Jak wykorzystać energię z OZE w szkołach? Pompy ciepła w szkole przyszłości

Czy szkoły mogą stać się wzorem ekologicznych i energooszczędnych budynków? Dzięki nowoczesnym technologiom, takim jak pompy ciepła i panele słoneczne, placówki edukacyjne mają szansę nie tylko zmniejszyć emisję CO₂, ale także obniżyć koszty energii. Zobacz, jak rozwiązania przyszłości mogą już dziś zmieniać rzeczywistość polskich szkół i przygotować je na wyzwania klimatyczne.

Budynki o niemal zerowym zużyciu energii (nZEB) to przyszłość zrównoważonego budownictwa, której podstawą jest zmniejszone zapotrzebowanie na energię, przy jednoczesnym maksymalnym wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii. W kontekście szkół, transformacja ta jest szczególnie istotna – nie tylko z uwagi na potencjał oszczędności energetycznych, ale również ze względu na ich rolę w edukacji ekologicznej kolejnych pokoleń.

Polskie szkoły, w tym liczne „tysiąclatki” wybudowane w latach 60. XX wieku, są dziś przykładem budynków o wysokiej energochłonności. Nieszczelne okna, brak izolacji cieplnej i przestarzałe systemy grzewcze sprawiają, że te obiekty generują znaczne straty energii. Modernizacja szkół, mająca na celu osiągnięcie standardu nZEB, jest ważnym krokiem w kierunku neutralności klimatycznej i realizacji założeń polityki klimatycznej Unii Europejskiej.

Inspirując się opracowaniem pn. „SZKOŁA NEUTRALNA DLA KLIMATU”, sprawdzamy, czym są budynki nZEB oraz jakie kroki należy podjąć, aby szkoły osiągnęły ten standard. Przyjrzymy się również, jak powinny wyglądać nowoczesne systemy ogrzewania, chłodzenia i produkcji energii elektrycznej w takich placówkach.

Czym są budynki o niemal zerowym zużyciu energii (nZEB)?

Budynki o niemal zerowym zużyciu energii (nZEB, ang. nearly Zero Energy Buildings) to nowoczesne obiekty zaprojektowane w sposób minimalizujący zapotrzebowanie na energię, przy jednoczesnym wykorzystaniu jej ze źródeł odnawialnych. Idea nZEB opiera się na osiągnięciu równowagi pomiędzy ograniczeniem strat energii a produkcją jej z ekologicznych źródeł, takich jak fotowoltaika, pompy ciepła czy systemy rekuperacji.

Najważniejsze parametry nZEB

Podstawą oceny budynków w standardzie nZEB jest wskaźnik nieodnawialnej energii pierwotnej (EP), wyrażany w kWh/(m²rok). Wskaźnik ten określa ilość energii potrzebnej do ogrzewania, chłodzenia, wentylacji, przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz oświetlenia. Dodatkowo analizowane są dwa inne wskaźniki:

1. – Energia użytkowa (EU) – ilość energii niezbędnej do zapewnienia komfortu cieplnego wewnątrz budynku. Jej wartość zależy od jakości izolacji cieplnej i szczelności budynku.
2. – Energia końcowa (EK) – energia, za którą użytkownik płaci, uwzględniająca straty powstałe podczas jej produkcji i przesyłu.

Zmniejszenie wskaźnika EP możliwe jest głównie dzięki zastosowaniu odnawialnych źródeł energii, które mają bardzo niski, a w niektórych przypadkach nawet zerowy, współczynnik emisji. Natomiast ograniczenie EU i EK zależy od jakości konstrukcji budynku oraz efektywności zainstalowanych systemów technicznych.

Budynki nowe i modernizowane a aktualne wymogi prawne

Od 2021 roku w Polsce, zgodnie z dyrektywami Unii Europejskiej, wszystkie nowo projektowane budynki oraz te poddawane gruntownej modernizacji muszą spełniać standard nZEB. Obejmuje to rygorystyczne normy dotyczące współczynnika przenikania ciepła dla przegród budowlanych (U) oraz ograniczenie zużycia energii pierwotnej. Dla przykładu, budynki mieszkalne i użyteczności publicznej, takie jak szkoły, muszą posiadać odpowiednią izolacyjność ścian, dachów i okien oraz efektywne systemy techniczne.

Przejście na standard nZEB – dlaczego to konieczne?

Budynki są odpowiedzialne za znaczną część globalnego zużycia energii i emisji gazów cieplarnianych. Wprowadzenie standardu nZEB jest odpowiedzią na potrzebę redukcji emisji CO₂ i zwiększenia efektywności energetycznej sektora budowlanego. W kontekście szkół standard ten nie tylko obniża koszty eksploatacji, ale również podnosi komfort użytkowników i staje się elementem edukacji ekologicznej.

Jak przygotować budynek szkoły do osiągnięcia standardu nZEB?

Przekształcenie budynku szkoły w obiekt o niemal zerowym zużyciu energii (nZEB) wymaga kompleksowego podejścia, obejmującego zarówno działania techniczne, jak i organizacyjne. Proces ten powinien rozpocząć się od dokładnej analizy obecnego stanu budynku i określenia, które obszary wymagają modernizacji.

1. Audyt energetyczny – punkt wyjścia

Pierwszym krokiem w przygotowaniu szkoły jest przeprowadzenie szczegółowego audytu energetycznego. Obejmuje on m.in.:

• – Badania termowizyjne w celu identyfikacji mostków termicznych.
• – Analizę szczelności budynku za pomocą testów ciśnieniowych.
• – Przegląd dokumentacji technicznej i ocenę stanu systemów ogrzewania, wentylacji oraz izolacji cieplnej.

Na podstawie wyników audytu określa się priorytetowe obszary do modernizacji oraz oszacowuje potencjalne oszczędności energii.

2. Termomodernizacja budynku

Priorytetowym etapem przygotowania szkoły do standardu nZEB jest poprawa izolacyjności cieplnej. W tym celu należy:

• – Docieplić ściany zewnętrzne za pomocą materiałów takich jak wełna mineralna, styropian lub pianka poliuretanowa, aby zmniejszyć straty ciepła.
• – Ocieplić dach i poddasze, ponieważ przez nieocieplone powierzchnie może uciekać nawet 25% ciepła.
• – Wymienić okna i drzwi na modele o wysokiej izolacyjności termicznej, spełniające współczesne normy (np. okna trójszybowe z argonem).

Zmniejszenie strat ciepła pozwala na obniżenie wskaźnika energii użytkowej (EU), co jest fundamentem budynków nZEB.

3. Modernizacja systemów technicznych

W istniejących szkołach instalacje techniczne często są przestarzałe i mało efektywne. Aby dostosować je do standardu nZEB, należy:

• – Zainstalować system wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła (rekuperacją), który pozwala na zmniejszenie strat energii i poprawę jakości powietrza w budynku.
• – Wymienić system grzewczy na bardziej efektywny, np. pompę ciepła, która w połączeniu z odpowiednią izolacją zapewni komfort cieplny przy minimalnym zużyciu energii.
• – Zastosować automatykę budynkową (BMS), która umożliwia monitorowanie i zarządzanie systemami technicznymi, dostosowując zużycie energii do rzeczywistych potrzeb użytkowników.

4. OZE – klucz do zredukowania energii pierwotnej

Produkcja energii na miejscu jest istotnym elementem budynków nZEB. W szkołach można zastosować:

• – Panele fotowoltaiczne, które generują energię elektryczną z promieniowania słonecznego.
• – Pompy ciepła, które zapewniają efektywne ogrzewanie i chłodzenie budynku.
• – Magazyny energii elektrycznej i cieplnej, które pozwalają na optymalne wykorzystanie nadwyżek energii wytworzonej na miejscu.

5. Działania wspierające

Dostosowanie budynku szkoły do standardu nZEB to nie tylko modernizacja techniczna, ale także wprowadzenie działań uzupełniających, takich jak:

• – Zarządzanie wodą opadową – wykorzystanie deszczówki do celów gospodarczych.
• – Zielone dachy i ściany, które poprawiają izolacyjność cieplną i estetykę budynku.
• – Edukacja ekologiczna uczniów, podnosząca świadomość na temat efektywnego wykorzystania zasobów.

6. Koszty i efektywność działań

Każda modernizacja powinna być poprzedzona analizą kosztów i potencjalnych korzyści. Chociaż przekształcenie budynku w nZEB wymaga początkowo wysokich nakładów, inwestycja ta przynosi długoterminowe oszczędności, wynikające z obniżenia kosztów eksploatacji oraz wsparcia finansowego w ramach funduszy unijnych i krajowych.

Nowoczesne źródła energii w szkole przyszłości

Osiągnięcie standardu niemal zerowego zużycia energii (nZEB) w budynkach szkolnych wymaga wdrożenia nowoczesnych, ekologicznych źródeł energii. Ich zastosowanie nie tylko redukuje emisję gazów cieplarnianych, ale także zapewnia oszczędności w kosztach eksploatacji oraz uniezależnienie się od rosnących cen tradycyjnych paliw. W szkołach, które zużywają dużą ilość energii na ogrzewanie, chłodzenie i oświetlenie, nowoczesne technologie energetyczne są ważnym elementem transformacji w kierunku neutralności klimatycznej.

1. Pompy ciepła – efektywność i ekologia

Pompy ciepła to jedno z najnowocześniejszych rozwiązań w zakresie ogrzewania i chłodzenia budynków. Wykorzystują energię zgromadzoną w gruncie, powietrzu lub wodzie, co pozwala na znaczne zmniejszenie zużycia energii pierwotnej.

Korzyści zastosowania pomp ciepła w szkołach:

• – Efektywność energetyczna – pompy ciepła dostarczają więcej energii, niż zużywają na swoje działanie, osiągając współczynniki efektywności (COP) na poziomie 3-5.

• – Uniwersalność – mogą służyć zarówno do ogrzewania w okresie zimowym, jak i chłodzenia latem.

• – Bezemisyjność – szczególnie w połączeniu z odnawialnymi źródłami energii, takimi jak fotowoltaika.

2. Fotowoltaika – energia ze słońca

Instalacje fotowoltaiczne są obecnie jednym z najpopularniejszych źródeł odnawialnej energii w budynkach publicznych. W przypadku szkół ich dachy i otwarte przestrzenie często stanowią idealne miejsce na montaż paneli słonecznych.

Zalety fotowoltaiki w szkołach:

• – Produkcja czystej energii elektrycznej z promieniowania słonecznego, co obniża koszty rachunków za prąd.

• – Możliwość uzyskania dofinansowań na instalację z funduszy unijnych lub krajowych.

• – Redukcja śladu węglowego placówki edukacyjnej.

W szkołach można zastosować systemy hybrydowe, w których energia generowana przez panele zasila pompy ciepła, tworząc zintegrowane rozwiązanie nZEB.

3. Magazyny energii – optymalizacja zużycia

Efektywność odnawialnych źródeł energii można zwiększyć dzięki magazynom energii, które pozwalają na przechowywanie nadwyżek energii wyprodukowanej w okresach wysokiego nasłonecznienia.

Rola magazynów energii:

• – Zapewniają ciągłość dostaw energii w okresach o niskim nasłonecznieniu lub wysokim zapotrzebowaniu.

• – Stabilizują pracę systemu energetycznego, pozwalając na elastyczne zarządzanie zużyciem energii.

Magazyny ciepła, takie jak zbiorniki buforowe w systemach z pompami ciepła, również zwiększają efektywność wykorzystania energii.

4. Systemy hybrydowe – kompleksowe rozwiązania

Wdrażanie nowoczesnych źródeł energii w szkołach powinno być oparte na zintegrowanych systemach hybrydowych, które łączą różne technologie, takie jak:

• – Panele fotowoltaiczne do produkcji energii elektrycznej.
• – Pompy ciepła do ogrzewania i chłodzenia budynku.
• – Systemy rekuperacji, które odzyskują ciepło z wentylacji, zmniejszając zapotrzebowanie na energię.

Takie podejście zapewnia nie tylko niższe koszty operacyjne, ale także maksymalizuje efektywność energetyczną budynku, co jest podstawą dla osiągnięcia standardu nZEB.

Szkoła przyszłości zaczyna się już dziś

Dążenie do przekształcenia szkół w budynki o niemal zerowym zużyciu energii (nZEB) to ważny krok w realizacji globalnych celów klimatycznych. Budynki te, dzięki zastosowaniu zaawansowanych technologii, takich jak pompy ciepła, panele fotowoltaiczne czy systemy rekuperacji, nie tylko zmniejszają zużycie energii, ale także promują zrównoważony rozwój. W przypadku szkół proces ten przynosi dodatkowe korzyści – nie tylko w postaci niższych kosztów eksploatacji, ale również w edukacji ekologicznej młodego pokolenia.

Przekształcenie energochłonnych „tysiąclatek” w nowoczesne, ekologiczne obiekty wymaga kompleksowego podejścia – od przeprowadzenia audytów energetycznych, przez termomodernizację, aż po wdrożenie nowoczesnych systemów technicznych i odnawialnych źródeł energii. Działania te są jednak inwestycją w przyszłość, która zwróci się zarówno w wymiarze ekonomicznym, jak i społecznym, przyczyniając się do budowy bardziej świadomego i odpowiedzialnego społeczeństwa.

Szkoły nZEB mogą stać się symbolem transformacji energetycznej, inspirując inne instytucje publiczne do podejmowania działań w kierunku neutralności klimatycznej. To nie tylko inwestycja w infrastrukturę, ale także krok ku lepszemu, bardziej zrównoważonemu światu dla przyszłych pokoleń.

Doskonałymi przykładami skutecznych działań termomodernizacyjnych z wykorzystaniem rozwiązań OZE są:

• – Instalacja kaskady pomp ciepła De Dietrich w Szkole Podstawowej w Lasecznie, która zapewniła efektywne i ekologiczne ogrzewanie budynku.
• – Kaskada pomp ciepła i kotła olejowego w Szkole Podstawowej w Dębie, łącząca dwa różne źródła ciepła dla maksymalnej wydajności i elastyczności systemu.
• – Hybrydowe ogrzewanie w Zespole Szkolno-Przedszkolnym w Przybysławicach, gdzie kaskady pomp ciepła współpracują z kotłami gazowymi oraz kolektorami słonecznymi, tworząc kompleksowy system dostosowany do zmiennych potrzeb placówki.

Działania te pokazują, że odpowiednio zaplanowane i wdrożone modernizacje pozwalają szkołom na znaczącą redukcję emisji i kosztów, a także na stworzenie przyjaznego środowiska dla uczniów. Szkoły nZEB mogą stać się symbolem transformacji energetycznej, inspirując inne instytucje publiczne do podejmowania działań w kierunku neutralności klimatycznej. To nie tylko inwestycja w infrastrukturę, ale także krok w kierunku lepszego jutra dla przyszłych pokoleń.

źródło: https://klimat.ekomalopolska.pl/opracowania/szkola-neutralna-dla-klimatu/