Környezettudatos energiahatékony épület Projektazonosító: TÁMOP- 4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0068
Tartalom Vezetői összefoglaló 3 1. alprojekt: CO2 4 2. alprojekt: Dendromassza alapú energiaforrások 5 3. alprojekt: Alternatív energiaforrások hasznosításának fejlesztése 6 4. alprojekt: Szezonális hőtároló 7 5. alprojekt: Környezettudatos anyagok 8 6. alprojekt: CO2 hatékony épület és nyílászárók 9 Együttműködő partnerek 10
Vezetői összefoglaló A közelmúltban egyre drasztikusabbá váló környezeti problémák rámutatnak a környezettudatosság égető szükségességére az élet minden területén. Az EU 2020-as direktívája előírja, hogy 2020-ra többek között 20%-kal kell csökkenteni az üvegház hatású gázok kibocsátását, és 20%-kal javítani kell az energiahatékonyságot, az 1990-es szinthez képest. Ez az energiafelhasználás minden területét pl. a közlekedést, az ipart és a lakossági, felhasználást is érinti. Jelentős potenciálok vannak e területen többek között a lakossági épületek teljes életciklusra vonatkoztatott energiaigénye, és főként az energiahatékonysága terén. A Nyugat-magyarországi Egyetem, az Erdészeti Tudományos Intézet és az Építésügyi Minőségellenőrző Innovációs Nonprofit Kft. hármas konzorciuma jelen kutatási projektben az épületek energiahatékonyságának egy-egy olyan elemére fókuszál, ahol jelentős széndioxid kibocsátás csökkenés érhető el. Ilyen terület az építkezés során felhasznált természetes alapú fa és kéreg anyagok, melyek tömegükhöz képest számottevő mértékű légkörből megkötött CO2 tárolását biztosítják. Figyelmet fordítunk ezen anyagok tulajdonságainak javítására modifikációs eljárásokkal, valamint új alkalmazási területek feltárásával. Az ajtók és ablakok esetében a szellőztetés kérdésére ad innovatív megoldást a kutatás. Másik nagyon fontos terület az épületek üzemeltetése során a fűtési célú energia ellátás. A különböző formában megjelenő dendromassza energiaforrások hatékonyabb alkalmazása és a források bővítése. A kutatás során nagy figyelmet fordítunk az alternatív energiaforrások hatékony kiaknázására is, mint a geotermikus hő kinyerés és visszatáplálás, szolár energiaforrások kiaknázása fokuszáló napkollektor segítségével. Speciális terület a szezonális hőtárolás kérdése, ahol a nyári többlet energiát igyekszünk a téli fűtés céljára tárolni, majd felhasználni. A kutatói teamek környezetbarát, energiahatékony, és az üvegház hatású gázok szempontjából kedvező (CO2-semleges) célzott alapkutatási megoldásokat dolgoznak ki, amelyek egyenként is jelentős energiahatékonyság-javulást és CO2 kibocsátás-csökkenést eredményeznek. Sopron, 2013. április 20. Prof. Dr. Divós Ferenc szakmai vezető Dr. Pásztory Zoltán projektmenedzser TÁMOP 4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0068 3
1. alprojekt: CO2 Alprojektvezető: Prof. Dr. Divós Ferenc, Dr. Pásztory Zoltán A teljes projekt a környezettudatosságot és energiahatékonyságot helyezi előtérbe, ennek egyik legfontosabb eleme az épületekhez kapcsolódó CO2 kibocsátás minimalizálása, mely szemlélet az egész projektet végig kíséri. Az épületek életútja során több szakaszban található jelentős CO2 kibocsátás. Az építés, a működtetés, valamint a megsemmisítés során, továbbá az sem elhanyagolható, hogy mi lesz az épület anyagaival, ha az épületet elbontjuk. A teljes projekt célkitűzéseinek elérése érdekében szükségszerű a CO2 kibocsátás csökkentésének elméleti megalapozása és annak feltárása, hogy egy energia ellátási forrás cseréje, illetve alternatív források felhasználása milyen CO2 megtakarítást eredményez. A projekt részei a problémakör jól körülírható szegmenseit kutatják, ugyanakkor ezen alprojekt feladata a projekt többi alprojektje által végzett CO2 megtakarítási hatás számszerűsítése. Megalapozott számításokkal kell igazolni, hogy a megújuló energiaforrások és az azokat hasznosító berendezések milyen mértékben csökkentik a fosszilis energiahordozóból származó szén légkörbe juttatását. Az alprojekt az épületekkel kapcsolatos CO2 egyenleget nem csak egy-egy szemszögből kezeli, hanem átfogóan az alapanyagoktól az energiaellátásig annak különböző megoldási változatait is figyelembe veszi. Ahhoz, hogy a fent elmondottak ne csak vélemények, egyéni nézetek legyenek, alaptudományi szinten meg kell alapozni a CO2 modellek segítségével az energianyeréshez és az anyagfelhasználáshoz kapcsolódó CO2 egyenértékeket. A cél elérése érdekében az alprojekt megvalósítása során integráló csapatot hoztunk létre, melynek tagjai egy-egy alprojektben aktív szerepet vállaló kutatókból állnak. 4 Környezettudatos energiahatékony épület
2. alprojekt: Dendromassza alapú energiaforrások Alprojektvezető: Prof. Dr. Molnár Sándor A faalapú biomassza, vagyis a dendromassza kedvező ára és elérhetősége miatt fokozatosan visszanyeri kimagasló szerepét a családi házak és a vidéki épületek fűtésében, energiaellátásában. A megnövekedett lakossági és közösségi igények ellenére a dendromassza felhasználás energetikai hatékonysága ma rendkívül alacsony (25-60%). A kutatási program arra vállalkozik, hogy feltárja a dendromassza termelés és felhasználás minőségi fejlesztésének tudományos alapjait. A munka keretében együttműködve az Erdészeti Tudományos Intézettel meghatározzuk a hosszútávon rendelkezésre álló energetikai faanyag mennyiségét és kidolgozzuk az ültetvények létesítésének korszerű fajtaválasztékon alapuló szakmai alapjait. A hatékonyság fokozása érdekében fontos alapkutatást végzünk a különböző fafajok és -fajták faanyagrészei (kéreg, fatest) fűtőértékének és hamutartalmának feltárására, különös figyelmet fordítva az ökológiai összefüggésekre. A folyamatban lévő szorpciós vizsgálataink arra keresik a választ, hogy miként lehetne az energetikai fanyersanyagok szárítását gyorsabbá és gazdaságosabbá tenni. A projekt fókuszál a dendromassza felhasználás lehetséges módjai közül a pellettálhatóságra és az elgázosításra. A projekt megvalósítása során együttműködünk a témában élenjáró hazai vállalkozásokkal, amelyeket eddig négy szerződésben rögzítettünk. A kutatási eredmények folyamatos közzétételének eredményeképpen eddig hét publikáció került megjelentetésre. TÁMOP 4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0068 5
3. alprojekt: Alternatív energiaforrások hasznosításának fejlesztése Alprojektvezető: Prof. Dr. Divós Ferenc Hőszivattyú alkalmazása lakóházak fűtésére Hazánkban a hőszivattyús fűtés területén még sok lehetőség kínálkozik. A lehetőségeink nagyobb része még kihasználatlan. Ezen a helyzeten kívánunk javítani a következőkkel: Télen fűtésre, nyáron hűtésre is használt vertikális szonda környezetében mélységi hőmérsékletméréseket végzünk. A felső 20 m-es szakaszon mérjük a napszak, évszak és talaj/kőzettípus függést. Meghatározzuk a klímatizálással bevitt hőmennyiség hatását a fűtési szakaszban. Tervezői segédletet készítünk a hőszivattyús rendszerek telepítéséhez. Hőáram számításokat végzünk néhány tervezett hasznosítás esetében végeselem módszer felhasználásával. Hőszivattyús rendszerek tervezése és hatásfok kalkulációja. Megtérülési idő meghatározása. Kimerülés lehetőségének vizsgálata, elkerülése. Fókuszáló napkollektor és napteknő hőhasznosítási hatásfokának növelését célzó alapkutatás Alapvető cél, hogy a nap energiáját a meglévő kollektor rendszereknél nagyobb hatásfokkal hasznosítsuk és magasabb hőmérsékletet érjünk el a szállító közegben. A fejlesztés szakaszai: - Fókuszáló elvű napkollektorok tükröződő felületek hatásfok növelését célzó kutatások: tükröződő felületek (pl. fémtükör) fejlesztése. - Fókuszáló elvű napkollektorok hőtranszport folyamataival összefüggő hőcserélő, valamint a napkövető szerkezetek fejlesztését megalapozó kutatások. A fenti alapkutatási eredményeken nyugvó új típusú napenergia-hasznosítás konstrukciók modellszintű megfogalmazása. - A hagyományos elvű napkollektorok és az új kutatási eredményeken nyugvó hőhasznosítási modellek hatásfok vizsgálata és elemzése. Lignocellulóz alapú organikus napelem fejlesztés Lignocellulóz rostok felületére adszorbeált polielektrolitokkal, vezetőképes réteg kialakítása az elsődleges cél. A kísérlethez PEDOT-PSS/PEI alternatív rétegképzéses adszorpcióját hajtjuk végre, melynek segítségével és a nanoméretű rétegek számának növelésével a rostok vezetőképessége is növelhető (6-10 S/cm). A vezetőképes rétegre inorganikus ezüstjód és organikus félvezető molekulákat adszorbeálva polarizált térben p-n átmenetet képezhetünk. A félvezető rétegre újabb vezetőképes polimert adszorbeálva az elnyelt fotonok által gerjesztett feszültséget mérhetünk. 6 Környezettudatos energiahatékony épület
4. alprojekt: Szezonális hőtároló Alprojektvezető: Dr. Pásztory Zoltán Az épületek hőtechnikai tulajdonságaira vonatkozó előírások folyamatosan szigorodnak az EU-ban és Magyarországon is. Közeli jövőben (2020) tervezett előírások az épületektől olyan magas fokú hőszigeteltséget várnak el, amelyek a passzív házakhoz hasonló vagy azzal összemérhető energia hatékonyság szintjére emelik az épületeket. Ennek megfelelően az épületek fűtési és hűtési energia igénye jelentősen lecsökken. Ennek az alacsony energiamennyiségnek fedezésére kívánnak a kutatás résztvevői környezetbarát és CO2 takarékos megoldást kidolgozni. A megoldás lényege a nyári többlet napenergia télire való eltárolása hő formájában. A feladat megvalósítására első lépésben egzakt matematikai modell kidolgozása történik, végeselem szoftver szimuláció segítségével, majd kísérleti egységek összeállítása is része a kutatásnak. A hő hosszabb idejű tárolása speciális megoldásokat és anyagokat igényel mind a tároló, mind a szigetelés, valamint a hő betáplálás és kinyerés területein. Jelen kutatás nem korlátozódik a feladat matematikai és műszaki megoldására, hanem fontos szempont a környezetvédelem mellett a gazdaságosság is. Hatékony és gazdaságos hőtárolás alapvető kritériuma a magas energia sűrűség. Egy szenzibilis megoldás esetében ez magas hőmérsékletet is jelent, ennek megfelelően a rendszer szigetelése nagyon fontos kérdés. Mind a magas energiasűrűség elérése, mind a megfelelő szigetelés biztosítása speciális anyagokat és megoldásokat igényel. TÁMOP 4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0068 7
5. alprojekt: Környezettudatos anyagok Alprojektvezető: Prof. Dr. Tolvaj László A napjainkban felmerülő környezeti problémák rámutatnak a fenntarthatóság szükségességére az élet minden területén. Egyre nagyobb hangsúlyt fektetnek a termék előállításánál és életciklusa végén a megsemmisítésnél a környezeti terhelés csökkentésére. A természetes alapú anyagok jelentősen kedvezőbb CO2 mérleggel rendelkeznek, mint más műanyag, fém vagy szilikát bázisú anyagok. A kutatás célja ezen természetes alapanyagok felhasználhatósági területének szélesítése és tulajdonságainak fokozása. A kutatás egyik fő célkitűzése a fakéreg szigetelő anyagként való alkalmazásának kidolgozása. Előkísérletek alapján nagyon jó eredmények születtek, amelyek megalapozták a téma részletesebb kidolgozását, a különböző fafajok kérgének magasabb szintű feldolgozására és hőszigetelés célú alkalmazásának fejlesztésére. A másik fontos kérdés a természetes anyagokkal kapcsolatban a versenyképes tulajdonságok biztosítása. Speciális modifikálási eljárásokkal az anyagok tulajdonságai, mint szilárdság, tartósság, hidrofóbitás vagy a felszínének tulajdonságai változtathatóak, javíthatóak. Mindezeken túl pedig nem lehet figyelmen kívül hagyni, hogy a természetes cellulóz alapú anyagok a bennük felhalmozódott szenet a légkör CO2 tartalmából kötötték meg és termékként való funkcionálásuk során lekötve tartják. Ezek alapján az ilyen anyagok környezetvédelmi hatása kettős: alacsony CO2 kibocsátással termékké alakíthatóak és ezen felül szenet tartanak lekötve. 8 Környezettudatos energiahatékony épület
6. alprojekt: CO2 hatékony épület és nyílászárók Alprojektvezető: Dr. Bejó László Az alprojekt célja olyan építészeti és épületszerkezeti koncepció kidolgozása, amely sikeresen hasznosítja és integrálja a többi alprojekt eredményeit. Építészeti szempontból egy olyan minősítési rendszer alapjai kerülnek kidolgozásra, amely kiegészítve az elterjedt, szinte kizárólag energia-alapú passzívház minősítési rendszerrel komplex módon, az energiahatékonyság mellett a környezeti és fiziológiai hatásokat is értékeli. Ezáltal teljesebb és kiegyensúlyozottabb módon értékelhető a különböző szerkezetek ökológiai hatása. Az alprojekt második feladata olyan épületszerkezeti megoldások kidolgozása, amelyek jól teljesítenek a fenti szempontrendszer figyelembe vételével. Ez magába foglalja az optimális rétegrendek, falszerkezetek, csatlakozások, sarkok csomópontok és nyílászáró csomópontok megtervezését, valamint a szerkezet értékelését a fenntarthatóság, a CO2 megkötés, a CO2 felhasználás csökkentése szempontjából, a teljes élettartam figyelembe vételével. Az épületszerkezeti megoldások integrálják a többi alprojekt eredményeképpen létrejött megoldásokat. Az alprojekt harmadik része speciális nyílászáró kifejlesztését és vizsgálatát célozza, amely egyszerre képes kielégíteni a kitűnő légzárás és szigetelés, valamint a megfelelő szellőzés követelményeit speciális tömítési rendszer alkalmazásával. A nyílászárók szintén az épületszerkezet szerves részét képezik, és azzal együtt kerülnek értékelésre. TÁMOP 4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0068 9
Együttműködő partnerek Vezető partner: Nyugat-magyarországi Egyetem www.nyme.hu Dr. Pásztory Zoltán projektmenedzser pasztory@fmk.nyme.hu Projektpartner: Erdészeti Tudományos Intézet www.erti.hu Benke Attila projektfelelős benke@ertisarvar.hu Projektpartner: Építésügyi Minőségellenőrző Innovációs Nonprofit Kft. www.emi.hu Kuthi Edvárd Bálint projektfelelős ekuthi@emi.hu 10 Környezettudatos energiahatékony épület
Impresszum Kiadja: Nyugat-magyarországi Egyetem Felelős kiadó: Dr. Pásztory Zoltán projektmenedzser Kiadványterv, szerkesztés: Praxis Design Kft. Nyomdai kivitelezés: Lővér Print Nyomdaipari Kft., Sopron Megjelent: 100 példányban, 2013, Sopron A kiadvány a Környezettudatos energiahatékony épület című, TÁMOP 4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0068 azonosító számú projekt keretében jött létre. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. Nyugat-magyarországi Egyetem www.kornyezettudatos.nyme.hu
Nemzeti Fejlesztési Ügynökség www.ujszechenyiterv.gov.hu 06 40 638 638 A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.