Ökológikus építészet 2

Ökológikus építészet 2

Csoknyai Tamás [email protected] Budapesti Mûszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

1

Az üzemeltetés energiafelhasználása ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

2

Az energiafelhasználás összetevői Futési hő HMV hő Villamos energia: Épületgépészet (szivattyúk, ventilátorok, légkondicionáló berendezések, motoros szelepek, zsaluk, hőszivattyú, villanybojler, villamos futés) Lift, háztartási gépek, világítás ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

3

Primer energiafelhasználás Primer energia fogalma Végső energia fogalma

ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

4

Energiahordozók CO2 kibocsátása


5

Anyag- és energiaáramok 1


6

Anyag- és energiaáramok 2


7

A futés és HMV hőfelhasználás összetevői 1 VESZTESÉGEK: Transzmissziós veszteségek Külső falak Tető Talaj Nyílászárók Hőhidak

Szellőzési veszteségek Spontán légcsere réseken Ablaknyitás Szellőzőrendszer


8

A futési és HMV hőfelhasználás összetevői 2 HMV veszteség Felhasználási Készenléti

Épületgépészeti rendszer veszteségei (szekunder) Szabályozás hiánya Szigeteletlen vezetékek, berendezések

NYERESÉGEK: Szoláris nyereségek Belső hőnyereségek: Emberek metabolikus hőleadása Berendezések, háztartási gépek, világítás, főzés

HŐTÁROLÓ TÖMEG HATÁSA ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

9

A futési hőfelhasználás és a szabványok 250 200 150 100 50 0 Ø Stock

WSchVO 1982 WSchVO 1995


EnEV 2002

Passive House

10

Az épület energiamérlege 1 & Q Q& tr + Q& sz + Q& szol + Q& belső + tárolt + Q& F /H = 0 T Q& tr Transzmissziós energiaáramok Q& sz Szellőzési veszteségek Q& szol Szoláris hőnyereség Q& belső Belső hőforrások Q& tárolt Tárolt hő időbeni változása T Q& F / H Fûtési / hûtési rendszer teljesítménye ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

11

Az épület energiamérlege 2 Transzmisszió, szoláris nyereségek, hőtárolóképesség tervezhető Szellőzési veszteségeket a lakók erőseb befolyásolják Belső hőterhelés viszonylag független az épülettől, de bizonyos mértékben befolyásolható (energiatakarékos berendezések


12

Energiaáramok egy épületben


13

Integrált épületgépészeti rendszer


14

Energiaáram-mechanizmusok 1 Természetes és mesterséges áramok okozta felületi konvekció, melyet befolyásol a felületképzés, a geometria és a hőmérsékleteloszlás Felületek közötti hosszúhullámú sugárzásos hőcsere, melyet a felületi hőmérséklekülönbség okoz és befolyásol a felületképzés és a geometria Felületi rövidhullámú sugárzáselnyelés, melyet befolyásol a pillanatnyi nappálya, a tájolás, a környezet beépítettsége, az épület geometriája, valamint az építőanyagok transzmissziós, reflexiós és abszorpciós tényezője


15

Energiaáram-mechanizmusok 2 Árnyékolást és hőszigetelést meghatározza a környezet és a homlokzati elemek, és függ a fekvéstől és a pillanatnyi időjárási viszonyoktól Külső felületi hosszúhullámú hőcsere függ az ég állapotától, és attól, hogy milyen szögben látja az épület a tájat Az infiltrációs és helyiségek közti belső légmozgásokat a nyomáskülönbégek okozzák és függenek az épület légrés-eloszlásától, a lakói szokásoktól, valamint a szellőzési rendszertől ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

16

Energiaáram-mechanizmusok 3 Belső hőnyereségek – sztohasztikus folyamatok, melyeket a lakók és a berendezési tárgyak okoznak és függenek a szociális és komfort tényezőktől Hőleadók okozta hőcsere: sugárzásos, konvektív vagy vegyes, függ a szabályozási renszertől és annak használati módjától Szabályozó rendszerek okozta beavatkozások Egyéb komplexitások, a filmtechnológia, szoláris és egyéb rendszerek révén ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

17

Energiatudatos tervezés elemei 1 ÉPÍTÉSZETI ESZKÖZÖK: Kompakt forma, alacsony ΣA/V arány Defenzív/szoláris tervezés Táj- és klimatikus adottságok kihasználása Határolószerkezetek hőszigetelése Jó hőellenállású nyílászárók Természetes szellőzés lehetősége (napkémény) Légtömörség Külső árnyékolás/integrált árnyékolás speciális hővédő üvegezések Ökológikus anyagválasztás ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

18

Energiatudatos tervezés elemei 2 PASSZÍV_SZOLÁR ESZKÖZÖK: Nagy benapozott üvegfelületek Napterek: télikert, átrium Tömegfal, trombe-fal, vízfal Transzparens hőszigetelés


19

Energiatudatos tervezés elemei 3 HAGYOMÁNYOS ÉPÜLETGÉPÉSZETI ESZKÖZÖK: Kondenzációs kazánok (Nagy hatásfokú, környezetbarát hőtermelés) Korszeru szabályozástechnika Hővisszanyerős szellőzés Hőszigetelt csővezetékek, tárolók, kazánok Klimatizálás helyett passzív hutés ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

20

Energiatudatos tervezés elemei 4 MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOKAT HASZNOSÍTÓ ÉPÜLETGÉPÉSZETI ESZKÖZÖK: Napkollektorok: HMV, futés PV-cellák: villamos energiatermelés Föld-levegő hőcserélő Hőszivattyú Geotermális hőhasznosítás Szélenergia-hasznosítás Biogáz Fatüzelés (pellets) ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

21

Tervezési stratégiák 1 Defenzív stratégia: Célja a hőveszteségek csökkentése (negatív tagok az energiamérlegben) Defenzív épület jellemzői: Kompakt forma, kis felület / térfogat arány Vastag hőszigetelés Kis ablakok, gyakran hővédő üvegezéssel Jó légzárás Hővisszanyerő Hatékony árnyékoló rendszerek

Példa: Földbe integrált épület


22

Példák defenzív tervezési stratégiára


23

Tervezési stratégiák 2 Szoláris vagy interaktív tervezési stratégia: Célja a hőnyereségek maximalizálása (kivétel belső hőnyereségek) Szoláris épület jellemzői: Déli tájolás Magas – tájolástól függő – üvegezési arány Passzív és aktív szoláris rendszerek Hőtárolás és konvektív hőáramok tudatos használata Esetenként hővisszanyerő Hatékony és intelligens árnyékoló rendszerek ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

24

Példák szoláris tervezési stratégiára


25

Kompromisszumos tervezési stratégiák


26

A hőszigetelés kereszthatásai


27

Hőszigetelő rendszerek, hőszigetelt falazóelemek


28

Hőkomfort 1 Komfort: Fiziológiai és pszichológiai értelemben vett jó közérzet Hőkomfort: Az egyén és a környezet közötti hőcsere olyan, hogy az egyén nem kíván sem magasabb, sem alacsonyabb hőmérsékletet. Befolyásolja a léghőmérséklet, a felületi hőmérsékletek, a légsebesség, a relatív nedvességtartalom. ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

29

Hőkomfort 2 Szubjektív fogalom, általában 80 %-os elégedettségre méreteznek Magasabb szintű természetes környezettel való kapcsolat nagyobb toleranciát eredményez


30

Ember hőegyensúlya 1. Teljes hőveszteség 2. Száraz hőveszteség 3. Szugárzásos hőleadás 4. Konvektív hőleadás 5. Látens hőleadás 6. Légzés hőleadása ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

31

Komfortdiagramok


32

A hőérzetet befolyásoló tényezők Levegő hőmérséklete Levegő nedvességtartalma Környező felületek hőmérséklete Besugárzási tényező Légsebesség Hőmérsékletgradiens Ruházat szigetelőképessége Fizikai aktivitás ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

33

Ökológikus építészet 3

Megújuló energiaforrások, a szoláris energia hasznosítása 2


34

A napsugárzás A sugárzás energiahozamát a sugárzás intenzitásával (W/m2) fejezzük ki. A földi atmoszférán kívül a napsugárzás intenzitása éves periodicitással 1300-1400 W/m2 között ingadozik (extrateresztriális sugárzás). Hogy ebbõl mennyi jut egy a Föld felszínén elhelyezett felületre, az függ attól, hogy: a sugárzás milyen szög alatt éri a felületet a sugárzásnak milyen hosszú utat kell megtennie a légkörön keresztül, mennyi a vizsgált helyszín tengerszint feletti magassága mennyi a légkörben a vízgõz, a köd, a felhõzet, a többatomos gázok, a légköri szennyezõdés (szilárd lebegõ részecskék aeroszol). ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

35

Direkt, diffúz, saját és visszavert sugárzás 1 Direkt sugárzás: A sugárzási energia egy része párhuzamos nyalábok formájában érkezik. Diffúz sugárzás: A légkörben lévõ - elõbb felsorolt- részecskék által visszavert sugárzás már nem jellemezhetõ ilyen határozott irányítottsággal (zárt felhõzet, köd esetén szinte csak ez érkezik a földi felszínre) Saját sugárzás: A részecskék az õket érõ sugárzás egy részét elnyelik és õk maguk is bocsátanak ki - hosszabb hullámhosszon Visszavert sugárzás: a felszínrõl (talaj, hó, burkolat) ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 36

Direkt, diffúz, saját és visszavert sugárzás 2


37

Áteresztés, elnyelés, visszaverés Ha egy test felületét sugárzás éri: a felület az energia egy részét elnyeli, az elnyelt hányad nagyságát az "a" elnyelési (abszorpciós) tényezõ jellemzi, a felület a sugárzás egy részét visszaveri, a visszavert hányadot az "r" visszaverési (tükrözési, reflexiós) tényezõ jellemzi, a felület és a mögöttes anyag a sugárzás egy részét átereszti, az áteresztett hányadot a "t" áteresztési (transzmittálási) tényezõ jellemzi.

Az elnyelt, visszavert és áteresztett energia összeg megegyezik a felületre jutó energiával, azaz a+r+t=1


38

Opaque szerkezet energiamérlege 1


39

Opaque szerkezet energiamérlege 2 Az érkező sugárzás egy részét a felület visszaveri, ez a rész a továbbiakban a vizsgált szerkezet szempontjából érdektelen. Egy részét elnyeli, amelynek következtében a felület és a közvetlenül alatta fekvõ réteg felmelegszik A felmelegedett felületrõl vezetéses hõáram indul meg a szerkezet mélyebben fekvõ rétegei felé, mely részben az útjába esõ rétegeket melegíti fel, részben továbbjut a helyiség felé. A felület és a külsõ levegõ között hõátadás játszódik le a összefüggés szerint. A felület saját maga is bocsát ki - hosszúhullámú infravörös tartományban -sugárzást ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

40

Transzparens szerkezet energiamérlege 1


41

Transzparens szerkezet energiamérlege 2 A külsõ felületre érkezõ napsugárzás egy része visszaverõdik. Egy másik részt a test átereszt, ez változatlan hullámhosszúságú sugárzás formájában a helyiségbe jut. A külsõ felületre érkezõ sugárzás egy része elnyelõdik, ettõl a szerkezet felmelegszik. Miután többnyire kis tömegû és igen vékony rétegrõl van szó, a felmelegedés gyors és gyakorlatilag a teljes keresztmetszetben (vastagságban) egyenletes. ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

42

Az üvegházhatás 1


43



44



45



46



47

A napsugárzás spektrális eloszlása 1 A látható fény az ibolyától a vörösig. Ebben az intervallumban érkezik a sugárzási energiának majdnem a fele. Természetes világítás és fütõhatás szempontjából egyaránt fontos.


48

A napsugárzás spektrális eloszlása 2 A rövid hullámhosszú infravörös sugárzás. Ebben az intervallumban a sugárzási energiának valamivel több, mint a fele érkezik. Fütõhatása fontos.


49

Szerkezetek hősugárzásspektruma A földi felszinek (talaj, épület) által kibocsátott sugárzás spektruma a hosszabb hullámhosszú infravörös tartományba esik


50

A Waldram diagram származtatása A Nap pályáját vetítsük egy henger palástjára. A szemlélõ az alapkör középpontjában áll (ez egy meghatározott földrajzi hely, adott szélességi körön) és az Egyenlítõ felé néz. ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

51

Nappálya diagram A Nappályák hengeres vetületei Vágjuk fel a henger palástját az Egyenlítõvel átellenes alkotó mentén és terítsük ki. A vetületen látható görbékrõl leolvasható, hogy adott hónap reprezentáns napjának adott órájában a Nap milyen szögek alatt látszik. ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

52

Árnyékmaszk-szerkesztés Az eddigi elméleti ismertető, valamint az árnyékmaszk szerkesztésének módszere megtalálható a következő honlapon: http://www.egt.bme.hu/fo.htm SZOLÁRIS RENDSZEREK Alapismeretek ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

53

Fotovoltaikus rendszerek


54

Épület példák 1


55

Épület példák 2


56

Fotovoltaikus cellák PV-cella: Fényből elektromos áramot hoz létre PV-cellák működési mechanizmusa és csoportosítsa a http://www.egt.bme.hu/ecobuild/pv. htm PV cells alatt olvasható angol nyelven. ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

57

Önálló PV-rendszer 1


58

Önálló PV-rendszer 2 Villamos hálózattól távol eső esetekben alkalmazandó A tárolás akkumulátorral történik Inverter segítségével az egyenáram váltóárammá alakítható


59

Hálózatra kapcsolt PV-rendszer Az energiatárolás problémája nem jelentkezik A hálózatba táplált áramot kötelező felvásárolni A bevitt és a kivett áramot külön mérő regisztrája


60

Hibrid PV-rendszer 1


61

Hibrid PV-rendszer 2 Két áramforrást kombinál (Diesel-motor és PV-cella) Egyenletesebb, megbízhatóbb üzem Csúcsigények jobb kielégítése


62

PV rendszerek az épületen PV cellák lehetnek: Az épületburkolófelületére illesztett, de a szerkezettől független rendszerek, Épületbe intergrált rendszerek, pl. napellenző, árnyékoló elemek, Épületbe integrált szemi-transzparens elemek, melyek diffúz természetes fényt tudnak biztosítani, Épületbe integrált burkolóelemek, pl, tetőcserepek közé, vagy homlokzatra, Épületbe intergrált, hőtechnikai rendszerrel kombinált megoldások, például cirkulált levegőelőmelegítés a PVcella és az épület burkolófelülete között ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

63

Követelmények épületeken alkalmazott PV-rendszerekre Párahatásoknak való ellenállás Csapóesőnek való ellenállás Kondenzációnak való ellenállás Elekromos csatlakozások időjárás-állóak legyenek, A PV-rendszereket földelni kell.


64

Passzív szoláris térfűtés A fejezet anyaga részletesen olvasható a következő honlapon: http://www.egt.bme.hu/solhipt/a1.htm Direkt rendszerek Energiagyûjtõ falak Napterek Szoláris légtechnika Hibrid rendszerek Aktív rendszerek


65

Energiagyűjtő falak Tömegfal:

Transzparens hőszigetelésű fal:

Trombe-fal: ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

66

Tömegfal télen Nappal:

Éjjel:


67

Tömegfal nyáron Nappal:

Éjjel:


68

Vízfal


69

Fázisváltó fal


70

Trombe-fal télen Nappal:

Éjjel:


71

Trombe-fal nyáron Nappal:

Éjjel:


72

Transzparens hőszigetelés 1


73

Transzparens hőszigetelés 2 Télen nappal:

Nyáron nappal:


74

Napterek működése Éjjel

Frisslevegő előmelegítés Frisslevegő előmelegítés éjjel ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3

20 C naptérhőm. felett 75

Naptér példák Beüvegezett lodzsa

Átrium

Télikert


76

Ajánlott irodalom: Zöld András: Energiatudatos építészet http://www.egt.bme.hu/solhipt/a1.htm http://www.egt.bme.hu/fo.htm http://www.egt.bme.hu/ecobuild/main.htm


77

Ökológikus építészet 2

Recommend Documents