Ökológikus építészet 2 Csoknyai Tamás csoknyait@egt.bme.hu Budapesti Mûszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 1
Az üzemeltetés energiafelhasználása ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 2
Az energiafelhasználás összetevői Futési hő HMV hő Villamos energia: Épületgépészet (szivattyúk, ventilátorok, légkondicionáló berendezések, motoros szelepek, zsaluk, hőszivattyú, villanybojler, villamos futés) Lift, háztartási gépek, világítás ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 3
Primer energiafelhasználás Primer energia fogalma Végső energia fogalma ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 4
Energiahordozók CO2 kibocsátása ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 5
Anyag- és energiaáramok 1 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 6
Anyag- és energiaáramok 2 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 7
A futés és HMV hőfelhasználás összetevői 1 VESZTESÉGEK: Transzmissziós veszteségek Külső falak Tető Talaj Nyílászárók Hőhidak Szellőzési veszteségek Spontán légcsere réseken Ablaknyitás Szellőzőrendszer ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 8
A futési és HMV hőfelhasználás összetevői 2 HMV veszteség Felhasználási Készenléti Épületgépészeti rendszer veszteségei (szekunder) Szabályozás hiánya Szigeteletlen vezetékek, berendezések NYERESÉGEK: Szoláris nyereségek Belső hőnyereségek: Emberek metabolikus hőleadása Berendezések, háztartási gépek, világítás, főzés HŐTÁROLÓ TÖMEG HATÁSA ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 9
A futési hőfelhasználás és a szabványok 250 200 150 100 50 0 Ø Stock WSchVO 1982 WSchVO 1995 EnEV 2002 Passive House ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 10
Az épület energiamérlege 1 Q & tr Q & tr Q & sz Q & szol Q & belső & Q tárolt T & Q F / H Q& tárolt + Q& sz + Q& szol + Q& belső + + Q& F / H = 0 T Transzmissziós energiaáramok Szellőzési veszteségek Szoláris hőnyereség Belső hőforrások Tárolt hő időbeni változása Fûtési / hûtési rendszer teljesítménye ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 11
Az épület energiamérlege 2 Transzmisszió, szoláris nyereségek, hőtárolóképesség tervezhető Szellőzési veszteségeket a lakók erőseb befolyásolják Belső hőterhelés viszonylag független az épülettől, de bizonyos mértékben befolyásolható (energiatakarékos berendezések ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 12
Energiaáramok egy épületben ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 13
Integrált épületgépészeti rendszer ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 14
Energiaáram-mechanizmusok 1 Természetes és mesterséges áramok okozta felületi konvekció, melyet befolyásol a felületképzés, a geometria és a hőmérsékleteloszlás Felületek közötti hosszúhullámú sugárzásos hőcsere, melyet a felületi hőmérséklekülönbség okoz és befolyásol a felületképzés és a geometria Felületi rövidhullámú sugárzáselnyelés, melyet befolyásol a pillanatnyi nappálya, a tájolás, a környezet beépítettsége, az épület geometriája, valamint az építőanyagok transzmissziós, reflexiós és abszorpciós tényezője ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 15
Energiaáram-mechanizmusok 2 Árnyékolást és hőszigetelést meghatározza a környezet és a homlokzati elemek, és függ a fekvéstől és a pillanatnyi időjárási viszonyoktól Külső felületi hosszúhullámú hőcsere függ az ég állapotától, és attól, hogy milyen szögben látja az épület a tájat Az infiltrációs és helyiségek közti belső légmozgásokat a nyomáskülönbégek okozzák és függenek az épület légrés-eloszlásától, a lakói szokásoktól, valamint a szellőzési rendszertől ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 16
Energiaáram-mechanizmusok 3 Belső hőnyereségek sztohasztikus folyamatok, melyeket a lakók és a berendezési tárgyak okoznak és függenek a szociális és komfort tényezőktől Hőleadók okozta hőcsere: sugárzásos, konvektív vagy vegyes, függ a szabályozási renszertőlés annak használati módjától Szabályozó rendszerek okozta beavatkozások Egyéb komplexitások, a filmtechnológia, szoláris és egyéb rendszerek révén ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 17
Energiatudatos tervezés elemei 1 ÉPÍTÉSZETI ESZKÖZÖK: Kompakt forma, alacsony ΣA/V arány Defenzív/szoláris tervezés Táj- és klimatikus adottságok kihasználása Határolószerkezetek hőszigetelése Jó hőellenállású nyílászárók Természetes szellőzés lehetősége (napkémény) Légtömörség Külső árnyékolás/integrált árnyékolás speciális hővédő üvegezések Ökológikus anyagválasztás ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 18
Energiatudatos tervezés elemei 2 PASSZÍV_SZOLÁR ESZKÖZÖK: Nagy benapozott üvegfelületek Napterek: télikert, átrium Tömegfal, trombe-fal, vízfal Transzparens hőszigetelés ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 19
Energiatudatos tervezés elemei 3 HAGYOMÁNYOS ÉPÜLETGÉPÉSZETI ESZKÖZÖK: Kondenzációs kazánok (Nagy hatásfokú, környezetbarát hőtermelés) Korszeru szabályozástechnika Hővisszanyerős szellőzés Hőszigetelt csővezetékek, tárolók, kazánok Klimatizálás helyett passzív hutés ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 20
Energiatudatos tervezés elemei 4 MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOKAT HASZNOSÍTÓ ÉPÜLETGÉPÉSZETI ESZKÖZÖK: Napkollektorok: HMV, futés PV-cellák: villamos energiatermelés Föld-levegő hőcserélő Hőszivattyú Geotermális hőhasznosítás Szélenergia-hasznosítás Biogáz Fatüzelés (pellets) ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 21
Tervezési stratégiák 1 Defenzív stratégia: Célja a hőveszteségek csökkentése (negatív tagok az energiamérlegben) Defenzív épület jellemzői: Kompakt forma, kis felület / térfogat arány Vastag hőszigetelés Kis ablakok, gyakran hővédő üvegezéssel Jó légzárás Hővisszanyerő Hatékony árnyékoló rendszerek Példa: Földbe integrált épület ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 22
Példák defenzív tervezési stratégiára ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 23
Tervezési stratégiák 2 Szoláris vagy interaktív tervezési stratégia: Célja a hőnyereségek maximalizálása (kivétel belső hőnyereségek) Szoláris épület jellemzői: Déli tájolás Magas tájolástól függő üvegezési arány Passzív és aktív szoláris rendszerek Hőtárolás és konvektív hőáramok tudatos használata Esetenként hővisszanyerő Hatékony és intelligens árnyékoló rendszerek ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 24
Példák szoláris tervezési stratégiára ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 25
Kompromisszumos tervezési stratégiák ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 26
A hőszigetelés kereszthatásai ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 27
Hőszigetelő rendszerek, hőszigetelt falazóelemek ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 28
Hőkomfort 1 Komfort: Fiziológiai és pszichológiai értelemben vett jó közérzet Hőkomfort: Az egyén és a környezet közötti hőcsere olyan, hogy az egyén nem kíván sem magasabb, sem alacsonyabb hőmérsékletet. Befolyásolja a léghőmérséklet, a felületi hőmérsékletek, a légsebesség, a relatív nedvességtartalom. ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 29
Hőkomfort 2 Szubjektív fogalom, általában 80 %-os elégedettségre méreteznek Magasabb szintű természetes környezettel való kapcsolat nagyobb toleranciát eredményez ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 30
Ember hőegyensúlya 1. Teljes hőveszteség 2. Száraz hőveszteség 3. Szugárzásos hőleadás 4. Konvektív hőleadás 5. Látens hőleadás 6. Légzés hőleadása ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 31
Komfortdiagramok ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 32
A hőérzetet befolyásoló tényezők Levegő hőmérséklete Levegő nedvességtartalma Környező felületek hőmérséklete Besugárzási tényező Légsebesség Hőmérsékletgradiens Ruházat szigetelőképessége Fizikai aktivitás ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 33
Ökológikus építészet 3 Megújuló energiaforrások, a szoláris energia hasznosítása 2 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 34
A napsugárzás A sugárzás energiahozamát a sugárzás intenzitásával (W/m 2 ) fejezzük ki. A földi atmoszférán kívül a napsugárzás intenzitása éves periodicitással 1300-1400 W/m2 között ingadozik (extrateresztriális sugárzás). Hogy ebbõl mennyi jut egy a Föld felszínén elhelyezett felületre, az függ attól, hogy: a sugárzás milyen szög alatt éri a felületet a sugárzásnak milyen hosszú utat kell megtennie a légkörön keresztül, mennyi a vizsgált helyszín tengerszint feletti magassága mennyi a légkörben a vízgõz, a köd, a felhõzet, a többatomos gázok, a légköri szennyezõdés (szilárd lebegõ részecskék - aeroszol). ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 35
Direkt, diffúz, saját és visszavert sugárzás 1 Direkt sugárzás: A sugárzási energia egy része párhuzamos nyalábok formájában érkezik. Diffúz sugárzás: A légkörben lévõ - elõbb felsorolt- részecskék által visszavert sugárzás már nem jellemezhetõ ilyen határozott irányítottsággal (zárt felhõzet, köd esetén szinte csak ez érkezik a földi felszínre) Saját sugárzás: A részecskék az õket érõ sugárzás egy részét elnyelik és õk maguk is bocsátanak ki - hosszabb hullámhosszon Visszavert sugárzás: a felszínrõl (talaj, hó, burkolat) ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 36
Direkt, diffúz, saját és visszavert sugárzás 2 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 37
Áteresztés, elnyelés, visszaverés Ha egy test felületét sugárzás éri: a felület az energia egy részét elnyeli, az elnyelt hányad nagyságát az "a" elnyelési (abszorpciós) tényezõ jellemzi, a felület a sugárzás egy részét visszaveri, a visszavert hányadot az "r" visszaverési (tükrözési, reflexiós) tényezõ jellemzi, a felület és a mögöttes anyag a sugárzás egy részét átereszti, az áteresztett hányadot a "t" áteresztési (transzmittálási) tényezõ jellemzi. Az elnyelt, visszavert és áteresztett energia összeg megegyezik a felületre jutó energiával, azaz a + r + t = 1 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 38
Opaque szerkezet energiamérlege 1 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 39
Opaque szerkezet energiamérlege 2 Az érkező sugárzás egy részét a felület visszaveri, ez a rész a továbbiakban a vizsgált szerkezet szempontjából érdektelen. Egy részét elnyeli, amelynek következtében a felület és a közvetlenül alatta fekvõ réteg felmelegszik A felmelegedett felületrõl vezetéses hõáram indul meg a szerkezet mélyebben fekvõ rétegei felé, mely részben az útjába esõ rétegeket melegíti fel, részben továbbjut a helyiség felé. A felület és a külsõ levegõ között hõátadás játszódik le a összefüggés szerint. A felület saját maga is bocsát ki - hosszúhullámú infravörös tartományban -sugárzást ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 40
Transzparens szerkezet energiamérlege 1 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 41
Transzparens szerkezet energiamérlege 2 A külsõ felületre érkezõ napsugárzás egy része visszaverõdik. Egy másik részt a test átereszt, ez változatlan hullámhosszúságú sugárzás formájában a helyiségbe jut. A külsõ felületre érkezõ sugárzás egy része elnyelõdik, ettõl a szerkezet felmelegszik. Miután többnyire kis tömegû és igen vékony rétegrõl van szó, a felmelegedés gyors és gyakorlatilag a teljes keresztmetszetben (vastagságban) egyenletes. ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 42
Az üvegházhatás 1 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 43
Az üvegházhatás 2 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 44
Az üvegházhatás 3 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 45
Az üvegházhatás 4 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 46
Az üvegházhatás 5 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 47
A napsugárzás spektrális eloszlása 1 A látható fény az ibolyától a vörösig. Ebben az intervallumban érkezik a sugárzási energiának majdnem a fele. Természetes világítás és fütõhatás szempontjából egyaránt fontos. ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 48
A napsugárzás spektrális eloszlása 2 A rövid hullámhosszú infravörös sugárzás. Ebben az intervallumban a sugárzási energiának valamivel több, mint a fele érkezik. Fütõhatása fontos. ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 49
Szerkezetek hősugárzásspektruma A földi felszinek (talaj, épület) által kibocsátott sugárzás spektruma a hosszabb hullámhosszú infravörös tartományba esik ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 50
A Waldram diagram származtatása A Nap pályáját vetítsük egy henger palástjára. A szemlélõ az alapkör középpontjában áll (ez egy meghatározott földrajzi hely, adott szélességi körön) és az Egyenlítõ felé néz. ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 51
Nappálya diagram A Nappályák hengeres vetületei Vágjuk fel a henger palástját az Egyenlítõvel átellenes alkotó mentén és terítsük ki. A vetületen látható görbékrõl leolvasható, hogy adott hónap reprezentáns napjának adott órájában a Nap milyen szögek alatt látszik. ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 52
Árnyékmaszk-szerkesztés Az eddigi elméleti ismertető, valamint az árnyékmaszk szerkesztésének módszere megtalálható a következő honlapon: http://www.egt.bme.hu/fo.htm SZOLÁRIS RENDSZEREK Alapismeretek ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 53
Fotovoltaikus rendszerek ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 54
Épület példák 1 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 55
Épület példák 2 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 56
Fotovoltaikus cellák PV-cella: Fényből elektromos áramot hoz létre PV-cellák működési mechanizmusa és csoportosítsa a http://www.egt.bme.hu/ecobuild/pv. htm PV cells alatt olvasható angol nyelven. ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 57
Önálló PV-rendszer 1 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 58
Önálló PV-rendszer 2 Villamos hálózattól távol eső esetekben alkalmazandó A tárolás akkumulátorral történik Inverter segítségével az egyenáram váltóárammá alakítható ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 59
Hálózatra kapcsolt PV-rendszer Az energiatárolás problémája nem jelentkezik A hálózatba táplált áramot kötelező felvásárolni A bevitt és a kivett áramot külön mérő regisztrája ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 60
Hibrid PV-rendszer 1 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 61
Hibrid PV-rendszer 2 Két áramforrást kombinál (Diesel-motor és PV-cella) Egyenletesebb, megbízhatóbb üzem Csúcsigények jobb kielégítése ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 62
PV rendszerek az épületen PV cellák lehetnek: Az épületburkolófelületére illesztett, de a szerkezettől független rendszerek, Épületbe intergrált rendszerek, pl. napellenző, árnyékoló elemek, Épületbe integrált szemi-transzparens elemek, melyek diffúz természetes fényt tudnak biztosítani, Épületbe integrált burkolóelemek, pl, tetőcserepek közé, vagy homlokzatra, Épületbe intergrált, hőtechnikai rendszerrel kombinált megoldások, például cirkulált levegőelőmelegítés a PVcella és az épület burkolófelülete között ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 63
Követelmények épületeken alkalmazott PV-rendszerekre Párahatásoknak való ellenállás Csapóesőnek való ellenállás Kondenzációnak való ellenállás Elekromos csatlakozások időjárás-állóak legyenek, A PV-rendszereket földelni kell. ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 64
Passzív szoláris térfűtés A fejezet anyaga részletesen olvasható a következő honlapon: http://www.egt.bme.hu/solhipt/a1.htm Direkt rendszerek Energiagyûjtõ falak Napterek Szoláris légtechnika Hibrid rendszerek Aktív rendszerek ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 65
Energiagyűjtő falak Tömegfal: Transzparens hőszigetelésű fal: Trombe-fal: ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 66
Tömegfal télen Nappal: Éjjel: ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 67
Tömegfal nyáron Nappal: Éjjel: ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 68
Vízfal ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 69
Fázisváltó fal ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 70
Trombe-fal télen Nappal: Éjjel: ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 71
Trombe-fal nyáron Nappal: Éjjel: ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 72
Transzparens hőszigetelés 1 ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 73
Transzparens hőszigetelés 2 Télen nappal: Nyáron nappal: ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 74
Napterek működése Éjjel Frisslevegő előmelegítés éjjel Frisslevegő előmelegítés 20 C naptérhőm. felett ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 75
Naptér példák Beüvegezett lodzsa Átrium Télikert ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 76
Ajánlott irodalom: Zöld András: Energiatudatos építészet http://www.egt.bme.hu/solhipt/a1.htm http://www.egt.bme.hu/fo.htm http://www.egt.bme.hu/ecobuild/main.htm ÖKOLÓGIKUS ÉPÍTÉSZET 2-3 77