Megújuló energiaforrások az épületgépészetben

Megújuló energiaforrások az épületgépészetben

Alacsony energiafelhasználású épületek Passzív napenergia hasznosítás 2 Csoknyai Tamás Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék

1


AZ ENERGIATUDATOS TERVEZÉS 2

Energiatudatos tervezés elemei 1 ALAPKONCEPCIÓ: z Kompakt forma, alacsony ΣA/V arány z Defenzív/szoláris tervezés z Táj- és klimatikus adottságok kihasználása

3


Energiatudatos tervezés elemei 2 TRANSZMISSZIÓS VESZTESÉGEK CSÖKKENTÉSE: z Határolószerkezetek hőszigetelése –

z

Nyílászárók hőtechnikai minősége – – –

4

U-érték Ψ-érték Ug Uw: keret+üvegezés Ψ-érték: beépítés függvénye Éjszakai külső árnyékolás hőellenállása


Energiatudatos tervezés elemei 3 SZELLŐZÉSI VESZTESÉGEK: z Légtömörség z Kiegyenlített hővisszanyerős szellőzés z Természetes szellőzés lehetősége (pl. napkémény)

5


Energiatudatos tervezés elemei 4 NYÁRI HŐVÉDELEM: z Külső árnyékolás/integrált árnyékolás z Speciális hővédő üvegezések

6


Energiatudatos tervezés elemei 5 ÉPÍTÉSI KÖRNYEZETTERHELÉS: z Ökológikus anyagválasztás: – – –

7

Tartós anyag jobb, mint az újrahasznosítható Újrahasznosítható anyag jobb, mint a nem újrahasznosítható Teljes életciklusra tervezés


Energiatudatos tervezés elemei 6 PASSZÍV-SZOLÁR ESZKÖZÖK: z Nagy benapozott üvegfelületek z Napterek: télikert, átrium z Tömegfal, trombe-fal, vízfal z Transzparens hőszigetelés z Fázisváltó anyagok 8


ALAPKONCEPCIÓ

9


Tervezési stratégiák 1 Defenzív stratégia: z Célja a hőveszteségek csökkentése (negatív tagok az energiamérlegben) z Defenzív épület jellemzői: – – – – – –

z

10

Kompakt forma, kis felület / térfogat arány Vastag hőszigetelés Kis ablakok, gyakran hővédő üvegezéssel Jó légzárás Hővisszanyerő Hatékony árnyékoló rendszerek

Példa: Földbe integrált épület


Példák defenzív tervezési stratégiára

11


Tervezési stratégiák 2 Szoláris vagy interaktív tervezési stratégia: z Célja a hőnyereségek maximalizálása (kivétel belső hőnyereségek) z Szoláris épület jellemzői: – – – – – –

12

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


Példák szoláris tervezési stratégiára

13


Átmeneti tervezési stratégiák

14


TELJES ÉLETCIKLUSRA VETÍTETT MÉRLEG

15


16


17


ÉPÜLETBUROK TRANSZMISSZIÓS VESZTESÉGEINEK CSÖKKENTÉSE

18


Hőszigetelés Hőszigetetelési rendszerek minden szerkezet típusra: 1535 cm U=0,1..0,15 W/m2K

19


Hagyományos és ökológikus szigetelőanyagok z

Hagyományos: – – – – – –

z

Ökológikus – – – – –

20

Polisztirol (λ= 0,0333 - 0,035 W/m K, beépített energia c= 450 kWh/m3) Ásványgyapot (λ= 0,036 - 0.045 W/mK, c= 250 kWh/m3), Üveggyapot (λ= 0,036 - 0,039 W/mK, c= 250 kWh/m3) Üveghab (λ=0,05, magas beépített energia) Stiropor, neopor (grafit adalék) Alu-rétegek vákumban (λ=0,0001 W/mK) Cellulózpehely (λ=0,04..0,05, beépített energia: c=50 kWh/m3) Gyapjúalapú szigetelések (λ= 0,037 W/mK) Kenderrost gyékény (λ= 0,05 W/mK) Természetes parafahulladék (λ= 0,06 W/mK) Fagyapot (λ= 0,06..0,085 W/mK) Megújuló energiaforrások az épületgépészetben

Forrás: Othmar Humm: Alacsony energiájú épületek, 83. o.

Nyílászárók Üvegtáblák száma

Töltet

Résméret mm

Ug W/m2K

g-érték

Fényáteres ztés

3 LEC 3 LEC 2 LEC 2 LEC

Xenon Kripton Xenon Argon, kripton Levegő Levegő -

8 mm 10 mm 8 mm 16 mm

0,4 0,5 0,8 1,1

0,42 0,42 0,57 0,65

64% 64% 76% 78%

20 mm

1,5 3,0 5,8

0,65 0,75 0,9

78% 80% 90%

2 LEC 2 1

21

-


Forrás: Hauser, Höttges, Otto-Stiegel: Energieeinsparung in Gebaudebestand

Nyílászárók Üvegezés típusa

No. 1-5: fa vagy műanyag keret Uf = 1,7 W/m2K

Ug

Uv

Felület i hőm.

Napen ergia átbocs átás g

τl

θsi

-

o

Ekvivalens U

dél

kelet/ nyugat

észak

C

-

W/m2K

W/m2 K 3,72

5,8

5,2

0,9

-2,6

0,9

3,04

W/m2 K 3,72

2

Kétrétegű üveg

3,0

2,6

0,8

8,3

0,75

0,80

1,36

1,36

3

Kétrétegű hőszigetelt üveg

1,8

1,8

0,7

13,0

0,63

0,29

0,76

0,76

4

Kétrétegű hőszigetelt üveg (LEC, argon) Háromrétegű hőszigetelt üveg (LEC, kripton) Háromrétegű hőszigetelt üveg (LEC, kripton)

1,1

1,4

0,75

14,9

0,58

0,01

0,44

0,44

0,7

1,1

0,65

17,3

0,50

-0,14

0,24

0,24

0,7

0,7

0,65

17,3

0,50

-0,5

-0,13

-0,13

6

W/m2K

Fényátereszté s

No. 6: Uf = 0,7 W/m2K 1 Egyrétegű üveg

5

22

Hőátbocsátási tényező


Nyílászárók

23


Hőhídmentes beépítés modell

szimuláció

termovíziós felvétel

24


Hőhídmentes beépítés modell

szimuláció

termovíziós felvétel

25


SZELLŐZÉSI VESZTESÉGEK

26


Légtömörségi problémák z z z z z

Ablakbeépítések Tetőtérbeépítések Könnyűszerkezetes épületek Panelépületek fúgái Minden pont, ahol a szigetelés megszakad: – –

27

Szerkezeti csomópontok Gépészeti vezetékek (légcsatornák, belső esőcsatorna, kémények) Megújuló energiaforrások az épületgépészetben

Rossz légtömörség következményei z z z z z

28

Ellenőrizhetetlen szellőzés Állagromlás infiltráció és exfiltráció esetén Huzatérzet, diszkomfort Energiaveszteségek Akusztikai problémák


Mesterséges szellőzés z

z z z z

29

Alacsony energiafelhasználású épületekben, passzívházakban hővisszanyerős kiegyenlített szellőzés Azt hihetnénk nincs filtráció Elszívás: konyha, fürdő, WC ⇒ depresszió ⇒ infiltráció Befúvás: nappali, háló ⇒ túlnyomás ⇒ exfiltráció Kisebb átöblítés a lakáson, hővisszanyerőn kevesebb szellőző levegő megy keresztül ⇒ visszanyert hő kevesebb


A légtömörség minősítése és mérőszámai

n50 w50, q50

30

Minősítő eljárás z

z z z

31

MSZ EN 13829 – Épületek hőtechnikai viselkedése. Épületek légáteresztő képességének meghatározása. Túlnyomásos eljárás. [4] Blower-door (ventilátoros ajtó) / Épületszellőzési rendszer ventilátorai 50 Pa túlnyomás létrehozása Térfogatáram mérése: V50 [m3/h] Megújuló energiaforrások az épületgépészetben

Származtatott mennyiségek Referencia nyomáskülönbség melletti légcsere: n50 = V50 / V [1/h] z Légáteresztés (határoló felületre vetített légcsere): q50 = V50 / AE [m/h] z Alapterületre vonatkoztatott levegőszivárgás: w50 = V50 / AF [m/h] z

32


n50 légcsereszámok nagyságrendje [1] n50 Meglévő

33

7..

Mai új épület HU

5..10

Mai új épület DE

2..6

Alacsony en.

0,17..5

Passzív ház

0,17..0,6


Légtömörségi fokozatok [5]

34

Többlakásos

Családi ház

Légtömörségi szint

n50<2

n50<4

Magas

2
4
Közepes

5< n50

10< n50

Alacsony


Légcsereszám becslése [5] z z

35

Családi házakra és többlakásos házakra táblázatos értékek n [h-1] = f(légtömöségi szint, szélhatásnak kitett homlokzatok száma, szélvédettségi fokozat)


Szellőzési veszteségek [5] z z

MSZ EN 832 –Épületek hőtechnikai viselkedése. A fűtési energiaigény számítása. Lakóépületek Szellőzési hőveszteség:

QV = V&ρ a ca (θ i − θ e )t V& = V& + V& f

z

x

Vf: ventilátorok, Vx: tömörelen határoló szerkezetek

V&x = f (n50 , szélvéd .sz int )

36


A filtrációs veszteségek nagyságrendje

37

fajlagos szellőzési veszteség [W/mK]

Egy 30 cm-es falon levő repedés okozta hőveszteség szélessége a nyomáskülönbség és a résszélesség függvényében [2] 8 7

10 Pa

6 5

5 Pa

4 3

3 Pa

2 1

1 Pa

0 0

0,5

1

1,5

résszélesség [mm]

38


2

Számpélda filtrációs veszteségekre [1] z z z

z z

39

Infiltrációs légcsere természetes szellőzésű épületre (MSZ EN 832): ninf = n50 e e = f(szélhatásnak kitett homlokzatok száma>1, szélvédettségi fokozat=közepes) = 0,07 Mai új épületre n50=2..6 ninf =0,14..0,42 [h-1] ⇒ 0,4 h-1 Megújuló energiaforrások az épületgépészetben

Hatás az éves energiafelhasználásra [1] z z z z

Qinf = ninf V rlev clev Θa Θa=84 kKh: fűtési hőfokhíd (DE) Qinf = 0,4 h-1 * 300 m3 * 0,33 * 84 kWh/(m3/h) = 3326 kWh Qinf = 33,3 kWh/(m2a)

Passzív ház: n50 < 0,6 h-1 ⇒ Qinf = 3,5kWh/(m2a)

z

40


Épületek éves energiafelhasználása 250 200 150 100 50 0 Ø Állomány

41

WSchVO 1982

WSchVO 1995

Direktíva HU EnEV 2002


Passzívház

HŐNYERESÉGEK NÖVELÉSE

42


A napsugárzás z z

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: – – – –

43

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).


Direkt, diffúz, saját és visszavert sugárzás 1 z z

z

z

44

Direkt sugárzás: A sugárzási energia egy része párhuzamos nyalábok formájában érkezik. Diffúz sugárzás: A légkörben lévõ - elõbb felsoroltrészecskék 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) Megújuló energiaforrások az épületgépészetben

Direkt, diffúz, saját és visszavert sugárzás 2

45


Áteresztés, elnyelés, visszaverés z

Ha egy test felületét sugárzás éri: – – –

z

46

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


Opaque szerkezet energiamérlege 1

47


Opaque szerkezet energiamérlege 2 z z z

z z

48

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 Megújuló energiaforrások az épületgépészetben

Transzparens szerkezet energiamérlege 1

49


Transzparens szerkezet energiamérlege 2 z z

z

50

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. Megújuló energiaforrások az épületgépészetben

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.

51


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

52


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

53


Az üveg hőáteresztő képessége 4 µm hullámhossz alatt 0, Hosszúhullámú infravörös tartományban az üveg átlátszatlan Ez a jelenség az üvegházhatás oka.

54


Az üvegházhatás 1

55



56



57



58



59


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. 60


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.

61


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

62


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

63


Energiagyűjtő falak Tömegfal:

Transzparens hőszigetelésű fal:

Trombe-fal: 64


Tömegfal télen Nappal:

65

Éjjel:


Tömegfal nyáron Nappal:

66

Éjjel:


Vízfal

67


Fázisváltó fal

68


Trombe-fal télen Nappal:

69

Éjjel:


Trombe-fal nyáron Nappal:

70

Éjjel:


Transzparens hőszigetelés 1

71


Transzparens hőszigetelés 2 Télen nappal:

72

Nyáron nappal:


Napterek működése Éjjel

73

Frisslevegő előmelegítés Frisslevegő előmelegítés éjjel

20 C naptérhőm. felett


Naptér példák Beüvegezett lodzsa

Átrium

Télikert

74


PASSZÍV HÜTÉS HŐTÁROLÁS, IDŐÁLLANDÓ ÁRNYÉKOLÁS ÉJSZAKAI ÁTSZELLŐZTETÉS

75


A hőtároló tömeg jelentősége z

Az időállandó arányos a hőtároló tömeggel és a határolófelületek hőellenállásával – –

z

A nagy időállandó helyes épülethasználat (éjszakai átszellőztetés, nappal alacsony légcsere, árnyékolás) mellett kedvező: – –

z

76

A kívülről szigetelt nehéz szerkezetek időállandója nagy A könnyü szerkezetek időállandója kicsi

Csökkenti a nyári napi hőingást, ezért a passzív hütés egyik fontos eszköze Csökkenti a téli csúcshőigényt, ezáltal a beépített teljesítményt

Könnyüszerkezetek időállandójának megjavításához elegendő néhány belső nehéz szerkezet alkalmazása Megújuló energiaforrások az épületgépészetben

Példa: Léghőmérséklet egy nyári napon (ideális árnyékolás, ablaknyitás) - szimuláció 28 27 26 25 24 23 22 0

2

4

6

8

Konnyuszerkezet

77

10

12

14

16

18

20

Eredeti szerkezet

Nehez szerkezet


22

24

Árnyékolás 1 z z

Külső árnyékoló lényegesen jobb, mint a belső Vízszintes árnyékolók déli tájolás esetén. Fő megoldások: – –

78

Folytonos felület Lamellák


Árnyékolás 2

79


Árnyékolás 3

80


Árnyékolás 4 Keleti és nyugati tájolás esetén függőleges árnyékoló szükséges

81


Árnyékolás 5 A függőleges elemek télen és nyáron is ugyanúgy árnyékolnak. Ez mozgatható, forgatható elemekkel oldható meg.

82


DELTA -COOL ®

83


hőmérséklet

A PCM működési elve…

érzékeny

érzéketlen érzéketlen

szilárd

olvadás

érzékeny

folyadék

Hőmennyiség

84


PCM-típusok

olvadás hő [kJ]

500

víz

400

sóhidrátok, és sóhidrát keverékek

300

sók vizes oldatai 200

parafinok

100

0 -100

0

olvadás pont [°C]

85


100

A PCM hőtároló képessége Téglafal

Beton

Tömör fa

Könnyű szerk.

PCM

Különböző anyagok vastagsága 5700 kJ hőtároló képesség mellett (Hőmérséklet emelkedés 10 K)

86


Kísérleti beépítés eredménye

hőmérséklet [°C]

32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 18.9

19.9

20.9

21.9

idő

PCM-mel

87

PCM nélkül

külső hőmérséklet


22.9

ENERGIAMÉRLEG

88


Energiamérleg példa Új építésû ház

89

Passzív ház


Ajánlott irodalom:

z z z z

90

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


Megújuló energiaforrások az épületgépészetben

Recommend Documents