DEnzero 2014/1. Debrecen január december 31.

Átírás

1 Fenntartható energetia megújuló energiaforráso optimalizált integrálásával (DEnzero) ÁMOP-4...A-//KONV--4 DEnzero 4/. Debrecen 3. január. 4. december 3.

2 Fenntartható energetia megújuló energiaforráso optimalizált integrálásával (DEnzero) ÁMOP-4...A-//KONV--4 Nedvesség hatása az épületere Napjainban az energiataaréosság rendívül fontos. Enne az egyi eszöze a hőszigetelése alalmazása. Hőszigeteléssel egyrészt hőszüségleti igénye csöentése, másrészt az épülete hőjéne megtartása a feladat. Emiatt újépítésű házanál, illetve meg lévő épület felújításaor elengedhetetlen a hőszigetelése használata. Ráadásul az Európai Unió -as irányelve mely az alacsony energiaigényt célzott meg, így a hőszigetelésere is egyre szigorúbb övetelményeet szabna i. Az építőanyago nedvesség hatására nem csa hővezetési tényezőjü változi, hanem a hőtároló épességü is. Emiatt fontos a szigetelőanyago nedvességfelvevő tulajdonságaina vizsgálata. Építőanyago többsége porózus szerezetű ez a jelenség azt eredményezi, hogy ezene a pórusos anyagona az összesített felületü nagyobb, mint az azonos térfogatú és tömegű simább anyagona, így ezene a nagy porozitással rendelező anyagona nagyobb a nedvességfelvevő és megötő épességü. ehát nedvesség hatására a ülső felületen lévő póruso melyne építőanyagoban számottevő százaléban jelentezhet, amely nyomásülönbség vagy apilláris hatására aár az anyag teljes térfogatában telítődhet. Az anyago ezen nedvességfelvevő epeségét szorpciós izotermáal jellemezhetün. Energetiai szempontból fontos e tulajdonságo vizsgálata, mivel nagyban módosítja a szerezete jellemzőit. A vizsgálatainnál, melynél a szorpciós izotermát meghatározzu szárítógépet (Venticell ), egy límaamrát (Climacell ) és egy milligramm pontosságú mérleget ombinálun. A mintáat szárítás után adott hőfoon választott relatív páratartalom mellett ezeljü, és a tömegváltozásoból a felvett nedvesség menynyisége iszámítható.

3 DEnzero ÁMOP-4...A-//KONV--4 A nedvesség az épületszerezetbe több módon is bejuthat. Az építőanyago elészítésénél rendszerint nagy szerepet játszi a víz. Legtöbbször alapanyagént jelenthet meg, de egyes anyagonál, valamilyen émiai folyamat során is termelődhet. Mivel az utóbbinál a technológia számára is fölösleges nedvesség termelődi, ezt valahogy el ell távolítani az építőanyagoból. A nedvesség bejuthat meteorológiai jelensége által is a szerezetbe. A nedvességterhelés valamilyen csapadé formájában léphet fel. Ez a terhelés főént a héjazatot terheli. Mivel e szerezete jelentősen i lehetne téve ilyen jelenségene, ezért foozottan ügyelni ell a vízzárásra, hogy a csapadé ne jusson be az épület szerezetébe, ahol többféle hatást fejthet i. Amior a csapadé szélhatással párosul aor az oldalsó határoló felületeet is érheti nedvességterhelés. A szél változéonyságából adódóan viszont ezeen a felületeen az intenzitás isebb mértéű, ezért ezeen a szerezeteen nem szüséges vízhatlan felületet iépezni. Itt a csapadé nedvességterelése után a felületen lévő nedvesség megfelelő feltétele mellett el tud párologni. Az épülete ivitelezéseor ülönösen i vanna téve egyes épületszerezete a nedvességterhelésne. (Forrás: Alacsony exergiaigényű fűtési rendszere Az épületgépészeti berendezése hatéonyságána elemzésére az exergia fogalmána az alalmazása újszerű megözelítés. Mivel ez a fogalom Magyarországon a fűtési rendszere tárgyörében ezidáig nem igazán volt használatos, szüséges enne megismertetése és az alalmazási lehetősége feltárása.

4 Fenntartható energetia megújuló energiaforráso optimalizált integrálásával (DEnzero) ÁMOP-4...A-//KONV--4 Az irerzibilis hőerőgép Minden valóságos hőerőgépnél fellépne irerzibilitáso, amelyene öveteztében a termius hatásfo nem éri el a erzibilis hőerőgép hatásfoána értéét. Ideálisna volna nevezhető az olyan hőerőgép, amely a bevezetett hőenergiát teljes egészében mechaniai munává alaítaná. A hőerőgép hőforrásból nyeri a hőenergiát és a gépben a munavégző özeg örfolyamatot végez. A hőerőgép egy munacilusára tehát s hg A hőforrásra viszont: s hf mivel hőelvonás történt. A hőerőgépet és a hőforrást együttese adiabatius rendszerne teintve az ideális hőerőgépnél: s hg s hf ami viszont a II. főtételne ellentmond. Ideális hőerőgép, amelyne termius hatásfoa % lenne nem épzelhető el. Eze szerint a valóságos hőerőgépnél a hőforráson ívül szüség van hőnyelőre is, amelyne entrópiája a hőenergia felvétele során nagyobb mértében növeszi, mint amennyivel a hőforrás entrópiája a hőleadás özben csöen. A valóságos hőerőgép termius hatásfoa aor a legnagyobb, amior az összes benne lejátszódó HŐFORRÁS folyamato erzibilise. Feltételezzü, hogy a hőforrás =állandó hőmérséleten szolgáltatja a (Q) hőenergiát és a hőnyelő =állandó hőmérséleten vonja el a (Q) hőenergiát. S Irerzibilis folyamatonál: S ir A folyamatból inyerhető muna: Q Q ( Q) ( Q ) Q v Q L t Q Q Hőerőgép L t Q HŐNYELŐ. ábra Hőerőgép és örnyezete Az irerzibilis folyamat termius hatásfoa: Vagyis: Lt t Q S t C Q ir S Q ir Mivel S ir, az irerzibilis hőerőgépnél evesebb muna nyerhető ugyanannyi hőenergiából, mint a erzibilis hőerőgépnél. A munaveszteség: L v S ir A maximálisan nyerhető muna Vizsgáljun meg egy zárt rendszert, amelyben munát állítun elő. Legyen a munanyerés özben hasznosítható potenciális és inetius energiaülönbség elenyészően cseély. Mechaniai muna nyerése céljából tehát a rendszer belső energiája használható fel. Nevezzü az energiaátalaulásban résztvevő

5 DEnzero ÁMOP-4...A-//KONV--4 özegeet munaszolgáltatóna, míg a velü özvetlenül érintezőet örnyezetne. A munaszolgáltató és a örnyezet együttesen adiabatius rendszert épez. A munaszolgáltató állapotjelzői a folyamat ezdetén legyene U, p,, S, V és a folyamat végén U, p,, S, V. A örnyezet (pl. levegő) elég nagy ahhoz, hogy hőfoában () és nyomásában (p) a munaszolgáltató állapotváltozása változást ne hozzon létre. A örnyezet belső energiája viszont legyen a folyamat ezdetén U a folyamat végén U, az entrópiája pedig S és S. Az első főtétel alapján az egész rendszerre (Q=): U " U ' L Amiből a nyerhető muna: L U' U " U U U U U U U U A folyamat alatt a munaszolgáltató itágulása által a örnyezet felé teljesített térfogatváltozási muna: L' p V V A örnyezetne átadott hőenergia: Q s S S A örnyezet belső energiájána változása tehát: U U Q L Figyelembe véve még, hogy az egész rendszer entrópiaváltozása: s s S S a folyamat során nyerhető muna: L ' U U S S p V V Lmax Az egyenlőség erzibilis, az egyenlőtlenség irerzibilis folyamatora vonatozi. Az összefüggés szerint a folyamatból aor nyerhető a legnagyobb muna, ha a folyamat megfordítható, másrészt az expanziót a örnyezet állapotáig i ell terjeszteni (, p). Nyitott rendszer esetében a nyerhető maximális techniai muna meghatározásánál az áramló özeg entalpiája a mérvadó és ezen felül figyelembe ell venni még a özeg inetius energiáját. Ezeel azután a nyitott rendszerből nyerhető maximális techniai muna: m Lt H H S S w w L t max ermészetesen az egyenlősig ebben az esetben is a erzibilis folyamatora vonatozi. Exergia Vizsgálju azt az esetet, amior a folyamat megfordítható. Eor maximálisan L és m L t max H H S S w w nyerhető. Ez a ét összefüggés igen fontos a munavégző épesség megítélése szempontjából. Mivel a maximális muna megfordítható folyamatból aor eletezi, ha az expanzió a örnyezet állapotáig van iterjesztve, ahol tehát a munavégző állapotjelzői a örnyezetével azonosa (, p, U, H, S) a ét egyenlet az alábbia szerint módosul: L és L max max t max U U S S p V V U U S S p V V H H S S m w mivel a nyitott rendszernél a munaözeg áramlási sebessége: w=w=. A () összefüggés az áramló özegből nyerhető maximális techniai muna meghatározására nyújt lehetőséget. Ha a inetius energiát elhanyagolju, egységnyi tömegre vonatoztatva a maximálisan inyerhető techniai muna: l h h s s t max Ezt a techniai munát exergiána nevezzü. Ha a örnyezet hőfoát rögzítjü, aor látható, hogy az exergia állapotjelző: e h h s s és a özeg techniai munavégző épességére jellemző érté és s állapotjelzőel rendelező örnyezetben.

6 Fenntartható energetia megújuló energiaforráso optimalizált integrálásával (DEnzero) ÁMOP-4...A-//KONV--4 Az exergia ábrázolható -s diagramban is. p A =áll. A h A =áll. p A =áll. A h A =áll. K p =áll. h =áll. K p =áll. h =áll. s A s K s s K s A s. ábra Exergia a -s diagramban Az ábra bal oldalán az az eset van feltüntetve, amior a ezdeti entrópia isebb, mint a örnyezet entrópiája és így a munavégző épesség még a örnyezettől felvehető hővel növeszi. A jobb oldal viszont azt a változatot ábrázolja, amior s>s érténél. Abban az esetben tehát, amior az átáramló özeg inetius és potenciális energiája elhanyagolható, aor a munavégző épesség a özeg exergiájával azonos. A övetezőben elemezzü a szüséges exergiát, az exergiacsöenést a özponti fűtési rendszere elosztóhálózatán, illetve az exergiaáramot a rendszerben ülönböző előremenő hőmérsélet mellett. Az exergiaváltozást arányént elemezzü, mert ez az arány nem függ a rendszer teljesítményétől. Az arányban a viszonyítási alap a 9 oc előremenő hőmérséletre méretezett fűtési rendszer. Hőszigeteletlen elosztóvezetére az exergiaszüséglet arányo alaulását ét ülönböző méretezési hőfoesés mellett a 3. ábra szemlélteti. Az ábra alapján megállapítható, hogy az elosztórendszer exergiaszüséglete csöen alacsonyabb előremenő hőmérsélet mellett. Ez a csöenés elérheti aár az 5%-ot is 3%-al alacsonyabb előremenő hőmérsélet mellett. Valamivel magasabb arányoat apun (nagyobb exergiaszüségletet), ha a méretezési hőfoesés isebb. Az elosztóhálózat exergiaveszteségéne arányána alaulását a 4. ábra szemlélteti. A hatásfo értéét adó szorzótényező az elemzett fűtőözeg hőmérsélet tartományon belül nem változna, ezért az exergiaveszteség csa a csővezetée hőszigeteléséne függvényében változi. Ha azonos azánhatásfoot feltételezün, aor a azánnál az exergiaszüséglet azonos lesz és nem függ az előremenő hőmérsélet értéétől. Az exergiaáramo arányát a azán exergiaszüségletéhez viszonyítva az5. ábra mutatja be.,9,8 Ex/Ex,7,6,5 oc 5 oc, tf, [oc] 3. ábra Az exergiaszüséglet aránya 4. Az exergiavesztesége alaulása

7 DEnzero ÁMOP-4...A-//KONV--4 Ex/Ex,9,8,7,6,5,4,3,, 9 oc 8 oc 7 oc 6 oc azán elosztóhálózat hőleadó helyiség 5. ábra Az exergiaszüséglet a fűtési rendszer egyes szaaszain Mint az ábrából megállapítható, a legnagyobb exergiacsöenés a azán és az elosztóhálózat özött van. Ezt a azánban történő energetiai átalauláso oozzá, ugyanis a tüzelőanyag exergiatartalma nagyobb, mint az előállított fűtőözegé. Ha a diagramot folytatnán az épület ülső szerezeteivel, azonál az exergia értée nulla lenne. Vagyis, azonos hőtechniai jellemzőel rendelező épületszerezete mellett, az exergiaveszteség isebb lesz alacsonyabb előremenő fűtőözeggel üzemeltetett fűtési rendszere esetében. A csővezeté hőszigeteléséne hatásfoa azonban függ a hőveszteségetől. Azonban azonos hőfolépcső, de alacsonyabb hőmérséletű fűtőözeg esetében a hővesztesége isebbe leszne. Vagyis azonos vastagságú hőszigetelés mellett a hőszigetelés hatásfoa nagyobb lesz az alacsonyabb hőmérséletű fűtőözeg esetében. Ez esetben viszont az elosztóhálózat exergiaveszteségei is alacsonyabba leszne és végül a azánnál az exergiaszüséglet csöen. A 6. ábra az exergiavesztesége alaulását mutatja be ülönböző fűtőözeg-hőmérsélete esetében. Az ábra alapján megállapítható, hogy az exergiaveszteség ezzel csanem %-ot csöen minden oc fűtőözeg hőmérséletcsöenés mellett. 6. ábra Az exergiaveszteség alaulása az elosztóhálózaton Az alacsonyabb exergiaveszteség miatt a azánnál is alacsonyabb lesz az exergiaszüséglet, mint ahogy az itűni a 7. ábrából. A 9 oc-nál alacsonyabb hőfoon üzemeltetett özponti fűtési rendszer esetében az energetiai és exergetiai vesztesége csöenne, és az alacsonyabb exergetiai szint miatt az alacsony exergiával rendelező energiaforráso (megújuló energiá) felhasználása nagyobb hatásfoal történhet. Ex/Ex, [W],9,8,7,6,5,4,3,, 9 oc 8 oc 7 oc 6 oc azán elosztóhálózat hőleadó helyiség 7. ábra Exergiaszüséglet változása a fűtési rendszerben

8 Fenntartható energetia megújuló energiaforráso optimalizált integrálásával (DEnzero) ÁMOP-4...A-//KONV--4 Összeállította: Dr. Kalmár Ferenc tudományos déánhelyettes szamai vezető Debreceni Egyetem és Széchenyi István Egyetem, Győr