Lakóépületek energetikai felújításának optimalizálása Baumann Mihály PTE PMMK Épületgépészeti Tanszék
7/2006 TNM rendelet
176/2008 Korm. rendelet
A+ <55 Fokozottan energiatakarékos A 56-75 Energiatakarékos B 76-95 Követelménynél jobb C 96-100 Követelménynek megfelelő D 101-120 Követelményt megközelítő E 121-150 Átlagosnál jobb F 151-190 Átlagos G 191-250 Átlagost megközelítő H 251-340 Gyenge I 341< Rossz Épület besorolása
7/2006 TNM rendelet Szabályozás három szintje az összesített primer energiafogyasztás ne legyen nagyobb, mint X kwh/m 2 év ezen belül az épület fajlagos hőveszteségtényezője ne legyen nagyobb, mint Y W/m 3 K az egyes határoló- és nyílászáró szerkezetek hőátbocsátási tényezője ne haladja meg az adott szerkezetre előírt határértéket
7/2006 TNM rendelet A szabályozás lényege: integrált energiamérlegre vonatkozik, amely tartalmazza: a fűtés és a légtechnika termikus fogyasztását, a nyereségáramok hasznosított hányadát, a ventilátorok, szivattyúk energiafogyasztását, a használati melegvíztermelés energiafogyasztását, a világítás energiafogyasztását, (lakóépületek esetében nem) az aktív szoláris és fotovoltaikus rendszerekből származó nyereséget, a kapcsolt energiatermelésből származó nyereséget valamennyi tételt primer energiahordozóra átszámítva
Fajlagos hőveszteségtényező q 1 ( AU + lψ V Q sd + Q 72 = sid ) Egyszerűsítési lehetőségek: a fűtetlen tér egyensúlyi hőmérsékletének számítása helyett U értékének megadott korrekciós tényezővel való szorzása a hőhidak hatása az U korrekciós szorzójával is kifejezhető, a talajba irányuló hőveszteség vonalmenti k-val számítható, a benapozás ellenőrzésének elhagyásával körben észak sugárzási nyereség számítható, a sugárzási nyereséget kifejező tag elhagyható
Éves nettó fűtési energiaigény Q F [ q + 0,35n(1 η )] Z A q r F N b = VH σ Egyszerűsített eljárásban a fűtési hőfokhíd konvencionális értéke (72000 órafok) és az ehhez tartozó fűtési idény (4400 óra) vehető számításba. Részletes számítás esetén érdemes meghatározni a fűtési idény hosszát és a hőfokhidat az egyensúlyi hőmérséklet-különbség alapján: Δt b = AU Q sd + + lψ Q l sid + A + (1 N r q b )0,35nV Ennek függvényében H és Z értéke táblázatosan és diagramon adott. η + 2
Tervezési algoritmus Két opció közül választhatunk: vagy a szokványos hőfokhíd értéket és fűtési idényt vesszük figyelembe, ezzel feltételezve, hogy a fűtési idény határhőmérséklete +12 C vagy számítjuk az egyensúlyi hőmérsékletkülönbséget (a belső hőmérséklet és a határhőmérséklet különbségét) és ebből a fűtési hőfokhidat és a fűtési idény hosszát. Jó épület esetében ezzel a számítási ráfordítással jobb energetikai minőség igazolható. 80000 6000 Hőfokhíd (órafok) 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 0 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Egye ns úlyi hőmérsékletkülönbség (K) 5000 4000 3000 2000 1000 Fűtési idény hossza (óra) Hőfokhíd Idény hossza
Tervezési algoritmus Hőfokgyakorisági görbe, hőfokhíd
Tervezési algoritmus Az épület rendeltetése Légcsereszám fűtési idényben [1/h] 1) 2) 3) Használati melegvíz nettó hőenergia igénye [kwh/m 2 a] Világítás energia igénye [kwh/m 2 a] Világítási energia igény korrekciós szorzó υ Szakaszos üzem korrekciós szorzó σ Belső hőnyereség átlagos értéke [W/m 2 ] Lakóépületek 0,5 30 (8) - 0,9 5 Irodaépületek 2 0,3 0,8 9 22 0,7 0,8 7 Oktatási épületek 2, 5 0,3 0,9 7 12 0,6 0,8 9
Tervezési algoritmus A fűtés fajlagos primer energia igénye [kwh/m2a] : E F ( q ) ( ) f + q f, h + q f, v + q f, t Ck k e f + ( EFSz + EFT + qk, v ) ev = α A fajlagos nettó igény az előzőekből adott (kwh/m2a) Hány forrásból tápláljuk a fűtési rendszert? Többnyire egy forrás van, de lehet több is (szilárd tüzelésű kazán gázkazán mellett, szolár, bivalens). Melyik forrásnak mekkora a részesedése a szezon folyamán az igények fedezésében? Melyik forrásnak mekkora a teljesítménytényezője (a hatásfok reciproka)? Melyik forrás energiahordozójának mennyi a primer energia átalakítási tényezője?
Tervezési algoritmus E F ( q f + q f, h + q f, v + q f, t ) ( Ck k e f ) + ( EFSz + EFT + qk, v ) ev = α Mekkora a veszteség a pontatlan szabályozás, az elosztó hálózat lehűlése, a tároló (ha van) lehűlése miatt? E F ( q f + q f, h + q f, v + q f, t ) ( Ck k e f ) + ( EFSz + EFT + qk, v ) ev = α Mennyi villamos energiát igényel a keringtetés, a szabályozás, a tárolás? Ezt természetesen a villamos energia primer energiatartalmával szorozva kell figyelembe venni.
Tervezési algoritmus Fűtött téren kívül elhelyezett kazánok teljesítménytényezői és segédenergia igénye Alapterület A [m 2 ] Állandó hőmérsékletű kazán Teljesítménytényezők C k [-] Alacsony hőmérsékletű kazán Kondenzációs kazán Segédenergia E FK [kwh/m 2 a] 100 1,38 1,14 1,05 0,79 150 1,33 1,13 1,05 0,66 200 1,30 1,12 1,04 0,58 300 1,27 1,12 1,04 0,48 500 1,23 1,11 1,03 0,38 750 1,21 1,10 1,03 0,31 1000 1,20 1,10 1,02 0,27 1500 1,18 1,09 1,02 0,23 2500 1,16 1,09 1,02 0,18 5000 1,14 1,08 1,01 0,13 10000 1,13 1,08 1,01 0,09
Tervezési algoritmus A teljesítmény és a hőigény illesztésének pontatlansága miatti veszteségek Rendszer Szabályozás q f,h [kwh/m 2 a] Szabályozás nélkül 15,0 Épület vagy rendeltetési egység 9,6 egy központi szabályozóval (pl. szobatermosztáttal) Vízfűtés Kétcsöves radiátoros és beágyazott fűtések Egycsöves fűtések Termosztatikus szelepek és más arányos szabályozók 2 K arányossági sávval 3,3 Megjegyzések 1 K arányossági sávval 1,1 Elektronikus szabályozó 0,7 Idő- és hőmérséklet szabályozás PI - vagy hasonló tulajdonsággal Elektronikus szabályozó optimalizálási funkcióval Épület vagy rendeltetési egység 1 központi szabályozóval (pl. szobatermosztáttal) Időjárásfüggő központi szabályozás helyiségenkénti szabályozás nélkül Termosztatikus szelepekkel 3,3 0,4 Pl. ablaknyitás, jelenlét érzékelés funkciókkal kibővítve 9,6 Pl. lakásonkénti vízszintes egycsöves rendszer 5,5 Pl. panelépületek átfolyós vagy átkötőszakaszos rendszere
Tervezési algoritmus A melegvízellátás primer energiaigénye [kwh/m 2 a] E HMV = α ( qhmv + qhmv, v + qhmv, t ) ( Ck kehmv ) + ( EC + E K ) e v A nettó igény vagy előírt tervezési adat vagy a szakma szabályai szerint számítandó. Hány forrásból fedezzük az igényt? Melyik forrás energiahordozójának mekkora a primer energiatartalma? Melyik forrásnak mekkora a teljesítménytényezője?
Tervezési algoritmus E HMV = α ( qhmv + qhmv, v + qhmv, t ) ( Ck kehmv ) + ( EC + E K ) e v Mennyi a veszteség az elosztóhálózat és a tároló lehűlése miatt? E HMV = α ( qhmv + qhmv, v + qhmv, t ) ( Ck kehmv ) + ( EC + E K ) e v Mekkora a cirkulációs szivattyú és a hőtermelő villamos energiaigénye? (ami természetesen a villamos áram primer energiatartalmával szorzandó)
Rekonstrukciók hatása Épületszerkezetek szigetelése Hőátbocsátási tényező csökkenése Fajlagos hőveszteségtényező csökkenése Egyensúlyi hőmérsékletkülönbség növekedése Fűtési hőfokhíd és fűtési idény hosszának csökkenése Belső hőmérséklet csökkenthető
Rekonstrukciók hatása Ablakok cseréje Hasonló hatások, mint a szerkezet szigetelésnél Filtráció mértéke változik Tanúsításnál standard használatot tételezünk fel A takarékosság nem vezethet elégtelen szellőzéshez
Rekonstrukciók hatása Hőtermelő berendezés cseréje A hőtermelő teljesítménytényezője változik (fontos a teljesítménytényező vagy az éves hatásfok pontos ismerete)
Rekonstrukciók hatása Szabályozás rekonstrukciója Helyiségenkénti szabályozás A felesleges túlmelegedésekből származó energiaveszteséget lehet megtakarítani A TNM rendelet számítással az energia megtakarításnál kisebb a tapasztaltnál
Optimalizálás Számos rekonstrukciós variáció lehet Több tényező szerepét kell együtt vizsgálni TNM rendelet standard felhasználói szokásokat tételez fel Döntés több paraméter alapján Rekonstrukció költsége Megtérülési idő CO 2 kibocsátás csökkenés Felújítás utáni besorolás