JOURNAL OF CENTRAL EUROPEAN GREEN INNOVATION HU ISSN Available online at

Átírás

1 JOURNAL OF CENTRAL EUROPEAN GREEN INNOVATION HU ISSN Available online at BÖLCSŐDE ÉS ÓVODA, MINT KÖZÉPÜLET ENERGIATAKARÉKOS ÁTALAKÍTÁSA ÉS MEGÚJULÓ ENERGIAHASZNOSÍTÁSI TECHNOLÓGIÁJA I. KIRÁLY Károly Baross Gábor Napház Középület Program az Észak-magyarországi régióban KRNKP_09 Károly Róbert Főiskola Fenntarthatósági Innovációs Technológiai Centrum Gyöngyös

2 Bölcsőde és Óvoda, mint középület energiatakarékos átalakítása és megújuló energiahasznosítási technológiája I. I.1. Közintézmények energiahatékonysági jellemzői Közismert és sajnálatos tény, hogy hazánkban középületek jelentős részében világításra, valamint fűtésre és használati meleg víz előállítására korszerűtlen, alacsony hatásfokú, kevésbé szabályozható berendezéseket használnak. Emellett az épületek hő technikai paraméterei sem felelnek meg a mai követelményeknek. 1. ábra Épületek energiafogyasztása kwh/m²/év Az önkormányzati intézmények átlagos energiafogyasztása meghaladja a 250 kwh/m²/év teljesítmény értéket. Minden esetben fontos a jelenlegi állapot pontos felmérése, számítások és a lehetőségek számbavétele. Csak így lehet biztosítani, hogy a felújított épület megfeleljen a mai energetikai követelményeknek, és a benne élőknek is javuljanak a körülményei. Mindezen általános elveknek számos technológiával lehet megfelelni, de egy-egy intézmény/épület méretétől és funkciójától függően más-más megoldás a legjobb. 2/a. ábra radiátoros, vagy fan-col fűtés 2./b. ábra falfelület, és padlófűtés Hagyományos hő-lépcsőjű (pl. 90/70 C-os) radiátoros fűtéseknél és természetesen a gázkonvektoros, vagy fan-colos fűtéseknél is kialakul a helyiségben a hő-leadó által gerjesztett légáram, az allergiás megbetegedést okozó ún. porhenger 210

3 3. ábra A felületfűtés előnyei a radiátoros fűtéssel szemben Az Európai Unió 2002/91/EK irányelve első és legfontosabb feladatként tűzi ki az energiafogyasztás csökkentését. Ezt elsősorban a fogyasztók hatékonyságának fokozásával lehet elérni. A hatékonyság növelése alatt lakóépületek esetén az energiafelhasználás csökkenését értjük, azonos, vagy javuló komfortszint mellett. Tényként elfogadhatjuk, hogy egy adott épület energiaszükséglete az alkalmazott hőszigetelés növelésével csökken 4. ábra Épületek fűtési energiaigénye a szigetelés vastagságának függvényében Részben fogyasztói igények, részben létesítési szabályzatokban rögzített követelmények határozzák meg, hogy egy adott helyiségben milyen hőmérsékletet és megvilágítási szintet kell biztosítani. Az ehhez szükséges energia mennyiségét viszont az adott épület fizikai tulajdonságai és gépészeti rendszerei határozzák meg. Rossz hő-technikai jellemzőkkel bíró épületben a hasznosított energia többszöröse jön be a szolgáltatói vezetékeken, és távozik a 211

4 szigeteletlen falakon, födémeken, hézagos ablakokon és egyrétegű üveggel szerelt acél portálokon keresztül. Első és legfontosabb lépés ezeknek a veszteségeknek a mérséklése. Kézenfekvő megoldás a határoló felületek hőszigetelése, és a mai követelményeknek megfelelő nyílászárók beépítése, valamint a korszerűtlen világító és egyéb fogyasztók cseréje. Természetesen a lényeg itt is a részletekben van, csak testreszabott, jól megtervezett megoldásokat szabad kivitelezni. Az át nem gondolt megoldások pénzkidobáshoz vezethetnek, megtakarítás helyett. Az es évek földgázosítási programjainak következtében a közintézmények legtöbbjében vezetékes gázszolgáltatás van és éves, alacsony hatásfokú gázkazánokkal fűtenek, illetve készítenek használati meleg vizet. A gáz árának emelkedésével párhuzamosan megfigyelhető az intézményüzemeltetők fokozódó földgáz ellenessége is, tekintettel az egyre nehezebben kigazdálkodható számlákra. A biomassza alapú energiahordozóra történő átállással 30-40%, az ehhez szükséges kazánok alkalmazásával további 15-20%, a fűtési rendszer átalakításával, időjárás követővé és programozottá tételével újabb 10-15% megtakarítás érhető el. Ez mindösszesen a fűtésszámla 50-60%-os vagy nagyobb csökkenését jelenti! 5. ábra: Korszerű, PLC vezérlésű faelgázosító kazán. Hatásfok 90% körüli ( a faanyag nedvességétől függ) (Forrás: Nem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy a veszteségek csökkenése miatt a hő termelő berendezéseket is újra kell méretezni. Kisebb teljesítményű kazán szükséges a lecsökkent hőigény előállítására. Az üvegezett felületek jelentősen befolyásolják a belső komfortviszonyokat. A külső térelhatároló szerkezetek közül az üvegek hő átbocsátása a legnagyobb, a falra és a nyílászáróra előírt hő átbocsátási értékek között ötszörös reláció áll fenn. Emiatt az üvegfelületek felületi hőmérséklete egy kritikus része a passzívházban kialakuló komfortérzetnek. Egy, a mai követelményeknek megfelelő ablak (U=1,6 W/m 2 K) belső felületi hőmérséklete a 15 C-os külső, és +20 C belső méretezési léghőmérsékletnél 13 C körül alakul. Ez a hideg felület egy lefelé haladó légáramlatot hoz létre, ami egy padlóig érő teraszablak esetén, a padló felszínén szétterülve egy nagykiterjedésű hűvös (17 C-os) 212

5 légréteggé alakul, míg 1,10 m magasságban a léghőmérséklet 20 C. Ez a 3 C hőmérsékletkülönbség, már kellemetlen, és nem engedhető meg. 6. ábra: Hőszigetelő üvegek hő-átbocsátási tényezői A vibráló, össze-vissza színű neoncsövek, pislákoló, vagy egyenesen kicsavart villanykörték: sajnos számos közintézményben megszokott látvány. A mai világítástechnikai és energiafogyasztási követelményeknek nem megfelelő világító testek, fényforrások cseréje szükséges, mert: nagy energiafogyasztás mellett kicsi és egyenetlen a fénykibocsátás; magas az üzemeltetési költség; a rossz megvilágítás rontja a dolgozók és a gyermekek teljesítményét, hosszú távon egészségromlást okoz; korszerű energiatakarékos világítás mellett javul az ott tartózkodók közérzete, nemzetgazdasági szinten hozzájárul az energiatermelés csökkentéséhez. 7. ábra: Fényforrások éves fogyasztása 213

6 I.2. Bölcsőde és Óvoda, mint középület a NAPHÁZ Programban Az ideális Napház a sok napfénynek és a friss levegőnek köszönhetően egész évben kellemes és egészséges belső komfortot biztosít a gyerekeknek. A tetőn időjárásjelző állomás kap helyet, mely szenzorok révén érzékeli a belső tér szén-dioxid-szintjét is. A vezérlés szükség szerint működteti a hő visszanyerővel ellátott szellőztető berendezést, valamint az időjárási feltételek szerint kapcsolja fel vagy le a világítást. Nyáron a túlzott napsugárzás és meleg ellen a nyílászárók külső árnyékolói nyújtanak védelmet. 8./a ábra Naptér kialakítása 8./b ábra Árnyékolás és tömegfal Naptérnek, vagy üvegháznak nevezzük azokat az épülethez csatlakozó, transzparens (sugárzást áteresztő) külső határoló szerkezetekkel rendelkező tereket, amelyek fűtött épületrésszel határosak, az épületből megközelíthetők, és nincs mesterséges fűtésük. Formai, alaprajzi kialakításuk rendkívül sokféle lehet, működési elvükben azonban megegyeznek: a sugárzás a naptér nagy üvegezett felületein bejutva a padlón, valamint az üvegház és a mögöttes helyiségek közötti falak felületén nyelődik el, azokban tárolódik és részben a falakon keresztül hővezetéssel, részben természetes légmozgással jut a mögöttes helyiségbe. Az épület téli hő-veszteségét a következőképen befolyásolják: az épület falszerkezeteinek egy részét elhatárolják a külső tértől, jelentősen csökkentve ezzel az adott szerkezetek hő-veszteségét előmelegített szellőző levegőt szolgáltatnak az épület helyiségeinek, ami pedig a szellőzési veszteségek mérséklődését eredményezi. Az év egy jelentős részében az épület értékes bővítményeként használhatók. Napterek tájolását illetően nyilvánvaló, hogy a délihez minél közelebbi irányok a kedvezőek, azonban figyelembe kell venni a környező beépítés, valamint tereptárgyak árnyékoló hatását is. Annak érdekében, hogy a naptér, valamint a vele határos épületrész nyári túlmelegedését elkerülhessük, a következők szükségesek: árnyékolás a naptér külső határolásán, 214

7 intenzív szellőztetés a naptér és a környezet között, az épület intenzív (éjszakai) szellőztetése olyan útvonalon, amely nem halad át a naptéren. Fontos megjegyezni, hogy rendkívül jelentős a használók, a lakók befolyása a napterek valódi hatékonyságára, akár statikus tekintetben (bútorozás, növényzet), akár a mindennapi használatot illetően (mozgatható árnyékolók működtetése, szellőztetés). Napterek alkalmazása esetén az energia megtakarítás éves szinten akár a 30%-ot is elérheti, azonban a legjobban tervezett, legjobb adottságú naptér lehetséges hatását is szinte semmissé teheti a helytelen használati mód. A napterek kialakításának előnyei A homlokzat utólagos szigetelése egyszerűbbé válik: amennyiben a lodzsák rendelkeznek oldalfallal, úgy csak az oldalfalak kifelé eső felületét, az oldalfalak és az erkélyfödém éleit, valamint a legalsó erkélyfödém alsó vízszintes felületét kell szigetelni. Mivel a naptér hőmérséklete nagyobb, mint a külső hőmérséklet, ezért a szigetelés az átlagosnál vékonyabb lehet. Tökéletesebb hangszigetelés: a külsőkörnyezet zaja nagymértékben csökken a lakótérben. Megvan oldva a homlokzatrész eső elleni védelme. A naptér porülepítő kamraként működik, a naptéren keresztül történő szellőzéskor cserélődő levegő nagyobb szemcséjű portól mentes lesz. Az épület betörés szempontjából biztonságosabbá válik. A Napház, mint épület fokozottan hőszigetelt, a napenergiát hasznosító technológiai megoldásokkal készül, energiatakarékos üzemeltetésű. Alapfűtése fa-aprítékkal üzemeltetett biomassza kazánnal történik, ami szükség szerint rásegít a napkollektoros rendszerre. Az épület súlypontjában helyezkedik el a központi hőtároló, amelyben a napkollektorok segítségével befogott napenergia hője tárolásra kerül. 9. ábra központi hőtárolós napkollektoros rendszer, kazánrásegítéssel 215

8 A hőtárolóból hőcserélőkkel jut el a 35 C-os kevert használati melegvíz a gyermekfürdőbe, az 55 C-os kevert melegvíz a konyhába, fürdőbe, stb., valamint a 40 C-os víz a fűtési rendszerbe. A fűtés alapvetően fal és padlófűtés. 10. ábra Falfűtés-hűtés A gyermekek által használt terekben parafa burkolat készül, falfűtéssel. Minden más lapburkolt helyen padlófűtés kap helyet. A falfűtés gazdaságossága érdekében a külső falakra 15 cm vastag hőszigetelés kerül. Az épület állandóan használt helyiségeiben központi légtechnológia biztosítja a friss, pollenmentes levegőt. A légtechnológia kidobott levegőjéből hőcserélővel a veszteség kb. 80%-a visszanyerésre kerül. A nem állandó használatú helyiségekben egyedi, 5 percig üzemelő ventillátorok biztosítják a szellőzést. 11. ábra Padlófűtés hő-eloszlása Forrás: A világítás korszerű, alacsony energiafogyasztású, hosszú élettartamú LED-es fényforrásokkal kerül kiépítésre. A fényforrások üzemeltetéséhez az elektromos energiát a 216

9 tetőn elhelyezett fotovoltaikus napelemek biztosítják. A napelemek által megtermelt, de fel nem használt villamos energia az elektromos hálózatba kerül visszatáplálásra. 12. ábra Hálózatra termelő napelemes rendszer Forrás: A nyári időszakban megtermelt, de fel nem használt, elektromos hálózatba visszatáplált elektromos energiát az éves elszámoláson belül fel lehet használni, vagyis az ad-vesz mérőn keresztül visszavételezni az elektromos hálózatról. Ennek az energiának az egyik leggazdaságosabb felhasználási módja a hőszivattyúk üzemeltetése, hiszen ebben az esetben a betáplált elektromos energia 3-4,5 szeresét kapjuk vissza fűtési hő-energia formájában. A külső levegő +5ºC-os hőmérsékletéig gazdaságos a villamos energia hőszivattyús felhasználása fűtési célra. Alacsonyabb külső hőmérsékletnél mindenképpen indokolt a biomassza-kazán bekapcsolása. Hőszivattyús technológia A hőszivattyús berendezéssel télen fűteni, nyáron hűteni lehet a lakóházat, középületet egyaránt. Az épület fűtési költségei radikálisan csökkenthetők, ha a hőforrás a külső levegő, vagy a földhő, amit a hőszivattyús berendezés a természetben előforduló néhány Celsius fokos hőmérsékletről C-ra emel, és ezzel a központi fűtési rendszer egy jól megalkotott padló, illetve falfűtésű hálózatot üzemeltet. Az épületben elhelyezett hőszivattyús egység kis helyen elfér, nincs károsanyag kibocsátása (szellőzés, kémény), tehát bárhol elhelyezhető, és működési zajszíntje is alacsony. Villamosenergia ellátása egyszerűen biztosítható, jól szabályozható. A kompresszor hosszú élettartamú ipari gyártmány, amely karbantartást nem igényel, lásd hűtőgép kompresszor. 217

10 Hajtás (energia bevitel) M Villamos vagy belső égésű motor Alacsonyabb hőmérséklet Munkaközeg ß Elgőzölögtető Kompresszor Kondenzátor Nagyobb hőmérséklet Környezet Hőforrás (energiabevitel) Expanziós szelep Fűtött helység Hőleadás (hasznos energia) 13. ábra Kompresszoros sűrítésű hőszivattyús rendszer elvi vázlata A hőszivattyú lényege, hogy hőenergiát von el a talajból, levegőből, vagy vízből, egy alkalmas segédközeg zárt áramoltatásával a hőleadó ún. kondenzátor oldalán. A berendezés fő alkotóeleme a kompreszszor, amelyet villamos energiával hajtunk meg. 14. ábra Kompresszoros hőszivattyús rendszer napkollektorral társítva 218

11 Ez kétségtelenül energiafogyasztó, mert értékes villamos áramot fogyaszt. De a fogyasztása igen kis teljesítményszinten van, mert a teljes fűtési hőteljesítmény kb. 1/3-1/4 része a villamos teljesítményigény, és a többi a földhőből, vagy a külső levegő hőjéből jut a rendszerbe. Ettől válik gazdaságossá a hőszivattyús energianemesítés. Az elvont hőt mintegy megsokszorozva leadja a gép túlsó hőcserélőjén át, amit kondenzátor oldalnak is nevezhetünk. Számunkra mindkét oldal hasznos, mert ahol elvonja a hőt, ott hasznos hűtési tevékenységet fejt ki, ahová leadja, ott fűti a megadott teret. Ezért az újabb hőszivattyús hűtő-fűtő rendszereket télen-nyáron egyaránt használhatjuk. Egyaránt működtethetjük családi házak, vagy közintézmények fűtésére-hűtésére. A Napház tetőzetén elhelyezett napkollektorok, a kombinált puffer-tárolók és hőszivattyú segítségével fűtési szezonon kívül és az átmeneti időszakban is teljes mértékben biztosítani tudják az épület használati melegvíz igényét és fűtését. A fa-aprítékkal működő biomassza kazán üzemeltetésére csak a fűtési időszak alatt, rásegítésként van szükség. 15. ábra Faapríték égető kazán, adagolóval A Napház működése során kielégíti az A+ energetikai besorolású épületekre vonatkozó jellemzőket. Energiafogyasztása alatta marad az 50kWh/m²/év értéknek. A felhasznált energia közel 100 %-a napenergiából és biomasszából származik. Ideális működés esetén csak az elektromos hálózatból vételez energiát, amennyiben a pillanatnyi energiaigény meghaladja a fotovoltaikus napelemek által termelt energiamennyiséget. 219

12 16. ábra Épületek energetikai besorolása Az energiahatékonyság javítása A bölcsőde és óvoda, mint intézmény, hő technikai adottságainak javítása, hő veszteségének csökkentése a fűtési és használati melegvíz rendszereinek korszerűsítése, villamos energia felhasználás racionalizálása az alábbi projekt elemekkel valósítható meg: Projektelemek: a) Utólagos külső hőszigetelés. b) Külső nyílászáró-csere. c) Hő visszanyerő szellőzés létesítése. d) Kazánok cseréje korszerű, nagyhatásfokú biomassza üzemű berendezésre. e) Automatikus központi (hőforrás oldali) és helyi (hő leadó oldali) szabályozások kiépítése. f) Napkollektoros rendszer (puffer tárolóval) HMV előállításához. g) Fűtési- és használati melegvíz-rendszerek korszerűsítése, szabályozhatóvá tétele. h) Fotovoltaikus napelemes rendszer telepítése. i) Világítási rendszer korszerűsítése, energiatakarékos, hosszú élettartamú fényforrásokkal. j) Föld-hő, vagy külső levegő-hő hasznosítása A felsorolt projektelemek, valamint a nevelési intézmények tervezési előírásait tartalmazó MSZ :2007 és MSZ :2011 ágazati szabvány előírásait figyelembe véve került kidolgozásra az óvoda, mint középület energiatakarékos, megújuló energiahasznosítási átalakításának technológiája. A technológia és a projektelemek részletes bemutatása II. brossurában található. Szerkesztette: KIRÁLY Károly energetikus, disszemináció-koordinátor 220