Solární kolektor jako součást pláště budovy architektonická integrace konstrukční integrace integrace do střechy integrace do fasády tepelné chování
EPBD recast novela směrnice EPBD o energetické náročnosti budov (2010) zajistit od 31.12.2020 všechny nové domy energeticky téměř nulové zbylá potřeba energie má být z velké části dodána z obnovitelných zdrojů v místě nebo poblíž kraj ...
elektrárna, rozvodná síť, ...
obec
obecní výtopna, teplárna, ...
pozemek budovy
zahrada jako zdroj energie
plášť budovy
střecha, fasáda
2/67
Plášť budovy jako zdroj energie
3/67
Využití sluneční energie v budovách teplo nízkoteplotní aplikace (teplá voda, vytápění)
chlad vysokoteplotní aplikace (solární chlazení)
elektrická energie fotovoltaika (on-grid, off-grid)
přirozené osvětlení rovnoměrně rozptýlené světlo (okenní prvky) 4/67
Využití sluneční energie v budovách řídká hustota sluneční energie max. 1000 W/m2, max. 1200 kWh/(m2.rok)
omezená plocha pláště budovy při vhodné orientaci snaha o vysoké pokrytí potřeb energie efektivní využití plochy obálky pro umístění kolektorů využití synergetických vazeb solární kolektory: spolupráce nikoli konkurence, víceúčelová zařízení, multifunkční / hybridní koncepty integrace do konstrukčních prvků pláště budovy 5/67
Architektonická integrace zkušenost s nízkou vizuální kvalitou v minulosti kolektorová pole instalována odděleně od kontextu obálky budovy fragmentace obálky budovy, disharmonie geometrie budovy solární tepelné kolektory (lowtech) x fotovoltaika (high-tech)
6/67
Proč integrace?
7/67
Architektonická integrace jeden z klíčů pro kladné přijetí solárních zařízení veřejností – nástroj trhu využití větší části pláště budovy pro solární kolektor – zásadní vliv na vzhled budovy různá barevná řešení, tvary, velikosti, materiály, povrchové vlastnosti, neviditelné řešení detailů připojení, neviditelná potrubí, ... 8/67
Architektonická integrace Možnosti viditelný kolektor – kolektor jako dominantní prvek kolektor jako funkční prvek (stínicí prvek, výplň zábradlí, aj.) neviditelný prvek – kolektor je nedílnou součástí pláště, nerozlišitelný od zbytku (konstrukční integrace)
9/67
Dominantní architektonický prvek
Malmo, Švédsko 10/67
Dominantní architektonický prvek
Breitenbach, Rakousko
11/67
Dominantní architektonický prvek Linz, Rakousko
12/67
Funkční prvek - stínění, výplň zábradlí Zelený pruh, Praha
Výstaviště, Brno
Dunajvaros, Maďarsko 13/67
Funkční prvek - výplň zábradlí
Leipzig, Germany 14/67
Funkční prvek - výplň zábradlí Hotel Jezerka, Ústupky
RD Ondřejov
15/67
Konstrukční integrace kolektor jako regulérní stavební prvek, náhrada obálky solárním kolektorem energeticky ztrátová obálka .... obálka jako zdroj energie přechod z energeticky pasivní obálky na energeticky aktivní obálku spojení funkce kolektoru s funkcí stavebního prvku
16/67
Konstrukční integrace multifunkčnost obálky: stavební konstrukce a zdroj energie v jednom prvku úspora nákladů: jeden prvek zajišťující několik funkcí zlepšení tepelných vlastností obálky budovy esteticky přitažlivé řešení (ve srovnání se stavebně oddělenými) architektonicky méně náročné 17/67
Konstrukční integrace Problémy diskuze a návrh již v počátečním stádiu plánování budovy mezioborová spolupráce mezi architektem, stavařem a topenářem estetické, technické a praktické aspekty musí být vyjasněny již na počátku odpovědnost za návrh a funkci jako pláště tak solárního prvku životnost prvku 18/67
Přímá x nepřímá integrace nepřímá kolektor je od budovy oddělen vzduchovou mezerou slabá tepelná vazba mezi kolektorem a obálkou budovy
přímá kolektor je tepelně svázán s obálkou budova ovlivněna kolektorem (zimní zisk, letní zátěž)
19/67
Náhrada obálky kolektorem
Dornbirn, Austria
Hamburg Bramfeld 20/67
Typy integrace do střechy
montáž na střeše
samostatné moduly
velkoplošné pokrytí
prefabrikované solární střechy 21/67
Montáž kolektoru na střeše
22/67
Montáž kolektoru na fasádě (na míru)
23/67
Integrace standardních modulů
24/67
Integrace standardních modulů
25/67
Integrace standardních modulů
26/67
Integrace standardních modulů
27/67
Integrace standardních modulů RD Čerčany
28/67
Integrace velkých modulů
29/67
Prefabrikovaná střecha
special prefabrication
30/67
Prefabrikovaná fasáda
prefabrikované panely
okenní prvek se solárním kolektorem 31/67
Prefabrikovaná fasáda
32/67
Integrace do střešního pláště
velkoplošné aplikace
33/67
Integrace do střešního pláště Val Thorens
nepravidelné tvary
Tyrol, Austria 34/67
Solární kolektory integrované do fasády
35/67
Velkoplošné fasády
36/67
Solární sanace fasády (Bielefeld, DE)
37/67
Solární sanace fasády – Ostrava (CZ) panelový dům, zateplení & solární kolektory
DPS Syllabova ul., Mariánské hory
38/67
Jak integrovat vzduchové kolektory? nízká tepelná kapacita vzduchu = velké průtoky = velké rozměry potrubí
39/67
Fasádní vzduchový kolektor (Solarwall)
40/67
Fasádní vzduchový kolektor - nezasklený
41/67
Integrace zaskleného vzduch. kolektoru
42/67
Integrace fasádního vzduch. kolektoru
43/67
Kolektory s Fresnellovou čočkou Fotobioreaktor, Nové Hrady
44/67
Kolektory s Fresnellovou čočkou Fasádní integrace
Střešní integrace 45/67
Tepelné chování integrovaných kolektorů Solární kolektor integrovaný do obálky budovy nižší přestup tepla vlivem větru (nižší rychlosti proudění na ploše) zanedbatelná tepelná ztráta skříní kolektoru (přímá integrace, tepelněizolační obálka) nižší ztráta zasklením kolektoru u fasádních kolektorů (omezení konvekce mezi absorbérem a zasklením při zvýšení sklonu) vyšší účinnost kolektoru, vyšší stagnační teploty (nutné zohlednit)
46/67
Snížená tepelná ztráta konvekcí od větru
hw,int = hw
Lc Lf
2L1L2 L= L1 + L2 47/67
Volná konvekce mezi absorbérem a sklem zvýšení sklonu pokles přední tepelné ztráty zvýšení účinnosti
48/67
Vliv izolace zadní strany při integraci
49/67
Ploché vakuové kolektory a interace
velký potenciál zlepšení účinnosti v oblasti vysokých teplot, např. pro solární chlazení 50/67
Vizuálně citlivé fasády – barevné řešení
51/67
Barevné řešení = pokles výkonu qs,u [kWh/m2]
Povlak
f [%]
Kvalitní selektivní povlak
60
333
Černý nátěr
52
290
Zelená, modrá
51
282
Kaštanově hnědá
48
264
* solární soustava pro přitápění
52/67
Fasádní kolektory Solární soustavy s kolektory integrovanými do fasády rovnoměrnější roční průběh slunečního ozáření méně záření celkem (o 30 % v celoročním úhrnu) 12 0° 30° 45° 75° 90°
Hsden,teor [kWh/m2]
10 8 6 4 2 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
month 53/67
Odraz slunečního záření od sněhu
54/67
Odraz 1 + cos β 1 − cos β Gt = G b R b + Gd + ρ gr (G b + Gd ) 2 2
55/67
Příprava TV s fasádními kolektory
nižší zisky pro fasádní kolektory nižší četnost a doba trvání stagnace 56/67
Příprava TV a vytápění s fasádními kol.
stejné zisky
nižší zisky
méně stagnace vlivem rovnoměrného průběhu ozáření během roku! 57/67
Přímá integrace (teploty při stagnaci)
58/67
Nepřímá integrace (teploty při stagnaci)
59/67
Stínění překážkami
h h d= = tgα tg(90 − β )
d ... vzdálenost překážky od fasády h ... výška překážky
β ... zenitový úhel 60/67
Problémy se stíněním
61/67
Stínění přesahujícími konstrukcemi h' d' = tgβ
d’ ... vzdálenost přesahu střechy od horní hrany kolektoru h’ ... délka přesahu
β ... zenitový úhel
62/67
Fasádní kolektory na budovách - stínění citlivé na stínění možné problémy v husté zástavbě kritický vliv na celkové energetické přínosy a ekonomické parametry navržené solární soustavy řadové budovy
věžové budovy
63/67
Fasádní kolektory na budovách - stínění počítačové simulace vlivu geometrie stínění (ESP-r, sluneční záření Praha-CZ, izotropický model) grafy pro snadný náhled na potenciální problémy se stíněním pro danou geometrii (budova – překážka) řadová budova
věžová budova
64/67
Případové studie stínění tři případy zástavby v Praze centrum města 20 %
sídliště 70. léta 2 %
sídliště 90. léta 1 %
65/67
Problémy se stíněním v zástavbě
SPŠ a SOU Břeclav
TU Liberec 66/67
Závěrem vizuální kvalita solární instalace ovlivňuje hodnotu budovy solární aktivní budovy = budovy s pláštěm jako zdrojem energie
67/67
