Épületgépész rendszerek

Átírás

1 Épületgépész rendszerek

2 Hőmennyiség Q, Energia E, Munka W Nm=J 1 cal = 4,1868 J 1 Wh = 3600 J Munka:fizikai értelemben munkavégzésről beszélünk, ha erő hatására elmozdulás történik. Energia az anyag különböző mozgásformáinak egyik kvantitatív értékelési eszköze. Hőmennyiség hőfokkülönbség hatására létrejövő energiaáramlás Hőáram, Q Hőteljesítmény Teljesítmény P Hőáramsűrűség W/m 2 q

3 Hőegyenértékek: MJ/kg; MJ/Nm3 OE (Olaj egyenérték): 1 kgoe = 42,6MJ, 1 barrel olaj 141,6 kgoe barrel (hordó): 1 barrel 159 l KSE (Kőszén egyenérték): 1 kgkse = 29,3 MJ A BTU az angol hőegység rövidítésből ered (British Thermal Unit) és az egyik legelterjedtebb mértékegység a klímatechnikában. 1 BTU -azaz energia- amely képes 1 font vizet 1 F (fahrenh eite) fokkal emelni vagy csökkenteni 1 angol font=0,4536 kg

4 Épülettechnikai rendszerek részrendszerei -Vízellátási, Csatornázási, -Fűtéstechnikai, -Légtechnikai, -Gáztechnikai, -Épületvillamossági, és egyéb gépészeti rendszerek -kiszolgált terek

5 Épülettechnikai, épületgépész rendszerek feladata

6 Fűtéstechnika

7 Az előadás vázlata 1. A fűtési rendszerek feladata 2. Építészeti eszközök az épületek fűtésében 3. A fűtési rendszerekkel szemben támasztott követelmények 4. A fűtési rendszerek csoportosítása, és legfontosabb jellemzőik 5. A fűtési rendszerek elemei, legfontosabb jellemzőik

8 1. Fűtési rendszerek feladata Fűtési rendszerek feladata A kívánt termikus környezet biztosítása Meteorológiai viszonyok, Külső terhelések, zavaró tényezők Ember, növény, állat, technológia Belső terhelések, zavaró tényezők A külső hőmérséklet, külső-belső hőnyereség, és egyéb más zavaró tényezők függvényében változó, valószínűségi jellegű fogyasztói igények kielégítése, a helyiségek hőmérsékletének kívánt értéken tartása előírt megbízhatósággal

9 1. Fűtési rendszerek feladata Állat, növény termikus környezete

10 1. Fűtési rendszerek feladata Térfűtés Gépjárművek, repülők, hajók

11 2. Építészeti eszközök az épületek fűtésében Transzparens hőszigetelés Építészeti eszközök az épületek fűtésében Passzív szolár rendszerek Napterek Trombe fal

12 2. Építészeti eszközök az épületek fűtésében

13 2. Építészeti eszközök az épületek fűtésében

14 2. Építészeti eszközök az épületek fűtésében

15 2. Építészeti eszközök az épületek fűtésében

16 2. Építészeti eszközök az épületek fűtésében Passzív napenergia hasznosítás Télen Nyáron

17 2. Építészeti eszközök az épületek fűtésében

18 2. Építészeti eszközök az épületek fűtésében

19 2. Építészeti és egyéb eszközök az épületek fűtésében Építészeti eszközök az épületek fűtésében Hibrid szolár rendszerek transzparens réteg Kollektor, kéthéjú tetőszerkezet,. légcsatorna, ventilátor, kőágy légrés abszorber áramló levegő hőszigetelés hővisszanyerő kőágy

20 2. Építészeti eszközök az épületek fűtésében Légkollektorok, napelemek

21 2. Építészeti és egyéb eszközök az épületek fűtésében Egyéb eszközök Minimális fűtési energiaigényű épületeknél - Ember - Világítás - Háztartási gépek. Ahol: az éves fűtési energiafelhasználás: 15 kwh/m 2,év Ahol: az éves fűtési energiafelhasználás: 15 kwh/m 2,év Fűtési hőszükséglet: 10 W/m 2 (egy 10m 2 -es szobára ez 1db 100W-os izzó) Nyílászáró U w < 0,8 W/m 2 K (üvegezés+keret+távtartó eredője) Homlokzati falak: U-érték < 0,15 W/m 2 K Tetőfödém: U-érték < 0,1 W/m 2 K (40 cm) Légcsere:n 50 < 0,6 h -1 (50 Pa nyomáskülönbség hatására kialakuló légcsereszám)

22 3. Követelmények Fűtési rendszerrel szemben támasztott követelmények 1. Komfort követelmények 2. Gazdasági követelmények 3. Ökölógiai követelmények 4. Termodinamikai hatékonysági követelmények Energetikai Exergetika

23 3. Követelmények 1. Komfort követmények - belső levegő hőmérséklet - a környező felületek közepes sugárzási hőmérséklete - egyenletes horizontális és vertikális hőmérséklet eloszlás - stacioner állapot rövid idő alatti megvalósulása - huzatérzet nélküli állapot biztosítása Levegő hőmérséklete: a levegőnek hősugárzás ellen árnyékolt, száraz érzékelőjű hőmérővel mért hőmérséklete. Eredő hőmérséklet: a levegő és a sugárzásos hőmérsékletet figyelembevevő hőmérséklet. t e =at l +(1-a)t sug Operatív hőmérséklet: a levegő és a sugárzásos hőmérsékletek hőátadási tényezőkkel súlyozott átlaga. t o =(α sug t sug +α konv t lev )/ (α sug +α konv )

24 3. Követelmények Lakó és kommunális épületekben a fűtési rendszerek feladata a zárt térben tartózkodó ember kellemes közérzetének, kellemes hőérzetének a biztosítása Közérzet: A környezeti és egyéb hatásokra az ember tudatában jelentkező szubjektív érzetek összessége A kellemes hőérzet: az a tudati (tudattalan) állapot, amely a termikus környezettel kapcsolatos elégedettséget fejezi ki.

25 3. Követelmények Az emberi közérzetet befolyásoló tényezők: -pszihikai -fiziológiai -környezeti Környezeti tényezők: Levegő hőmérséklete, nedvességtartalma, hőmérséklet eloszlása Levegő áramlási sebessége, nagysága, iránya Felületi hőmérséklet, sugárzási hőmérséklet Levegő összetétele, szennyezettsége Megvilágítás, fény Szín, tér, forma zaj

26 3. Követelmények Hőérzeti tényezők: A levegő hőmérséklete, annak térbeli, időbeli eloszlása, változása A környező felületek közepes sugárzási hőmérséklete A levegő relatív nedvességtartalma, illetve a levegőben lévő vízgőz parciális nyomása A levegő sebessége Az emberi test hőtermelése, hőleadása, hőszabályozása A ruházat hőszigetelő képessége, párolgást befolyásoló hatása

27 3. Követelmények Emberi test hőleadása Az emberi test a benne fejlődő hőt 4 módon tudja leadni: konvekcióval (32-35 %) sugárzással (42-44 %) vezetéssel (konvekcióval együtt kezelve) párolgással (21-26 %) Ha az egészséges szervezet dinamikus hőegyensúlya olyan körülmények közt jön létre, hogy a maghőmérséklet a megengedettnél többet nem változik, továbbá a bőrfelületről az idegek sem hideget, sem meleget nem jeleznek, akkor a hőérzet kellemes. Az emberi munkavégzés számszerű hőegyenértékének meghatározására a nemzetközi gyakorlatban a met egységet használják. 1 met = 58 W/m 2.

28 3. Követelmények Emberi test hőleadása 1 kcal/h=1,163 W

29 3. Követelmények Közérzeti eredő hőmérséklet A léghőmérséklet (t lb ) és a környező falfelületek átlagos hőmérsékletének (t f ) és a hőérzetnek viszonya: t R = 0,46 t lb + 0,54 t f Kata hőmérő

30 3. Követelmények Alapvetően a fűtés feladata zárt térben az eredő, illetve operatív hőmérséklet kívánt értéken tartása, meghatározott pontossággal Levegő hőmérséklete: a levegőnek hősugárzás ellen árnyékolt, száraz érzékelőjű hőmérővel mért hőmérséklete. Eredő hőmérséklet: a levegő és a sugárzásos hőmérsékletet figyelembevevő hőmérséklet. t e =at l +(1-a)t sug Operatív hőmérséklet: a levegő és a sugárzásos hőmérsékletek hőátadási tényezőkkel súlyozott átlaga. t o =(α sug t sug +α konv t lev )/ (α sug +α konv )

31

32 3. Követelmények Hétpontos hőérzeti skála PMV= -3 hideg -2 hővös -1 kissé hővös 0 semleges +1 kissé meleg +2 meleg +3 nagyon meleg PMV várható hőérzeti érték PPD kedvezőtlen hőérzeti érték várható %-os valószínűsége

33 3. Követelmények Komfort követelmények - megbízhatóság (hosszú élettartam, meghibásodás minimális..) - zajmentesség - minimális helyigény - funkcióhoz illesztett - felhasználónak minimális feladata legyen a rendszerrel (karbantartás, tüzelőanyag mozgatás, tárolás..) - esztétikus kialakítás - szerelhető legyen - az ellátás biztonsága - időben és térben változó igényekhez történő illeszthetőség - járulékos előny

34 3. Követelmények Gazdasági követelmények - A tőkéhez kapcsolódó költségek a törlesztő részletekből és az üzembe helyezési költségekből tevődnek össze, melyek a beruházáson alapulnak és évenként kerülnek kiszámításra. - Az üzemeltetéshez kapcsolódó költségek a felhasznált energia, tüzelőanyag költsége, a karbantartás, felújítás ellenőrzések, emisszió mérések költségei

35 3. Követelmények Gazdasági követelmények A fűtési költségek összehasonlítása Ausztriában

36 3. Követelmények Ökológiai követelmények - a károsanyag emisszió (SO x, NO x, CO 2 ), - zajártalom - szaganyag kibocsátás - erőforrás-megóvás

37 3. Követelmények Erőforrás megóvás Hatékonysági követelmények - Épületszerkezetekre vonatkozó követelmények - Fűtési rendszerre, elemeire vonatkozó követelmények - Rendelkezésre álló erőforrás felhasználására vonatkozó követelmények

38 3. Követelmények Optimumkeresés Optimum függ: - földrajzi fekvéstől, - épület funkciótól, épület szerkezettől - rendelkezésre álló erőforrásoktól (pénz, energia.) - hagyományoktól - az időtől Az optimum tehát mindig egy állandóan változó rendszer része. Az optimum önmagában nem értelmezhető, a fenti körülmények befolyásolják, s mivel szinte állandóan változnak, így az optimum is változik, időben és térben. Ugyancsak nehezíti az optimum keresését, hogy a különböző szinteken meghatározható optimumok eltérőek lehetnek, más az egyén, más a kisközösség, más egy település, egy ország esetében, s más az egész emberiségre. Ideális eset lenne az, ha ezek mind egybeesnének.

39 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Fűtési rendszerek csoportosítás A hőtermelő és a hőleadók elhelyezkedése szerint - egyedi fűtés - központi fűtés - távfűtés Energiforrás szerint szilárd, olaj, gáz, nap,. Az előállított hőhordozó szerint megkülönböztetünk - vízközegű fűtéseket, - gőzközegű fűtéseket, - légfűtéseket. A hőleadók hőleadási módja szerint a fűtések lehetnek - döntően konvekciós, vagy - döntően sugárzó fűtések, - légfűtések és - különféle kombinált fűtések.

40 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Kályha és kandalló fűtés Egyedi fűtés Központi fűtés melegvíz előállítással Vaskályha Kandalló Cserépkályha Meleglevegős Bivalens Cserépkályha

41 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Előny: - környezetében kellemes hőérzet - esztétikus - romantikus - biztonságérzetet ad. Hátrány: - rossz szabályozás - egyenetlen hőleadás Kályhák, kandallók - kedvezőtlen horizontális hőmérséklet, - aszimmetrikus sugárzás - nagy helyszükséglet - kedvezőtlen tüzelőanyag mozgatás, tárolás, tisztítás, - rossz hatásfok % - belső és külső környezetsszennyezés (korom, CO Hol, mikor alkalmazzuk: - lakás, családi ház, nyaraló, - ahol nincs más lehetőség, és adott a tüzelőanyag - időszakos használat - ahol van min. egy másik kiépített rendszer - kiegészítő fűtésként alacsony energiaigényű házban

42 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Elektromos fűtés Központi Egyedi Elektromos kazán Központi tároló (víz) Központi tároló (szilád) Elektromos padlófűtés Egyedi közvetlen fűtő Egyedi szilárdanyag tároló

43 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Villamosfűtés néhány példa

44 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Előny: Villamos fűtés előnyei - hátrányai - kevés kiszolgálás - tiszta üzem - a felhasználás helyén levegő szennyezés nincs - a fogysztás mérése egyszerű, elkülönített a más fogyasztóktól - nincs tüzelőanyag tárolás - esztétikus szerelés - más feladat ellátása is lehetséges - nincs fagyveszély Hátrány: - felületi hőmérséklet ( oc; oc) - nagy beruházási költség - nagy üzemeltetési költség - energetikailag és exergetikailag kedvezőtlen műszaki megoldás Hol, mikor alkalmazzuk: - ha nincs más lehetőség - időszakos használat - fagyveszélynek kitett területnél csarnok, templom, raktár, nyaralók télen, külső területek (parkoló, rámpa, repülő leszállópálya,...)

45 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Hőtermelők szerinti Hőtermelő berendezés elhelyezkedése alapján Egyedi Központi Távfűtés Hőellátás feladata szerint Hőtermelő fajták Üzemeltetés mód szerint Energiahordozók szerint Szekunder oldali hőhordozók szerint Helyiségfűtés Helyiségfűtés és HMV készítés Helyiségfűtés és technológia Kazán Hőszivattyú, Napkollektor Hőerőmű Hőcserélő.. Mono-, bivalens, multivalens Gáz, olaj, szén, biomassza, elektromos energia, Levegő, víz, fűtőolaj

46 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Tüzelőanyag Tüzelőanyag száma Kazán típus Kazán kialakítása Kazánok száma Szabályozás szerint Kazánok Gáz (földgáz, depóniagáz Folyékony (olaj..) Szilárd (fa,szén, koksz..) Egy,-két,-több tüzelőanyag Hagyományos Alacsonyhőmérsékletű Kondenzációs Fali és álló kazán Egy,- több kazán Egy,-többállásos Modulációs Olaj Égő típusa Gáz HMV és Fűtés kapcsolata szerint Elpárologtatós Porlasztásos Mátrix égő Diffúziós égő Kombikazán Kazán csak fűtésre Kazán csak HMV előállításra

47 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Kondenzációs kazán η - Kondenzációs kazán - Külső hőmérséklet függő szabályozás - Tüzelőanyag oldali beavatkozással - Különböző helyi igényeket, helyi beavatkozókkal Előny: - jó hatásfok ( %, átlag 95 %) - olcsóbb üzemeltetési költség, - kisebb környezetterhelés Hátrány: - nagyobb beruházási költség - energiaforrásaink kedvezőtlen kihasználása kiterhelés Felhasználás: minden épülettípusban

48 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Kondenzációs kazán Rozsdamentes acél kazántest Mátrix égő, hőátadás sugárzással Vízhűtött égőkamra, kisebb hőmérséklet kevesebb NOx, kisebb füstgázhőmérséklet éves átlagos hatásfok: max. 98% (Hf)/ 109% (Ha).

49 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Körfolyamat működési elve szerint Hőszivattyúk Kompresszoros Szorpciós (ad és abszorpciós) Föld Víz Hőforrás szerint Külső levegő Technológia hulladék hője Energiagyűjtők Hőhordozók szerint Üzemmód szerint Víz Levegő Monovalens Bivalens

50 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Fűtés Hőszivattyúval környezeti hő kompresszor fűtési hő 3 rész környezeti hő 4 rész elgőzölögtető fojtószelep kondenzátor 1 rész hajtóenergia fűtési hő Forrás: Forrás:

51 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Hőszivattyú Q 1 =W+Q o Eredő fűtési tényező: η e =η vill *η c *ε COP=η c *ε

52 4.Fűtési rendszerek csoportosítása (Gravitáció) Szivattyús Melegvíz-fűtési rendszerek Egycsöves Kétcsöves Vízszintes osztású átfolyós átkötőszakaszos Függőleges osztású átfolyós átkötőszakaszos Fal mennyezet fűtés Padlófűtés Függőleges osztású Vízszintes osztású Alsó, felső és közbenső osztású Szabadon, horonyban elrabicolva szerelt Kis tehetetlenségű (klímapadló) Nagy tehetetlenségű (párhuzamosan, csigavonalban fektetve) Födém alatt szabadon Födémben Padlóban Padlócsatornában Padlószegélyben

53 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Egycsöves fűtési rendszer

54 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Egycsöves fűtési rendszer Előnyei: Kevesebb cső kell (nem mindig igaz). Kisebb szerelési élőmunka. Padlóban való szerelésnél a padlóban nincsenek kötések. Jellemzői: Az előző radiátorban lehűlt illetve a megkerülő-ágon keveredett víz áramlik (egyre kisebb lesz a hőmérséklete) Hátrányai: Szabályozási problémák (átfolyós rendszer szabályozhatatlan). Érzékeny a kör vagy strang vízmennyiségére, precíz beszabályozás szükséges. Nagyobb felületű radiátorok. Méretezése bonyolultabb. Állandó tömegáram. Nagy rendszerellenállás. Elszámolási gondok (költségosztók alkalmazása problémás).

55 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Egycsöves fűtési rendszer

56 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Kétcsöves fűtési rendszer

57 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Kétcsöves fűtési rendszer Jellemzői: Minden radiátorhoz azonos hőmérsékletű víz áramlik A vízszintes alapvezeték: alsó középső felső elosztású, lejtéssel szerelt vezetékek Függőleges felszálló vezeték (strang) : kezdőpontjában strang-szabályozó, elzáró szerelvény, legmagasabb pontján automatikus légtelenítő szerelvény Bekötővezeték: Az utolsó viszonylag rövid szakasz a radiátor bekötésére Hátrányai: több csővezeték, nehezen megvalósítható lakásonkénti hőfogyasztásmérés a függőleges osztásúnál

58 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Kétcsöves fűtési rendszer

59 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Kétcsöves fűtési rendszer

60 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Zárt fűtési rendszer

61 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Padlófűtés radiátoros fűtés padlófűtés ideális hőmérséklet eloszlás Előnyei: - A termikus komfortérzet az alacsony hőmérsékletnek és az egyenletes hőeloszlásnak köszönhető - Energiatakarékosság, éves szinten 3-6% megtakarítás a radiátoros rendszerhez képest - Környezetbarát

62 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Padlófűtés Előnye: - helyiségek hővesztesége kisebb, mint konvekciós fűtések esetében - a hőleadó a hasznos térből nem foglal el helyet, és látvány szempontjából is kedvezőbb, mint a radiátoros rendszer - falon nincs porlerakódás - a sugárzó fűtőfelület hűtőfelületként is alkalmazható - megújuló energia források alkalmazására Hátrány: - nagy fajlagos hőveszteségű helyiségben szükséges kiegészítő fűtés, ez új épületeknél már nem reális gond - nagy a hőtehetetlensége - kombinált fűtési rendszer beruházási költsége általában nagyobb - dilatáció biztosítására oda kell figyelni

63 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Padlófűtés

64 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Mennyezetfűtés, falfűtés

65 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Táv és helyi fűtés Tömbfűtés/ Helyi fűtés Ellátási terület szerint Város, városrész fűtés /Távfűtés Ipari létesítmények fűtése Melegvíz Hőhordozó szerint Forróvíz Gőz Hőtermelő és fogyasztó közötti kapcsolat szerint Közvetlen Közvetett

66 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Távfűtés Gáz-gőz kombinált ciklusú fűtőerőmű

67 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Távfűtés Előny: - tüzelőanyag-oldali rugalmasságot biztosított (földgáz, olaj, biomassza, biogáz, ipari folyamatok hulladék hőjének hasznosítása) - kapcsolt energiatermelés megvalósítható (hő, villamosenergia, hidegenergia) - kevesebb számú, magasabb kémény, tisztább levegőt Hátrány: - nagy tőkeigény - nagy üzemeltetési költség Hol, mikor alkalmazzuk: - folyamatos használatú valamennyi épülettípusban alkalmazhatjuk - szakaszosan üzemeltett fagyveszélynek kitett helyen nem - ott, ahol már ki van építve a távhőellátó rendszer - elavult régi önkormányzati épületek rekonstrukciójánál, illetve új épületekben - ahol nagy tőkeigényű megújuló energia hasznosítására törekednek (pl. termálvizes távhőellátás, biomasszára, biogázra épülő melegvizes rendszereknél) városrészek falufűtés. Táhőszolgáltatás részaránya az össz-hőszolgáltatásban: Dánia 17,5 %, Koppenhága 95%, Finnország 17,8%, Helsinki 90%, Svédország 16,3%, Németország 4,6%, Ausztria 3,8%, Svájc 1,8%, Franciaország 1,7%, Hollandia 1 %, Magyar ország 14,2%, Island 95%, Reykjavik 100%

68 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Fűtőmű Fűtőerőmű Motor Üzemanyag Üzemmód Dízel Gáz, biogáz Villamos Ottó Stirling Fűtő/dízelolaj Szilárd tüzelőanyag Hő Villamos és hő

69 4.Fűtési rendszerek csoportosítása Fűtési rendszerek elemei -Hőtermelők -Hőleadók -Csővezeték rendszer -Szerelvények -Biztonsági berendezések -Irányítástechnikai berendezések

70 Javasolt Irodalom Homonnay Györgyné Dr.: Központi fűtés II-III. KLTE jegyzetek Völgyes István: Fűtéstechnikai adatok Műszaki K Dr. Macskásy: Központi fűtés I.-II. Tankönyvkiadó, Bp Dr. Menyhárt: Épületgépészeti kézikönyv Műszaki K Recknagel-Sprenger-Schramek: Fűtés- és Klímatechnika Dialóg Campus Kiadó, Épületgépészet 2000, Alapismeretek. Épületgépészet K Épületgépészet 2000, Fűtéstechnika. Épületgépészet K BUDERUS: Handbuch für Heizungstechnik, Beuth Verlag Épületgépészet a gyakorlatban. Verlag Dashöfer kiadó

71 Köszönöm a figyelmet!