Csoknyai Tamás [email protected] - NYME · Csoknyai Tamás [email protected] Budapesti Mûszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék

ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 1

Ökológikus építészet 2

Csoknyai Tamá[email protected]

Budapesti Mûszaki és Gazdaságtudományi EgyetemÉpületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék


Az üzemeltetés energiafelhasználása


Az energiafelhasználás összetevői

Futési hőHMV hőVillamos energia:

Épületgépészet (szivattyúk, ventilátorok, légkondicionáló berendezések, motoros szelepek, zsaluk, hőszivattyú, villanybojler, villamos futés)Lift, háztartási gépek, világítás


Primer energiafelhasználásPrimer energia fogalmaVégső energia fogalma


Energiahordozók CO2 kibocsátása


Anyag- és energiaáramok 1


Anyag- és energiaáramok 2


A futés és HMV hőfelhasználás összetevői 1VESZTESÉGEK:

Transzmissziós veszteségekKülső falakTetőTalajNyílászárókHőhidak

Szellőzési veszteségekSpontán légcsere résekenAblaknyitásSzellőzőrendszer


A futési és HMV hőfelhasználás összetevői 2

HMV veszteségFelhasználási Készenléti

Épületgépészeti rendszer veszteségei (szekunder)Szabályozás hiányaSzigeteletlen vezetékek, berendezések

NYERESÉGEK:Szoláris nyereségekBelső hőnyereségek:

Emberek metabolikus hőleadásaBerendezések, háztartási gépek, világítás, főzés

HŐTÁROLÓ TÖMEG HATÁSA


A futési hőfelhasználás és a szabványok

0

50

100

150

200

250

Ø Stock WSchVO 1982 WSchVO 1995 EnEV 2002 Passive House


Az épület energiamérlege 1

Transzmissziós energiaáramokSzellőzési veszteségekSzoláris hőnyereségBelső hőforrások

Tárolt hő időbeni változása

Fûtési / hûtési rendszer teljesítménye

0/ =+++++ HFtárolt

belsőszolsztr QT

QQQQQ &&

&&&&

trQ&

szQ&

szolQ&

belsőQ&

TQtárolt&

HFQ /&


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


Energia-áramok egy épületben


Integrált épületgépészeti rendszer


Energiaáram-mechanizmusok 1Természetes és mesterséges áramok okozta felületi konvekció, melyet befolyásol a felületképzés, a geometria és a hőmérsékleteloszlásFelületek 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


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


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


Energiatudatos tervezés elemei 1ÉPÍTÉSZETI ESZKÖZÖK:

Kompakt forma, alacsony ΣA/V arányDefenzív/szoláris tervezésTáj- és klimatikus adottságok kihasználásaHatárolószerkezetek hőszigeteléseJó hőellenállású nyílászárókTermészetes szellőzés lehetősége (napkémény)LégtömörségKülső árnyékolás/integrált árnyékolás speciális hővédő üvegezésekÖkológikus anyagválasztás


Energiatudatos tervezés elemei 2PASSZÍV_SZOLÁR ESZKÖZÖK:

Nagy benapozott üvegfelületekNapterek: télikert, átriumTömegfal, trombe-fal, vízfalTranszparens hőszigetelés


Energiatudatos tervezés elemei 3HAGYOMÁNYOS ÉPÜLETGÉPÉSZETI

ESZKÖZÖK:Kondenzációs kazánok (Nagy hatásfokú, környezetbarát hőtermelés)Korszeru szabályozástechnikaHővisszanyerős szellőzésHőszigetelt csővezetékek, tárolók, kazánokKlimatizálás helyett passzív hutés


Energiatudatos tervezés elemei 4MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOKAT HASZNOSÍTÓ

ÉPÜLETGÉPÉSZETI ESZKÖZÖK:Napkollektorok: HMV, futésPV-cellák: villamos energiatermelésFöld-levegő hőcserélőHőszivattyúGeotermális hőhasznosításSzélenergia-hasznosításBiogázFatüzelés (pellets)


Tervezési stratégiák 1Defenzív stratégia:

Célja a hőveszteségek csökkentése (negatív tagok az energiamérlegben)Defenzív épület jellemzői:

Kompakt forma, kis felület / térfogat arányVastag hőszigetelésKis ablakok, gyakran hővédő üvegezésselJó légzárásHővisszanyerőHatékony árnyékoló rendszerek

Példa: Földbe integrált épület


Példák defenzív tervezési stratégiára


Szoláris vagy interaktív tervezési stratégia:Célja a hőnyereségek maximalizálása (kivétel belső hőnyereségek)Szoláris épület jellemzői:

Déli tájolásMagas – tájolástól függő – üvegezési arányPasszív és aktív szoláris rendszerekHőtárolás és konvektív hőáramok tudatos használataEsetenként hővisszanyerőHatékony és intelligens árnyékoló rendszerek

Tervezési stratégiák 2


Példák szoláris tervezési stratégiára


Kompromisszumos tervezési stratégiák


A hőszigetelés kereszthatásai


Hőszigetelő rendszerek, hőszigetelt falazóelemek


Hőkomfort 1Komfort: Fiziológiai és pszichológiai értelemben vett jó közérzetHőkomfort: 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.


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


Ember hőegyensúlya1. Teljes hőveszteség2. Száraz hőveszteség3. Szugárzásos

hőleadás4. Konvektív

hőleadás5. Látens hőleadás6. Légzés hőleadása


Komfortdiagramok


A hőérzetet befolyásoló tényezőkLevegő hőmérsékleteLevegő nedvességtartalmaKörnyező felületek hőmérsékleteBesugárzási tényezőLégsebességHőmérsékletgradiensRuházat szigetelőképességeFizikai aktivitás


Ökológikus építészet 3

Megújuló energiaforrások, a szoláris energia hasznosítása 2


A napsugárzásA 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 magasságamennyi 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

Direkt sugárzás: A sugárzási energia egy része párhuzamos nyalábok formájában érkezik. Diffúz sugárzás: A légkörben lévõ - elõbbfelsorolt- 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 érõsugárzás egy részét elnyelik és õk maguk is bocsátanak ki - hosszabb hullámhosszon Visszavert sugárzás: a felszínrõl (talaj, hó, burkolat)


Direkt, diffúz, saját és visszavert sugárzás 2


Áteresztés, elnyelés, visszaverésHa 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) tényezõjellemzi.

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


Opaque szerkezet energiamérlege 1


Opaque szerkezet energiamérlege 2Az 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 felmelegszikA 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 - hosszúhullámúinfravörös tartományban -sugárzást


Transzparens szerkezet energiamérlege 1


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.


Az üvegházhatás 1










A napsugárzás spektrális eloszlása 1A látható fény az

ibolyától a vörösig. Ebben az intervallumban érkezik a sugárzási energiának majdnem a fele. Természetes világítás és fütõhatásszempontjából egyaránt fontos.


A napsugárzás spektráliseloszlása 2A rövid hullámhosszú

infravörös sugárzás. Ebben az intervallumban a sugárzási energiának valamivel több, mint a fele érkezik. Fütõhatása fontos.


Szerkezetek hősugárzás-spektrumaA földi felszinek (talaj, épület) által

kibocsátott sugárzás spektruma a hosszabb hullámhosszú infravörös tartományba esik


A Waldram diagram származtatásaA 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.


Nappálya diagramA Nappályák hengeres

vetületeiVágjuk fel a henger palástját az Egyenlítõvel átellenes alkotó mentén és terítsük ki. A vetületen láthatógörbékrõl leolvasható, hogy adott hónap reprezentáns napjának adott órájában a Nap milyen szögek alatt látszik.


Árnyékmaszk-szerkesztésAz eddigi elméleti ismertető, valamint az

árnyékmaszk szerkesztésének módszere megtalálható a következő honlapon:

http://www.egt.bme.hu/fo.htmSZOLÁRIS RENDSZEREK

Alapismeretek


Fotovoltaikus rendszerek


Épület példák 1


Épület példák 2


Fotovoltaikus cellákPV-cella: Fényből elektromos áramot hoz létrePV-cellák működési mechanizmusa és csoportosítsa a

http://www.egt.bme.hu/ecobuild/pv.htm

PV cells

alatt olvasható angol nyelven.


Önálló PV-rendszer 1


Önálló PV-rendszer 2Villamos hálózattól távol eső esetekben alkalmazandóA tárolás akkumulátorral történikInverter segítségével az egyenáram váltóárammá alakítható


Hálózatra kapcsolt PV-rendszerAz energiatárolás problémája nem jelentkezikA hálózatba táplált áramot kötelező felvásárolniA bevitt és a kivett áramot külön mérő regisztrája


Hibrid PV-rendszer 1


Hibrid PV-rendszer 2

Két áramforrást kombinál (Diesel-motor és PV-cella)Egyenletesebb, megbízhatóbb üzemCsúcsigények jobb kielégítése


PV rendszerek az épületenPV 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 PV-cella és az épület burkolófelülete között


Követelmények épületeken alkalmazott PV-rendszerekre

Párahatásoknak való ellenállásCsapóesőnek való ellenállásKondenzációnak való ellenállásElekromos csatlakozások időjárás-állóak legyenek,A PV-rendszereket földelni kell.


Passzív szoláris térfűtés A fejezet anyaga részletesen olvasható a következő

honlapon:http://www.egt.bme.hu/solhipt/a1.htm

Direkt rendszerekEnergiagyûjtõ falak

NapterekSzoláris légtechnikaHibrid rendszerekAktív rendszerek


Energiagyűjtő falakTömegfal:

Trombe-fal:

Transzparens hőszigetelésű fal:


Tömegfal télen

Nappal: Éjjel:


Tömegfal nyáron

Nappal: Éjjel:


Vízfal


Fázisváltó fal


Trombe-fal télen

Nappal: Éjjel:


Trombe-fal nyáron

Nappal: Éjjel:


Transzparens hőszigetelés 1


Télen nappal: Nyáron nappal:

Transzparens hőszigetelés 2


Napterek működéseÉjjel

Frisslevegő előmelegítés éjjel

Frisslevegő előmelegítés 20 C naptérhőm. felett


Naptér példákBeüvegezett lodzsa

Télikert

Átrium


Ajánlott irodalom:

Zöld András: Energiatudatos építészethttp://www.egt.bme.hu/solhipt/a1.htmhttp://www.egt.bme.hu/fo.htmhttp://www.egt.bme.hu/ecobuild/main.htm

Documents

Csoknyai Tamás [email protected] - NYME · Csoknyai Tamás [email protected] Budapesti Mûszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék