Szikra Csaba. Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék Építészmérnöki Kar

Szikra Csaba Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék Építészmérnöki Kar

Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

Aktív hasznosítás: • Fotovilamos áramtermelés • Napkollektoros hıtermelés • Használati-melegvíz készítés • Medence főtés • Épületfőtés • Egyéb technológiai melegvíz


Épületgépészet Főtés – Szellızés – Hőtés - HMV termelés Hıtermelés – hı-elosztás – hı felhasználás (felhasználás) • Hıtermelés • Primer energiában történı gondolkodás – a termelés mögötti széndioxid emisszió • Fosszilis, elektromos, táv- tömbfőtés, kapcsolt üzemő erımővek, megújuló • Épületgépészeti rendszerek villamos és fosszilis fogyasztása • Épületgépészeti berendezésekkel és a megújulók kombinált használata: •Hibrid szellızés •PV cella •Napkollektor

• Hı-elosztás veszteségei, tárolás veszteségei (pl.: cirkuláció) • Fogyasztási szokások néhány jellegzetessége, a fogyasztó energia tudatossága • Hulladékhasznosítás (HMV hulladékhı, szennyvíz energiatartalma stb.) Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

Bizonyos energiafajták elıállításának 2-3x A Föld energia felhasználásának összetétele annyi hıenergia igénye van, mint az egyszerő eltüzelésnek (pl.: elektromos Geotermia Szélenergia 0,3% energia/földgáztüzelés); 0,2% Bioüzemanyag 0,2% Napenergia 0,5% Az adott energiának vannak szállítás és/vagy elosztás veszteségei (villamos energia, távhıellátás, fakitermelés stb.);

Vizierőmű 3% Biomassza 4%

Fotovoltaikus 0,04%

Nukleáris 6% Olaj 37%

Környezeti hatások figyelembevétele pl.: CO2 emisszió (+fatüzelés, - villamos energia elıállítás); A primer energiatartalom megállapítása egy-egy év statisztikai adatai alapján mőszaki kérdés, hosszabb idıszakban energiapolitikai-stratégia (vezérelt áram, mélyvölgyi áram hıszivattyús felhasználása stb.) A viszonyítás alapja a földgázzal elıállított energia, Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

Gáz 23%

Szén 25%

A szellızı rendszer energia felhasználása:

Villamos berendezések (P=Vsz∆P/η)

Hőtı - Főtı elemek (Q=0.35Vsz ∆t)

Főtési rendszerek energia felhasználása

Villamos berendezések (P=Vm∆P/η)

Hıveszteség (Q=UA ∆t+Ψ∆t)

Filtráció (Q=0.35Vsz ∆t)

HMV termelés energia felhasználása

Fogyasztás (Q=mc ∆t) – 35Wh/l!

Villamos berendezések (P=Vsz∆P/η)

Hőtés energia felhasználása

Fogyasztás (Q=0.35Vsz ∆t)

Villamos berendezések (P=Vm∆P/η)

Villamos berendezések (P) Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

A primer energia átalakítási tényezık

A Nap (fotoszféra) hımérséklete: 6000 K Sugárzási teljesítménye: 4 x 1023 kW Napállandó (extraterresztrikus sugárzás): 1366Wm-2 NJanuár=1412Wm2, N -2 Július=1321Wm 1.366kW · 127,4·106 Km2=174 PW (P=1015) Földfelszínre érkezı sugárzás (~51%): 89 PW A világ energiafelhasználása: 16 TW (T=1012)

5560 x annyi érkezik a napból a föld felszínére, mint amennyire emberiségnek szükséges van. Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

J: 45 kWh/hó,m2 F:80 kWh/hó,m2 M:105 kWh/hó,m2 Á:135 kWh/hó,m2 M:150 kWh/hó,m2 J: 165 kWh/hó,m2 J: 165 kWh/hó,m2 A:150 kWh/hó,m2 SZ:135 kWh/hó,m2 O:105 kWh/hó,m2 N:80 kWh/hó,m2 D: 45 kWh/hó,m2 Év: 1360 kWh Főtés: 595 kWh

HMV elıállítás igénye: 35Wh/lx Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.


Szabványos ábrázolási mód az X-érték függvényében X = (Tkoll-Tlev) / QNap







HMV elıállítás igénye: 35Wh/l


HMV elıállítás igénye: 35Wh/l


HMV elıállítás igénye: 35Wh/l Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

Méretbecslések: a kollektor felület az épület főtött alapterületének harmada a tároló térfogat (m3) mérıszáma a kollektor felület (m2) mérıszámának tizede.


COP általában: COP =

∆Q ∆W

A kérdéses hımennyiség változása (idıegységenként, W) A hıszivattyúba vezetett munka (idıegységenként, W)

COP főtésre: COPf =

∆Q f ∆W

=

∆Qh + ∆W ∆W

∆Q f = ∆Qh + ∆W

COP hőtésre: COPh =

∆Qh ∆W


Elméleti COP főtésre: COPf =

Tf T f − Th

Elméleti COP hőtésre: COPh =

Th T f − Th


Hımérséklet különbség:

Energia átalakítási tényezı (COP):

0°-35°C

4.31

Levegıs ;tef=4°C; COP=3

10°-35°C

5.22

Talaj: 2-3x főtött alapterület; tet=6-8°C; COP=4 Kút: 5kW/kút; tek=10-12°C; COP=5


Hımérséklet különbség: 0°-35°C

4.31

10°-35°C

5.22

…


Energia átalakítási tényezı (COP):

Kandalló (betétes, betét nélküli) Cserépkályha Vízteres „Sparhelt” Egyéb öntvény kályhák Szilárd tüzeléső kazánok Vegyes tüzeléső kazán Faelgázosító kazán Pellet kazán






Méretbecslések: A kazán mérete: Q=1,3 Qhıigény a tároló térfogat: V=50l/kW (ennél létezik pontosabb számítás is) Kazán teljesítmény tartománya: 15-100kW

Kazánméret (kW)

15

24

35

50

Javasolt tároló méret (l)

750

1500

2000

3000


Teljesítménytartomány 5-10kW Hatásfok: 60% Víztartalom: 15-20l Fa/Gáz ára?


Főtıanyag

Égéshı (MJ/kg)

Főtıérték (MJ/kg)

Főtıérték (kWh/kg)

Frissen vágott fa

*

6,8

1,9

Szárított fa 19

14,4-15,8

4-4,4

Papír

*

15

4,2

Szalma

*

17

4,8

Fa pellet

*

18

5

Tızeg

23

15

4,2


A lakossági vezetékes vízfogyasztás országos átlagos értéke ~100 l/fı/nap, vagy más dimenzióban 36,8 m3/fı/év (2004). A lakossági vízfogyasztásnak csak mintegy 5 %-a jut be az ember szervezetébe, további 25-30 %-a pedig testünkkel kerül közvetlen kapcsolatba (fürdés, mosogatás). Csupán e vízmennyiségnek kell minden szempontból kifogástalan (ivóvíz-minıségőnek) lennie. A tisztítás (mosás, gépkocsi mosás, takarítás, valamint WC-öblítés) céljára használt vizek minıségi követelménye lényegesen alacsonyabb szintő lehetne. A jövıben a tiszta mélységi vízkészletekkel való takarékosság érdekében törekedni kell a talajvíznek a háztartásokban való szélesebb körő használatára. Ilyen felhasználási területek lehetnek az állattartási és ház körüli tisztítóvizek, WC öblítıvíz, stb. Az ivóvízhasználatok során a víztakarékossági és ökológiai elvek elıtérbe helyezését elengedhetetlenül folytatni kell. Ilyenek a szürkevizek és a tisztított szennyvizek újrahasznosítása, a kétkörös házi vízellátó rendszerek kialakítása, stb. Növelni kell a szennyvíztisztítást, többek között a felszín alatti ivóvízbázisok védelme érdekében


Települések vízellátásában ellentmondás tapasztalható. Míg egyik oldalon egyre bonyolultabb és költségesebb vízkivételi rendszereket és víztisztítási módszereket alkalmaznak, addig a másik oldalon komoly problémákat kell megoldani, hogy megszabaduljanak az egyébként ingyen érkezı vízellátástól, a városra hulló csapadéktól. Mindenütt ugyanaz a víz folyik a csapokból és a vécétartályokból egyaránt. Az ellentmondás ideális megoldása a kétkörös vízrendszer, ahol a használati víz mellett minden lakásban van egy olyan csap is, amelyen ivóvíz érkezik. Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

Az ingatlanonkénti csapadékvíz győjtésére ciszternák létesíthetık. Kertöntözésre való felhasználásához csak a mechanikai szennyezıdések (por, falevél, stb.) szőrésére van szükség. Háztartási célú (vezetékes) felhasználáshoz homokszőrın való tisztítás is elengedhetetlen.


Különösen sokcélú felhasználási lehetıséget nyújt a tetıfelületekrıl összegyőjthetı csapadékvíz akkor, ha nem csak a mechanikai tisztításra kerül sor, hanem (egy egyszerő szerkezet közbeiktatásával) megoldják, hogy az úgynevezett „lemosó csapadékrész ne kerüljön a győjtıtartályba. Lemosó csapadéknak az esı kezdeti szakaszában lefolyó mennyiséget nevezzük amely a tetıfelületek szennyezıdésének jelentıs részét magával sodorja. A csapadékvíz többcélú hasznosításához homokszőrıs, vagy egyéb (pl. aktív szenes) tisztítási megoldást kell alkalmazni. A tetıfelületekrıl győjtött csapadékvíz átlagos esetben a háztartásonkénti használati vízigény mintegy 25-30 %-át tudja fedezni. A tárolókból túlfolyó víz a házi kertekben kialakított tavacskákba vagy a csapadékelvezetı hálózatba vezethetı. Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

Családi házak, nyaralók esetén nyílik lehetıség: WCöblítésre, mosás, bel- és kültéri burkolatok tisztítás, öntözésre, kerti díszmedencék feltöltése, vízpótlása KB 600 mm-es évi csapadékmagasságból és 75%-os hatékonysággal számolhatunk. A kielégítés biztonságához, célszerő két külön ciszterna építése a ház és a kert igényeihez alkalmazkodva. Az épület igényeihez 5-10 m3-es tározóra van szükség, a kerti locsoláshoz szükséges mennyiséget a rendelkezésre álló csapadék mennyisége, illetve a vegetációs idıszak vízigénye határozza meg. A

csapadékvíz megfelelı elıtisztítását biztosítani kell, melyre számos megoldás létezik (elıszőrı akna, csıszőrı, szőrıkosár, stb.

Algásodás veszélye miatt a felszín alatti ciszterna kiépítése javasolt. Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

Tetıfelületrıl győjtött esıvíz tárolása és házi hasznosítása Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

Különbözı típusú szennyvizek szétválasztása és külön kezelése lehet a probléma megoldásának egyik lehetısége. Ez a vizelet és széklet tartalmú feketevíz és a tisztálkodási, tisztítási folyamatokból származó szürkevíz külön győjtésével és tisztításával valósul meg. A másik megoldás, ha a feketevíz keletkezését eleve megakadályozzuk száraz toalett használatával. Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

Fekália és egyéb háztartási hulladék keveréke optimális bomlási feltételeket teremt 20°C-on A baktériumok oxigént vesznek fel ezért szellıztetı rendszer szükséges Egy bomlási ciklus 1-3 év. A keletkezett végtermék: Humusz


Három fı mechanizmuson alapszik: mikro-organizmusokkal történı betelepítés, a mederben levı közeg (homok, kavics) fizikai-kémiai tulajdonságai, és végül maguk a növények. A gyökérzónás szennyvíztisztító növényei, a nád, a sás, a gyékény stb. a légköri oxigént a gyökereiken keresztül juttatják le, így biztosítva a túlélést a vizes közegben. Ez aerob és anaerob talajviszonyokat is teremt, és lehetıvé teszi több speciális mikroba-faj kialakulását és elterjedését is. Ezek a mikro-organizmusok szerves anyagokkal (cukor, fehérje, lipidek) táplálkoznak, és lebontják azokat ártalmatlan alkotórészekre. A lebegı szilárd testeket szőréssel illetve ülepítéssel távolítják el. Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

A leghatékonyabban mőködı biológiai szennyvíztisztítási eljárás. Önszabályozó és önfenntartó teljes ökológiai rendszer mőködik. 2-3000 élı organizmus – ökoszisztéma alkotja A tisztításban a baktériumok mellett a zooplanktonok, algák, különbözı növények, sıt kagylók, csigák és halak is részt vesznek Miközben a szennyvíz keresztülömlik a különbözı tartályokon, élı organizmusok vonják ki belıle a hulladékot és táplálékként használják fel azt. Az organizmusok önszervezıdı, illetve napenergia-hasznosító képességét használjuk a szennyezıanyagok legjobb hatásfokú biológiai lebontására. Az Élıgépen belül kialakuló változatos ökoszisztémák nagyon stabil és ellenálló rendszert képeznek, mely ellenáll a szennyvízterhelés ingadozásának. Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

technológiai céllal kialakított mezokozmosz, vagyis, több fajt tartalmazó vízi, sekélyvízi vagy szárazföldi ökoszisztéma

Rács és homokfogó

Anaerób reaktor

Anoxikus reaktor

Zárt aerób reaktor

Nyitott aerób reaktorok

Ülepítı

Iszaprecirkuláció Belsı recirkuláció Iszapvíztelenítés és komposztálás Tisztított víz újrahasznosítás, vagy élıvízbe vezetés

NYITOTT AEROB REAKTOR I. A szennyezést jól tőrı és azt hasznosító növényekkel betelepített és levegıztetett reaktor, általában több fokozatú, kaszkád-rendszerő kiépítésben SZELLİZTETÉS

NYITOTT AEROB REAKTOR II-V. A szennyezettségtıl függıen a nitrifikáció a további aerob fokozatokban történik. A sorba kapcsolt további egységek végzik a nehezen bontható alkotórészek lebontását, amelyben a növények mellett kagylók, csigák is részt vesznek. TISZTÍTOTT SZENNYVÍZ A tisztított szennyvíz paraméterei a legszigorúbb (I. kategória) követelményeinél is tisztább vizet eredményeznek

FÚVÓ + LEVEGİZTETİ VEZETÉKEK

SZENNYVÍZ BEVEZETÉS ANAEROB REAKTOR Erısen szennyezett szennyvizek elıtisztítására

LEVEGİZTETETT BIOLÓGIAI SZŐRİK A tisztítási igénytıl függıen több fokozatban használt többfunkciós utolsó tisztítóegység kolloidok, nehezen bontható részek eltávolítására, jelentıs denitrifikáló hatással ÜLEPÍTİ A szervesanyag lebontásából keletkezı bakteriális biomassza elválasztására, ANOXIKUS REAKTOR a hagyományos eleveniszapos FÖLÖSISZAP-ELVÉTEL Elıtisztítás tisztítóknál ÉS ISZAPRECIRKULÁCIÓ kisebb iszapkoncentráció és fölösiszap képzıdés mellett ZÁRT AEROB REAKTOR Erısen szennyezett szennyvizek elsı fokozatú aerob elıtisztítására, beépített biofilterrel

Koncepció: A szélhatáson és hıterhelésen alapuló természetes szellızés lehetıségeinek kiaknázása Tovább kell lépni a hagyományos, hımérsékleten alapuló szabályozási technikákon PMV (Predicted Mean Vote) mérés CO2 Mérés Esetleg IAQ mérés Változó térfogatáramú berendezések Igényfüggı, decentralizált berendezések tervezése Alacsony primer energa-fogyasztású berendezések Hıvisszanyerés hatásosságának növelése Villamos energiafelhasználás csökkentése


h [m]

Te

te re

h [m]

ti ri

h [m]

re-ri

h [m]

Ti A2 z2 A1

z1 pe [Pa]

pi = hρ i g

pe = hρ e g

m& = ρ i A2Cd

2 gH (Ti − Te )  T  A 2  Ti 1 + e  2    Ti  A1  


pi [Pa]

Dp [Pa]

Dp/2 [Pa]

∆p = hg (ρ e − ρ i ) Azonos magasságban a nyomások azonosak A semleges zóna helye a két nyílás méretétıl (áramlástani ellenállásától függ),

Nyomáskülönbség változása nyitott lépcsıházas, többszintes épület esetén

Nyomáskülönbség változása zárt lépcsıházas, többszintes épület esetén egy szint magasságú helyiségek és a külsı tér között épületmagasságú helyiségek és a külsı tér között


Az épületbe, mint „akadályba” ütközı légáram sebessége és iránya megváltozik, mely dinamikus nyomásváltozást okoz

pdin =

ρ 2

w2

Aerodinamikai együttható (túlnyomás + ... depresszió -):

∆p = kpdin Befolyásolja: épület formája (pl.: él arányai), fekvése, vizsgált pont helye, stb.


A nyílászárók beépítése és mőködtetése beépítési, csatlakozási és üzemelési hézagok jelenlétével jár együtt; Nyomáskülönbség okai: szélhatás, hımérsékletkülönbség, szellıztetı berendezés. Az adott rés mérete, „tömítettsége” az üzemeltetıtıl de a kialakuló nyomáskülönbségtıl is függ, ezért fizikája kevésbé egzakt

V = l a ∆p n [m 3 / h] l [m] – rés él hosszúsága a [-] – légáteresztési tényezı ∆p [Pa] – a két oldal közötti nyomáskülönbség n – az áramlás minıségére utaló tényezı (0.5 .. 1.0) Küszöb nélküli ajtó – a=8.0 Fakeretes kettıs ablak – a=0.25 Légtömör ablak – a=0.1 Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

2 ⋅ ∆p & V = µ ⋅ A0 ⋅

ρ


µ – a nyílászáró átömlési tényezıje A [m2] – Nyílás névleges mérete ∆p [Pa] – a két oldal közötti nyomáskülönbség

n50: 50 Pa nyomáskülönbség hatására kialakuló légcsereszám: n50 = V50 / V Szokásos értékek: n50 > 2 h-1 Légtömör épület: n50 < 0,6 h-1


Légtömörségi szint

Családi ház

Többlakásos épület

Magas

n50<4

n50<2

Közepes

4
2
Alacsony

10< n50

5< n50

n fl = n50 ⋅ e Szélvédettség együtthatója (e)

Egy szélhatásnak kitett homlokzat

Egynél több szélhatásnak kitett homlokzat

Nincs védelem: szabadon álló épület.

0,03

0,10

Közepes védelem: szabadon álló épület, fákkal más épülettel körülvéve

0,02

0,07

Erıs védelem: városközpont

0,01

0,04

V& fl = n50 ⋅ e ⋅V = n fl ⋅ V Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

A hagyományos természetes, de kontroll nélküli technikák újra éledése, kombinálva a modern szabályozás- és számítástechnikával, Kiegészítve gépi szellızéssel. Jellemzıi: Kettıs mőködéső rendszerek (természetes, mesterséges) Automatikus döntés a mesterséges és a természetes mód között A mőködésmód függ az évszak, és a napi ciklustól is A tervezés fı szempontja a „belsı tér szolgálata” mellett megjelenik az energia fogyasztás minimalizálásának szempontja is A rendszerek már nem csak a „mechanikus elemek” méretezésén alapszanak, hanem figyelembe veszik (méretezik)

épület szerkezetét belsı hıfelszabadulásokat passzív technikákat (szoláris, hőtés) a külsı meteorológiai paraméterek pillanatnyi illetve elırevetített értékeit is


Koncepció:

50Pa, 400l/s (40fı) Hıvisszanyerı Szinte csak függıleges vezetés Szélirány szerint változtatható be és kifúvások Elektrosztatikus szőrı rendszer Állandó terfogatáramú, kiegyenlített rendszer Alacsony légsebességek (0.15Pa/m) Elektronikus fordulatszám szabályozás a térfogatáramra (18-37W – ez kb 5%-a a mai rendszereknek) 50%-os hıvisszanyerı hatásfok

Továbblépési lehetıség: Norwegian Building Research Institute épülete Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

Igényfüggı térfogatáram

Koncepció:

50Pa, 400l/s (40fı) A belsı hıfelszabaduláson és a föld hőtı hatásán alapuló szellızés Kiegészítı ventillátor Alacsony légsebességek (0.15Pa/m) Épület alatt vezetett, passzív hőtı rendszer mely aktiválja a szunnyadó hıtároló tömeget

Továbblépési lehetıség:

Slattang School Boras (Sweden) épülete


Hıvisszanyerı

Koncepció:

2000m2 3 szint, irodák, elıadók Déli oldal 45% üvegezett, árnyékvetıkkel Nagy betontömegő szerkezet „Üvegkémény ventillátor” a szoláris szellızés motorja Az angol idıjárásnak megfelelıen kiegészítı ventillátor Kiegészítı „csatorna” álmennyezet. A szolár-kémény felhajtó erıt generál: az északi oldalról hővös levegıt szív át az épületen (nyitott északi ablakok, nyitott álmennyezeti csappantyúk)

BRE Iroda épülete Anglia (Watford)

A szolár-kémény lehajtó erıt generál: az északi oldal felé nyomja az elhasznált levegıt (Night Ventillation Concept)


Télen a szolár-kémémy elıfőti a levegıt




~200W/m2, porlasztással növelhetı Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

~2xfüggıleges=vízszintes; R>80%; +30-40% Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.


Koncepció:

Az angol Parlament új épülete Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

Biztonsági okokból a friss levegı vételi hely csak a tetı síkjában volt elhelyezhetı A kéményhatás és a szélhatás mellet, kisegítı ventillátorok segítik a szellızést A csıhálózat integrált az épület szerkezetébe, ezáltal mozgósítja az épület tömegét. A déli homlokzat üvegfelületei elıfőtik a levegıt. A szellızı rendszer természetesen hıvisszanyerıvel felszerelt, de az egymás mellett haladó falazott elemek tovább segítik a hıvisszanyerés

Koncepció:

Az angol Parlament új épülete Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.

Biztonsági okokból a friss levegı vételi hely csak a tetı síkjában volt elhelyezhetı A kéményhatás és a szélhatás mellet, kisegítı ventillátorok segítik a szellızést A csıhálózat integrált az épület szerkezetébe, ezáltal mozgósítja az épület tömegét. A déli homlokzat üvegfelületei elıfőtik a levegıt. A szellızı rendszer természetesen hıvisszanyerıvel felszerelt, de az egymás mellett haladó falazott elemek tovább segítik a hıvisszanyerés


Szikra Csaba. Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék Építészmérnöki Kar

Recommend Documents