Passzív-szolár szerkezetek

Az előadások a következő témára: "Passzív-szolár szerkezetek"— Előadás másolata:

1 Passzív-szolár szerkezetek

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

3 Tömegfal télen Nappal: Éjjel:

4 Tömegfal nyáron Nappal: Éjjel:

5 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.

6 Tömegfal építészeti megjelenése

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

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

9 Transwall

10 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.

11 Trombe-fal nyáron Nappal: Éjjel:

12 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

13 Trombe fal építési példa

14 Transzparens hőszigetelés 1

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

16 Hőáramok és ellenállások
hőáramok aránya teherhordó réteg csillapító, késleltető hatása

17 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

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

19 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 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 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.

20 Transzparens szigetelés metszete, az üvegezés mögötti mobil árnyékolóval

21 Transzparens szigetelés csomópontja

22 Transzparens vakolattal ellátott homlokzat egy német referencia épületen

23 Transzparens hőszigetelés példája lakóház mellvéd falán

24 Transzparens hőszigetelés példája csarnoképület falán

25 Transzparens hőszigetelés példája lakóház mellvéd falán

26 Transzparens szigetelés példája középület homlokzatán

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

28 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

29 A naptér lakhatósága Az év nagy részében értékes lakótérbõvület
Ha hõmérséklete eléri a 20 oC-t, akkor az anyaépülettel összenyitható Derült idõben már 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.

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

31 Pufferhatás A pufferhatás az üvegezés függvényében balról jobbra csökkenő mértékű

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

33 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.

34 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

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

36 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

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

38 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 g vízgõz Naptér  épület áramlás esetén: naptér mint ülepítõ porkamra, durvább aeroszolok kiszűrése Akusztikai védőhatás Hőkomfort átmeneti időszakban

39 Naptér példák Virágablak Átrium Üvegház

40 Szoláris légfűtés, hibrid rendszerek

41 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

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

43 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).

44 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

45 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

46 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

47 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

48 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)

49 OM Szolár rendszer

50 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.

51 OM Szolár rendszer példa

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

53 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.

54 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.

55 Open loop solar wall

56 Thermosyphon system

57 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.

58 Köszönöm a figyelmet!