Megújuló energiaforrások épület léptékű alkalmazása
Prof. Dr. Zöld András Budapest, 2015. október 9.
Megújulók - alapfogalmak Primer energia Egyes energiahordozók eléréséhez, használható formába hozásához, átalakításához, szállításához különböző mértékű emberi tevékenység, ráfordítás szükséges. Az egyes energiafajták nem egyformán értékesek hogy mennyire, azt a primer energiatartalom fejezi ki. Az energiatermeléshez, átalakításhoz és szállításhoz szükséges beavatkozások ismeretében a primer energiatartalom számítható. Ez a helyszíntől is függ. Régiók vagy országok szintjén azonban a helyszíntől függő megkülönböztetés nehézségeket okozna, ezért megállapodás szerinti országosan érvényes arányszámokat használunk.
Megújulók - alapfogalmak Magyarországon a viszonyítási alap a földgáz, annak primer energiatartalma 1,0. A hagyományos termikus erőművek hatásfoka 40%, azaz két és fél egység hőenergiából nyernek egy egységnyi elektromos energiát, ezért az elektromos áram primer energiatartalma 2,5. A biomassza primer energiatartalma 0,6 – ez fejezi ki az erdő- vagy mezőgazdaság, a szállítás, feldolgozás, újbóli szállítás energiaigényét. A napenergia (szoláris energia) primer energiatartalma 0! – de ebben az esetben is a rendszer működéséhez szükség lehet valamennyi segédenergiára (pl. szivattyú hajtására), ez azonban nagyságrenddel kisebb, mint a kinyert hőenergia.
Megújulók - alapfogalmak Ha egy távfűtőmű gáztüzelésű kazánokkal termel hőt, a távhő primer energiatartalma 1,1 – 1,2 a távvezeték hővesztesége és a szivattyúzás energiaigénye miatt. Ha a távfűtőmű biomassza kazánokban termel hőt, akkor a biomassza alacsonyabb primer energiatartalma miatt a távhő primer energiatartalma 0,7-0,8. Vegyes tüzelés esetén a kétféle tüzelőanyaggal megtermelt hőmennyiségek arányában súlyozott átlag számítandó. Lényegesen alacsonyabb a távhő primer energiatartalma kapcsolt energiatermelés (kogeneráció) esetében, amikor a hő elektromos áramot termelő erőműből származik, mintegy az áramtermelés „hulladékából” – természetesen ez is tüzelőanyag függő.
Megújulók - alapfogalmak A megújuló energiát hasznosító rendszer akárhol lehet: telekhatáron belül, közelben (távfűtés) vagy országos hálózaton (elektromos hálózat). A hasznosítás kérdése tehát nemcsak épület, hanem település és országos létékben is felmerül. Nyilván szerencsés helyzetben van az épület, ha alacsony primer energiatartalmú távhőt vagy elektromosenergiát szolgáltató hálózatra csatlakozik.
Megújulók- alapfogalmak Az épületenergetikai követelmények, minősítések alapja a primer energia. A kérdés tehát nemcsak az, hogy mennyi energia fogy, hanem az is, hogy mennyire értékes az elfogyasztott energia. Nyilván kedvezőbb a kép és jobb egy épület minősítése, ha energiaigényének nagyobb hányadát megújuló vagy megújítható forrásból fedezi. Még kedvezőbb a helyzet akkor, ha a telekhatáron belüli rendszerrel a megújuló forrásból származó energiát nemcsak a saját igények fedezésére fordítjuk, de abból exportálunk is.
A szigorodó előírások miatt a követelmények betartása gyakorlatilag csak akkor lesz lehetséges, ha megújuló energiát is használunk!
Megújulók - alapfogalmak A szakmai és a köznyelvi szóhasználat félrevezető. Kétféle energiaforrásról van szó. Vannak olyan energiaforrások, amelyek – emberi léptékben belátható időn belül – gyakorlatilag változatlanul és korlátlanul állnak rendelkezésre, akármennyit is hasznosítunk belőlük. Ilyen a Nap és a szél energia. Ezeket tényleg megilleti a „megújuló” jelzö. Vannak olyan energiaforrások, amelyeknek használata korlátozott és/vagy fenntartásukhoz emberi tevékenység (és ezzel energiaráfordítás) is szükséges. Ilyen a biomassza, ami erdő- vagy mezőgazdasági művelés, szállítás, feldolgozás, újabb szállítás után hasznosítható. Ilyen a termálvíz (visszasajtolás szükséges) és évtizedes léptékben a geotermikus energia. Ezekre a „megújítható” jelzö illik (ami egyébként az angol renewable tükörfordítása).
Megújulók - alapfogalmak Áttekintés a tárgyalt rendszerekről Szoláris elektromos Szoláris termikus Geotermikus „Légtermikus” Mindkettő hőszivattyús, a különbség, hogy a forrásoldal a talaj vagy a külső levegő Biomassza
Megújulók- szoláris Minden szoláris rendszernek vannak energiagyűjtő elemei (napelem, kollektor), amelyeket jól benapozott felületeken kell elhelyezni. Magyarországon ideális a déli tájolás és a 47 fokos dőlésszög (néhány fokos eltérés egyik esetben sem jár súlyos teljesítménycsökkenéssel).
A részleges árnyékoltság kollektorok esetében csak teljesítménycsökkenéssel jár, napelemek esetében a következmények komolyak lennének, amit bonyolultabb kapcsolásokkal lehet csak kivédeni.
Megújulók- szoláris villamos A félvezető anyagban, amely leggyakrabban szilícium, töltéshordozók mozdulnak el, az áramkör zárásával áramkör alakul ki, amelybe fogyasztók köthetők.
A napelem a napsugárzást közvetlenül villamos energiává alakítja
Napelem mező pikkelyfedésű magastetőn
Megújulók- szoláris villamos A napelemekből a sugárzás hatására egyenáram nyerhető. Maga a napelem elemi cellák összekötésével képzett modulokból és az ezekből kialakított mezőkből áll. A cella alaptípusok: monokristályos, polikristályos és amorf, ebben a sorrendben csökkenő hatásfokkal és árral.
Monokristályos, polikristályos és amorf modulok
Megújulók- szoláris villamos Az egyenáramot inverter alakítja át váltóárammá. A közvetlenül fel nem használt energiát az országos hálózatba táplálják – a betáplált és a hálózatról vételezett energiát mérik A mérleg alapja az exportált és a vételezett energia különbsége. Az átvételnek lehetnek műszaki és adminisztratív korlátai.
Megújulók- szoláris villamos Az egyenáram akkumulátorban tárolható, de az ilyen „sziget-üzemnek” nevezett rendszerek csak az országos hálózathoz nem kapcsolódó létesítményeknél fordulnak elő (tanyasi épületek, turistaházak). Ilyenkor speciális egyenáramú fogyasztók is alkalmazhatók, de inverter alkalmazásával a szokásos váltóáramú fogyasztók is működtethetők.
Átlagosan jó minőségű, zavartalam benapozású napelemekkel évi 150 kWh/m2 energiatermelés érhető el.
Megújulók- szoláris villamos
Napelem mező pikkelyfedésű magastetőn
Megújulók- szoláris villamos
Többször is „feltalálták”: maguk a napelemek is képezhetik a pikkelyfedést (hiszen vízzáróak)
Megújulók- szoláris villamos
Lapostetőkön a napelem mezőket állványokon helyezik el. A leterhelés, rögzítés a szálnyomás miatt fontos. A sorok távolságát úgy kell megállapítani, hogy a második és további sorok az alacsony téli napállások mellett is teljesen benapozottak legyenek
Megújulók- szoláris villamos
Napelemek üvegezésen is elhelyezhetők, homlokzatburkolatként vagy árnyékvetőként, előtetőként is alkalmazhatók. Görbült felületeken is alkalmazhatók.
Megújulók- szoláris termikus Az energiagyűjtő elem a kollektor. Ebben hőhordozó közeget melegítünk fel (fagyálló folyadék,szezonálisan használt rendszerekben víz, ritkán levegő). Két fő tipus: sík és vákuumcsöves A kereslet és a kínálat időben nem esik egybe, ezért a rendszer fontos eleme a hőtároló.
Megújulók- szoláris termikus
Sík kollektor robbantott metszete
Megújulók- szoláris termikus
Vákuumcsöves kollektorok sémái
Megújulók- szoláris termikus
Vákuumcsöves kollektormező lapostetőn. A tájolás és dőlés tekintetében az abszorberfelület a mértékadó.
Megújulók- szoláris termikus
Az éve melegvízigény 2/3-a fedezhető szoláris energiával. Ökölszámok négyfős háztartásra: 4-6 m2 kollektor, 200-300 l tároló
Megújulók- szoláris termikus
Kollektorhatásfokok az időjárási adatok függvényében
Megújulók- szoláris termikus
A kollektorok egyben tetőfedésként is szolgálhatnak, de meglévő pikkelyfedés fölé is szerelhetők
Megújulók- szoláris termikus
Kollektormező lapostetőn.
Megújulók- szoláris termikus
Kollektormező előtetőként
Megújulók- a hőszivattyúról általában A hőszivattyú működésének alapja az, hogy a hőhordozó közeg folyadék – gőz halmazállapot-változásának hőmérsékletszintje a nyomás függvénye (lásd még 130 OC -os víz a távhőrendszerben vagy kukta fazék). Adva van az energia forrása: a talaj vagy a levegő, abban rengeteg energia, de alacsony (a fűtés, melegvíz ellátás céljára alkalmatlan) hőmérsékleten. Ennek hőjét kis nyomáson, azon az alacsony hőmérsékleten folyadékállapotból elpárolgó hőhordozó közeg veszi fel (az elpárologtatóban). Ezt a gőzt egy (többnyire) villanymotor hajtású kompresszorral sűrítjük. A nagynyomású gőz a „célban” magas hőmérsékleten (a kondenzátorban) lecsapódik, a felszabaduló hő a fűtés vagy melegvízellátás hőcserélőjében hasznosul. A folyadék egy nyomáscsökkentő szelepen át alacsony nyomáson visszajut az elpárologtatóba és a folyamat ismétlődik.
Megújulók- a hőszivattyúról általában A kompresszor hajtásához energia kell. A hőszivattyút elsősorban az jellemzi, hogy egységnyi villamos energiával hány egységnyi hőenergiát tud a fűtés vagy melegvízellátás céljára alkalmas hőmérsékletszintre emelni. Ez a jósági fok (COP), amelynek a számértéke 4-5 (de ne feledjük, hogy az elektromos áram primer energiatartalma 2,5). A jósági fok annál kedvezőbben alakul, minél kisebb a forrás és a cél közötti hőmérséklet különbsége. Ez az év folyamán változik, különösen akkor, ha a forrásoldal a levegő. A hőszivattyú egész éves működését a szezonális jósági fok jellemzi. A téli félévben a hőmérsékletlépcső annyira kedvezőtlen lehet, hogy több esetben a hőszivattyús rendszer mellett egy másik, hagyományos rendszert (is vagy csak azt – bivalens vagy monovalens változat) üzemeltetnek a hidegebb időszakban.
Megújulók-geotermikus energia
A talajból a hőt talajkollektorral vagy szondával lehet kinyerni. A szondák többször tíz méter mélyre nyúlnak, fúrásuk nem olcsó, a talajkollektorokhoz elegendően nagy telek és tetemes földmunka kell.
Megújulók-geotermikus energia
Megújulók- „légtermikus” energia Ha a forrásoldal a levegő, az elpárologtatót a szabad téren lehet elhelyezni. A gépi hűtés, a klimatizálás ugyanezen az elven működik, különbség csak a „szereposztásban” van: a forrásoldal a hűtendő épület, az elvont hő pedig többnyire
Levegő forrásoldalú hőszivattyús rendszer… … és annak elpárologtató egysége a környezetbe jut (olykor az elpárologtató és a kondenzátor között a távolság csak fél méter: az elpárologtató a fal belső, a kondenzátor a fal külső oldalán van).
Megújulók- „légtermikus” energia Ha a forrásoldal a levegő, az elpárologtatót a szabad téren lehet elhelyezni. A működés korlátja az, hogy fagypont alatti külső hőmérséklet esetén az elpárologtató lederesedik
Levegő forrásoldalú rendszer és annak elpárologtató egysége
Megújulók- „légtermikus” energia A gépi hűtés, a klimatizálás ugyanezen az elven működik, különbség csak a „szereposztásban” van: a forrásoldal a hűtendő épület, az elvont hő pedig többnyire a környezetbe jut (olykor az elpárologtató és a kondenzátor között a távolság csak két arasz - fél méter: az elpárologtató a fal belső, a kondenzátor a fal külső oldalán van).
Megújulók- biomassza A hasábfa jó hatásfokkal hasznosítható faelgázosító kazánokban. Ennek ára a kiszolgálás munka- és időigénye, valamint az, hogy a fűtési rendszerben is tárolótartályt kell alkalmazni, mert az egyszer berakott tüzelőnek teljesen le kell égnie. Ugyancsak jelentős kiszolgálási igényű a biobriket, amelyet faipari hulladékból, fűrészporból, forgácsból préselnek. Megfontolandó a kiszolgálás munkaigénye, a tüzelőtárolás helyigénye, alkalmas kéményre van szükség A kazánt nem a fűtött térben kell elhelyezni.
Faelgázosító kazán sémája
Megújulók- biomassza Nagyteljesítményű kazánokban tüzelhető el a faapríték, amelynek az adagolása automatizálható.
Megújulók- biomassza Magas hatásfokkal működnek, teljesen automatizálhatók a pellet kazánok és kandallók. Ezek a fűtött térben is elhelyezhetők. Maga a pellet nemcsak fás szárú, hanem lágyszárú növényekből is készülhet. A pellet ára nagyon magas.
Megújulók- biomassza Minden biomassza tüzelés esetén település léptékben megfontolandó a szállítás, a tüzelő tárolás helyigénye és leginkább az, hogy az égéstermék kibocsátás helyben történik. E problémák kisebbek, ha a biomasszát tömb- vagy távfűtési rendszerekben hasznosítják.
Megújulók- biomassza Gázmotoros rendszer (kogeneráció. trigeneráció
Click to edit Master title
Köszönöm a figyelmet!
