Passzív-szolár szerkezetek

Energiagyűjtő falak Tömegfal: Transzparens hőszigetelésű fal: Trombe-fal:

Tömegfal télen Nappal: Éjjel:

Tömegfal nyáron Nappal: Éjjel:

A tömegfal teljesítménye A tömegfal teljesítménye jobb, ha az üvegezés keretaránya kicsi, az üvegezés hőátbocsátási tényezõje kicsi, éjjel a hőveszteséget a társított szerkezet csökkenti, az elnyelő felület abszorciós tényezõje nagy, vagy felületképzése szelektív az opaque réteg hőtároló képessége nagy, az opaque réteg hőátbocsátási tényezője nagy. A tömegfalban höszigetelő réteg nem alkalmazható borult idõ, éjjel nagy hõveszteség, U=1,0 - 1,2 W/m2K.

Tömegfal építészeti megjelenése

Vízfal 10-szer nagyobb hőtároló kapacitás: víz fajhője 5-szöröse a szilikátokénak egyenletes hőmérséklet a konvektív hőáramok miatt

Fázisváltó fal szilárd-folyékony fázisváltás 16, 20, 29, 32, 35, 50-60 oC fázisváltási hõmérséklet, 120-180 kJ/kg fázisváltási hõ fázisváltáskor a hõfelvétel vagy leadás állandó hõmérsékleten edények, méhsejtszerkezetek, mûanyagmátrixok szerkezet vagy helyiség hõtároló képességének növelése

Transwall

Trombe-fal télen Nappal: Éjjel: külső felületén nagy abszorpciós tényezőjű, "sötét" színezés, felületképzés tisztítás és karbantartás lehetõségét biztosítani kell. ha a szellõzõnyilások éjszaka nyitva lennének, a helyiségbõl távozna a hõ és a légrétegben az üvegezésen páralecsapódás következne be Nappal: Éjjel: Csappantyú nyitás: az elnyelő felület hõmérséklete magasabb, mint a helyiség levegõjének hõmérséklete a fütõteljesitményre valóban szükség van.

Trombe-fal nyáron Nappal: Éjjel:

A Trombe fal teljesítménye A Trombe fal teljesítménye jobb, ha az üvegezés keretaránya kicsi, az üvegezés hõátbocsátási tényezõje kicsi, éjjel a hőveszteséget a társított szerkezet csökkenti, az elnyelõ felület abszorciós tényezõje nagy, vagy felületképzése szelektív az opaque réteg hőtárolóképessége nagy, az opaque réteg hőátbocsátási tényezője nagy. a szellőzőcsappantyúk nyitása-zárása a megfelelő időben történik. a trombe falban hőszigetelő réteg nem alkalmazható borult idõ, éjjel nagy hőveszteség, U=1,0 - 1,2 W/m2K. a szellõzõ csappantyúk helytelen müködtetése a teljesítményt rontja, állagkárosodáshoz vezethet

Trombe fal építési példa

Transzparens hőszigetelés 1

Transzparens hőszigetelés 2 Télen nappal: Nyáron nappal: Probléma: Túlzott hőterhelés a helyiségben Anyagkárosodás Megoldás: Fototróp, termotróp üvegezés (z=10-20%) Árnyékolás Átszellőztetett légréteg

Hőáramok és ellenállások hőáramok aránya teherhordó réteg csillapító, késleltető hatása

Tipikus struktúrák párhuzamos fóliák, a falra merőleges tengelyű, áttetsző palástú hengerekből, hatszögletű hasábokból álló (végein nyitott) sejtszerkezetek, üveg és/vagy fóliák közé kasirozott granulátum, szálasanyag, aerogél

Szigetelés optimális vastagsága Magas áteresztő képesség esetén minél vastagabb Alacsony áteresztő képesség esetén optimum

Beépítés transzparens réteg mögé : idõjárási hatásoknak ellenállás Nyári besugárzás elleni védelem: külsõ mozgatható árnyékolóval, az üvegfedés és a szigetelés közötti mozgatható árnyékolóval, adott hõmérséklet felett elhomályosodó termotróp üvegezéssel (két üvegtábla között 1- 10 mm vtg. gélréteg). A szigetelés és a fal közötti 1 cm légréssel a szigetelõanyag ne érintkezzen a magas hõmérsékletü elnyelõfelülettel párakiszellõztetést is szolgálhatja. A transzparens szigetelés szokásos vastagsága 4 - 8 cm, hõvezetési ellenállása 0,8 - 1,6 m2K/W, g = 0,5 - 0,7 Kisebb teljesítményű rendszereknél áttetszõ vakolat alkalmazása is elõfordul, ezek nyári védelme nem feltétlenül szükséges.

Transzparens szigetelés metszete, az üvegezés mögötti mobil árnyékolóval

Transzparens szigetelés csomópontja

Transzparens vakolattal ellátott homlokzat egy német referencia épületen

Transzparens hőszigetelés példája lakóház mellvéd falán

Transzparens hőszigetelés példája csarnoképület falán

Transzparens hőszigetelés példája lakóház mellvéd falán

Transzparens szigetelés példája középület homlokzatán

Napterek Olyan tér, melynek van transzparens külsõ térhatárolása, kapcsolódik az anyaépülettel, nincs mesterséges fütése Elnevezések: üvegház, télikert, angolul sunspace, Németországban Wintergarten, Egyesült Királyságban conservatory

Napterek működése Direkt rendszer Tömegfal-effektus Magasabb léghőmérséklet Kisebb veszteség Esetleg nyereség Direkt rendszer Tömegfal-effektus Csökkentett veszteség éjjel Frisslevegő előmelegítés Frisslevegő előmelegítés 20 C naptérhőm. felett Nyereségáram konvektív úton

A naptér lakhatósága Az év nagy részében értékes lakótérbõvület Ha hõmérséklete eléri a 20 oC-t, akkor az anyaépülettel összenyitható Derült idõben már 12 - 20 oC esetén is kellemes hõérzet a sugárzás miatt; köztes nyílászárók zárva Nyáron: jó árnyékolás és a nagyon intenzív természetes szellõztetés (felsõ levegõkivezetés) Ha a friss szellõzõ levegõt télen a naptéren át vezetjük az anyaépületbe, akkor az utóbbi energiamérlegét javítjuk, de a naptér hõmérséklete alacsonyabb lesz.

Pufferhatás Pufferhatás: magasabb hőmérséklet a naptérben Arányos a határolás hőellenállásával Pufferhatás az alaprajz függvényében balról jobbra csökkenõ mértékû

Pufferhatás A pufferhatás az üvegezés függvényében balról jobbra csökkenő mértékű

Pufferhatás A pufferhatás a társított szerkezetek függvényében balról jobbra csökkenő mértékű (éjszakai használat)

Pufferhatás Az épületnek kedvező, ha: az épület határolásának minél nagyobb felületét kis külső felületű pufferzónával takarjuk be (hosszú, de nem mély naptér); ha mindenhol kettõs üvegezés van ha mindenhol van mobil kiegészítõ szerkezet További előnyök: a naptér által védett homlokzaton a hõátadási tényezõ kisebb, a csapóesõ kedvezõtlen állagvédelmi és energetikai hatása nem érvényesül.

Konvektív energiaáramok Filtráció, ablaknyitás, mesterséges szellőzés szellõztetés intenzitásától és irányától függ véletlenszerûen változó hatások adottság: uralkodó szélirány a környezõ beépítés (szélvédettség javítható növényzet megfelelõ telepítésével) tervezéssel befolyásolható: a nyílászárók légáteresztési ellenállásai közötti arányok a nyílászárók egymáshoz viszonyított helyzete a nyitható ablakszárnyak elhelyezése szellőzőcsappantyúk elhelyezése, mûködési módja kisteljesítményû ventilátorok a légcsere akármeddig nem csökkenthetõ

Konvektív energiaáramok Magasabb naptér hőmérséklet (a belső levegő hőt ad le a naptérben) Nagyobb energiafelhasználás Alacsonyabb naptér hőmérséklet (hőelvonás a naptérből) Kisebb energiafelhasználás

Konvektív energiaáramok Légcsere a naptér külső határolásánál nincs Légcsere más külső felületeken Levegő felfűtése a belső térben tb>tnaptér Hőáramlás a naptér felé tb<tnaptér Hőáramlás a beltér felé

Sztratifikáció (rétegződés) Meleg levegő tartózkodási zónába juttatása kisventilátorral Meleg levegő tartózkodási zónába juttatása Sztratifikáció: Hőmérsékleti rétegződés

Másodlagos hatások A levegõ mozgásával konvektív vízgõztranszport Épületbõl naptérbe áramlás: lecsapódás lehetõsége: anyagválasztás, felületkezelés, kondenzcsatorna Naptérbõl épületbe áramlás: penészképzõdés kockázata az épület szabad homlokzatainak csomópontjai környékén túlságosan sok növény a naptérben (egy m2 levélfelületrõl óránként 25-35 g vízgõz Naptér  épület áramlás esetén: naptér mint ülepítõ porkamra, durvább aeroszolok kiszűrése Akusztikai védőhatás Hőkomfort átmeneti időszakban

Naptér példák Virágablak Átrium Üvegház

Szoláris légfűtés, hibrid rendszerek

Légkollektorok Szerkezeti kialakítás: beépítés: tetőidomra ráépített héjalással szerkezetileg és funkcionálisan integrált külsõ falra ráépített (ritka) elnyeló felület tipikusan aluminium, szelektív felületbevonat hõhordozó közeg: levegő fedetlen vagy fedett

Fedetlen légkollektor A levegõ az elnyelõ lemez alatt áramlik, az elnyelõ lemezt a teljes sugárzás éri, a kollektor hõvesztesége nagy

Fedett légkollektor Üvegezés van, Levegõáramlás: kettõ közõtt (egyszerübb szerkezet, nagyobb kollektor hõveszteség) elnyelõ lemez alatt (bonyolultabb szerkezet, kisebb hõveszteség, mert az elnyelõ lemez és az üvegezés közötti pangó légréteg szigetel).

Hibrid rendszerek A szoláris fűtési funkciók energia szállításában gépészeti elemek Hõhordozó közeg: levegõ nyitott, zárt vagy kombinált áramkörök higiénés problémák a befúvásnál beépített szürõkkel enyhíthetõk nagyobb ventilátormunka szürõcserék

Kiszellőztetett kőágy Egy helyiség hőtárolóképessége véges "kihelyezett" hõtároló kõágy; egyszemcsés kõvel (5-7 cm), durva kaviccsal feltöltött, falazott vagy betonozott tér, Elhelyezés: padló alatt a talajba süllyesztve üvegház alatt a talajba süllyesztve, néha a lépcsõ orsóterében napközben meleg (naptérbõl, termoszifonos rendszerbõl, légkollektorból, szoláris falból elszívott) levegõvel felmelegítik kőágyból kilépő levegő még alkalmas helyiség szellőzésre Éjszaka a kõágyban tárolt energiával a helyiség fûtésére-szellõztetésére szánt levegõ előmelegítése

Kiszellőztetett kőágy Nyáron: az éjszakai külsõ levegõvel lehûtés, napközben lehûtött kõágyon át levegő előhűtés A levegõ határolószerkezetekben kialakított légjáratokban is keringtethetõ (beépített sugárzó fûtés) nagy hõtároló tömeg Ventilátor méretezése: szemcsék közötti hézagok ellenállása a légcsatornák ellenállása nyitott áramkör esetén- a higiénés megfontolásból a befúvásoknál beépített szûrõk ellenállása

Kiszellőztetett kőágy kõágyat a talajjal érintkezõ felületein hõszigetelni kell betonteknõ légtömör (pl. hegesztett fólia) Beépítés elõtt: a kõágyat nagynyomású vízzel kell lemosni. fertõtlenítés ajánlott. légcsatornába a belépõ és kilépõ nyílásoknál légszûrõ

Kőágyak méretezése egynapi tárolásra méretezünk kőágy térfogata: V [m3]= 0,6*A [m2] A: energiagyűjtő felület ennél nagyobb kõágyakat ekkora, egymástól elszigetelt részekre kell bontani áramlás irányú mérete max. 2,5 m (a levegõ és a kõszemcsék közötti hõmérsékletkülönbség és a hõcsere intenzitása csökken)

OM Szolár rendszer

OM Szolár rendszer Energiagyûjtés a tetõhéjalással integrált légkollektorral. elsõ szakasza fedetlen (az áramló levegõ hõmérséklete alacsonyabb, a hõveszteség kicsi), második szakasza fedett (a levegő az elnyelő lemez alatt áramlik). A levegő összegyûjtése a gerinc alatti légcsatornában. Kezelõdobozban: ventilátor, bordáscsöves hõcserélõ használati melegvízkészítésre, Csappantyú: nyáron a levegõ a szabadba télen a szellõztetett légjáratos épületszerkezetekbe Télen az áramlási irány idõnkénti pár perces megfordításával a tetõn hóolvasztás.

OM Szolár rendszer példa

Air Flow Windows In sunny days, a venetian blind, located between the panes, turns the window into an air collector.

Closed loop system The loop is closed if the air flow does not enter the room, thus it is circulated in double skin or hollow elements. Advantages: no hygienic risk, high radiant temperature, better thermal comfort high heat storage capacity. Disadvantages does not provide air change heat output requires minimum 25oC air temperature in the system.

Open loop system The loop is open if the air flow enter the room. Advantages fresh air supply, ventilation can be provided energy saving at any air inlet temperature (either heating or at least preheating of the fresh air. Disadvantages less heat storage capacity hygienic risks.

Open loop solar wall

Thermosyphon system

Barra-Costantini system Storage elements are completely interior within the well insulated envelop  high storage efficiency Heat losses at night and during cloudy periods are minimised.

Köszönöm a figyelmet!