaszükségletének mintegy 75-80%-át a fűtés jelenti. A maradék megoszlik a használati melegvíz (HMV) és a villamos energia igény között. (10-12 %) A családi házakban a legkisebb fogyasztást a világítás jelenti. A bevitt energia = a hasznosított energia + a veszteségek.

EU Passys program

Mintegy 15 évvel ezelőtt kezdődött el az a nemzetközi program, mely lakóhelyünk és az építéshez használt anyagok energetikájával foglalkozott. A program keretén belül vizsgálatra kerültek különféle építőanyagok, építési elvek és konstrukciók. A program mintaház-rendszert is létrehozott, ahol Spanyolországtól kezdve Angliáig különféle klímaterületeken felépített házak energiamérlegei mérés és vizsgálat alá kerültek. A program fontos adatokat szolgáltatott az építőipari szerkezeti anyagok tulajdonságairól, a javasolt fejlesztések irányáról és egyben tesztelte az új anyagokat is.

Részben ennek tudható be, hogy a ma korszerű építőanyagai már lényegesen jobb energetikai tulajdonsággal rendelkeznek. További lényeges megállapítása, hogy pusztán a passzív solar építészeti szempontok alkalmazásával, mintegy 20-35% energia takarítható meg.

Néhány éve új fogalmak, új kategóriák jelentek meg az építészetben: alacsony energiájú házak, passzív házak, zéró energia házak. Nézzük meg közelebbről, hogy mit jelentenek ezek az elnevezések a számok nyelvén, pontosabban az energiafogyasztás szemszögéből. Egy átlagos "régebbi technológiával" és hagyományos anyagokból épült ház éves energiafogyasztása mintegy 130-140 kWh/m2,év. Ez ma a korszerűtlen, energiapazarló házat jelenti. (Az építőanyagok fejlődése miatt ma már szinte "lehetetlen" ilyen házat építeni. A 46-50 kWh/m2,év energiafogyasztási adattal jellemzett ház az "alacsony energiájú ház" kategóriába tartozik.)

EU Passys program

Mi a jövő elvárása? Ha a ház teljes energiafogyasztását 15 kWh/m2,év érték alá sikerül levinni, akkor egy olyan rendszert sikerült kiépíteni, ahol ezt a minimális igényt könnyen teljesíthetjük akár 100%-ban is megújuló energiákkal. És valójában most jutottunk el a "zéró energia ház" fogalmához. 2006-tól várhatóan szigorodnak az építési előírások és szabályok, valamint az ellenőrzési rendszer - legalábbis ami az energetikai normákat jelenti.

Mi a helyzet hazánkban?

Magyarországon éppen csak felpirkadt a megújuló energiák hajnala, ugyanakkor látnunk kell, hogy a körülöttünk lévő fejlett országok többsége már a délebédet fogyasztja. Mindenesetre örvendetes, hogy egyre több és több ember dönt úgy, hogy megújuló energiával látja el házát. A Gaiasolar abban a szerencsés helyzetben van, hogy részt vehetett több ilyen, jelentősebb létesítmény felépítésében, melyek vagy villamos energiában önellátóak, vagy a ház teljes energiarendszerét tekintve önállóak.

Hazánk különösen előnyös helyzetben van napenergia- és a földhőenergia ellátottságban. A szélenergia bizonyos területeken jelentős lehet.

Talán a legszemléletesebb, ha bemutatjuk röviden azt a mintaházat, mely a legközelebb áll ma Magyarországon a "zéró energia ház" fogalmához.

Budapest, 400 nm alapterület, 2 lakószint, pince
Uszoda, 30 m2, (36 m3 víztömeg), szauna
38 - as porotherm tégla
Dryvit 10 cm szigetelés

U (korábban k) érték: átlagos 0.16 - 0.17 kW/m2,K
szabad területen álló, új építésű épület, 400 nm fűtött felülettel, teljesen alápincézett, az alsó szinten elhelyezett fedett medence,

sátor-tető, Bramac cserépfedés, sík-beton lapos tető az uszoda felett.

A házban az összes hagyományos energiaforrás beépítésre került tartalék céllal.
Vezetékes villamos energia (biztonsági tartalék)
Vezetékes gázellátás (biztonsági tartalék, kiépített tartalék kazánnal)
Vezetékes vízellátás (szokásos kiépítésben)

alternativ (megújuló energiaforrások)
Geotermikus fűtési rendszer (fűtés 100%, használati melegvíz télen 100%-ban, nyáron kollektorral, uszoda fűtés kollektorral megosztott)

Napkollektor rendszer (főleg rásegítés jelleggel, használati melegvíz, uszoda fűtés)
Napelemes rendszer (alternatív villamos energia ellátás, hálózattal kapcsolt interaktív módon)

Az energiaellátás részletei

A geotermikus rendszer

A házat ellátó hőszivattyús rendszer egy nagyhatékonyságú, mintegy 34 kW-os összteljesítményű (4.5-ös jósági tényező) ún. vizes-vizes rendszer, a DIN fűtési szabványoknak megfelelő paraméterekkel és kiépítésben. A ház fűtését egy háromkörös csővezetéki rendszer végzi, melyek külön-külön szabályozhatók. Az uszoda kör (ide értve a szaunát is) külön leválasztott, de működésében összekötött a később ismertetésre kerülő melegvizes kollektoros rendszerrel. A kiegyensúlyozott működést nagy puffer tartályok biztosítják, így a szivattyút lényegesen kisebb gyakorisággal kell beindítani. A geotermikus fűtés korszerű vezérlése biztosítja a lakók számára, hogy az év 365 napjára előre, naponkénti beállítással programozhatják a kívánt hőmérsékletet. A két lépcsőben kiépített hőszivattyús rendszer egy további külön energiatakarékossági szempontot jelent. A kevésbé hideg napokon csak a kisebb teljesítményű szivattyú üzemel, amennyiben a hideg fokozódik, akkor megfelelően beállított vezérlés indítja a második szivattyút. Így a rendszer a lehető legjobban takarékoskodik az energiával. A geotermikus rendszerre "rádolgozik" egy 24 kW-os kollektoros rendszer.

Villamos energia

A ház villamosenergia-ellátását egy 6000 Wp napelemes rendszer végzi (3x5000 W, hálózati interaktív 3 fázisú villamos rendszer, jelentős akku tároló rendszerrel).

És itt álljunk meg egy pillanatra, mert egy fontos lépcsőhöz érkeztünk. A megújuló energiákkal előállított villamosenergia - megfelelő módon kezelve - alkalmas arra, hogy alapvetően megváltoztassuk energiatermelési szokásainkat és a jelenlegi gyakorlatot. A helyileg megtermelt energiának több előnye van, és valószínűleg ez lesz a jövő egyik jelentős energiatermelési forrása és rendszere.

Hogyan jön egyáltalán a bioépítészet a jövő energiatermeléséhez? - kérdezhetik kritikusabb olvasóink, és igazuk van. De ne feledjük, hogy most ugyan a bioépítészet ad aktualitást ezen gondolatok közlésére, de nincs ebben semmi ellentmondás: az építészet valóban olyan új lehetőséget kapott a kezébe, mint az energiatermelő házak megvalósítása. A napelemek beépítése a házakba pontosan ezt a - "nálunk még" - új energiatermelési koncepciót hivatott megvalósítani. A villamos "cserép", a villamos "tégla", a villamos "üvegtető" nemcsak építészeti-szerkezeti elemek, de egyre jobban, aktívan részt vesznek a terület, sőt egyes országrészek energiaellátásában. És e pontban az építészet szerepe, az elvárások és a lehetőségek átértékelődnek.

A villamosenergia-termelést illetően az alábbi lehetőségek állnak rendelkezésre:

1. Saját magam elfogyasztom a termelt energiámat.

2. Villamos energia hálózati visszacsatolás (grid feedback)

3. A hálózattal kapcsolt napenergia rendszerek (grid-connected) többféleképpen végezhetnek a hálózattal energiacserét. Az egyik fő típus csak visszatáplál energiát a hálózatba.

4. a legjobb megoldás: az interaktív, mikroprocesszor-vezérelt - a kívánt energialogisztikát biztosító inverter

Mi az ideális (a vevő szempontjából) kapcsolat a ház és a hálózat között?

Hálózati interaktív inverter
Mindig legyen biztonsággal energiaellátás
Elsődlegesen minden fogyasztó megújuló energiával legyen ellátva
A tartaléktároló legyen mindig feltöltve
Felesleges energiát táplálja vissza a hálózatba
Ha szükséges, tudjon energiát vételezni a hálózatból
Tájékoztatás a rendszer állapotáról
Távfelügyelet
Automatikus működés
Programozható paraméterek

Új energiatermelési koncepciók

Egyre inkább igény azonban, hogy ez a kapcsolat ne csupán ennyire egyoldalú legyen, hanem az inverter ennél sokkal nagyobb komplexitással, fejlettebb "energialogisztikával" rendelkezzen. A hálózatból történő energiavételezés - pl. ha több napig nincs napsütés és a tartalékok is elfogytak - biztonsági tartalékot jelent, és ezt egyre többen igénylik. De előfordulhat az is, hogy a hálózat meghibásodik, nincs energia, természetesen pont akkor, amikor ez a legjobban kellene. Az áramkimaradás veszélyezteti a hűtött gyógyszereket, élelmiszereket, a biztonsági berendezések, segélyhívók működése kétségessé válhat... ekkor, ebben a vészhelyzetben a saját napenergia-rendszerünknek kell azonnal reagálnia és pótolnia a kiesést (azonnali átváltás UPS üzemmódra, hasonlóan, mint a számítógépek esetében).

Indokolható igény például az is, hogy ha a napelemes rendszerünk egy adott pillanatban nem képes azt az energiát nyújtani, amit éppen igényelünk, akkor forduljon segítségül a hálózathoz, és onnan fedezze az igényeket, de ahogy ez az állapot megszűnt, azonnal térjen át teljesen a napenergia használatára (Zéró Energia mód). Sőt jó lenne, ha a hiányt nem úgy fedezné, hogy azonnal teljes kapacitással a hálózatra kapcsol, hanem pl. csak a különbözeti energiát vegye onnan. Vételezzen, visszaadjon, töltsön, szabályozzon... kommunikáljon...

Ezek bizony már a legkorszerűbb házi autonóm villamos energetikai rendszerek ismérvei és követelményei.

Ezek után felmerül a kérdés:
Milyen lesz a jövő? És vajon milyen távol vagyunk ettől a jövőtől?
Nos, a kérdésre még alig adható egyértelmű válasz, mindenesetre tény, hogy a jövő építészetének alkotásai várhatóan nemcsak épületként szolgálnak majd, de jelentős hozzájárulásuk lesz az épület saját energetikájának ellátásában, illetve lokális energiatermelő centrumokként jelennek meg. Magánerőművek jelennek meg, melyek részévé válnak a nagy villamos energia rendszereknek.

Digitális falu? Város?
Energiafogyasztás és kibocsátás monitoring?
Várostervezés & tulajdonok energetikai minősítése?
Trend analízisek & cselekvési tervek?
Energia/környezet információtérképek a döntéshozók részére?

Igen! Ez és már nem is a távoli, hanem a közeli jövő.

Innentől kezdve a bioépítészet egy magasabb rendű egységet szolgál; a biotelepülés, a biofalu, biováros szolgálatában áll - és ezért ennek további részletei már egy másik témakörbe tartoznak.

A cikk a debreceni Bio-vagy Öko? konferencián 2004. november 30-án elhangzott előadás kivonata.

Kapcsolódó oldalak:

Ökoépítészet