GYAKORLATI ÉPÜLETFIZIKA

Átírás

1 GYAKORLATI ÉPÜLETFIZIKA

2 Minden test sugárzást bocsát ki. A sugárzás intenzitása függ: A test felületi hőmérsékletétől A test felületének minőségétől Egy test teljes spektrumú sugárzása a Stefan-Boltzmann törvény alapján: Jožef Štefan ( ) karintiai származású osztrák szlovén matematikus és fizikus, szlovén nyelvű költő ben kimondta, hogy az abszolút fekete test sugárzása az abszolút hőmérsékletének negyedik hatványával arányos. Ezt később elméleti úton magyarázta meg Ludwig Boltzmann. T a felszín abszolút hőmérséklete C 0 =5, W/m 2 K 4 fizikai állandó, arányszám 2 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp,

3 Ultraibolya sugárzás Látható fény Infravörös sugárzás Sugárzási intenzitás, a sugárzás energiahozama: I [W/m 2 ] Atmoszférán kívül W/m 2 A Földön lévő testen, függ: Sugárzás és a felület által bezárt szög (csak a merőleges vetület számít) Naptári naptól és napi időtől (napállás) A légkörben megtett úttól A test tengerszint feletti magassága Légköri viszonyoktól (felhőzet, köd, vízgőz) Légszennyezetség Földi testet érő sugárzás Direkt sugárzás Diffúz sugárzás Visszavert sugárzás 500 W/m W/m W/m 2 3 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp,

4 Ha egy testet sugárzás ér: Egy részét elnyeli Egy részét visszatükrözi Egy részét átereszti energiahányad abszorpciós, elnyelési tényező a reflexiós, visszaverési tényező r transzmittálási, áteresztési tényező t A tényezőkkel kapcsolatban mindig meg kell adni, hogy mely sugárzási spektrumra értendők Látható fény, napsugárzás Alacsonyhőmérsékleti sugárzás a N a A A tényezők függvényében a testek lehetnek a+r+t=1 Fekete test a=1 r=0 t=0 Opaque, nem áteresztő, szürke test a>0 r>0 t=0 Transzparens test a>0 r>0 t>0 Áteresztő átlátszó előbbi egy sugárzási spektrumra, utóbbi a látható fény spektrumára vonatkozik! 4 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp,

5 Opaque szerkezet felületét I[W/m 2 ] intenzitású napsugárzás éri A felület a sugárzás egy részét visszaveri (q r ) A test a napsugárzásra vonatkoztatott abszorpciós tényezője szerinti sugárzási hányadot elnyeli, a külső felület felmelegszik (q a ) Hővezetés indul meg a mélyebb rétegek felé (q v ) Az hőt a szerkezet feltárolja önmagában Többlet esetén a túloldalán átadja környezetének A külső felületen hőátadás játszódik le (q e ) Szelektív felületképzésekkel változatos a N /a A viszonyok lehetségesek A felület hőt sugároz a felület emissziós tényezőjétől (ε=a A ) függő mértékben (q s ) Az érkező és a távozó hőáram összege azonos 5 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

6 Transzparens szerkezet felületét I[W/m 2 ] napsugárzás éri A felület a sugárzás egy részét visszaveri (q r ) A test a napsugárzásra vonatkoztatott transzmittálási, áteresztési tényezője szerinti sugárzási hányadot átengedi (q t ) A test a napsugárzás egy részét elnyeli, így a test felmelegszik (q a ) Hővezetés indul meg (q v ), nem jelentős A felesleges hőt a külső és belső felületein hőátadással leadja (q e, q i ) A külső és belső felületein hőt sugároz (q se, q si ) Az érkező hőáram: A belső térbe jutó hőáram: A külső térbe visszajutó hőáram: 6 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

7 A transzparens épületszerkezetek általában nem egy rétegűek Több üvegtábla Bevonatok Légrétegek Árnyékoló szerkezet A hőtranszport-folyamatok bonyolultabbak Többszörös hőátadás Sugárzásos hőcserék, visszaverődésekkel Hőáramlás légrétegben Igények évszakonként, napszakonként változnak, sőt ellentétesek Természetes világítás Nyári felmelegedés elleni védelem Passzív napenergia hasznosítás télen döntés nyáron télen nappal?? éjjel?? 7 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

8 Áteresztett hányad befolyásolható Az elnyelt és/vagy a visszavert hányad növelésével Elnyelt hő egy része bejut Visszavert hő kint marad Transzparens szerkezet anyagának, felületének módosításával Külső nemesfém tükröző réteggel Üveg anyagába kevert fémoxiddal Belső felület bevonatolásával, pl. low emissivity coating Fototróp, fényre sötétedő üvegezéssel Termotróp, hőre sötétedő üvegezéssel Árnyékolókkal Kívül / Belül Fix / Mozgatható Csak árnyékol / Hőszigetel is növelhető a visszavert hányad az elnyelt hányad a belső infravörös hő visszavert hányada a visszavert hányad a visszavert hányad 8 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

9 Etalonszerkezet: 3 mm vastag, szimpla ablaküveg Meghatározták, hogy a szerkezeten keresztül, mennyi hő jut egy térbe Hőáteresztés Hőátadás Hősugárzás Különböző beesési szögekkel, így figyelembe vehető a Tájolás Naptári nap Napszak Új szerkezet esetén Elegendő egy beesési szöget vizsgálni Mérési eredmény és etalon szerkezet eredményét összehasonlítani Hányadosuk a naptényező A naptényező (N) megmutatja, hogy a szerkezettel elérhető hőnyereség (q) hányszorosa az egyszerű etalonszerkezettel elérhetőnek (I SRG ). 9 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

10 Helyiségbe transzparens épületszerkezeten, üvegezésen keresztül napsugárzás jut be (fény és rövidhullámú infrasugárzás) A belső opaque szerkezetek a hősugárzást Részben elnyelik (a N =0,8-0,9) Részben visszatükrözik, majd tükrözve nyelik el Az elnyelt hősugárzással a szerkezetek (Lassan) felmelegítik magukat, hővezetéssel (Gyorsan) felmelegítik a belső levegőt, hőátadással Saját hőmérsékletének megfelelően hőt sugároznak A szerkezetek sugárzása hosszúhullámú infrasugárzás Ez tovább melegíti a szerkezeteket De az üvegszerkezeten nem tud kijutni, mert azok áteresztési tényezője hosszúhullámú sugárzásra alacsony A helyiségbe zárt hő távozhat Hőátbocsátással a határoló szerkezeteken keresztül Szellőző levegővel együtt 10 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

11 11

12 12

13 MSZ EN 14501:2006 alapján g összenergia átbocsátási tényező értéke megmutatja az adott üveg sugárzásátbocsátó képességét a ráeső napsugárzáshoz képest az etalon 3 mm-es üveg g értéke 0,87 g nyár = g * g árnyékoló g tél = g F c árnyékolási együttható (g árnyékoló ) értéke megmutatja, hogy az árnyékolás nélküli szerkezethez képest az árnyékolt szerkezet, megegyező körülmények esetén, milyen arányban engedi a beltérbe jutni a napenergiát 0,0-1,0 közötti érték N naptényező értéke megmutatja, hogy a 3 mm-es normál floatüveghez képest az adott szerkezet, megegyező körülmények esetén, milyen arányban engedi a beltérbe jutni a napenergiát 13 Tóth Elek: Energetikai számítások a gyakorlatban, előadás

14 U w = A fu f + A g U g + l g Ψ g + l e Ψ e A g + A f U w A f U f A g U g l g Ψ g l e Ψ e nyílászáró hőátbocsátási tényezője tok és szárny felülete tok és szárny hőátbocsátási tényezője üvegfelület üveg hőátbocsátási tényezője üvegperem hossza üvegperem vonalmenti hőátbocsátási tényezője beépítési hézag hossza beépítési hézag vonalmenti hőátbocsátási tényezője 14 Rehau Quality, Ablak Design szoftver Rehau Geneo plus, konszignációs tervrészlet, családi ház, Gyarmat

15 Egységnyi homlokfelületű üvegezés energiamérlege egy fűtési idényre Energia veszteség, hőátbocsátással U: az üvegezés hőátbocsátási tényezője G: a fűtési hőfokhíd a teljes idényre Energia nyereség, napsugárzásból N: naptényező ΣI: a fűtési idény alatti összes napsugárzási energia A t : transzparens felület, üveg A ö : teljes nyílászáró felület Mérleg: Egyenértékű hőátbocsátási tényezővel kifejezve: 15 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

16 Direkt sugárzási nyereség fűtési idényre vonatkoztatva (Q sd ) [W] Részletes számítási módszer esetén a következő összefüggéssel lehet meghatározni: ε hasznosítási tényező nehéz szerkezetű épületekre: 0,75 könnyűszerkezetű épületekre: 0,70 A ü az üvegezés felülete, az üvegezés mérete alapján számolva [m 2 ] Q TOT g Q sd = ε sugárzási energiahozam a fűtési idényre fajlagos hőveszteségtényező számításához [kwh/m 2 /a] Észak: 100 kwh/m 2 /a; Kelet és Nyugat: 200 kwh/m 2 /a; Dél: 400 kwh/m 2 /a az üvegezés összesített sugárzásátbocsátó képessége Egyszerűsített számítási módszer esetén: elhanyagolható vagy az északi tájolásra vonatkozó sugárzási energiahozammal számítható. A ü Q TOT g Indirekt sugárzási nyereség (Q sid ) [W] Részletes számítási módszer esetén: az MSZ EN ISO szabvány szerint, vagy azonos eredményt adó módszerrel lehet meghatározni, ha az épületnek van csatlakozó üvegháza, energiagyűjtő fala. Egyszerűsített számítási módszer esetén a számítás elhagyható. 16 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról

17 Az épület nyári túlmelegedésének kockázatát vagy a gépi hűtés energiaigényét épületszerkezeti, árnyékolási és természetes szellőztetési megoldások alkalmazásával kell mérsékelni. Miután ebből a szempontból egy épület különböző tájolású helyiségei között lényeges különbségek adódhatnak, a tervező dönthet úgy, hogy a túlmelegedés kockázatát helyiségenként vagy zónánként ítéli meg. Ha a rendeltetésszerű használatból következő belső hőterhelésnek a használati időre vonatkozó átlagértéke nem haladja meg a q b < 10 W/m 2 értéket, a túlmelegedés kockázata elfogadható, amennyiben a belső és külső hőmérséklet napi átlagértékeinek különbségére teljesül az alábbi feltétel: Δt bnyár < 3 K nehéz épületszerkezetek esetében (m > 400 kg/m 2 ) Δt bnyár < 2 K könnyű épületszerkezetek esetében (m < 400 kg/m 2 ) A besorolás alapja a fajlagos hőtároló tömeg (2. melléklet III. 2. pontja) 17 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról

18 egy homlokzaton több homlokzaton Δt bnyár a belső és külső hőmérséklet napi középértékeinek különbsége nyári feltételek között [K] Δt bnyár = Q sdnyár + A N q b AU + lψ + 0,35Vn nyár A légcsereszám tervezési értékei nyáron, természetes szellőztetéssel Éjszakai szellőztetés nem lehetséges Lehetséges Nyitható nyílások Q sdnyár = A ü I nyár g nyár nyári sugárzási hőterhelés A ü az üvegezés felülete, az üvegezés mérete alapján számolva [m 2 ] I nyár sugárzási energiahozam átlagintenzitás nyári túlmelegedés kockázatának számításához [W/m 2 ] [I.3. táblázat] Észak: 85 W/m 2 ; Kelet, Dél és Nyugat: 150 W/m 2 g nyár az üvegezés és a zárt társított szerkezet együttesének összesített sugárzásátbocsátó képessége A N (fűtött) hasznos alapterület [m 2 ] q b belső hőnyereség átlagos értéke [W/m 2 ] [IV.1. táblázat] Lakóépületek: 5 W/m 2 ; Irodaépületek: 7 W/m 2 ; Oktatási épületek: 9 W/m 2 AU + lψ transzmissziós hőveszteségek összesen V a fűtött térfogat, belméretek szerint számolva [m 3 ] n nyár légcsereszám nyáron [1/h] [II.1. táblázat] 18 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról

19 Összetevők: t ny év Transzmissziós hőveszteség Hőhidak miatti hőveszteség L: szellőző levegő térfogatárama, m 3 /s Szellőzési hőigény Sugárzási hőnyereség Belső hőterhelés Szerkezetekben tárolt hő Épületgépészeti rendszerek + -? Az egyensúly mindig kialakul! Összesen: Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.

20 Szükséges teljesítmény lehet Pozitív: fűtési teljesítmény Negatív: hűtési teljesítmény A tervezés célja a rendszerek teljesítményének minimalizálása Beruházási költség Fenntartási költség Fosszilis tüzelőanyag fogyasztás Környezet szennyezés Az összes összetevő energiatudatos tervezésével lehetséges Transzmissziós hőveszteség Hőhidak miatti hőveszteség Szellőzési hőigény Sugárzási hőnyereség Belső hőterhelés Szerkezetekben tárolt hő Épületgépészeti rendszerek 20 Reis F, Várfalvi J, Zöld A: Az épületfizika alapjai építészmérnök hallgatók számára. Műegyetemi Kiadó, Bp, 2007.