MISKOLCI EGYETEM Gépészmérnöki és Informatikai Kar Áramlás- és Hőtechnikai Gépek Tanszéke
Aktív hőszigetelés termovíziós vizsgálata
Szakdolgozat Energetikai mérnök szak, gépészeti szakirány
Készítette:
Sári György WZ30HA
Miskolc 2014
ÁRAMLÁS- ÉS HŐTECHNIKAI GÉPEK TANSZÉKE
MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR energetikai mérnök szak gépészeti szakirány
3515 Miskolc - Egyetemváros
SZAKDOLGOZAT TERVEZÉSI FELADAT
SÁRI GYÖRGY IV. éves energetikai mérnök szakos hallgató részére
A tervezés tárgyköre: A tervezési feladat címe:
Épületenergetika Aktív hőszigetelés termovíziós vizsgálata
A FELADAT RÉSZLETEZÉSE: 1. Végezzen irodalomkutatást az aktív hőszigetelés témakörében. 2. Ismertesse a Thermo Drapes rendszer felépítését, működését. 3. Tárja fel a rendszer ismert előnyeit, hátrányait. 4. Végezzen termovíziós vizsgálatot egy Thermo Drapes rendszerrel felszerelt házon. 5. Értékelje ki a vizsgálatot.
Tervezésvezető: Farkas András, tanszéki mérnök Konzulens: Sári György, építésztervező
A tervezési feladat kiadásának időpontja: A tervezési feladat beadási határideje:
Miskolc, 2014.11.28
2014.10.15 2014.11.28
Ph Dr. Szabó Szilárd tanszékvezető egyetemi tanár
2
1. A tervezést ellenőriztem:
dátum
2. A komplex terv beadható:
tervezésvezető
igen / nem
dátum
tervezésvezetők
konzulens
3. A komplex terv osztályzata betűvel (és számmal): A konzulens javaslata: A tervezésvezető javaslata: Kelt: Miskolc, Záróvizsga Bizottság elnöke
3
I.
Összefoglalás
A témaválasztásom során legfőbbképpen a téma újszerűsége, egy már hasznosított megújuló energiaforrás további alkalmazhatóságának lehetősége keltette fel a figyelmemet. Az aktív hőszigetelés elméleti alapjait viszonylag nem rég fektették le, ebből kifolyólag a megvalósíthatóságát és gazdaságosságát sokan vitatják, ugyanakkor gyakorlati alkalmazására csak kevés példa áll rendelkezésre. A témám kidolgozása során először a passzív hőszigetelésnek a fontosságát, kialakulásának okát, előnyét próbáltam ismertetni, ezáltal lefektetni az aktív hőszigetelés későbbi vizsgálatához szükséges alapokat. A passzív hőszigetelésnél ismertettem olyan fogalmakat, amelyek egy létesítmény épületenergetikai leírására a legalkalmasabbak, illetve a hőkamerás mérési módszert, amelyet leggyakrabban használnak egy épület szerkezeti, szigetelési hibáinak feltárására. A rendszer újszerűsége miatt nem tudtam általánosságban beszélni róla, mivel nem jelent meg még összefoglaló szakirodalom ebben a témában, az elméleti kidolgozása még mindig vita tárgyát képezik, inkább a gyakorlatban, ott is kísérleti fázisban működik, folyamatosan próbálják mérési adatokkal alátámasztani. Emiatt az alapok lefektetése után az aktív hőszigetelést az egyik gyakorlatban alkalmazott rendszeren keresztül mutattam be. Ezután tértem ki a témám alapjául szolgáló Thermo Drapes rendszer részeinek általános leírására, a kiépítésének ok-okozati összefüggéseire, fizikai alapjaira. Majd egy a rendszerrel felszerelt lakóépület műszaki és mérhető paraméterein keresztül igyekeztem a Thermo Drapes előnyeinek, hátrányainak, gazdaságosságának feltárására. Végül a hőkamerás felvételek segítségével támasztottam alá a korábbi megállapításokat, illetve ennek segítségével hívtam fel a figyelmet a rendszer érdekességeire, sajátosságaira.
4
II.
Summary
When I decided about my topic I choosed this one because although it is an already used renewable resource but it raised my awarness that how can we use in an alternative way so I think it is a quite new iniatitive. The basis of the active thermal insulation were introduced recently and that’s why many professional still criticize its feasibility and economical efficiency. But in the same time we only have just few practical cases. Firstly I introduced the importance and benefits of passive thermal insulation and why it was developed. This way I introduced the basis of examination of the active thermal insulation. I also expound such concepts which can describe the energetic parameters of a building and I also introduced the measurement method with the usage of a thermal camera which is the mostly used method in order to explore the failures in building constructions or thermal insulation. As this thermal insulation is a new solution I was not able to speak about in generally because there are no conclustion literature about this technology and this is still an open theory for the professionals as well. But this solution appears mostly during practical usage and people are trying to prove the concept of it with continous measurement datas. This is the reason why I introduced the active thermal insulation through an already executed example right after I laid down the basis of this method. Thereafter I described the phisical basis, cause effects and the parts of Thermo Drapes system what is the main topic of my thesis. Than I tried to demonstrate the economical efficiency, pros and contras of the Thermo Drapes through a residental building which is already equiped with the system and with the datas what I received from it. Finally I confirmed my previous statements with the images of the thermo camera and I also raised the awarness of the particularity of the system with the images.
5
1. Tartalomjegyzék 1. Tartalomjegyzék
6
2. Bevezetés
8
3. Hőszigetelés ismertetése 9 3.1. Passzív hőszigetelés ...................................................................... 9 3.1.1. Hőveszteség .............................................................................. 9 3.1.2. Hőszigetelésre alkalmas anyagok .............................................. 11 3.1.3. Hőszigetelő anyagok tulajdonságai ............................................ 12 3.1.4. Padló hőszigetelése .................................................................. 13 3.1.5. Lábazati vagy homlokzati hőszigetelés ...................................... 14 3.1.6. Tető- és födémszigetelés .......................................................... 16 3.1.7. Nyílászárók hőszigetelése......................................................... 18 3.2. Aktív hőszigetelés ....................................................................... 19 3.2.1. ISOACTIVE-3D ..................................................................... 20 3.2.2. ISOACTIVE-3D rétegrendje (19. kép) ....................................... 21 4. Thermo Drapes rendszer ismertetése 23 4.1. A rendszer felépítése................................................................... 23 4.1.1. Talajkollektor kiépítése ............................................................ 24 4.1.2. Csőregiszter kialakítása (28. kép) .............................................. 27 4.1.3. Falréteg kialakítása .................................................................. 28 4.1.4. Falsík vizsgálata ...................................................................... 30 4.2. A rendszer típusai ....................................................................... 31 5. Thermo Drapes-szel felszerelt lakóépület adatai 32 5.1. Épület helyszínrajza és homlokzatai ......................................... 32 5.2. Az épület rétegrendjei................................................................. 35 5.3. Kiépített Thermo Drapes rendszer részeinek adatai: ............... 36 5.4. Fűtési rendszer típusa ................................................................ 37 5.5. A rendszer nyomon követése ...................................................... 38 5.5.1. A felhasznált szenzorok műszaki adatai ..................................... 40 5.5.2. Szenzorok elhelyezése ............................................................. 41 5.6. A rendszer kiépítésének megtérülési ideje ................................ 43 5.6.1. Anyagköltség .......................................................................... 43 5.6.2. A rendszer üzemeltetési költségei .............................................. 43 5.6.3. Megtérülési idő ....................................................................... 43 6. Hőkamerás vizsgálat 45 6.1. Thermo Drapes működése nélküli ház hőkamerás vizsgálata . 45 6
6.2. Thermo Drapes működése mellett ............................................. 47 6.3. Thermo Drapes rendszer előnyei, hátrányai ............................. 50 7. Összegzés
51
8. Irodalomjegyzék
52
7
2. Bevezetés Az aktív hőszigetelést először a Thermo Drapes rendszeren keresztül ismertem meg, feltalálója ismeretségi körömbe került és először ő hívta fel a figyelmemet a benne rejlő lehetőségekre. Segítségével a gyakorlatban is megismertem a rendszer működését, kiépítését. A témában való irodalomkutatás során azt tapasztaltam, hogy újszerűsége miatt kevesen ismerik, akik tudnak róla vitatják létjogosultságát. A szakdolgozatom célja, hogy a rendszer működőképességét és gazdaságosságát további adatokkal, számításokkal igazoljam. Az épületenergetikában régóta nagy hangsúlyt fektetnek az épületek hőszigetelésére, hőveszteségeik csökkentésére, az építési hibák feltárására, ezek szabályozására már megjelentek az egyértelmű előírások, mind Magyarországon, mind az Európai Unión belül. Az építmények energetikai vizsgálatára legtöbbször hőkamerás vizsgálatokat alkalmaznak, ezért ezt a mérési módszert használtam az aktív hőszigetelés mélyebb elemzésére. Egyértelmű lehetőséget láttam egy már ismert megújuló energiaforrás alkalmazásának bővíthetőségére, széleskörű megismerésére. Legnagyobb előnye, hogy alkalmazható már meglévő és új épületek energiaveszteségének csökkentésére.
8
3. Hőszigetelés ismertetése 3.1. Passzív hőszigetelés A hőszigetelés két eltérő hőmérsékletű tér (például a kültér és az épület belső ter) között fellépő hőátadás gátlása, jellemzően nagy hőellenállással rendelkező szerkezettel. Tehát például hazánk égövi körülményei között télen a kinti hideg beáramlásának, illetve a beltéri meleg kiáramlásának akadályozása, azaz a fűtött helyiségek hőveszteségének csökkentése. A hőszigetelés az 1970–80-as években kapott igazán nagy figyelmet, és terjedt el az egész világon, aminek kiváltó oka az 1973-as olajválság volt. A cél az volt, hogy minél kevesebb anyagi ráfordítással emelkedjék az épület komfortfokozata, és egyben csökkenjen az épület energiafelhasználása. Az egyre növekedő energiaárak, valamint a fosszilis energiahordozó készletek kimerülése miatt ma már egyértelműen elismert a hőszigetelés létjogosultsága. Fontosságát igazolják bizonyos európai uniós irányelvekben szereplő útmutatások, valamint az új építésű házakra vonatkozó hazai jogszabályi előírások is. A ház hőszigetelésével nagy mértékben hozzájárulhatunk a környezetszennyezés csökkentéséhez.[1]
3.1.1. Hőveszteség Megfelelő hőszigetelés hiányában az épület hővesztesége igen magas lehet. Az épületek hővesztesége a szigetelés minőségétől függően eltérő. Az arányok általában a következőképpen alakulnak:
30–40% a falakon keresztüli, 20–30% a tetőn keresztüli, 15–25% a nyílászárókon keresztüli, 10–15% a padlón, födémen keresztüli hőveszteség az épület teljes hőveszteségéhez képest. (1. kép)
Bizonyos tényezők nagyban befolyásolhatják ezeket az arányokat. Ha például az épület nagy üvegfelületekkel rendelkezik, a nyílászárók szigetelése pedig nem megfelelő, az ablakokon, ajtókon keresztül távozó hő az összes hőveszteség 40-50 százalékát is kiteheti
1. kép Egy átlagos, hagyományos épület energiaveszteségének megoszlása [2] 9
A szigetelés során az egyik leggyakrabban fellépő probléma a hőhidak kialakulása, azaz a többdimenziós hőáramlás. Hőhídnak nevezzük a szerkezeteknek egy olyan pontját, szakaszát, vagy felületét, ami jobban vezeti a hőt, mint a szerkezet többi része. Az épületek olyan részein, ahol fűtetlen helyiség van, hőhíd keletkezhet. Ennek során a hideg-meleg felületek találkozásakor jelentkező hőmérséklet különbségből adódóan állandó páralecsapódás alakul ki. Ez egy állandó nedves felület létrejöttéhez vezet, amely elősegíti gombásodást, penészedést. Kialakulásuk három okra vezethető vissza:
Szakszerűtlen kivitelezésből adódó hőhidak (2. kép): ezek akkor keletkeznek, ha például lyukak vannak a szigetelésben, ha elcsúsznak a szigetelési rétegek, vagy hiányosan történt a légmentesítés, illetve ha az elemek illesztése külső fal és az ablak között nem megfelelő Szerkezeti hőhidak (3. kép): ott fordulhatnak elő, ahol a szerkezetben szükségszerűen magasabb hővezető képességű anyagokkal szakítják át az egyébként alacsony hővezető képességű külső épületelemet. Általában pontszerűen vagy vonalszerűen alakulnak ki. Ezek a hőhidak felléphetnek önállóan, elszigetelten is, de előfordul az is, hogy hatásuk egy-egy helyen összefonódik. Geometriai hőhidak (4. kép): ott alakul ki, ahol a hőt felvevő belső felület kisebb, mint a hőt leadó külső felület. Jellemzően az épületek éleinél és a sarkoknál jelentkezik. Általában foltszerűn hőhidak kialakulásához vezetnek.
A hőhidak kialakulása megnöveli a fűtőenergia felhasználást, ezáltal az energiatakarékossági szempontból fontos a megszüntetésük. Nagyobb mennyiségű hő távozik, ez megnöveli a háztartás szükségleteit. Csökkentik a belső tér által nyújtott komfortérzetet, mivel csökken a belső felületek hőmérséklete. [3]. Meglévő épületeknél a szigetelési munkálatok megkezdését megelőzően hőkamerás vizsgálatokat szoktak végezni, hogy pontosan kiderítsék, az épület melyik részén mekkora a hőveszteség, hol vannak hőhidak, tehát milyen típusú és vastagságú szigetelésre van szükség.
2. kép Panel épület szakszerűtlen kialakításából kialakuló hőhidak (bal), és szigetelés után (jobb) [4]
10
3. kép Szerkezeti hőhidak kialakulása [5]
4. kép Geometriai hőhíd kialakulása [6]
3.1.2. Hőszigetelésre alkalmas anyagok Hőszigetelő tulajdonsággal minden anyag rendelkezik. A hőszigetelő-képesség mutatására szolgál az ún. hővezetési tényező, jele: λ, származtatott mértékegysége: W/mK. Minél kisebb ennek az értéke, annál jobb hőszigetelőről van szó. A hagyományos anyagok vizsgálata során kimutatható, hogy a levegő a rendelkezik a legjobb szigetelési tulajdonságokkal,ezért az 11
épületek szigetelése során próbálnak légréseket kialakítani a felületeken, ezzel segítve a meglévő szigetelés hatékonyságát. A leggyakrabban használt hőszigetelő anyagok:
Expandált polisztirol hablemez (EPS) Extrudált polisztirol hablemez (XPS) Kőzetgyapot (ásványgyapot) Üveggyapot Poliuretán hab (PUR hab) Fagyapot lemez Magyarországon nem jellemző hőszigetelő anyagok: parafa, gyapot, kókusz, kender, farost, cellulóz alapú anyagok. 7
Nagyon fontos odafigyelni a megfelelő tetőszigetelésre, továbbá a külső hőszigetelésre, a falak hőszigetelésére, a lábazati szigetelésre, illetve a padlószigetelésre. Amennyiben a ház szigetelése nem megfelelő, vagy nem is rendelkezik szigeteléssel, lehetőség van utólagos hőszigetelésre is.
3.1.3. Hőszigetelő anyagok tulajdonságai A megfelelő hőszigetelés kiválasztásánál több tényezőt is figyelembe kell venni a lehető legnagyobb energia-megtakarítás érdekében:
Páradiffúziós ellenállás: Minél kisebb az ellenállás, azaz minél nagyobb egy anyag páraáteresztő képessége, annál jobb. Ha a szigetelés nem engedi át a párát, az épületen belül a páratartalom megnő, ekkor pedig már kisebb hőhidak kialakulásakor is lecsapódik a nedvesség a hidegebb felületeken. Vízfelvevő képesség: A szigetelőanyag vízfelvevő képességének a lehető legminimálisabbnak kell lennie, mivel a nedvesség magában az anyagban és a falakban, padlóban is komoly szerkezeti károkat okozhat. Nyomószilárdság: A szigetelésnek a homlokzat és a lábazat esetében is sokszor nagy és folyamatos terhelésnek kell ellenállnia. Amennyiben a szigetelés nyomószilárdsága nem elég magas, hosszútávon az anyag deformálódhat, mechanikai tulajdonságai romlanak. Ez vezethet ahhoz, hogy az illesztéseknél rések jönnek létre, így hőhidak jelennek meg, de akár komolyabb szerkezeti károkat is előidézhet. Tűzállóság: Fontos szempont, hogy a szigetelőanyag tűzálló legyen, ellenkező esetben beépítése komoly tűzbiztonsági kockázatot jelenthet. A modern szigetelőanyagok többsége önoltó, azaz amennyiben nincs kitéve folyamatos nyílt lángnak, magától nem ég. Időtállóság: Fontos, hogy a kiválasztott anyag tulajdonságai hosszú távon se változzanak számottevően. Nem csak az elöregedésnek, de az időjárási tényezőknek is ellen kell ezért állnia, így például a szélsőséges hőmérsékleti ingadozásoknak, illetve a növényi és állati kártevőknek is. Egészségbarátság: Bizonyos szigetelőanyagok hosszú távon károsak lehetnek az épületben élők egészségére, ezért fontos tudni, hogy milyen anyagokból és milyen módszerrel készítették a szigetelést.[8]
12
3.1.4. Padló hőszigetelése A mai hőtechnikai és felhasználói igényeket tekintve elkerülhetetlen az épületek földszinti padlószerkezetének megfelelő hőszigetelése, a vízszigetelés megléte mellett. Egy földszintes (alápincézetlen) családi ház lehetséges hővesztesége, elérheti a 15 %-ot is a talajon fekvő padlón keresztül. A jól tervezett hőszigetelés hozzájárul a emberi hőkomfortérzet növekedéséhez, és az állagvédelem fenntartásához. [9] A megfelelő rétegrend kialakítása elengedhetetlen a megfelelő hőszigeteléshez.(5;6. kép)
5. kép Földszint hőszigetelésének rétegrendje [10]
6. kép Padló hőszigetelése hiányából kialakuló hőhíd [11]
13
3.1.5. Lábazati vagy homlokzati hőszigetelés A lábazati vagy homlokzati hőszigetelés eléréséhez egy megfelelő rétegrendet (7. kép) kell létrehozni a hőszigetelni (8. kép) kívánt lábazaton, illetve homlokzaton (9. kép). A rétegrend magában foglalja az épületek homlokzatának és lábazatának szigeteléséhez szükséges anyagokat és tartozékokat. Alkalmazható új épületek szigetelésénél, illetve utólagos szigeteléshez is. A hőszigetelő rendszerekben a falak szigeteléséhez általában polisztirol (hungarocell) vagy kőzetgyapot hőszigetelő lapokat használnak. Ezeket ajánlott a falak külső részére rögzíteni, mivel a belső oldali hőszigetelés bizonyos esetekben hőhidak kialakulásához, így penészesedéshez vezethet. A lábazati szigeteléshez a legkisebb vízfelvevő képességű és nagy nyomószilárdságú XPS lapokat használják. A rendszer felépítéséhez szükséges anyagok, építőelemek:
Ragasztók - polisztirol és kőzetgyapot ragasztót alkalmaznak, Lábazati lapok (XPS), Indítósín, Homlokzati polisztirol hablemez, Szigeteléstartó dübelek, Vakolaterősítő üvegszövet, Hálós élvédő, Díszvakolat alapozó, Homlokzati díszvakolat.
7. kép Hőszigetelt homlokzat és lábazat rétegrendje
14
[12]
8. Lábazati hőszigetelés hiányából adódó hőhíd kialakulása [13]
9. kép Hőszigetelt és szigeteletlen homlokzat összehasonlítása [14] 15
3.1.6. Tető- és födémszigetelés A padlás hőszigetelésekor két esetet kell megkülönböztetni: a beépített tetőteret, és az üres padlástereket. A födém jó hőszigetelése azonban mindig szükséges, hiszen leginkább felfele távozik a meleg a lakásból. Megfelelő hőszigeteléssel a padláson távozó energia 80%-át meg lehet takarítani a födémszerkezettől függően. Ez az épület teljes energiafogyasztásának a 20%-a is lehet. A padlásfödémek a legegyszerűbben és leggazdaságosabban hőszigetelhető épületszerkezetek. Egyszerű a rétegfelépítés (10; 11. kép), és a hőszigetelő táblákat felülről, külön rögzítés nélkül lehet beépíteni, ami egyszerű elhelyezést, fektetést jelent. A kis rétegszám abból is adódik, hogy páravédelemre nincs szükség, hiszen a padlástér átszellőztetett. [15] Beépített tetőterek pusztán szarufák (fa tartók) közötti 10-12 cm-es hőszigeteltsége (12;13. kép) még a magyar élőírásoktól is kb. 50%-kal marad el. A szarufák alsó síkja alatti kiegészítő hőszigetelés vastagsága - épületfizikai okok miatt - korlátozott. Kielégítő megoldást a szarufák felső síkján elhelyezett poliuretán keményhab hőszigetelő táblák jelentenek. A poliuretán (PUR/PIR) táblákat a szarufák feletti síkon, megszakítások nélkül, felületfolytonosan fektetik, így hőhídmentes tetőszerkezet érhető el, és a táblavastagság szabadon választható. A PUR táblák magas nyomószilárdsága lehetővé teszi a közvetlenül a szarufákra (alátámasztás nélkül) való elhelyezést. A poliuretán hőszigetelő képessége kimagaslik a ma használt egyéb termékekből, így akár az alkalmazott hőszigetelés vastagság fele is elegendő. A poliuretán nedvességnek gyenge savaknak lúgoknak, rágcsálóknak, gombásodásnak ellenáll, valamint időtálló, alaktartó nem vetemedik, nem zsugorodik.[16]
10. kép Vasbetonfödém hőszigetelésének rétegrendje [17]
16
11. kép Hőszigetelés nélküli födémben kialakuló hőhidak [18]
12. kép Tetőtér hőszigetelésének rétegrendje [19]
17
13. kép Hőszigetelés nélküli tetőtérben kialakuló hőhidak [20]
3.1.7. Nyílászárók hőszigetelése A nyílászárók, főleg az ablakok általában az épületek hőveszteségének tekintélyes részéért felelősek, ezért már korábban is igyekeztek növelni a hőszigetelő tulajdonságaikat. A legelső megoldás a hagyományos egyrétegű ablak helyett a kétrétegű ablak, ahol a két ablakszárny közti levegő biztosítja a hőszigetelést. Az energiaválság után, a 1970-es években kezdtek elterjedni a kétrétegű (14. kép), majd az évtized végén a háromrétegű (15. kép) ablaküvegek.. A modern hőszigetelő üvegek gyártásánál levegő helyett nemesgázzal vagy vákuummal töltik ki az üvegtáblák közti hézagot, ami nagymértékben, akár 20%-kal is csökkentheti a hőáteresztési képességet. Az üvegfelületet ezen felül sokszor ellátják egy úgynevezett Low-E (Low-emission) bevonattal (16. kép), amely a hosszúhullámú infravörös sugarakat visszatükrözi az épületbe. Ez a megoldás a kétrétegű ablakhoz képest kb. felére csökkenti az ablakokon keresztüli hőveszteséget (17. kép). [21]
14. kép Kétrétegű ablaküveg [22]
15. kép Háromrétegű ablaküveg [23]
18
16. kép Korszerű két- illetve háromrétegű ablaküvegek Low-E bevonattal [24]
17. kép Hőkamerás kép nyílászáró előtt és után [25]
3.2. Aktív hőszigetelés Zárt térben a jó közérzethez szükség van megfelelő hőmérsékletre, páratartalomra és oxigénre. A geotermikus energia használata rohamosan terjed, a magas energiaárak miatt. A föld felszíne alatt 1,5-2,0 méterre közel állandó +8-12 °C-os hőmérséklet uralkodik. Ebben a mélységben, ilyen hőfokú közeghez viszonylag kis költséggel hozzájuthatunk, korlátlan mennyiségben, viszonylagosan kevés földmunkával. Ezáltal egy megújuló energiához jutunk, mely nem környezetszennyező és kis energia befektetéssel kinyerhető. Mivel az ilyen hőmérsékletű közeggel fűteni nem lehet, ezért ezt hőszivattyúkba vezetve, elektromos energiával lehet jó hatásfokkal 50 oC körülire melegíteni a hőmérsékletét. 19
A talaj hőjét viszont nem csak fűtésre, hanem hőszigetelésre használható. A talaj hőjének hőszigetelésre való alkalmazását 2 szabadalom, illetve egy még szabadalmi eljárása alatt álló elmélet dolgozta ki:
UK Patent Application GB 2014 297 A, HU 227 029 B1 ( ISOACTIVE-3D alkalmazza gyakorlatban), P0900173 (Thermo Drapes alkalmazza gyakorlatban).
Gyakorlati alkalmazását két rendszer a Thermo Drapes és az ISOACTIVE-3D valósította meg.
3.2.1. ISOACTIVE-3D Az ISOACTIVE-3D tervezete szerint az épület külső falába, illetve a hőszigetelés alá rögzített csőkígyót összekötjük a talaj felszíne alatt 1,5-2,0 m mélyen elhelyezett talajabszorberrel, és ebben keringtetjük a fagyálló folyadékot. Az rendszer legfőbb részei (18. kép) lenti képen megjelölve megtalálhatók:
Talajabszorber Talajszonda Tágulási tartály Szivattyú Fali csőkígyó Födém/tető csőkígyó
18. kép ISOACTIVE-3D rendszer kiépítésének vázlata
20
A fenti kép jól mutatja, hogy a talajhőt közvetlenül, minden átalakítás nélkül a csőkígyóba vezetjük, így lehetővé válik, hogy az alacsony hőmérsékletű, kis energia befektetéssel kinyert hőt ne fűtésre, hanem aktív hőszigetelésre használhassuk. Így azt érjük el, hogy változó külső hőmérséklet mellett, az épületszerkezet szempontjából a méretezés szerinti közel állandó (+10 °C) hőmérséklet alakuljon ki. A rendszer üzemeltetéséhez csak a folyadékot keringtető szivattyú minimális villamos energiájára van szükség, ez nagyjából 80 W körül van. A szivattyúnak nem célszerű működni, ha a teljes falszerkezeten áthaladó hőmennyiség kisebb, mint a belső szerkezeti részen áthaladó hőmennyiség aktív hőszigeteléssel. Az aktív hőszigetelés télen csökkenti a belső tér hőveszteségét, nyáron pedig hűti a lakásunkat, ilyenkor tulajdonképpen a talaj veszi fel a felesleges hőt. A rendszer alapját előre gyártott panelek képezik, amelyek két oldalon hegesztett acélháló vasalással ellátott expandált polisztiroltáblákból állnak. Az összeszerelés, majd a gépészeti elemek elhelyezése után az építési helyszínen, végső munkamenetként mindkét oldalon lőtt betonkéreg felhordásával - a külső rétegben a csőkígyóval - jön létre a szendvicsszerkezet. Ez egyrészt gyors építést tesz lehetővé, másrészt az energiatakarékos üzemeltetésen túl megnő az épület forgalmi értéke is, mivel magasabb energiaosztályba sorolhatóvá válik. [26]
3.2.2. ISOACTIVE-3D rétegrendje (19. kép) Az ISOACTIVE-3D jól alkalmazható egyedi tervezésű családi és társas lakóépületek, valamint ipari és mezőgazdasági célú épületek építésénél. Egy családi vagy ikerház teljes szerkezetépítési munkái és a gépészeti alapszerelés két hét alatt elkészülhetnek. A rendszer alapját az előre gyártott panelek (19. kép) képezik, melyek két oldalon hegesztett acélháló vasalással ellátott expandált polisztirol táblákból állnak (19. kép). Az építési helyen történő összeszerelés, majd a gépészeti elemek elhelyezése után, végső munkamenetként mindkét oldalon lőtt-beton kéreg felhordásával jön létre a szendvics-szerkezet.
19. kép EVG-3D panel építési rendje [27]
21
20. kép ISOACTIVE-3D sematikus ábrája és rétegrendje [28] 1. táblázat EVG falszerkezet hőátbocsátási tényezője EN ISO 6946 D bekezdés szerint [30] Diagonal 3,5 mm INOX [db/m2]
Hőátbocsátási tényező [W/m2K]
Felhasználási terület
15
Diagonal 3,8 mm horgany zott [db/m2] 67
-
0,8
5
15
100
-
0,9
10 12 12 12
5 5 5 5
20 22 22 22
200 67 100
67 -
0,89 0,5 0,34 0,61
15 15
5 5
25 25
67 -
67
0,47 0,29
belső válaszfal terhelés nélkül belső válaszfal terheléssel födém külső határoló fal külső határoló fal külső határoló fal nagy terheléssel külső határoló fal külső határoló fal
Beton [cm]
EPS [cm]
Beton [cm]
Falvastag ság [cm]
5
5
5
5
5
5 5 5 5 5 5
22
4. Thermo Drapes rendszer ismertetése A Thermo Drapes kihasználja a földalatti és földfelszíni hőmérséklet-különbséget, az építmény hűtésének és fűtésének kiegészítésére. A rendszer áll az építmény külső oldalán elhelyezett folyadékkal feltöltött csőhálózatból, keringető szivattyúból és a föld alatt elhelyezett ugyanazzal a folyadékkal feltöltött csőrendszerből. A Thermo Drapes rendszer elsősorban lakó és középületek hűtési és fűtési rendszereinek kiegészítőjeként alkalmazható. A meglévő fűtési rendszerek mellet magas komfort érzetet és energiatakarékos működést biztosít. Bármely fűtési módhoz (hőszivattyú, kandalló, vegyes tüzelésű kazán, gázkazán, stb.) és hűtési megoldáshoz illeszthető. Hűtést kiegészítő alkalmazás esetén nem kelt hideg kellemetlen légmozgást. Fűtést kiegészítő módban a legideálisabb puffer megoldást jelenti. A környezet hőmérséklet különbségeit kihasználva, minimális villamos energia bevitellel fűthető, illetve hűthető az építmény külső határoló szerkezete. Az építmény külső oldalán a külső hőszigetelés alatt elhelyezett csőregiszterben folyadékot keringetünk. Hűtés esetén a keringtetett folyadék alacsonyabb hőfokú, mint az ott mérhető hőmérséklet, ezáltal egy hidegebb „hőfüggönyt” hozunk létre, amely hűti az építmény szerkezetét, biztosítva az alacsonyabb belső hőmérsékletet. A falban lévő csőregiszter közvetlen összeköttetésben van egy külső, alacsonyabb hőmérsékletű, talajban vagy vízben elhelyezett kollektorral. Az építményből érkező hőenergiát a kollektor átadja a környezetének, biztosítva a szükséges hőmérséklet különbséget. A műszaki tartalom és kialakítás miatt rendkívül megbízható, környezetbarát és üzembiztos a rendszer. A rendszer automatizált, érzékenysége és beavatkozási értékei állíthatóak, adatgyűjtő és épületdiagnosztikai rendszerekhez kapcsolható. [29]
4.1. A rendszer felépítése A rendszer felépül a megfelelő talajrétegbe lefektetett kollektor mezőből (1.), egy a falba épített csőregiszterből (2.), egy hidrosztatikai blokkból (3.), valamint a rendszert szabályzó vezérlő elektronikából (21. kép).
21. kép: Rendszer sematikus ábrája
23
4.1.1. Talajkollektor kiépítése A talaj felszínének hőmérséklete a Nap járásával párhuzamosan változik, a felső rétegek napi és éves hőmérséklet ingadozása a közel levegő hőmérsékletével arányos. Egyre nagyobb mélységben a Nap hatása gyengül, a napi és éves ingadozás csökken, bizonyos mélységben pedig a hőmérséklet már állandó, ezt nevezzük közömbös pontnak. A közömbös pont elhelyezkedése függ a talaj összetételétől, hővezető képességétől, valamint a helyi éghajlati viszonyoktól. A diagram vizsgálta során (1. diagram) jól látható, hogy a mélység növelésével, a hőmérséklet ingadozás amplitúdója csökken, ugyanakkor észrevehető egy fáziseltolódás: nem a leghidegebb hónapban lesz leghidegebb a talaj hőmérséklete, vagyis kb. a fűtési időszak végére csökken le annyira, hogy már ne legyen gazdaságos a használata.
1. diagram Talajszintek hőmérsékletének éves ingadozása [30]
A csőkígyót olyan talajrétegbe kell elhelyezni, amelyhez viszonylag kevés talajmunkával hozzájutunk, a fűtési időszakban is nem hűl a hőmérséklete o6 C alá, illetve a legjobb hővezetési képességgel rendelkezik, vagyis a legkönnyebben leadja a magában tárolt hőt. A talaj hővezetési képessége függ: a talaj nedvességtartalmától, térfogattömegétől, agyagtartalmától, és kvarctartalmától. A talajalkotórészek hőtani adatait (2. táblázat) vizsgálva az agyag és a víz rendelkezik a legmagasabb fajhő illetve hőkapacitás értékekkel. A csőkígyó talajvízben való elhelyezése nem megfelelő, mivel a talajvíz folyamatos mozgásban van, nem rendelkezik állandó hőmérséklettel azon a területen, ahová a talajkollektort lefektettük.
24
Anyag Víz Levegő Homok Agyag Humusz Jég
Fajhő
[J/goC]
4,2 1 0,84 0,92 1,7 2,1
2. táblázat Talajalkotórészek hőtani adatai Sűrűsség[g/cm3] Hőkapacitás [J/cm3oC] 1 4,2 0,0012 0,0012 2,5952 2,18 2,7173 2,5 1,6 2,72 0,8952 1,88
A talaj textúrája a szemcseösszetételen, pontosabban a homok, az iszap és az agyag %-os arányán alapul. A talaj textúracsoportjait a domináns szemcseméret-frakció szerint nevezik el, eszerint homok- vályog- vagy agyagtalajokról beszélünk. Ezt módosítják a nem fő frakciók jellemzői, pl. homokos agyag- vagy iszapos agyagtalaj. A talaj textúra csoportjai összetétel lapján: agyagtalajnál: agyag> 40%; iszap <40%; homok <45%, iszapos agyagnál: homok <20%, homokos agyagnál: iszap <20%. vályogtalajnál: agyag: 7-20%; iszap: 28-50%; homok: 23-50%, homoktalajnál: homok> 85%. [31]
23. kép Magyarország talajtextúra térképe [32]
Alföldi talajtani kutatásokra (23. kép) alapozva a tiszántúli-térségben 2 m mélyre az agyagrétegbe helyezik el a földalatti csőrendszert, amely hőmérséklete éves szinten 7-17 oC között ingadozik és megfelelő hőkapacitási és fajhő értékekkel rendelkezik. A talajkollektor 25
elhelyezése előtt mérésekkel meg kell határozni melyik az a talajréteg ahol legoptimálisabb a földalatti csőrendszer elhelyezése. A talajmunka (25. kép) során szintezni (24. kép) kell, hogy a megfelelő mélységbe helyezzük el a talajkollektort. A lefektetett talajkollektor csövei vékonyfalúak legyenek, a könnyebb hőfelvétel miatt, valamint a felhelyezett csőregiszterrel csöveivel azonos hosszúságú csőrendszert kell lefektetni.
24. kép Szintezés [33]
25. kép Talajmunka [35]
26. kép Csövek elhelyezése [35]
26
4.1.2. Csőregiszter kialakítása (28. kép) A csöveket „kígyózóan” a nyílászárók közé és alá a homlokzatba a téglák vízszintes érintkezései közötti kötőanyagba bevésve (27. kép) a falsíkjába helyezzük el, az épületsarkoknál a szomszédos falra átfutóan. A csőregiszter nyomóoldalát felülre kell elhelyezni és figyelni kell a megfelelő lejtésre (1-2cm egy vízszintes csőszakaszra), hogy a víz keringtetésénél ne kelljen plusz energiát befektetni.
27. kép Fal vésése [34]
28. kép Felhelyezett csőregiszter [36]
27
4.1.3. Falréteg kialakítása A csőregiszter lefedése (vakolása) javított mészhabarccsal történik, amelyet úgy kell felvinni, hogy a csöveket minél homogénebben körbevegye, minél kevésbé legyen esély a csőregiszter és a vakolat között légbuborékok kialakulásának. A vakolatra ezután egy glett réteget visznek fel, és ezután történik az EPS hőszigetelés felrögzítése. A rögzítő anyagot a EPS lap oldallapjaihoz közel kb 5-10 cm vastagon visszük fel a lap alakját követve, így a felrögzítés után középen egy szigetelt légrés alakul ki, amely javítja a hőszigetelést. A felrögzített szigetelő lapokra ezután egy glett réteg kerül fel, a többi réteget már az építtető határozza meg.
29. kép Vakolat felvitele
30. kép Felrögzített EPS lapok
28
A lenti diagramot (2. diagram) megvizsgálva észrevehető, hogy az EPS lap vastagságának növelésével, annak hőátbocsátási tényezője exponenciálisan csökken, míg bekerülési költsége (3. diagram) lineárisan nő. Jól látható, a 80 mm-es vastagságot elérve, a vastagság növelésével már nem csak minimálisan csökken a hőátbocsátási tényező. Ugyanez a tendencia figyelhető meg a különböző téglatípusoknál is (4. diagram), a vastagság növelésével nem javítunk számottevően a szigetelés minőségének, viszont a költségeink nőnek. A keringetett desztillált víz ilyen szigetelés alatt csak nagyon szélsőséges időjárási körülmények között fagyna el, valamint ezáltal csökkentjük a költségeket is.
2. diagram Hőátbocsátási tényező az ESP lap vastagság függvényében
3. diagram ESP lap bruttó ára a vastagság függvényében
29
4. diagram Különböző téglatípusokra hőátbocsátási tényezője felszerelt EPS lap vastagsága függvényében
4.1.4. Falsík vizsgálata Az ember hőérzetét négy tényező befolyásolja: - az őt körülvevő levegő hőmérséklete, - az őt körülvevő levegő mozgása, - az őt körülvevő levegő páratartalma, - az őt körülvevő tárgyak, tömegek (falak) hőmérséklete. [35] Megállapítható, hogy minél jobb a falszerkezet hőszigetelő képessége, a külső síkjában annál alacsonyabb hőmérséklet fog kialakulni. A Thermo Drapes segítségével elérhető, hogy a fal tulajdonképpen egy hő tároló közegként viselkedjen, mivel a külső oldalán a föld hőjének segítségével egy magasabb hőmérsékletet hozunk létre, így gátolva a hő távozását.
31. kép Falsík hőmérséklet gradiens értékei
30
32. kép Aktív hőszigetelés nélküli (bal oldal) és aktív hőszigeteléssel (jobb oldal)
Az energiaáramok (ha egydimenziós hőátbocsátásról beszélünk) számításához szükség képletek: Q0=U0(ti–te) – a belső tér hővesztesége aktív hőszigetelés nélkül, Qi=Ui(ti–tf) – a belső tér hővesztesége aktív hőszigeteléssel. A két leglényegesebb összefüggés azt mutatja, hogy azonos felépítésű réteges falszerkezeten belül, egységnyi felületen mekkora a transzmissziós hőveszteség az aktív hőszigeteléssel és nélküle. Jelölések: Q0 – transzmissziós hőveszteség a beltérből a szabadba aktív hőszigetelés nélkül, Qi – transzmissziós hőveszteség a beltérből az aktív zónába, U0 – hőátbocsátási tényező a teljes falszerkezetre, Ui – hőátbocsátási tényező az aktív rétegtől befelé, ti – belső hőmérséklet te – külső hőmérséklet, tf – az aktív réteg hőmérséklete. Amíg a transzmissziós hőveszteség aktív hőszigetelés nélkül (Q0) a külső hőmérséklettel növekszik, addig a földhővel állandó hőmérsékleten tartott belső réteg mellett a külső hőmérséklettől függetlenül állandó (Qi ). [36]
4.2. A rendszer típusai A rendszer egyszerű felépítéséből adódóan a különböző fűtések alap és kombinált változatait is tökéletesen ki tudja egészíteni, a keringtetett folyadék melegítése a talajhő mellett egyéb energiák is bevonásával is megoldható. A kifejlesztett vezérlő elektronika tökéletesen alkalmas épületdiagnosztikai feladatok ellátására, illetve távfelügyelet is biztosítható. A rendszer típusai: TD Geo – Geotermikus energiát hasznosító fűtés, TD Komfort – Fosszilis tüzelőanyagú fűtés, TD Lux – Napenergia hasznosítás kiegészítésére. 31
5. Thermo Drapes-szel felszerelt lakóépület adatai Ingatlan tulajdonosa: Mászlé Ferencné, Kukoricza Katalin Építési helye: 4030, Debrecen Kanális utca 27. Telek területe: 1020 m2 Közműellátása: A telek utcai, földgáz, elektromos áram, vezetékes csatorna és ivóvízvezetékkel ellátott. Épület bruttó alapterülete: 143,36 m2 Hasznos alapterülete: 114,22 m2 Magassági adatok: - járdaszint +-0,00 m - padlóvonal + 0,05 m - homlokzatmagasság + 4,10 m - alapozási sík - 1,00 m - belmagasság + 2,60 m Épület szerkezeti leírása: - Alapozás: monolit csömöszölt beton sávalap a teherbíró talaj szintjén 1,00 m mélységben készült - Lábazat: a monolit beton sávalap folyatatásaként, fagyálló kivitelezésben, cementhabarcsos felületképzéssel. - Talajnedvesség elleni szigetelés: 2 réteg AKVABIT P-417 bitumenes szigetelő lemez, 3 réteg forró bitumenbe ragasztva. - Teherhordó falszerkezet: 30 cm vastagságú Porotherm tégla. - Válaszfalak: 10 cm vastagságú tégla válaszfallapok. - Födém: alul és felül borított gerenda födém. - Áthidalások: Porotherm áthidalók kerültek beépítésre. - Koszorúk: a födém lezárásaként a teherhordó falakon koszorú készült, 4db 10 mm-es betonacél felhasználásával bekötve az épület falazatába. - Kémények: 2db 14/14 cm kürtőméretű, kisméretű téglából falazott kémény, a toldaléképületben vegyes tüzelésű kazán, a lakóépületben gázkazán számára. - Tetőszerkezet: nyeregtető, a betonkoszorúhoz 1,00 m-enként lehorgonyzott talpszelemenekhez a szarufákat horgolással, csavart ácskapoccsal rögzítve. A héjazat LINDAB lemez. - Padlás hőszigetelése: 15 cm vastagságú salakgyapot. - Nyílászárók: egyedi gyártású fa ablakok és nyílászárók.
5.1. Épület helyszínrajza és homlokzatai Az épület tartozó telek (33. kép) méretei tökéletesen elegendők a talajkollektor lefektetéséhez. Az épület 153 m2 csőregiszterrel lefedhető homlokzattal (34-38. kép) rendelkezik.
32
33. kép Helyszínrajz
34. kép Keleti homlokzat
33
35. kép Nyugati homlokzat
36. kép Déli homlokzat
37. kép Északi homlokzat
34
5.2. Az épület rétegrendjei Az A-A metszet a 48. képen került bejelölésre. A falszerkezet Winwatt programmal meghatározott hőátbocsátási tényezője 0,351 W/m2K, amely megfelel a magyarországi előírásoknak.
38. kép A lakóépület földszintjének, falszerkezetének, födémének rétegrendje
35
5.3. Kiépített Thermo Drapes rendszer részeinek adatai: A talajkollektor a telken a lakó- és toldaléképület melletti területen lett kiépítve, összesen 300 folyóméter 32 mm átmérőjű, vékonyfalú KPE100 típusú víznyomócső került lefektetésre a 1,8 m és 2,1 m mélységben. A csőregisztert minden külső falon kiépítették, összesen 338 folyóméter 16 mm átmérőjű Henco-PE-XC típusú cső került felhelyezésre. A talajkollektor 187 liter, a csőregisztert 42 liter desztillált vízzel lett feltöltve. A folyadékot egy WILO Star-RS 25/2 keringető szivattyú (40. kép, 3. táblázat) mozgatja. A folyadék hőmérséklet ingadozása miatt beépítésre került egy Elbi típusú 6 literes tágulási tartály (39. kép) is.
39. kép Keringtető szivattyú és a tágulási tartály
40. kép Keringtető szivattyú és a kiépített szerelvények
36
3. táblázat WILO Star-RS 25/2 szivattyú műszaki adatai
Tápfeszültség: Teljesítményfelvétel [W] Qmax [l/min] Hmax [m] Közeg hőmérséklet [oC] Beállítható fordulatszám fokozatok Nyomásállóság Védettség
230 V 2-7 42 2,5 -10 - +110 3 PN 10 IP44
5.4. Fűtési rendszer típusa Az épület primer hőellátását egy szilárd tüzelésű 19 kW-os Celsius V-20 típusú kazán (41. kép) biztosítja, kétcsöves radiátoros fűtésen keresztül, amelynek hatásfoka 78-82 % között van. Kiegészítésképpen egy hálózati gáz ellátására kapcsolt Westen Energy 240 FI turbós kombinált gázkazán (42. kép) is rendelkezésre áll, melynek maximális hőteljesítménye 24 kW, hatásfoka 90,6 %.
41. kép Celsius V-20 kazán
37
42. kép Westen Energy 240 FI gázkazán
5.5. A rendszer nyomon követése A kifejlesztett Thermo Drapes vezérlőelektronika (43. kép) az adott építmény és környezetének fizikai paramétereit méri és, az adatok megjelenítését valamint tárolását képes biztosítani. A rendszerhez fejlesztett vezérlő segítségével a hűtés és fűtés üzem szabályozható és a pillanatnyi értékek megjeleníthetők és folyamatosan menthetők. A vezérlő elektronika műszaki paraméterei:
Teljesítményfelvétel: 3,2 W Kapcsolási teljesítmény: 3 x 300 W max. Kalibrált hőmérséklet tartomány: -47 oC - +79 oC Mérés gyakorisága: 5 sec.
Mért és számított fizikai paraméterek (44. kép) T1 külső – környezet hőmérséklete (49. kép) [oC], T2 belső – az épület levegőjének hőmérséklete [oC], T3 számított – a szigetelés és a falréteg közötti légrés a fal tulajdonságai alapján számított hőmérséklete [oC], T4 mért – a szigetelés és a falréteg között mért tényleges hőmérséklet [oC], T5 közeg – a csőregiszterben keringtetett víz hőmérséklet [oC], T6 forrás – a kazánból előre menő víz hőmérséklete [oC], T7 kazán – kazánba visszatérő víz hőmérséklete [oC], 38
T8 talaj – a talajkollektor körüli földréteg hőmérséklete [oC], T9, T10 – jelenleg nem mérünk vele paramétert, Fény – beérkező fényerősség [Lux] (50. kép), Nedvesség – levegő páratartalma [%].
A Thermo Drapes rendszer fűtési időszakban a vezérlő elektronika szabályzása szerint akkor lép működésbe, ha a falréteg hőmérséklete a számított falréteg hőmérséklet alá esik.
43. kép Vezérlő elektronika
44. kép Mért paraméterek pillanatnyi és időbeli megjelenítése
39
5.5.1. A felhasznált szenzorok műszaki adatai DS18B20 típusú hőmérsékletérzékelő szenzor (45. kép): Használható hőmérséklet tartomány: -55 és 125 ° C (-67 ° F-től 257 ° F) Pontosság: ± 0,5 °C, -10 °C és +85 °C közötti hőmérséklettartományban Lekérdezés idő kevesebb, mint 750ms Használható feszültség: 3.0V - 5.5V táp / adat
45. kép DS18B20 hőmérsékletérzékelő szenzor
DHT11 páratartalom mérő szenzor (46. kép): 3 - 5V táp és adat I/O 2.5mA maximum áramfogyasztás a mérési konverzió ideje alatt Páratartalom mérés: 20-80% relatív érték 5%-os pontosság 1 Hz mintavételezés
46. kép DHT11 páratartalom mérő szenzor
TSL2561 fényérzékelő szenzor tulajdonságai (47. kép): Feszültségtartomány: 2,7-3,6V Hőmérséklet tartomány: -30 - +80 oC Dinamikus mérési tartomány: 0,1 - 40.000 Lux
47. kép TSL2561 fényérzékelő szenzor
40
5.5.2. Szenzorok elhelyezése
48. kép Szenzorok elhelyezkedése az épületben
41
49. kép T1 hőmérséklet érzékelő szenzor elhelyezése a külső falfelületen
50. kép Fényérzékelő szenzor elhelyezése
42
5.6. A rendszer kiépítésének megtérülési ideje 5.6.1. Anyagköltség A Thermo Drapes kiépítésének anyagköltségét (4. táblázat) erre a lakóépületre számoltam ki, a munkaköltséget nem számítva. A munkaköltség tartalmazza a talajmunkát, a fal munkálatait. Az anyagköltségnél átlagárakat vettem figyelembe a pillanatnyi piaci árak szerint. 4. táblázat Anyagköltségek
Anyag megnevezése
Egységár
Felhasznált mennyiség
KPE 100 cső d=32 mm Henco-Pe XC d=16 mm
200 HUF/m 230 HUF/m
300 m 338 m
60000 77740
HUF HUF
1200 HUF/m2 60 HUF/liter
153 m2 229 liter
183600 13740
HUF HUF
24000 HUF/db
1 db
24000
HUF
6000 HUF/db 2900 HUF/db 1600 HUF/db
1 db 7 db 1 db
6000 20300 1600
HUF HUF HUF
3500 HUF/db
1 db
3500
HUF
Összesen:
390480
HUF
EPS 80 8 cm Desztillált víz
WILO Star-RS 25/2 szivattyú Elbi 6 literes tágulási tartály
DS18B20 szenzor DHT11 szenzor TSL2561 szenzor
Anyagköltség
5.6.2. A rendszer üzemeltetési költségei A fűtési szezon átlagosan október 15-től a következő év április 15-ig tarthat, a valóságban természetesen ez változhat. Ez az jelenti, hogy jó esetben a rendszert 182 napon keresztül kell működtetni (ha nincs szökőév), amely 4368 üzemi órát jelent. A rendszerben villamos teljesítményt vesz fel a szivattyú és a szenzorok és a vezérlő elektronika, viszont a számolásnál csak a szivattyú villamos teljesítményét vettem figyelembe, mivel az elektronika áramfelvétele elhanyagolható. A szivattyú felvett teljesítményét 7 W-nak vettem, így a fűtési időszakban 305,76 kWh az energia igénye, amely 38 Ft/kWh áramdíjjal számolva összesen: 11620 HUF. A rendszer telepítése és fenntartása a telepítés évére számolva, tehát 402100 HUF, amely 153 m2-es homlokzatra számolva 2630 HUF/m2 költséget jelent.
5.6.3. Megtérülési idő A lakóépület fűtését elsősorban fafűtéssel oldják meg. A fűtésre felhasznált tapasztalat szerint fa mennyisége a rendszer beépítése előtt 100-120 mázsa fát igényelt, amely a rendszer beépítése után 30-40 mázsa fára redukálódott. A fűtésre használt fa típusa hasított akácfa volt, 43
melynek nedvességtartalma légszárazon (1 éves szárítás elegendő hozzá) 15%-os, sűrűssége 700 kg/m3, fűtőértéke pedig (ilyen sűrűsség mellett) 12633 MJ/m3.[37] A fentebb leírt fatömeg ezáltal beépítés előtt 14,3-17,2 m3 , beépítés után pedig 4,3-5,7 m3 famennyiségnek felel meg. Legrosszabb esetben (azaz a legkisebb mennyiségű tüzelőanyag csökkenésnél) 8,6 m3, legjobb esetben (azaz a legnagyobb mennyiségű tüzelőanyag csökkenésnél) 12,9 m 3 mennyisé tüzelőanyag csökkenést jelent. A lenti táblázatban (5. táblázat) foglaltam össze a két lehetséges tüzelőanyag esetében a lehetséges megtakarítást, a földgáz mennyiségét a felhasznált fa mennyiségéből és fűtőértékéből átszámolva, a kazánok hatásfokát is figyelembe véve. 5. táblázat Thermo Drapes rendszerrel megtakarítható tüzelőanyag
Legrosszabb esetben Tüzelőanyag típusa
akác földgáz
Beépítés előtti felhasználás [m3]
14,3 3754,8
Beépítés utáni felhasználás [m3]
5,7 1496,7
Fűtőérték [MJ/m3]
12633,0 34,0
Tüzelőanyag csökkenés [%]
Anyagár [HUF/m3]
60,1 60,1
12000,0 113,0
Tüzelőanyag csökkenés [%]
Anyagár [HUF/m3]
75,0 75,0
12000,0 113,0
Költségcsök Kazán kenés hatásfoka [HUF] [-]
154800,0 255168,6
0,8 0,9
Legjobb esetben Tüzelőanyag típusa
akác földgáz
Beépítés előtti felhasználás [m3]
17,2 4516,3
Beépítés utáni felhasználás [m3]
4,3 1129,1
Fűtőérték [MJ/m3]
12633,0 34,0
Költségcsök Kazán kenés hatásfoka [HUF] [-]
232200,0 382752,9
0,8 0,9
Az anyagköltség megtérülése, a rendszer folyamatos működése mellett legrosszabb esetben is 5 év alatt végbe mehet, de természetesen ezt befolyásolhatja a hőmérséklet éves ingadozása, a talajhőmérséklet, a fűtésre felhasznált fa összetétele és ára. A munkaköltségek becsült értéke az anyagköltség duplája, tehát a rendszer össze költsége 10 év alatt nyerhető vissza.
44
6. Hőkamerás vizsgálat A hőkamerás felvételeket egy FLIR b50 típusú hőkamerával végeztük, melynek műszaki adatai a következők: mérhető hőmérséklet-tartomány: -20-tól 120 oC, beállítható emissziós tényezők: 0,1-től 1-ig, látómező / minimális fókusztávolság: 25o x 25 o / 0,1 m, hűtés nélküli fókuszsík: 19600 pixel (140 x 140), spektrumtartománya: 7,5-13 µm, termikus érzékenysége: <0,1 oC 25 oC-on, A méréseket 1 m távolságból végeztük el belső terekben, a ház külső határoló falain. A külső hőmérséklet 4 oC, a belső 22 oC volt és az emissziós tényezőt az előzetes hőmérsékletmérések alapján ε=0,95-nek választottam.
6.1. Thermo Drapes működése nélküli ház hőkamerás vizsgálata A hőkamerás képek vizsgálatakor jól látható, hogy hőhidak a falsarkoknál (51. kép), illetve a falak és a födém találkozásánál jönnek létre. A falon található tárgyak alatt (52. kép, 53. kép) alacsonyabb lesz a hőmérséklet, mint a fal többi részén, hiszen nem engedik, hogy a levegő felfűtse az alattuk lévő falrészt. A falak hőmérséklete nem emelkedik 18 oC felé, és mivel a belső levegő hőmérséklete 22 oC, a falak felé egy hő- és levegőáramlás alakul ki, amely rontja az ember hőkomfort-érzetét.
51. kép Falsaroknál és a födémnél létrejövő hőhíd
45
52. kép Falfelület hőkamerás felvétele falon lévő tárgyakkal
53. kép Falfelület hőkamerás felvétele az egyik falon lévő tárgy nélkül
46
6.2. Thermo Drapes működése mellett A hőkamerás felvételeket vizsgálva jól látható, hogy eltűnnek a falsarkokban lévő hőhidak (54-56. kép), valamint a falak is magasabb hőmérsékletűek. Szembetűnő, hogy a falon levő tárgyak mögött (57. kép, 58. kép), illetve az olyan falsarkoknál, amelyek előtt (59. kép) valamilyen tárgy van, nagyobb hőmérséklet alakul ki. A födémeknél és nyílászáróknál itt is látható a hőhidak kialakulása, mivel ezek szigetelése még elavult, ezek felújítására még nem került sor. A falsarkoknál eltűnő hőhidakra és a falak magasabb hőmérsékletére magyarázata a csőregiszter felszereléséből adódik, mivel itt a csövek a falsarkon lévő másik falra és átfutnak, ezáltal itt is tartva a fal külső felületén a talajkollektorból felvett hőmérsékletet. A falakon lévő, valamint a falak előtti tárgyak mögött kialakuló nagyobb hőmérséklet magyarázata, hogy a Thermo Drapes rendszerrel felszerelt falak tulajdonképpen egy hőtároló közegként viselkednek, ha felfűtjük őket, mivel a fal külső részén keringtetett víz és szigetelés nem engedi a hő kiáramlását.
54. kép Falsarok hőkamerás felvétele
47
55. kép Falsarok és nyílászáró hőkamerás felvétele
56. kép Falsarok hőkamerás felvétele
48
57. kép Fal és sarok hőkamerás felvétele falon lévő tárggyal
58. kép Falfelület hőkamerás felvétele a tárgy eltávolítása után
49
59. kép Falsarok hőkamerás felvétele előtte lévő tárggyal
6.3. Thermo Drapes rendszer előnyei, hátrányai Előnyök: Hátrányok:
Fűtési költségek csökkenése. Egyaránt használható fűtés és hűtés kiegészítésére is. A rendszer egyszerűsége miatt nagyfokú üzembiztonság biztosítható. Nem igényel komolyabb karbantartást. Felszerelésével nő az épület értéke, mivel jobb energiaosztályba kerül besorolásra. Környezetbarát. Viszonylag kis anyagköltség. Emberi léptékkel mérve gyors megtérülés. Lehetőség van gyors beavatkozásra. Jobb hőkomfortérzetet biztosít, mint a passzív hőszigetelés. Üzemeltetési költségek alacsonyak. Utólagos kivitelezés is lehetséges. Telekkel nem rendelkező épületek nem szerelhetők fel a rendszerrel. Drágább, mint a passzív hőszigetelés. Üzemeltetésében adódhat meg meghibásodás. Szakszerű kiépítés szükséges hozzá. A vezérlőelektronika és a szivattyú központ kialakítás helyet igényel. 50
7. Összegzés Az energiatakarékossági, környezetvédelmi, és a megújuló energiaforrások felhasználásának növelésére vonatkozó előírásokat az aktív hőszigetelés minden szempontból kielégíti, mivel megújuló energiaforrást használ fel, csökkenti egy épület energiaigényét, és működése során nem keletkezik környezetkárosító melléktermék. A Thermo Drapes rendszer véleményem szerint megtérülési, és szigetelési szempontból is az aktív hőszigetelés egy gyakorlatban is megfelelően működő formája. A megtérülési ideje emberi léptékkel számítva kielégítő. A hőkamerás mérés mutatta meg legjobban a rendszer hatékonyságát. Még egy hőszigetelt épületben is a legnagyobb hőveszteség a sarkokban és a födém és falszerkezet találkozásánál van. Az aktív hőszigeteléssel felszerelt épületben egyértelműen látszik, hogy a falsarkoknál lévő hőhidak eltűntek, valamint, hogy a falak jóval nagyobb hőmérsékletűvé válnak. Egy családi háznak a fűtési költsége jelentősen csökkenthető, viszont ehhez szükség van anyagi befektetésre. A karbantartása könnyen megoldható, meghibásodására kevés az esély, mivel nem egy bonyolult rendszert alakítunk ki. Véleményem szerint a legnagyobb potenciált az jelenti, hogy utólagosan is felszerelhető, felszerelése nem igényel összetett eljárást. A kiépítésnek nincs környezetre káros hatása, a földmunkával okozott „kár” egyszerű tereprendezéssel kijavítható, a keletkező törmelék megfelelő odafigyeléssel minimális környezetkárosítással eltávolítható. Azt is szem előtt kell tartani, hogy nem csak fűtésre, hanem hűtésre is alkalmazható. A témámban nem tértem ki az ebből adódó költségcsökkenésre, nem részleteztem az ebben rejlő lehetőségeket, de szerintem a megtérülésnél mindenképp figyelembe kell venni. A jövőbeli irányvonalat a mérési adatok további bővítése, a rendszer más földtani tulajdonságokkal rendelkező talajban való kiépítése, illetve a vezérlő egység fejlesztése jellemzi. Továbbá az aktív hőszigetelési rendszer szélesebb körű ismertetése, elterjesztése, valamint, hogy uniós pályázatokon keresztül tovább csökkentsük a kiépítési, működési költségeket. Szívesen dolgoztam ezen a témán, általa egy újszerű, izgalmas, de logikusan felépített rendszert ismerhettem meg, valamint tapasztalatot szerezhettem a hőkamerás mérésekben.
51
8. Irodalomjegyzék [1] http://hu.wikipedia.org/wiki/H%C5%91szigetel%C3%A9s#cite_note-1 [2] http://www.epszerk.bme.hu/docs/passziv_magyar.pdf [3] http://energiapedia.hu/hohidak [4] http://www.epitesihibak.hu/hokamera/ [5] http://hokameras-vizsgalat.radlerepitesziroda.hu/mire-jo-a-hokamera.php [6] http://www.immotherm.hu/hohidak-vizsgalata [7] http://hu.wikipedia.org/wiki/%C3%89p%C3%BCletek_h%C5%91szigetel%C3%A9se [8] http://hu.wikipedia.org/wiki/H%C5%91szigetel%C3%A9s#cite_note-9 [9] http://www.ursa.hu/hu-hu/termekek/Documents/Talajon_fekvo_padlo_web.pdf [10] http://www.megepitem.hu/id-53-retegrendek_kialakitasa.html [11] http://5824.partner.net-tech.hu/wp-content/uploads/2012/10/padlo_hoszigeteles.jpg [12] http://www.hozo-hoszigeteles.hu/hoszigetelo_rendszerek [13] http://5824.partner.net-tech.hu/wp-content/uploads/2012/10/labazati_hoszigeteles_hianya.jpg [14] http://www.epitesihibak.hu/hokamera/ [15] http://ezermester.hu/cikk-4610/Padlasfodemek_hoszigetelese [16] http://ezermester.hu/cikk-590/Tetok_hoszigetelesenek_felujitasa [17] http://www.megepitem.hu/id-53-retegrendek_kialakitasa.html [18] http://www.halasihir.hu/hokameras-felvetel [19] http://www.megepitem.hu/id-53-retegrendek_kialakitasa.html [20] http://hokameras-vizsgalat.radlerepitesziroda.hu/mire-jo-a-hokamera.php [21] http://hu.wikipedia.org/wiki/H%C5%91szigetel%C3%A9s#cite_note-11 [22] http://www.ablaknet.hu/termekek/ablak/fa/ketretegu-uveggel-68mm [23] http://ablakuzlet.hu/index.php?menu=fa_homlokzati [24] http://www.nyilaszaro-uzlet.hu/ablakuveg.htm [25] http://365.postr.hu/cimke/homlokzat [26] http://www.aktivhoszigeteles.hu/index.html [27] http://isoactive-3d.hu/index.php?option=com_content&view=section&layout=blog&id=5&Ite mid=55 [28] http://isoactive-3d.hu/index.php?option=com_content&view=section&layout=blog&id=7&Itemid=56 [29] http://www.thermodrapes.hu/informacio/ismerteto/%C3%A9p%C3%BCletek-h%C5%B1t%C3%A9sef%C5%B 1t%C3%A9se-talajh%C5%91vel?page=1
[30] Dr. Nagy János, Debreceni Egyetem, Földhasznosítási, Műszaki és Területfejlesztési Intézet Földművelés előadása [31] http://enfo.agt.bme.hu/drupal/node/3093 [32] http://enfo.agt.bme.hu/drupal/node/3093 [33] http://www.thermodrapes.hu/informacio/referencia/thermo-drapes-rendszer ki%C3%A9p%C3%ADt%C3%A9se?page=3
[34]http://www.thermodrapes.hu/informacio/referencia/thermo-drapes-rendszerki%C3%A9p%C3%ADt%C3%A9se?page=3 [35]
http://www.gerappa.hu/tervezokkivitelezok-oldala/epiteszeknek-altalanos-szempontok/hoerzetrol-
altalaban.html
52
[36] http://koos.hu/2014/02/08/az-aktiv-hoszigeteles-elemzese/ [37] https://sites.google.com/site/akacfaoszlop/akac-fa-jellemzoi
53
