Passzív szolár szerkezetek Napkollektorok Csoknyai Tamás Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék

Energiatudatos tervezés elemei 1 ALAPKONCEPCIÓ: Kompakt forma, alacsony SA/V arány Defenzív/szoláris tervezés Táj- és klimatikus adottságok kihasználása

Energiatudatos tervezés elemei 2 TRANSZMISSZIÓS VESZTESÉGEK CSÖKKENTÉSE: Határolószerkezetek hőszigetelése U-érték Y-érték Nyílászárók hőtechnikai minősége Ug Uw: keret+üvegezés Y-érték: beépítés függvénye Éjszakai külső árnyékolás hőellenállása

Energiatudatos tervezés elemei 3 SZELLŐZÉSI VESZTESÉGEK: Légtömörség Kiegyenlített hővisszanyerős szellőzés Természetes szellőzés lehetősége (pl. napkémény)

Energiatudatos tervezés elemei 4 NYÁRI HŐVÉDELEM: Külső árnyékolás/integrált árnyékolás Speciális hővédő üvegezések

Energiatudatos tervezés elemei 5 PASSZÍV-SZOLÁR ESZKÖZÖK: Nagy benapozott üvegfelületek Napterek: télikert, átrium Tömegfal, trombe-fal, vízfal Transzparens hőszigetelés Fázisváltó anyagok

Példák defenzív tervezési stratégiára

Példák szoláris tervezési stratégiára

Átmeneti tervezési stratégiák

Nyílászárók 3 LEC Xenon 8 mm 0,4 0,42 64% Kripton 10 mm 0,5 2 LEC 0,8 Forrás: Othmar Humm: Alacsony energiájú épületek, 83. o. Nyílászárók Üvegtáblák száma Töltet Résméret mm Ug W/m2K g-érték Fényáteresztés 3 LEC Xenon 8 mm 0,4 0,42 64% Kripton 10 mm 0,5 2 LEC 0,8 0,57 76% Argon, kripton 16 mm 1,1 0,65 78% Levegő 20 mm 1,5 2 3,0 0,75 80% 1 - 5,8 0,9 90%

Nyílászárók

HŐNYERESÉGEK NÖVELÉSE

A napsugárzás A 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 magassága mennyi a légkörben a vízgõz, a köd, a felhõzet, a többatomos gázok, a légköri szennyezõdés (szilárd lebegõ részecskék - aeroszol).

A napsugárzás mennyiségi jellemzői Jellemző napsugárzás értékek a Föld felszínén NAPÁLLANDÓ: 1,352 kW/m2 A napsugárzás értéke a föld légkörének külső határán A közvetlen és a szórt sugárzás aránya Magyarországon Forrás: Naplopó Kft.

A napsugárzás mennyiségi jellemzői Vízszintes felületre érkező globális napsugárzás Magyarországon Déli tájolású, 45°-os dőlésű felületre érkező, és ebből napkollektorokkal hasznosítható napsugárzás havi megoszlása Magyarországon Forrás: Naplopó Kft.

A napsugárzás mennyiségi jellemzői 2005 évi napsugárzási adatok napi bontásban Borult nap Január 07. Változékony nap Május 07. Derült nap Május 26. Forrás: Naplopó Kft.

Téli és nyári napsugárzás összehasonlítása A napsugárzás mennyiségi jellemzői Déli tájolású és 45°-os dőlésszögű felületre érkező globális napsugárzás derült idő esetén Téli és nyári napsugárzás összehasonlítása Forrás: Naplopó Kft.

Áteresztés, elnyelés, visszaverés Ha 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) tényezõ jellemzi. Az elnyelt, visszavert és áteresztett energia összeg megegyezik a felületre jutó energiával, azaz a + r + t = 1

Opaque szerkezet energiamérlege

Transzparens szerkezet energiamérlege

A napsugárzás spektrális eloszlása 1 A látható fény az ibolyától a vörösig. Ebben az intervallumban érkezik a sugárzási energiának majdnem a fele. Természetes világítás és fütõhatás szempontjából egyaránt fontos.

A napsugárzás spektrális eloszlása 2 A rövid hullámhosszú infravörös sugárzás. Ebben az intervallumban a sugárzási energiának valamivel több, mint a fele érkezik. Fütõhatása fontos.

Szerkezetek hősugárzás-spektruma A földi felszinek (talaj, épület) által kibocsátott sugárzás spektruma a hosszabb hullámhosszú infravörös tartományba esik

Az üveg hőáteresztő képessége 4 mm hullámhossz alatt 0, Hosszúhullámú infravörös tartományban az üveg átlátszatlan Ez a jelenség az üvegházhatás oka.

Üvegezés transzmisszió [%] Napsug. sepktrum [W/m2] Földi testek spektruma [W/m2] %

Az üvegházhatás 1

Az üvegházhatás 2

Az üvegházhatás 3

Az üvegházhatás 4

Az üvegházhatás 5

Passzív szoláris térfűtés A fejezet anyaga részletesen olvasható a következő honlapon: http://www.egt.bme.hu/solhipt/a1.htm Direkt rendszerek Energiagyûjtõ falak Napterek Szoláris légtechnika Hibrid rendszerek Aktív rendszerek

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

Transzparens hőszigetelés 2 Télen nappal: Nyáron nappal:

Napterek működése Éjjel Frisslevegő előmelegítés éjjel 20 C naptérhőm. felett

Naptér példák Beüvegezett lodzsa Átrium Télikert

PASSZÍV HÜTÉS HŐTÁROLÁS, IDŐÁLLANDÓ ÁRNYÉKOLÁS ÉJSZAKAI ÁTSZELLŐZTETÉS

A hőtároló tömeg jelentősége Az időállandó arányos a hőtároló tömeggel és a határolófelületek hőellenállásával A kívülről szigetelt nehéz szerkezetek időállandója nagy A könnyü szerkezetek időállandója kicsi A nagy időállandó helyes épülethasználat (éjszakai átszellőztetés, nappal alacsony légcsere, árnyékolás) mellett kedvező: Csökkenti a nyári napi hőingást, ezért a passzív hütés egyik fontos eszköze Csökkenti a téli csúcshőigényt, ezáltal a beépített teljesítményt Könnyüszerkezetek időállandójának megjavításához elegendő néhány belső nehéz szerkezet alkalmazása

Példa: Léghőmérséklet egy nyári napon (ideális árnyékolás, ablaknyitás) - szimuláció

Árnyékolás 1 Külső árnyékoló lényegesen jobb, mint a belső Vízszintes árnyékolók déli tájolás esetén. Fő megoldások: Folytonos felület Lamellák

Árnyékolás 2

Árnyékolás 3

Árnyékolás 4 Keleti és nyugati tájolás esetén függőleges árnyékoló szükséges

Árnyékolás 5 A függőleges elemek télen és nyáron is ugyanúgy árnyékolnak. Ez mozgatható, forgatható elemekkel oldható meg.

DELTA®-COOL

A PCM működési elve… hőmérséklet Hőmennyiség érzéketlen érzékeny Unterschied zwischen sensibler und latenter Wärme szilárd olvadás folyadék Hőmennyiség

PCM-típusok Vor- und Nachteile der verschiedenen Typen, warum wir Salzhydrate verwenden

A PCM hőtároló képessége Könnyű szerk. Tömör fa Beton Téglafal Különböző anyagok vastagsága 5700 kJ hőtároló képesség mellett (Hőmérséklet emelkedés 10 K)

Kísérleti beépítés eredménye Erklärung der Grafik

Energiamérleg példa Új építésû ház Passzív ház

Napkollektorok A napkollektor feladata: Forrás: Naplopó Kft. elnyelje a napsugárzást, az elnyelt napsugárzást hőenergiává alakítsa, a keletkezett hőenergiát átadja egy hőhordozó közegnek. Forrás: Naplopó Kft.

A napkollektoros rendszerek általános felépítése Napkollektorok Csővezeték rendszer Szabályozó Tároló Szoláris szerelési egység Tágulási tartály Forrás: Naplopó Kft.

Napkollektorok általános felépítése, főbb részei Forrás: Naplopó Kft.

Napkollektorok A jó napkollektorok titka: szelektív bevonat A szelektív bevonat a hullámhossz függvényében engedi át, vagy veri vissza az elektromágneses sugárzást. A Nap rövid hullámhosszú sugárzását átengedi, azaz elnyeli Az abszorber lemez hosszú hullámhosszú sugárzását visszaveri, azaz nem engedi át Nikkelpigmentes alumínium-oxid Forrás: Naplopó Kft.

Kollektorok energia átalakítási viszonyai átlagos napsugárzás esetén Napkollektorok energiamérlege Kollektorok energia átalakítási viszonyai átlagos napsugárzás esetén Forrás: Naplopó Kft.

Vákuumcsöves kollektor Napkollektorok jellemző felületei Síkkollektor Vákuumcsöves kollektor Teljes, bruttó felület: A kollektor szerkezet teljes befoglaló mérete Szabad, besugárzott üvegfelület: Az üvegfelület nagysága, ahol a napsugárzás bejut az abszorber lemez felületére Abszorber felület: A kollektor elnyelőlemezének besugárzott felülete Forrás: Naplopó Kft.

Napkollektorok A napkollektorok főbb típusai: Forrás: Naplopó Kft. Lefedés nélküli kollektorok (szolárszőnyegek) Nem szelektív síkkollektorok Szelektív síkkollektorok Vákuumos síkkollektorok Vákuumcsöves kollektorok Forrás: Naplopó Kft.

Napkollektorok Lefedés nélküli kollektorok Forrás: Naplopó Kft. Elsősorban medencék fűtésére Forrás: Naplopó Kft.

Napkollektorok Síkkollektorok Forrás: Naplopó Kft. Nem szelektív síkkollektorok Szelektív síkkollektorok Vákuumos síkkollektorok Szelektív síkkollektor Síkkollektorok általános felépítése Vákuumos síkkollektor Forrás: Naplopó Kft.

Napkollektorok A síkkollektorok belső csövezése Forrás: Naplopó Kft.

Napkollektorok Vákuumcsöves napkollektorok Forrás: Naplopó Kft. A vákuum előnye, hogy kiküszöböli a kollektor házon belül a konvektív hőátadást. Ennek elsősorban akkor van nagyobb jelentősége, ha a hőmérséklet különbség a kollektor és a környezeti levegő között nagy, tehát pl. télen, fűtésrásegítés esetén, vagy akkor, ha a kollektoroknak magas hőmérsékletű közeget kell fűteni. Vákuumcső típusok Forrás: Naplopó Kft.

Vákuumcső kollektorok belső csövezése Napkollektorok Vákuumcsöves napkollektorok Vákuumcső kollektorok belső csövezése Forrás: Naplopó Kft.

Hőcsöves napkollektor (Heat pipe) Napkollektorok Vákuumcsöves napkollektorok Hőcsöves napkollektor (Heat pipe) Forrás: Naplopó Kft.

Napkollektorok Vákuumcsöves napkollektorok Forrás: Naplopó Kft. CPC reflektor Schott vákuumcső Forrás: Naplopó Kft.

Napkollektor típusok összehasonlítása

A napkollektoros rendszerek részei Napkollektorok Napkollektorok tartószerkezetei Szivattyús szerelési egységek Tágulási tartályok Melegvíz-, és puffertárolók Szabályozók Hőcserélők Motoros váltószelepek Légtelenítők Fagyálló folyadék Csővezeték Hőszigetelés Forrás: Naplopó Kft.

Napkollektorok tetőre szerelése Szerelőkeret napkollektorok ferdetetőre szereléséhez Forrás: Naplopó Kft.

Napkollektorok tetőre szerelése Tetőbe integrált beépítés A napkollektorok helyettesítik a tetőhéjalást. Forrás: Naplopó Kft.

Napkollektorok tetőre szerelése Szerelőkeret napkollektorok lapostetőre szereléséhez Forrás: Naplopó Kft.

Szoláris szerelési egységek Forrás: Naplopó Kft.

Melegvíz- és puffertárolók Forrás: Naplopó Kft.

Tárolók Tárolók hőveszteségének csökkentése Forrás: Naplopó Kft.

Külső hőcserélők Külső hőcserélők alkalmazása Forrás: Naplopó Kft.