Transcript passziv-szolar_napkollektor

Passzív szolár szerkezetek
Napkollektorok
Csoknyai Tamás
Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék
1
Energiatudatos tervezés
elemei 1
ALAPKONCEPCIÓ:
 Kompakt forma, alacsony SA/V arány
 Defenzív/szoláris tervezés
 Táj- és klimatikus adottságok
kihasználása
2
Energiatudatos tervezés
elemei 2
TRANSZMISSZIÓS VESZTESÉGEK
CSÖKKENTÉSE:
 Határolószerkezetek hőszigetelése



U-érték
Y-érték
Nyílászárók hőtechnikai minősége




Ug
Uw: keret+üvegezés
Y-érték: beépítés függvénye
Éjszakai külső árnyékolás hőellenállása
3
Energiatudatos tervezés
elemei 3
SZELLŐZÉSI VESZTESÉGEK:
 Légtömörség
 Kiegyenlített hővisszanyerős szellőzés
 Természetes szellőzés lehetősége (pl.
napkémény)
4
Energiatudatos tervezés
elemei 4
NYÁRI HŐVÉDELEM:
 Külső árnyékolás/integrált árnyékolás
 Speciális hővédő üvegezések
5
Energiatudatos tervezés
elemei 5
PASSZÍV-SZOLÁR ESZKÖZÖK:
 Nagy benapozott üvegfelületek
 Napterek: télikert, átrium
 Tömegfal, trombe-fal, vízfal
 Transzparens hőszigetelés
 Fázisváltó anyagok
6
Példák defenzív tervezési stratégiára
7
Példák szoláris tervezési
stratégiára
8
Átmeneti tervezési stratégiák
9
Nyílászárók
Üvegtáblák
száma
Töltet
Forrás: Othmar Humm: Alacsony energiájú
épületek, 83. o.
Résméret
mm
3 LEC Xenon 8 mm
3 LEC Kripton 10 mm
2 LEC Xenon 8 mm
2 LEC Argon, 16 mm
kripton
2 LEC Levegő 20 mm
2
Levegő
1
-
Ug
W/m2K
g-érték
Fényáteres
ztés
0,4
0,5
0,8
1,1
0,42
0,42
0,57
0,65
64%
64%
76%
78%
1,5
3,0
5,8
0,65
0,75
0,9
78%
80%
90%
10
Nyílászárók
11
HŐNYERESÉGEK NÖVELÉSE
12
A napsugárzás


A sugárzás energiahozamát a sugárzás intenzitásával (W/m2)
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).
13
A napsugárzás mennyiségi jellemzői
Jellemző napsugárzás értékek a
Föld felszínén
NAPÁLLANDÓ: 1,352 kW/m2
A közvetlen és a szórt sugárzás
aránya Magyarországon
A napsugárzás értéke a föld
légkörének külső határán
Forrás: Naplopó Kft.
14
A napsugárzás mennyiségi jellemzői
Vízszintes felületre érkező globális
napsugárzás Magyarországon
Déli tájolású, 45°-os dőlésű
felületre érkező, és ebből
napkollektorokkal
hasznosítható napsugárzás
havi megoszlása
Magyarországon
Forrás: Naplopó Kft.
15
A napsugárzás mennyiségi jellemzői
2005 évi napsugárzási adatok napi bontásban
Borult nap
Január 07.
Forrás: Naplopó Kft.
Változékony nap
Május 07.
Derült nap
Május 26.
16
A napsugárzás mennyiségi jellemzői
Déli tájolású és 45°-os dőlésszögű felületre érkező
globális napsugárzás derült idő esetén
Téli és nyári napsugárzás összehasonlítása
17
Forrás: Naplopó Kft.
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
18
Opaque szerkezet energiamérlege
19
Transzparens szerkezet
energiamérlege
20
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.
21
A napsugárzás spektrális
eloszlása 2
A rövid hullámhosszú
infravörös sugárzás.
Ebben az
intervallumban a
sugárzási energiának
valamivel több, mint a
fele érkezik.
Fütõhatása fontos.
22
Szerkezetek hősugárzásspektruma
A földi felszinek (talaj, épület) által kibocsátott
sugárzás spektruma a hosszabb
hullámhosszú infravörös tartományba esik
23
Az üveg hőáteresztő
képessége
4 mm hullámhossz alatt 0,
 Hosszúhullámú
infravörös tartományban az
üveg átlátszatlan
Ez a jelenség az
üvegházhatás oka.
24
%
Üvegezés transzmisszió
[%]
Napsug. sepktrum
[W/m2]
Földi testek spektruma
[W/m2]
25
Az üvegházhatás 1
26
Az üvegházhatás 2
27
Az üvegházhatás 3
28
Az üvegházhatás 4
29
Az üvegházhatás 5
30
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
31
Energiagyűjtő falak
Tömegfal:
Transzparens
hőszigetelésű
fal:
Trombe-fal:
32
Tömegfal télen
Nappal:
Éjjel:
33
Tömegfal nyáron
Nappal:
Éjjel:
34
Vízfal
35
Fázisváltó fal
36
Trombe-fal télen
Nappal:
Éjjel:
37
Trombe-fal nyáron
Nappal:
Éjjel:
38
Transzparens hőszigetelés 1
39
Transzparens hőszigetelés 2
Télen nappal:
Nyáron nappal:
40
Napterek működése
Éjjel
Frisslevegő előmelegítés Frisslevegő előmelegítés
éjjel
20 C naptérhőm. felett
41
Naptér példák
Beüvegezett lodzsa
Átrium
Télikert
42
PASSZÍV HÜTÉS
HŐTÁROLÁS, IDŐÁLLANDÓ
ÁRNYÉKOLÁS
ÉJSZAKAI ÁTSZELLŐZTETÉS
43
A hőtároló tömeg jelentősége

Az időállandó arányos a hőtároló tömeggel és a
határolófelületek hőellenállásával



A nagy időállandó helyes épülethasználat (éjszakai
átszellőztetés, nappal alacsony légcsere, árnyékolás)
mellett kedvező:



A kívülről szigetelt nehéz szerkezetek időállandója nagy
A könnyü szerkezetek időállandója kicsi
Csökkenti a nyári napi hőingást, ezért a passzív hütés egyik
fontos eszköze
Csökkenti a téli csúcshőigényt, ezáltal a beépített teljesítményt
Könnyüszerkezetek időállandójának megjavításához
elegendő néhány belső nehéz szerkezet alkalmazása
44
Példa: Léghőmérséklet egy nyári napon
(ideális árnyékolás, ablaknyitás) szimuláció
28
27
26
25
24
23
22
0
2
4
6
8
Konnyuszerkezet
Nehez szerkezet
10
12
14
16
18
20
22
24
Eredeti szerkezet
45
Árnyékolás 1


Külső árnyékoló lényegesen jobb, mint a
belső
Vízszintes árnyékolók déli tájolás esetén. Fő
megoldások:


Folytonos felület
Lamellák
46
Árnyékolás 2
47
Árnyékolás 3
48
Árnyékolás 4
Keleti és nyugati tájolás esetén függőleges árnyékoló szükséges
49
Árnyékolás 5
A függőleges elemek télen és nyáron is ugyanúgy árnyékolnak.
Ez mozgatható, forgatható elemekkel oldható meg.
50
®
DELTA -COOL
51
hőmérséklet
A PCM működési elve…
érzékeny
érzéketlen
érzéketlen
szilárd
olvadás
érzékeny
folyadék
Hőmennyiség
52
PCM-típusok
olvadás hő [kJ]
500
víz
400
sóhidrátok, és
sóhidrát keverékek
300
sók vizes oldatai
200
parafinok
100
0
-100
0
100
olvadás pont [°C]
53
A PCM hőtároló képessége
Téglafal
Beton
Tömör fa
Könnyű szerk.
PCM
Különböző anyagok vastagsága 5700 kJ hőtároló
képesség mellett
(Hőmérséklet emelkedés 10
K)
54
Kísérleti beépítés
eredménye
hőmérséklet [°C]
32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
18.9
19.9
20.9
21.9
22.9
idő
PCM-mel
PCM nélkül
külső hőmérséklet
55
Energiamérleg példa
Új építésû ház
Passzív ház
56
Napkollektorok
A napkollektor feladata:
• elnyelje a napsugárzást,
• az elnyelt napsugárzást hőenergiává alakítsa,
• a keletkezett hőenergiát átadja egy hőhordozó közegnek.
57
Forrás: Naplopó Kft.
A napkollektoros rendszerek általános
felépítése
Napkollektorok
Csővezeték
rendszer
Szabályozó
Tároló
Szoláris
szerelési
egység
Tágulási tartály
58
Forrás: Naplopó Kft.
Napkollektorok általános felépítése, főbb
részei
59
Forrás: Naplopó Kft.
Napkollektorok
A jó napkollektorok titka: szelektív bevonat
A szelektív bevonat a hullámhossz függvényében engedi át, vagy veri vissza az
elektromágneses sugárzást.
• A Nap rövid hullámhosszú sugárzását átengedi, azaz elnyeli
• Az abszorber lemez hosszú hullámhosszú sugárzását visszaveri, azaz nem engedi át
Nikkelpigmentes
alumínium-oxid
60
Forrás: Naplopó Kft.
Napkollektorok energiamérlege
Kollektorok energia átalakítási viszonyai átlagos napsugárzás esetén
61
Forrás: Naplopó Kft.
Napkollektorok jellemző felületei
Síkkollektor
Teljes, bruttó felület:
Vákuumcsöves kollektor
A kollektor szerkezet teljes befoglaló mérete
Szabad, besugárzott üvegfelület: Az üvegfelület nagysága, ahol a napsugárzás bejut az abszorber
lemez felületére
Abszorber felület:
A kollektor elnyelőlemezének besugárzott felülete
62
Forrás: Naplopó Kft.
Napkollektorok
A napkollektorok főbb típusai:
•Lefedés nélküli kollektorok (szolárszőnyegek)
•Nem szelektív síkkollektorok
•Szelektív síkkollektorok
•Vákuumos síkkollektorok
•Vákuumcsöves kollektorok
63
Forrás: Naplopó Kft.
Napkollektorok
Lefedés nélküli kollektorok
Elsősorban medencék fűtésére
64
Forrás: Naplopó Kft.
Napkollektorok
Síkkollektorok
•Nem szelektív síkkollektorok
•Szelektív síkkollektorok
•Vákuumos síkkollektorok
Szelektív síkkollektor
Síkkollektorok általános felépítése
Forrás: Naplopó Kft.
65
Vákuumos síkkollektor
Napkollektorok
A síkkollektorok belső csövezése
66
Forrás: Naplopó Kft.
Napkollektorok
Vákuumcsöves napkollektorok
A vákuum előnye, hogy kiküszöböli a kollektor házon
belül a konvektív hőátadást.
Ennek elsősorban akkor van nagyobb jelentősége,
ha a hőmérséklet különbség a kollektor és a környezeti
levegő között nagy, tehát pl. télen, fűtésrásegítés
esetén, vagy akkor, ha a kollektoroknak magas
hőmérsékletű közeget kell fűteni.
Vákuumcső típusok
67
Forrás: Naplopó Kft.
Napkollektorok
Vákuumcsöves napkollektorok
Vákuumcső kollektorok belső csövezése
68
Forrás: Naplopó Kft.
Napkollektorok
Vákuumcsöves napkollektorok
Hőcsöves napkollektor (Heat pipe)
69
Forrás: Naplopó Kft.
Napkollektorok
Vákuumcsöves napkollektorok
CPC reflektor
Schott vákuumcső
70
Forrás: Naplopó Kft.
Napkollektor típusok összehasonlítása
71
A napkollektoros rendszerek részei
•Napkollektorok
•Napkollektorok tartószerkezetei
•Szivattyús szerelési egységek
•Tágulási tartályok
•Melegvíz-, és puffertárolók
•Szabályozók
•Hőcserélők
•Motoros váltószelepek
•Légtelenítők
•Fagyálló folyadék
•Csővezeték
•Hőszigetelés
72
Forrás: Naplopó Kft.
Napkollektorok tetőre szerelése
Szerelőkeret napkollektorok ferdetetőre
szereléséhez
73
Forrás: Naplopó Kft.
Napkollektorok tetőre szerelése
Tetőbe integrált beépítés
A napkollektorok
helyettesítik a tetőhéjalást.
74
Forrás: Naplopó Kft.
Napkollektorok tetőre szerelése
Szerelőkeret
napkollektorok
lapostetőre szereléséhez
75
Forrás: Naplopó Kft.
Szoláris szerelési egységek
76
Forrás: Naplopó Kft.
Melegvíz- és puffertárolók
77
Forrás: Naplopó Kft.
Tárolók
Tárolók hőveszteségének csökkentése
78
Forrás: Naplopó Kft.
Külső hőcserélők
Külső hőcserélők alkalmazása
79
Forrás: Naplopó Kft.