TELEPÜLÉSÉPÍTÉS. Energiatakarékos házak Japánban. Energiatakarékos házak

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "TELEPÜLÉSÉPÍTÉS. Energiatakarékos házak Japánban. Energiatakarékos házak"

Réka Kocsisné
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 TELEPÜLÉSÉPÍTÉS Energiatakarékos házak Japánban A természettel való összhang megteremtéséhez minimálisra kell csökkenteni az energiafelhasználást. Emellett kívánatos a természetes energiaforrások és a kihasználatlan energiatartalékok felhasználása. Sokféle passzív, aktív és hibrid eljárást fejlesztettek ki az energia hatékony alkalmazása érdekében, de kevés módszert dolgoztak ki eddig ezeknek az eljárásoknak kombinált alkalmazására lakások fűtésére és meleg vízzel való ellátására fosszilis energiahordozók felhasználása nélkül. Energiatakarékos házak A Hokkaido Egyetem kampuszában 1997-ben felépítettek egy energiatakarékos házat a talajból kiszivattyúzott hő (Ground Source Heat Pump GSHP) alkalmazásával. A ház keresztmetszete az 1. ábrán látható. A háromszintes, 194 m 2 alapterületű és 500 légm 3 térfogatú ház hideg éghajlati zónában épült fakeretes szigetelő panelekből. A ház alagsora a földalatti hőenergia tárolására szolgál. A hőszigetelő szendvicspanelek duzzasztott polisztirolból készültek két oldalukon lemezburkolattal. Az előregyártott, 236 mm vastag szigetelő panelek egyúttal szerkezeti elemek is, ezeket alkalmazták falaknak és tetőnek egyaránt. A ház déli oldalán 21 m 2 üvegfelület van. A kettős üveglemezek közötti tér argonnal van feltöltve és az üveglemezek kis hőátbocsátású bevonattal vannak ellátva. (A hőáteresztési tényező 1,38 W/m 2 K.) A háznak két fő passzív energiatakarékossági stratégiája van: a napenergia közvetlen hasznosítása és természetes szellőzés kihúzó kéményekkel. A szobák hőmérsékletének napi változását nagy hőkapacitású betonlapokkal és a második szinten fázisváltó anyagokkal mérsékelték. A felhasznált fázisváltó anyag, amelynek olvadáspontja 20 C, azt a célt szolgálta, hogy csökkentse a fűtési terhelést látens hő tárolásával és hogy megakadályozza a szobák túlmelegedését a napsugárzás hatására. A fázisváltó anyag hozzájárul a hűtési energiaigény csökkentéséhez is. Ez a technológia még kísérleti stá-

Sokféle passzív, aktív és hibrid eljárást fejlesztettek ki az energia hatékony alkalmazása érdekében, de kevés módszert dolgoztak ki eddig ezeknek az eljárásoknak kombinált alkalmazására lakások

2 diumban van, arra törekednek, hogy ezen az úton a lakások fűtésére és hűtésére jelenleg használt energia 10 20%-a megtakarítható legyen. 1. ábra Az energiatakarékos ház keresztmetszete

3 Berendezések A 2. ábra vázlatosan bemutatja az energiatakarékos ház technológiai berendezéseit. A villamos energiát a hálózathoz kapcsolt fotoelektromos rendszer és a 0,6 kw teljesítményű szélgenerátor szolgáltatja. 2. ábra Az energiatakarékos ház berendezéseinek vázlata A talajból kiszivattyúzott hőt padlófűtésre és hűtésre használják. Két 81 mm belső átmérőjű acélcsövet építettek be 30 m mély fúrt lyukba egymástól

4 5 m távolságban, amelyeket hőcserélőként használtak. A lyuk és a cső közötti rést habarccsal töltötték ki. Tengervizet injektáltak a cső aljára és másik cső segítségével a cső felső részéből kiszivattyúzták. Ebben a folyamatban a talaj és a tengervíz között hőcsere megy végbe. A tetőn 8 m 2 -es napenergia-gyűjtő paneleket helyeztek el, 1,0 m 2 lapos elpárologtató lemezt a szellőző kémény külső nyílásánál építettek be a kimenő levegő hőjének visszanyerése érdekében. Nyáron a talajból kiszivattyúzott vizet közvetlenül a padlóban elhelyezett csövekbe vezetik hűtés céljából. A napkollektorok és a szellőző kéményben visszanyert hő nyáron meleg víz előállítására szolgál. Nyáron és ősszel az így termelt többlet hő 2,15 m mélységben elhelyezett vízszintes talajhőcserélőkkel a talajt melegíti fel. A talajba épített csőrendszer összesen 300 m hosszú polietilén csövekből áll. Ez a rendszer csökkenti az épület alagsorának fűtési energiaigényét. A passzív energiatakarékossági stratégiához tartozik a szellőzési rendszer. A rendszert a belső és külső levegő hőmérsékletének különbsége működteti. A szellőztető levegőt földbe mélyített csövek előmelegítik vagy hűtik. Kísérletek Az energiatakarékos házzal való kísérleteket június 1-én kezdték meg és egy éven át tartottak. A villamos energia, fűtési, hűtési, főzési és melegvíz-előállítási hő mennyiségét a tipikus japán családra kidolgozott normák alapján számították. A 3. ábra mutatja a talajból kiszivattyúzott hő hasznosításának sémáját. (A séma nem tartalmazza a vízszintes hőcserélő funkcióját.) A hűtési kísérleteket 1997 nyarán végezték. Mérték a belső hőmérsékletet, a hűtési terhelést és a hatásfokot. Három próbát folytattak le: az első esetben a második szint szobahőmérsékletét 26 C-ra szabályozták három napig; a második esetben szakaszosan alkalmaztak hűtést három napon át négyórás időközökben; a harmadik esetben 19 napon át folyamatosan hűtötték a helyiséget. A szakaszos hűtés a talaj energiájának hasznosítása szempontjából kedvezőbbnek tűnt. A reggeli hűvösséget a padlóban levő betonlemezek és a fázisváltó anyag tárolta; ez a rendszer délutánonként nem működött. A fűtési kísérlet november 5-én kezdődött. A padlófűtés azonnal bekapcsolódott, amikor a szoba hőmérséklete 18 C alá csökkent. A mérési rendszer egy adatgyűjtő berendezésből és a személyi számítógépből állt, amely az adatok feldolgozására szolgált. Mintegy 230 paramétert (többek közt a hőmérsékletet, a levegő nedvességtartalmát, a napsugárzást, a villamos áramot, a szél sebességét) figyelték folyamatosan. Az adatokat ötpercenként regisztrálták.

A tetőn 8 m 2 -es napenergia-gyűjtő paneleket helyeztek el, 1,0 m 2 lapos elpárologtató lemezt a szellőző kémény külső nyílásánál építettek be a kimenő levegő hőjének visszanyerése érdekében.

5 Eredmények 3. ábra A hőszivattyú energiájának felhasználása A kísérletek idején az éves középhőmérséklet 9,5 C volt, így a kísérletek a normálist megközelítő körülmények között folytak. A hűtési időszakban végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy a szakaszos működtetés, a hőtárolás a padlóban kedvező a föld alatti hideg hasznosítása szempontjából. A fűtési időszakban a hőtárolás a talajban jelentős energiamegtakarítást tesz lehetővé a lakások fűtésében. Az energiatakarékos ház éves energiamérlegét a 4. ábra mutatja. A függőleges hőcserélő csövekkel a talajból kinyert hő 19,22 GJ-t és a hőszivattyúk villamosenergia-fogyasztása 6,04 GJ-t tett ki. A talajba hűtés céljából visszavezetett hő 1,47 GJ volt. Megállapították, hogy a begyűjtött napsugárzás hőtartalmának 66%-át meleg víz előállítására hasznosították, míg a maradékot a vízszintes hőcserélő csövek útján a talajban tárolták. A kimenő levegőáramból 3,85 GJ energiát nyertek vissza, ami a meleg víz energiájának 46%-a. A fotoelektromos áramtermelés 13,86 GJ volt.

A fűtési időszakban a hőtárolás a talajban jelentős energiamegtakarítást tesz lehetővé a lakások fűtésében. Az energiatakarékos ház éves energiamérlegét a 4. ábra mutatja.

6 4. ábra Éves energiamérleg Az 5. ábra az éves energiafelhasználás megoszlását mutatja felhasználási áganként, míg a 6. ábra az energiaforrások összetételét szemlélteti. (Az ábrán a szállítás a szivattyúk hajtásának, a szabályozás a műszerek működtetésének energiafelhasználását jelenti.) A ház teljes éves energiafelhasználása 57,7 GJ, ennek 20%-át a közműhálózat, 73%-át a természeti energiaforrások és 7%-át a kimenő levegőáramból visszanyert hő szolgáltatta.

ábra az energiaforrások összetételét szemlélteti.

7 5. ábra Energiatakarékos ház éves energiafelhasználásának megoszlása 6. ábra Energiatakarékos ház energiaforrásainak megoszlása

8 A 7. ábra összehasonlítást ad egy tipikus ház, egy különlegesen szigetelt ház és egy energiatakarékos ház energiafogyasztása között. Az utóbbi külső energiafelhasználása a hagyományos házénak 12,5%-a. A széndioxidkibocsátás az energiatakarékos házban 77%-kal kisebb, mint a hagyományos ház esetében. 7. ábra Energiamegtakarítás lehetősége megújuló energiaforrások felhasználásával Összehasonlítást végeztek nyolc háztípus között az élettartam alatti széndioxid-kibocsátás és az élettartam-költségek tekintetében. A háztípusok jellemzőit az 1. táblázat mutatja. A számításokban a következő hat folyamatot vették figyelembe: építőanyagok gyártása és szállítása; a ház megépítése; berendezések gyártása és szállítása; a ház használata, a berendezések működtetése; a ház karbantartása és felújítása; a ház lebontása. A szén-dioxid-kibocsátást és a költségeket japán szervezetek adatai alapján vették számításba. A házak élettartamát 60 évre feltételezték. A berendezések élettartamát évre kalkulálták. A háztípusok szén-dioxidemisszióját és élettartamköltségeit a 8. és 9. ábra mutatja. Az energiatakarékos ház előnyei és gazdaságossága egyértelműen megmutatkozik.

%-kal kisebb, mint a hagyományos ház esetében. 7.

9 A vizsgált háztípusok jellemzői 1. táblázat Típus A B C D E F G H Hőszigetelés Hagyományos Különleges Berendezések, rendszerek Villamos energia Közmű Fotoelektromosság + közmű Közmű Fotoelektromosság + közmű Városi gáz Fotoelektromosság + közmű Bojler Napkollektor és kimenő levegőből hő kinyerése Bojler Talajból szivattyúzott hő Főzés Meleg víz Helyiségfűtés Helyiséghűtés Városi gáz Bojler Bojler Helyiséghűtés Napkollektor és kimenő levegőből hő kinyerése Fotoelektromosság + közmű Talajból szivattyúzott hő -- Talajból szivattyúzott hő 8. ábra Különböző típusú házak szén-dioxid-kibocsátása az élettartam során

Fotoelektromosság + közmű Városi gáz Fotoelektromosság + közmű Bojler Napkollektor és kimenő levegőből hő kinyerése Bojler Talajból szivattyúzott hő

10 9. ábra Élettartamköltségek összehasonlítása különféle háztípusok esetébe Meg kell jegyezni, hogy Európában a költségtényezők valószínűleg eltérőek, ezért a számításokat az ottani körülményekre is el kell végezni. Hasonlóképpen az összehasonlítás más eredményekkel járhat más környezetben. (Dr. Garai Tamás) Hamada, Y.; Nakamura, M.: stb.: Field performance of a Japanese low energy home relying on renewable energy. = Energy and Buildings, 33. k. 8. sz p Yuehong Bi; Lingen Chen; Chih Wu.: Ground heat exchanger temperature distribution analysis and experimental vertification. = Applied Thermal Engineering, 22. k. 2. sz p

; Nakamura, M.: stb.: Field performance of a Japanese low energy home relying on renewable energy. = Energy and Buildings, 33. k. 8. sz. 2001. p. 805 814.

Hasonló dokumentumok

Energiatakarékos lakóépületek Tirolban

ENERGIATERMELÉS, -ÁTVITEL ÉS -FELHASZNÁLÁS Energiatakarékos lakóépületek Tirolban Tárgyszavak: szellőztetés; talajhő; napkollektor; hőszivattyú. Amennyiben az építészek a közepén vezetett szellőzőcsatornás