A hőtároló tömeg energetikai szerepe elv és (meg)szokások

EMT.BME.hu

2015

A Fenntartható, energiatudatos építés – égetett kerámia építőanyagokkal MATÉSZ konferencia – 2015. április 16. – CONSTRUMA

A hőtároló tömeg energetikai szerepe – elv és (meg)szokások BME Építőmérnöki Kar / Építőanyagok és Magasépítés Tanszék Dr. Szabó László okl. építőmérnök, PhD

BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék / Dr. Szabó László adjunktus

A hőtároló tömeg energetikai szerepe – elv és (meg)szokások / CONSTRUMA, 2015.04.16.

1

EMT.BME.hu

2015

Fenntarthatóság… Fenntartható fejlődés ? Fenntartható növekedés? Fenntartható visszavonulás? A fenntarthatósághoz kapcsolódó kifejezések: •

környezettudatosság…

•

hatékony erőforrás gazdálkodás…

•

épített környezet hatása…

•

ökölógiai lábnyom...

•

ÜHG kibocsátás csökkentése …



2

EMT.BME.hu

2015

Az épületek energiafelhasználása A globális energiafogyasztás jelentős hányada Életciklusban való gondolkodás Komplex, integrált tervezés •

építészet

•

tartószerkezet

•

épületszerkezet

•

épületgépészet

•

épületvillamosság: energiaellátás, gyengeáramú rendszerek

•

épületautomatizálás … Source of graphics: http://sourceable.net/



3

EMT.BME.hu

2015

Az épületek energiafelhasználása Az energiafelhasználás oka és célja: •

belső, mesterséges környezet fenntartása

•

amely védett a külvilág hatásaival szemben (hőmérséklet, csapadék, szél, zaj, kémiai és biológiai szennyezés, stb.);

•

fűtés-hűtés-szellőzés: egészséges belső környezeti állapot fenntartása

•

hőkomfort kialakításával,

•

mesterséges megvilágítással,

•

emberi tevékenységek számára.



4

EMT.BME.hu

2015

Egy fűtés és hűtés nélküli épületben… … a belső hőmérséklet követi a külső környezet hőmérséklet változásait •

bizonyos csillapítással (kisebb amplitúdóval)

•

bizonyos késleltetéssel,

…a hőtároló tömeg csillapító hatásától függően. BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék / Dr. Szabó László adjunktus


5

EMT.BME.hu

2015

Egy klimatizált épületben… … a belső hőmérséklet (és légnedvesség) a kívánt értéken lesz – ha nem természetesaen, akkor a mesterségesen •

a fűtési – hűtési – szellőztetési rendszer biztosítja, de ez

•

beruházási költséget jelent (gépészeti berendezést) és

•

üzemeltetési költséget igényel: energiát fogyaszt és karbantartása szükséges.

Minél kisebb a csillapítás és kevésbé jó a késleltetés  annál nagyobb energiafelhasználás szükséges!



6

EMT.BME.hu

2015

Egy klimatizált épületben … Nyári nappal

Nyári éjszaka

Qép + Qm + Qgép  ti BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék / Dr. Szabó László adjunktus


7

EMT.BME.hu

2015

Egy klimatizált épületben … A szabályozás alapja: léghőmérséklet A hőérzet alapja:

≈

operatív hőmérséklet

Nagyobb hőtároló tömeg: •

a klímarendszertől kevesebb beavatkozás szükséges;

•

szélesebb léghőmérsékleti tartomány lehet komfortos ha a környező felületek (hőtároló tömegek) hőmérséklete ideális  Két legyet egy csapásra!



8

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg működése A tömeg hőt vesz fel a környezetéből vagy hőt ad le a környezetnek  a tömeg hőmérséklete változik

Qm = m × cm × T [J] •

m [kg]: a szerkezet vagy réteg tömege

•

cm :[J/kg.K]: az anyag fajlagos hőkapacitása (fajhője)

•

T [K]: a tömeg hőmérsékletének változása.

A legtöbb építőanyag fajhője: 0,84 … 0,92 kJ/kg.K



9

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg működése Néhány építőanyag jellemzői:



10

EMT.BME.hu

2015




11

EMT.BME.hu

2015




12

EMT.BME.hu

2015




13

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg figyelembe vétele „Aktív” hőtároló tömeg: részt vesz a napi hőmérsékleti / hőenergia transzport ciklusban 7/2006 TNM rendelet 2. melléklet III/2. pontja:

M=Sj Si rij dij Aj • az épület belső levegőjével közvetlen kapcsolatban lévő határoló szerkezetek tömegének összege, de belülről legfeljebb: • 10 cm • az első hőszigetelő rétegig • a középvonalig; • a nettó fűtött alapterületre vetítve • határ: 400 kg/m2  könnyű vagy nehéz szerkezet. BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék / Dr. Szabó László adjunktus


14

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg figyelembe vétele „Aktív” hőtároló tömeg: részt vesz a napi hőmérsékleti / hőenergia transzport ciklusban Aktív hőtároló tömeg számítása az EN ISO 13790:2008 ill. MSZE 24140:2012 szerint: •

R=0,15 m2K/W mélységig Beton: 192 mm  420 kg


Kőzetgyapot-100: 6 mm  6 kg


15

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg figyelembe vétele Néhány építőanyag jellemzői:



16

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg figyelembe vétele Néhány építőanyag jellemzői:



17

EMT.BME.hu

2015

Hogyan használhatjuk ki a hőtároló tömeget? 1. Csökkenthetjük a napi hőingadozást nyáron

a hőtároló tömeget éjszaka vissza kell hűteni!



18

EMT.BME.hu

2015

Hogyan használhatjuk ki a hőtároló tömeget? 1. Csökkenthetjük a napi hőingadozást nyáron Éjszakai visszahűtés – külső szerkezetek •

természetes úton 10-15 K napi hőmérsékletkülönbség mellett (hővezetéssel és konvekcióval)

•

szellőző légréses falakkal: kisebb felmelegedés nappal, éjszakai visszahűlés főleg konvekció révén

•

adaptív homlokzati rendszerek (épületautomatika, intelligens vezérlés!)



19

EMT.BME.hu

2015

Hogyan használhatjuk ki a hőtároló tömeget? 1. Csökkenthetjük a napi hőingadozást nyáron Éjszakai visszahűtés – belső szerkezetek •

természetes éjszakai szellőztetés – lakásoknál ablaknyitással, munkahelyeken automatikával – speciális ablakok és védőpanelek

•

közvetlen légcsere a szellőztető rendszeren keresztül (a léghűtők üzeme nélkül)

•

légkondícionáló berendezéssel (éjszakai áram?)



20

EMT.BME.hu

2015

Hogyan használhatjuk ki a hőtároló tömeget? 1. Csökkenthetjük a napi hőingadozást nyáron A következő nap visszahűtött szerkezetekkel indítva: •

levegő lassabban melegszik fel (a beérkező hő „elnyelése” stabilizál)

•

a felületek lassabb / későbbi felmelegedése

•

magasabb léghőmérséklet engedhető meg a diszkomfort eléréséig  a légkondícionálás (hűtés) később indul



21

EMT.BME.hu

2015

Hogyan használhatjuk ki a hőtároló tömeget? 2. Téli fűtési igények csökkentése Passzív szoláris rendszer (mint egy akkumulátor) •

naphő „csapdába ejtve” a hőtároló tömegben (napközben)

•

visszatáplálás, amikor szükséges (éjszaka).

Elegendő hőtároló tömeg nélkül: •

léghőmérséklet gyorsan emelkedik  D-i oldalon hűtés

•

miközben még fűtés az É-i oldalon (rosszabb esetben különálló rendszerrel  )



22

EMT.BME.hu

2015

Hogyan használhatjuk ki a hőtároló tömeget? 3. A légkondícionáló rendszerek beruházási költségeinek (Capex) csökkentése Megfelelő hőtároló tömeg: •

csökkenti a napi hőmérséklet ingadozást,

•

stabilizálja az operatív hőmérsékletet,

•

késlelteti a hőterhelési csúcsot  alacsonyabb hűtési teljesítményigény jelentkezik



23

EMT.BME.hu

2015

Hogyan használhatjuk ki a hőtároló tömeget? 3. A légkondícionáló rendszerek beruházási költségeinek (Capex) csökkentése

Hűtési teljesítményigény éjszakai szellőztetéssel és anélkül (400 kg/m2) BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék / Dr. Szabó László adjunktus


24

EMT.BME.hu

2015

Hogyan használhatjuk ki a hőtároló tömeget? 4. Thermoaktív szerkezetek Nehéz szerkezetek (pl. vasbeton födém) fűtéssel és hűtéssel  szabályozott felületi hőmérséklet  kisebb fűtési/hűtési igény

Ábra forrása: Döring et al Floor systems - key elements for sustainable multi-storey buildings/



25

EMT.BME.hu

2015

Hogyan használhatjuk ki a hőtároló tömeget? 4. Thermoaktív szerkezetek Szabályozott hűtés – felületi párakicsapódás elkerülése!!

A hőmérsékletszabályzás kiiktatás következtében bepenészedett mennyezet… BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék / Dr. Szabó László adjunktus


26

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg hatása az energiaigényre Kutatási eredmények – PhD / 2013 Üveghomlokzatok tervezési kérdéseinek komplex elemzése, különös tekintettel az energiahatékonyság korszerű eszközökkel való befolyásolására



27

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg hatása az energiaigényre Magyarországi (vagy hasonló) éghajlat mellett

Napi és éves átlagos középhőmérséklet Magyarországon (hidegrekord: -35 C melegrekord: +41,9C) BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék / Dr. Szabó László adjunktus

Grafikon forrása: OMSZ


28

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg hatása az energiaigényre Dinamikus szimulációk egy üveghomlokzatú épületre 9 üvegezési típussal

(1) hagyományos hőszig. (2) low-e hőszig (3) 3 rtg-ű low-e hsz. (a) tiszta (b) hagy. napvédő (c) szelektív napvédő alapüveg BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék / Dr. Szabó László adjunktus


29

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg hatása az energiaigényre Dinamikus szimulációk egy üveghomlokzatú épületre Össz (fűtési + hűtési + világítási) éves energiaigény az egész épületre és termikus zónákra, a következők függvényében: •

üvegtípusok

•

homlokzati üvegezettségi arány

•

fix vízszintes árnyékolók

•

vezérelt külső árnyékoló (zsaluzia)

•

hőtároló tömeg

•

éjszakai természetes szellőzés.



30

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg hatása az energiaigényre Éves fűtési energiaigény a hőtároló tömeg függvényében Heating energy demand as function of thermal mass 1a

50,00

1b

Heating energy demand [kWh/m2.a]

45,00

1c 2a

40,00

2b 35,00

2c 3a

30,00

3b 25,00

3c

20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Therm al m ass [kg/m 2]

+9…73% energia, ha a hőtároló tömeg 20 kg/m2 a 400 helyett. BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék / Dr. Szabó László adjunktus


31

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg hatása az energiaigényre Éves hűtési energiaigény a hőtároló tömeg függvényében Cooling energy demand as function of thermal mass 60,00

1a 1b 1c

Cooling energy deamnd [kWh/m2.a]

50,00

2a 2b 40,00

2c 3a 3b

30,00

3c 20,00

10,00

0,00 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Therm al m ass [kg/m 2]



32

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg hatása az energiaigényre Éves össz energiaigény a hőtároló tömeg függvényében H + C + L energy demand as function of thermal mass 120,00

110,00

H + C + L energy demand [kWh/m2.a]

1a 1b

100,00

1c 2a

90,00

2b 2c

80,00

3a 3b

70,00

3c 60,00

50,00

40,00 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Hőtároló töm eg [kg/m 2]



33

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg hatása az energiaigényre Éves össz energiaigény a hőtároló tömeg függvényében, éjszakai természetes szellőzéssel Fűtési + hűtési + világítási energiaigény a természetes szellőzés függvényében (M=400 kg/m2)

100,00

Fűtési + hűtési + világítási energiaszükséglet [kWh/m2.a]

90,00 80,00 1a 1b

70,00

1c 60,00

2a 2b

50,00

2c 40,00

3a 3b

30,00

3c

20,00 10,00 0,00 0

2

4

Légcsereszám [1/h]

-5…26% energia csökkenés éjszakai szellőzéssel 400 kg/m2-nél. BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék / Dr. Szabó László adjunktus


34

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg hatása az energiaigényre Éves össz energiaigény a hőtároló tömeg függvényében, éjszakai természetes szellőzéssel 100,00

Fűtési + hűtési + világítási energiaigény a természetes szellőzés függvényében (M=20 kg/m2)


90,00 80,00 1a 1b

70,00

1c 60,00

2a 2b

50,00

2c 3a

40,00

3b 30,00

3c

20,00 10,00 0,00 0

2

4


-2…7% energia csökkenés éjszakai szellőzéssel 20 kg/m2-nél. BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék / Dr. Szabó László adjunktus


35

EMT.BME.hu

2015

A hőtároló tömeg hatása az energiaigényre Éves össz energiaigény a hőtároló tömeg függvényében, éjszakai természetes szellőzéssel 100,00


100,00 90,00

80,00 1a 1b

70,00

1c 60,00

2a 2b

50,00

2c 40,00

3a 3b

30,00

3c

20,00 10,00 0,00


90,00 Fűtési + hűtési + világítási energiaszükséglet [kWh/m2.a]


80,00 1a 1b

70,00

1c 60,00

2a 2b

50,00

2c 3a

40,00

3b 30,00

3c

20,00 10,00 0,00

0

2

4


0

2

4


Magasabb össz éves energiaigény és hatástalan éjszakai természetes szellőzés, ha nincs elegendő hőtároló tömeg! BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék / Dr. Szabó László adjunktus


36

EMT.BME.hu

2015

Jellemző modern irodaépület kiépítés

Álmennyezet

Jelentős üvegezett homlokzati felület

Szerelt válaszfal (gipszkarton) Üreges-/álpadló + szőnyeg



37

EMT.BME.hu

2015

Jellemző modern irodaépület kiépítés Néhány jellemző szerkezeti megoldás hőtároló tömege (szerkezeti m2-re vetítve)



38

EMT.BME.hu

2015

Múlt, jelen és a jövő Szemléletváltozás szükséges •

építészeti felfogásban,

•

belsőépítészetben,

•

energetikai tervezésben (energiadesign),

•

épületszerkezetek tervezésben !!



39

EMT.BME.hu

2015

Múlt, jelen és a jövő Meghatározó tényezők, mozgatóerők: •

Politikai szándék  jogszabályok

•

EU 2020

•

Épületenergetikai minősítés, „zöld” minősítések

•

Megbízó/ Építtető szándéka és tudatossága (?)



40

EMT.BME.hu

2015

Múlt, jelen és a jövő Akármilyen energiahatékonyak is a gépészeti rendszerek, csak az épület által igényelt energiát kell „szállítsák” vagy felhasználják!  az energiatudatos tervezés fontossága az első vázlattól kezdve  részletes elemzések és fejlesztés, szimulációs technológiákkal  komplex, holisztikus megközelítés, tervezés.



41

EMT.BME.hu

2015

Múlt, jelen és a jövő Fenntartható •

fejlődés…

•

növekedés…

•

visszavonulás…



42

EMT.BME.hu

2015

Köszönöm megtisztelő figyelmüket!



43

A hőtároló tömeg energetikai szerepe elv és (meg)szokások

Recommend Documents