RACIONÁLIS ENERGIAFELHASZNÁLÁS, ENERGIATAKARÉKOSSÁG
3.9 4.6
Energetikai optimálások épületek energiafelhasználásánál Tárgyszavak: fajlagos energiaigény; klimatizálás; napenergia; abszorpciós hűtés; tüzelőanyag-elem.
Irodaépületek A szolgáltatási szektor nem lakóépületként használt építményei a német statisztika szerint az ország végső energiafelhasználásának 20%-át teszik ki. A fajlagos, egy négyzetméterre jutó energiafelhasználásban az irodaépületek nagyobb súlyt képviselnek, mint a lakóépületek (1. ábra). Elsősorban a villamosenergia-igényük nagyobb, mivel a műszaki készülékellátottságuk nagyobb. Hőből viszont kevesebbet igényelnek, mint a lakóházak. Elsősorban a melegvíz-készítésben marad el fajlagos igényük.
300
2 fajlagos fajlagosenergiaigény, energiaigény,kWh/m kWh/m2
250 250
villany a készülékekre
230
villany az épületelemekre 50
hő
200 100
150 100 50
125
125
125
6
90
25
50
60 15
75 40
25
0 szabvány lakóépületek
optimált
szabvány
optimált
irodaépületek
1. ábra Épületek fajlagos energiafelhasználásának összevetése (német és svájci adatok alapján)
Az irodaépületek évi költségtételei között kiemelkedik az alkalmazottak fizetése; a közvetlen energiaköltség alig 1%-ot tesz ki. A közvetett költségekben viszont az energia már jelentősebb tétel. Egy légkondicionált irodaépület ötven év alatti működése során ez a tétel már kiteheti a teljes létesítési költség felét. A munkahely optimális kialakításában nagy szerepe van a minőségi követelményeknek. Példa erre a folyadékkristályos (LCD) képernyők használata, amely jobb képminőséget ad, ugyanakkor 70%-kal kevesebb energiát igényel, mint a hagyományos monitorok, és csökkenti a helyiség nyári hűtési igényét is. Az energiatakarékos épületeknél a jó hőszigetelés alapvető követelmény, és ennek gazdaságossága ritkán vonható kétségbe. Kedvező áron kaphatók jó hőszigetelő anyagok, és a megfelelő hővédelmet teremtő üvegezések már a tömeggyártás termékei. Nagy épületeknél a szellőztetéssel sok hő elveszhet, ezért a hővisszanyerő berendezések jó szolgálatot tesznek. A friss levegő előmelegítésével egy hőcserélő segítségével a távozó hő 80%-a visszanyerhető. Lényeges, hogy a légcsatornák ellenállása ne legyen nagy, mert így a keringetéshez használt villamos energia csökkenthető. Alternatív megoldásként a hővisszanyeréshez hőszivattyú is használható. Vissza a természethez – jelszóval lemondhatnak a hűtőgépekről a klimatizálásban, ha ún. passzív hűtést használnak. A megfelelő építészeti megoldás, a természetes átszellőztetés használata, az éjszakai hűvösebb levegővel való átszellőztetés kedvező eredményt adhat. A lapos tetőn elhelyezett, vízzel hűtött csőrendszeren átáramoltatott levegővel is jó eredményt lehet elérni. Az épület megfelelő hőtároló-képességét felhasználva természetes vagy mesterséges légáramlattal – óránkét két- vagy ötszörös légcserével – a megfelelő lehűtés elérhető. Egy másik megoldás a földben elhelyezett, műanyag csövekkel kialakított hőcserélő, amellyel a szellőztető levegő akár 5–10 °C-kal is lehűthető. Lényeges szempont az épület tervezésekor, hogy a mesterséges megvilágítást a lehetőség szerint a napfény helyettesítse. A napfény nélküli iroda – napi 8 óra munkát feltételezve – legalább 20 kWh/m2·a fajlagos villamosenergia-igényt jelent. Az emberek jobban szeretik a természetes fényt, a rossz megvilágítás a teljesítményt is csökkenti. A világítás fajlagos energiaigényét legalább 10 kWh/m2·a-val lehetne csökkenteni. A világítás tervezésekor már az épület tájolását is figyelembe veszik, gondolnak a belső tér kiképzésére, a homlokzat kialakítására, a megfelelő anyagok (tetők, falak, bútorok) fényelnyelő tulajdonságaira, a napvédő és árnyékoló rendszerek tagolására és természetesen a mesterséges fényrendszer optimális kialakítására is. Természetesen gondolni kell a különféle ellentétes hatásokra is (pl. a magasabb belső tér javítja a természetes megvilágítást, ugyanakkor növeli a hőveszteséget). Az energiatakarékos épületeknél rendszerint gondolnak a megújuló energia – elsősorban a napenergia – minél nagyobb felhasználására. Példa
ként említhető, hogy már egy négyzetméter napelemmel annyi villamos energiát lehet előállítani, hogy az elegendő lenne tíz négyzetméter irodafelület megvilágítási igényének fedezéséhez. A napelemes rendszer persze sokba kerül, de a német jogrend – a megújuló energiák hasznosítására vonatkozó törvény – szerint támogatják a napelemekkel előállított villamos energiát (nem magának a napelemnek a felszerelését). A napenergia napkollektorok segítségével az épületben szükséges meleg víz előállításához is használható, abszorpciós hűtőgépek használatakor pedig támogathatja a hűtést is. Klimatizáció napenergiával Energiatakarékos és környezetbarát megoldást jelent, ha a légkondicionáláshoz napenergiát használnak. Közvetlen összefüggés van ugyanis a napsugárzás és a klimatizálási igény között. A drezdai Institut für Luft- und Kältetechnik (Lég- és Hütéstechnikai Intézet) kutatásokba kezdett a napenergia segítségével megvalósítható légnedvesség- és hőmérséklet-csökkentés témájában. Két lehetőséget vettek számba: a szorpciós klimatizálást és a napelemek segítségével működő hűtőberendezések használatát. Szilárd elnyelőt használó abszorpciós hűtéshez használtak napenergiát. Egy épület tetején elhelyezett, 100 m2-es napkollektor szolgáltatja például a hőt a szorbciós kerekek regenerálásához. Dél-Németországban hamarosan ilyen berendezéseket használnak majd. Az abszorpciós készülékekkel való légkondicionáláshoz egyébként a napenergia mellett fel lehet használni a kapcsolt energiatermeléssel működő tömbfűtő-erőművek hulladékhőjét is. A Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) kutatási programjában is szerepel az épületek hűtéséhez és légkondicionálásához használt napenergia. Ezt a projektet német professzor koordinálja. Freiburgban egy nagy üvegfelületekkel ellátott teremben korábban elviselhetetlenül meleg volt nyáron, ha sütött a nap. A napenergiával működő klímaberendezés most kellemes hőmérsékletről gondoskodik. Épületbővítés energiatakarékossággal A Kasseli Egyetem egyik épületénél, a Környezetbarát Építések Központjánál (ZUB1) a kutatók és a fejlesztők a „saját” építményük bővítésekor használták ki az energiatakarékossági lehetőségeket. Az egyszerű, egyudvaros, vakolt homlokzatú új épület közvetlenül csatlakozik a műemlékvédelem alatt álló régi épülethez. A két épületet „fényudvar” köti össze, amely egyben az új épület ún. látványcsarnoka, ahol kiállításokat rendeznek. Az új épület többi része, az irodák és a laboratóriumok térsége viszont elég konzervatív építési módon készült el. Az építők mégis lehetőséget kaptak arra, hogy a homlokzat kialakításával, a berendezések megvá 1
ZUB = Zentrum für Umweltbewusstes Bauen
lasztásával és a belső terek megfelelő klimatizálásával gyakorlatban mutassák be az energiatakarékossági lehetőségeket. A homlokzat kialakításakor alapkövetelmény volt az energiafogyasztás mérséklése. A külső falak hőátbocsátási tényezője a szokásos 0,2 W/m2·K alatt van. A déli tájolású főhomlokzat lehetővé teszi a napenergia passzív hasznosítását. A háromrétegű, „hővédő” ablakok lehetővé tették, hogy a hőátbocsátási tényező itt is nagyon kedvező (0,9 W/m2·K) legyen. A szellőztetés minimális hővesztesége érdekében hővisszanyerőt építettek be, amelyen át a friss levegő előbb az átriumba, majd az irodák és a laboratóriumok térségébe áramlik. Az átrium lehetővé teszi télen a levegő előmelegítését. A 3000 m3/h teljesítőképességű szellőzőberendezés gondoskodik a levegő megfelelő áramoltatásáról. Az elhasznált levegő ellenáramú hőcserélőn át távozik. A fűtéshez az épületelemekben elhelyezett hőcserélők szolgálnak. A földszinti és az első emeleti födémekben helyezték el a csőkígyókat, amelyekben víz áramolhat. Az egyes területeken egymástól elkülönítve is szabályozni lehet ezt a padlófűtést. Csak nagyon kis hőmérséklettöbblet kell így a hőleadáshoz. Az automatikus szabályozórendszer lehetővé tette, hogy az épületelem felületi hőmérséklete csak 23 °C legyen. A víz visszaáramlási hőmérséklete volt a szabályozási jellemző. Amennyiben a helyiségben a levegő hőmérséklete megegyezett az épületelem felületi hőmérsékletével, akkor nem is volt hőleadás. A rendszert tehát önszabályozóvá lehetett alakítani. A hűtéshez többféle megoldást próbáltak ki, de lemondtak a mechanikus hűtőrendszerről. Napvédőket használtak, éjszakai átszellőztetést próbáltak ki, a hőterhelést csökkentették az automatikus világításszabályozással. A betonfödémekbe ágyazott csőkígyókban hideg víz áramoltatásával is jó eredményeket értek el. A hűtésre használt víz felmelegedett, de a talajban elhelyezett csőkígyókban ezt ismét lehűtötték. Az új épület teljes fajlagos energiafelhasználása 70 kWh/m2·a, amiből a fűtési igény csak 25 kWh/m2·a-t tesz ki. A szövetségi minisztérium által is támogatott programban (optimális napenergia-hasznosítás) az energetikai adatokat folyamatosan mérik és kiértékelik, majd azt a tapasztalatok érdekében nyilvánosságra hozzák. Az új ZUB-épület 1630 m2 bruttó alapterülettel egy év alatt (2000 tavaszától 2001 tavaszáig) készült el, és mintegy 4,7 M DEM-be került. Régi lakóépület korszerűsítése A Volkswagen cég kifejlesztette „háromliteres” autóját, amelynek példájára Ludwigshafenben egy régi lakóház korszerűsítésekor megvalósították a „háromliteres” ház mintáját: a modernizált lakásokhoz négyzetméterenként és évente csak három liter tüzelőolaj felhasználására van szükség, ami 80%-nál nagyobb csökkentést jelent a szén-dioxid-kibocsátásban.
A BASF AG ipartelepe közelében lévő, a harmincas években épült lakóépületet felújították. A WINGLAS cég többféle megoldással (2. ábra) korszerűsítette 2001 nyarára az épület kilenc lakásának (összesen 700 m2 lakófelület) energiaellátását úgy, hogy a nem szanált régi épületekhez képest az évi fűtési hőigény 7–10-szeresen csökkent.
központi szellőztetés hőcserélővel NEOPOR hőszigetelés VINIDUR háromrétegű ablak latens hőt tároló vakolat
tüzelőanyag-elem fűtőberendezés
2. ábra Régi épület korszerűsítése: „háromliteres” ház A „jövő háza” projektnél minden elemet tekintetbe vettek az energiatakarékossághoz. A BASF cég NEOPOR elnevezésű új szigetelőanyaga 20%-kal jobb hőtechnikai jellemzőket mutat a régi Styroporhoz képest. A régi házaknál konstrukciós okokból nincs lehetőség vastagabb szigetelésekre, ezért a 20 cm-es új szigetelőpaplanokkal nagyon jó eredményt értek el. Az energiamérleg pozitív, hiszen a szigetelő gyártásához felhasznált 100 kWh az ötvenéves élettartam alatt 120-szoros megtérülést ígér. A BASF cég által kifejlesztett új vakolattípus felhasználásával olyan belső, 2 cm-es vakolatot hordtak fel, amelynek a hőkapacitása megfelel egy 20 cm vastag téglafaléval. A hőt tehát jól tárolhatja ez a vakolat. Amennyiben nyáron túl meleg van kint, a vakolat viasztartalmának olvadási hője felveheti ezt a meleget úgy, hogy a belső hőmérséklet nem emelkedik.
Az ellenőrzött szellőzéshez a tetőtérben hőcserélőt állítottak fel, amely a távozó hő 85%-át átadhatja a beáramló friss levegőnek. Az ellenőrzött szellőztetéssel az épület légtömörségét biztosítani lehetett, lezárták tehát a réseket. Háromréteges üveggel ellátott, VINIDUR nevű ablakok használatával szintén jelentős hőveszteség-csökkentést sikerült elérni. Az épület hő- és villamosenergia-ellátására a pincében tüzelőanyagelemes mini erőművet állítottak fel. A földgázzal működő polimer-membrános (PEM) tüzelőanyag-elemet egy német és egy amerikai cég közösen fejlesztette ki. A prototípust – ellentétben az elképzelésekkel – még nem lehet felügyelet nélkül üzemeltetni, de a következő évben már egy ilyen optimált új megoldást fognak használni. A kísérleti szanálási program célszerűségének igazolására nagyon sok mérőkészüléket építettek be. A sok száz szenzor és a kilométeres vezetékek segítségével központilag fel tudják dolgozni a mérési eredményeket, így az évente mintegy 120 millió mérés elemzésével igazolni lehet a tervezők elképzeléseit. Az első fűtési idény eredményeit már egy féléves beüzemelés után értékelni tudták. Megállapították, hogy a korszerűsített épület energiafelhasználása valóban megfelel a „háromliteres” követelménynek. (Szentpály Tibor) Voss, K.: Energieoptimierter Gewerbebau – Qualität und Effizienz am Arbeitsplatz. = IndustrieBAU, 47. k. 5. sz. 2001. p. 16–20. Hausladen, G.; de Saldanha, M.; Sager, Ch.: Reduzierter Energieverbrauch – Forschung aus eigenem Haus. = IndustrieBAU, 47. k. 5. sz. 2001. p. 22–25. Mertz, G.: Gebäudekühlung – Mit Sonnenenergie klimatisieren. = IndustrieBAU, 47. k. 5. sz. 2001. p. 52. Vogel, B. : Think Future – der Umgang mit Energieeinsparungen. = GAS, 52. k. 6. sz. 2001. nov./dec. p.34–36.
HÍR Újonnan épített és kis energiafogyasztású házak fűtése Az újonnan épített és kis energiafogyasztású házak fűtő- és melegvíz-ellátó rendszerének költsége jelentősen eltér egymástól. Az ASUE munkacsoport a takarékos és a környezetbarát energiafelhasználás érdekében korszerűsítette és 2001 márciusában ismét megjelentette az „Újonnan épített házak – kis energiafelhasználású házak – fűtés, melegvíz-ellátás, szellőzés” c. tanulmányát, amely jól követhető költség-összehasonlítást tartalmaz a legelterjedtebb fűtési rendszerekre. A tanulmány díjmentesen megkapható az ASUE munkacsoporttól (telefon: 0049 (0) 631 360-9070, e-mail: ASUECcompuserve.com). (GWF Gas-Erdgas, 142. k. 10. sz. 2001. p. 675.)
