Wentylacja w budynkach pasywnych i prawie zero energetycznych

Transkrypt

1 Akademia Powietrza SWEGON, Poznań-Kraków X 2012 Wentylacja w budynkach pasywnych i prawie zero energetycznych Tomasz M. Mróz Politechnika Poznańska Instytut Inżynierii Środowiska

2 Zakres prezentacji budynki pasywne i prawie zero energetyczne szczelność budynków wybór sposobu wentylacji wentylacja naturalna i hybrydowa wentylacja mechaniczna gruntowy wymiennik ciepła integracja systemów TWB wnioski

3 BILANS ENERGII BUDYNKU

4 Budynki pasywne - charakterystyka (i) Obniżenie strat ciepła przez przenikanie (Q tr ): Zwartość budynku (A/Ve); Odpowiednia izolacja termiczna przegród (U); Izolacje transparentne; Wysokoefektywne energetycznie okna; Redukcja mostków cieplnych. (ii) Obniżenie strat ciepła wentylacji: Uszczelnienie budynku (n 50 ); Wentylacja hybrydowa; Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła i/lub wymiennikiem gruntowym; Fasady nawiewne. (iii) Zwiększenie odzysku ciepła od słońca: Przeszklenie o wysokim współczynniku g; Zabudowy szklane (atria, ogrody zimowe); Kolektory słoneczne, panele PV. (iv) Maksymalne wykorzystanie wewnętrznych zysków ciepła.

5 Droga do budynków pasywnych

6 Budynki pasywne energia końcowa

7 Budynki prawie zero energetyczne (Dyrektywa EPBD 2002/91/CE + nowelizacja 2010/31/EU) Budynki o prawie zerowym zużyciu energii: po roku 2018: budynki nowe dla władz publicznych do końca 2020: wszystkie nowe budynki

8 Budynki prawie zero energetyczne + Maksymalne wykorzystanie i produkcja energii ze źródeł odnawialnych

9 Potrzeby energetyczne budynków (wentylacja) H c ve a a b b ve,1 ve,2 k 1; 1; b [ / ] V W K ve, k ve, k, mn Wentylacja mechaniczna wywiewna V V ve,1, mn ve,2, mn V ex V Wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna b b ve,1 ve,2 1 ; 1; V oc V ve,2, mn ve,1, mn V x x V su

10 Szczelność powietrzna V x f e n V 50 V V 1 N W e V n i 50 i 2 V e n V x 50 i n inf e n 50 n 0.05 n

11 Szczelność powietrzna Zapotrzebowanie energii użytkowej do ogrzewania i wentylacji w funkcji n 50 QH,nd [kwh/m 2 a] n 50 [h -1 ] Budynek niskoenergetyczny A f = 150 m 2, z wentylacją mechaniczną η HR = 80%

12 Studium przypadku budynek jednorodzinny, 130 m 2, 4 osoby, 15 lat H tr = 1,37 W/m 2 K H ve = 0,82 W/m 2 K Q H,nd = 134 kwh/m 2 a termomodernizacja + wentylacja mechaniczna NW, η = 84% + GWC H tr = 0,52 W/m 2 K H ve = 0,14 W/m 2 K 1,5 Q H,nd = 23 kwh/m 2 a 1,0 0,5 Htr Hve 0,0 istniejący modernizacja

13 Szczelność powietrzna

14 Szczelność powietrzna 2.3. Szczelność na przenikanie powietrza W budynku mieszkalnym zamieszkania zbiorowego [...] przegrody zewnętrzne nieprzezroczyste, złącza między przegrodami i częściami przegród oraz połączenia okien z ościeżami należy projektować i wykonywać pod kątem osiągnięcia ich całkowitej szczelności na przenikanie powietrza [ ] Zaleca się przeprowadzenie sprawdzenia szczelności powietrznej budynku. Wymagana szczelność wynosi: 1) budynki z wentylacją grawitacyjną n 50 3,0 h -1 2) budynki z wentylacją mechaniczną n 50 1,5 h -1 [Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia r. w sprawie warunków technicznych...]

15 Szczelność powietrzna building tight - ventilate right

16 Szczelność powietrzna Urządzenie Blower Door

17 Szczelność powietrzna n 50 =0.49h -1 n n 50 =1.80h =1.70h -1 n 50 =2.20h -1 n 50 =2.60h -1 n 50 =4.64h -1 n 50 =5.94h -1 n 50 =7.01h -1 n 50 =8.43h -1

18 Wybór systemu wentylacji

19 Zmiana filozofii W dążeniu do minimalizacji zużycia energii w budynkach nie można zapomnieć, iż są one budowane dla ludzi!!! Muszą zapewniać komfort klimatyczny: komfort cieplny oraz jakość powietrza wewnętrznego Rola systemu wentylacji: dostarczenie ilości powietrza wentylacyjnego dla zapewnienia właściwej jakości powietrza (IAQ) w funkcji rzeczywistego zapotrzebowania (DCV)

20 Wentylacja wybór systemu

21 Wentylacja naturalna i hybrydowa

22 Wentylacja naturalna W przypadku zastosowania w pomieszczeniach innego rodzaju wentylacji niż wentylacja mechaniczna nawiewna lub nawiewno-wywiewna, dopływ powietrza zewnętrznego, w ilości niezbędnej dla potrzeb wentylacyjnych, należy zapewnić przez urządzenia nawiewne umieszczane w oknach, drzwiach balkonowych lub w innych częściach przegród zewnętrznych. [Rozporządzenie w sprawie warunków technicznych...]

23 Wentylacja naturalna Przeznaczenie: budynki istniejące okres przejściowy mieszkania o znacznej powierzchni jednostkowej [m 2 /os] brak źródeł hałasu (arterie komunikacyjne, lotniska itd.) brak źródeł zanieczyszczeń (np. niskiej emisji)

24 Wentylacja naturalna Nawiewniki: nawiewniki niesterowane; jedynie możliwość regulacji ręcznej nawiewnika nawiewniki ciśnieniowe; o otwarciu przesłony zależnym od różnicy ciśnień pomiędzy budynkiem a otoczeniem; w przybliżeniu stały przepływ bez względu na napór wiatru i wypór termiczny w budynku nawiewniki higrosterowane; stopień otwarcia przesłony jest zależny od wilgotności względnej w pomieszczeniu

25 Wentylacja hybrydowa - idea

26 Wentylacja hybrydowa Cechy: utrzymanie jakości powietrza wewnętrznego IAQ i komfortu cieplnego wykorzystanie zalet wentylacji naturalnej (wykorzystanie środowiska zewnętrznego dla kontrolowania klimatu wewnętrznego w budynku) zapewnienie stabilności pracy w oparciu o wentylację mechaniczną

27 Wentylacja hybrydowa W praktyce: Wentylacja naturalna ze wspomaganiem mechanicznym w okresach niekorzystnych

28 Wentylacja mechaniczna Zalecane cechy układu: instalacja zrównoważona ~min. 30 m³/h os ~ h -1 ~ 1.0 m³/h m² zastosowanie układów odzysku ciepła 75% zarządzanie pracą układów (DCV) struktura instalacji (długości, średnice, materiał przewodów) i jakość wykorzystywanych komponentów (np. silniki EC) dla ograniczenia zużycia energii elektrycznej (SFP wg WT 2008) izolacja i ograniczanie długości przewodów powietrza świeżego i wyrzucanego (WT 2008)

29 Wentylacja mechaniczna Zalecane cechy układu: kontrolowany w funkcji zapotrzebowania strumień powietrza DCV (czujniki obecności, CO 2 ) podział na strefy o odmiennej eksploatacji krótkie przewody mało kształtek prędkość 2 3 m/s izolacja termiczna

30 Wentylacja mechaniczna wywiewna lokalne nawiewniki centralny wywiew brak odzysku ciepła filtracja, tłumik akustyczny

31 Wentylacja mechaniczna rewersyjna lokalne nawiewniki/wywiewniki odzysk ciepła (złoże akumulacyjne) m 3 /h

32 Wentylacja mechaniczna N-W lokalna Wentylatory, filtry powietrza, ew. nagrzewnica el m 3 /h odzysk ciepła 76%

33 Wentylacja mechaniczna N-W lokalna budynki modernizowane 3 4 centralki/mieszkanie

34 Wentylacja mechaniczna N-W centralna (wymiennik krzyżowy)

35 Wentylacja mechaniczna N-W centralna (regenerator obrotowy)

36 Wentylacja mechaniczna N-W centralna (rewersyjna pompa ciepła)

37 Gruntowe wymienniki ciepła (GWC)

38 Gruntowy wymiennik ciepła Powietrzny lub wodny: zabezpieczenie wymiennika ciepła przed zamarznięciem t GWC > -4 C podniesienie temperatury dolnego źródła dla pompy ciepła t GWC > +4 C efekt chłodzenia w lecie t GWC < C W Typowy budynek jednorodzinny: Ø mm L = m H = ok. 2 m

39 Gruntowy wymiennik ciepła Wodny: z czynnikiem pośredniczącym

40 Wentylacja mechaniczna Integracja systemów TWB Z F WG F N UZ WW F W WC SW U PC GE PN WN N KS ZW ZCW CWU

41 Studium przypadku domek pasywny IIŚ PP w Poznaniu

42 Domek pasywny IIŚ PP w Poznaniu Schemat systemu wentylacji-ogrzewania

43 Domek pasywny IIŚ PP w Poznaniu Badania jakości powietrza SCENTRALIZOWANY SYSTEM WENTYLACJI

44 Domek pasywny IIŚ PP w Poznaniu Badania jakości powietrza SYSTEM WENTYLACJI Z MODUŁEM DCV

45 Wnioski końcowe Wentylacja mechaniczna koniecznością w dążeniu do budynków prawie-zero energetycznych (EPBD 2020) ograniczone możliwości termomodernizacji, Właściwa jakość klimatu wewnętrznego (ICQ) celem nadrzędnym, Konieczność stosowania rozwiązań o maksymalnej sprawności odzysku ciepła i minimalnych potrzebach energetycznych (SFP), Systemy technicznego wyposażenia budynków wymagają integracji, Integratorem tych systemów automatyka i sterowanie (DCV), Dla uzyskania prawiezeroenergetyczności konieczność stosowania OŹE (GWC, PV, ).

46 Dziękuję za uwagę Prof. nadzw. dr hab. inż. Tomasz M. Mróz Politechnika Poznańska Instytut Inżynierii Środowiska ul. Piotrowo 3a, Poznań