BUDYNKI PASYWNE. 42 Geneza idei budynków pasywnych. energooszczędny. kwh/m 2 rok. pasywny

Podobne dokumenty
wymiana energii ciepła

KATEDRA APARATURY I MASZYNOZNAWSTWA CHEMICZNEGO Wydział Chemiczny POLITECHNIKA GDAŃSKA ul. G. Narutowicza 11/ GDAŃSK

Instalacje z kolektorami pozyskującymi energię promieniowania słonecznego (instalacje słoneczne)

Jak zbudować dom poradnik

PROJEKT TERMOMODERNIZACJI BUDYNKU ZAKRES I OCZEKIWANE REZULTATY PLANOWANYCH DZIAŁAŃ, ANALIZA UWARUNKOWAŃ I OGRANICZEŃ

Badania charakterystyki sprawności cieplnej kolektorów słonecznych płaskich o zmniejszonej średnicy kanałów roboczych

całkowite rozproszone

Biurowiec niskoenergetyczny i pasywny w Euro-Centrum, zastosowane technologie, doświadczenia użytkownika

Doświadczenia ze stosowania świadectw energetycznych dla budynków w nowowznoszonych i oddanych do użytku u

DOM ENERGOOSZCZĘDNY PROJEKT INFORMACYJNO-EDUKACYJNY PROMUJĄCY BUDOWNICTWO ENERGOOSZCZĘDNE I EKOLOGICZNE WŚRÓD MIESZKAŃCÓW GMINY PSARY

Źródła energii nieodnawialne, czyli surowce energetyczne, tj. węgiel kamienny, węgiel brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny, torf, łupki i piaski

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA. Poszukiwanie optymalnej średnicy rurociągu oraz grubości izolacji

OCENA OCHRONY CIEPLNEJ

gazów lub cieczy, wywołanym bądź różnicą gęstości (różnicą temperatur), bądź przez wymuszenie czynnikami zewnętrznymi.

BADANIE WYMIENNIKA CIEPŁA TYPU RURA W RURZE

BADANIE WYMIENNIKÓW CIEPŁA

Budownictwo pasywne i jego wpływ na ochronę środowiska. Anna Woroszyńska

Laboratorium z Konwersji Energii. Kolektor słoneczny

Termomodernizacja a mostki cieplne w budownictwie

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

Zastosowanie OZE i mikrokogeneracji. nzeb. dr inż. Adrian Trząski

Zastosowane technologie i praktyczne doświadczenia użytkownika budynku pasywnego

Przenikanie ciepła obliczanie współczynników przenikania ciepła skrót wiadomości

Instrukcja do laboratorium z fizyki budowli.

Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła dla przegrody płaskiej

PL B1. POLITECHNIKA RZESZOWSKA IM. IGNACEGO ŁUKASIEWICZA, Rzeszów, PL BUP 10/18

Instrukcja stanowiskowa

PRZEPŁYW CIEPŁA PRZEZ PRZEGRODY BUDOWLANE

Laboratorium odnawialnych źródeł energii

Wymaganie do spełnienia przez budynek energooszczędny: Obliczenia i sposób ich prezentacji w projekcie jest analogiczny do pkt 3!!!

Program Audytor OZC. Program Audytor OZC. Program Audytor OZC. Program Audytor OZC. Program Audytor OZC. FB VII w

ĆWICZENIE 2 BADANIE TRANSPORTU CIEPŁA W WARUNKACH STACJONARNYCH

Materiały edukacyjne dla doradców Na podstawie projektu gotowego z kolekcji Muratora M03a Moje Miejsce. i audytorów energetycznych

Przykładowe kolokwium nr 1 dla kursu. Przenoszenie ciepła ćwiczenia

R = 0,2 / 0,04 = 5 [m 2 K/W]

Kolektory słoneczne z 45% dotacją

Centralny Ośrodek Chłodnictwa COCH w Krakowie Sp. z o.o Kraków. ul. Juliusza Lea 116. Laboratorium Urządzeń Chłodniczych

budownictwo niskoenergetyczne

Wymiennik ciepła. Dane wyjściowe i materiały pomocnicze do wykonania zadania projektowego. Henryk Bieszk. Gdańsk 2011

Zmiany prawne w latach odnośnie do efektywności energetycznej budynków. Budynki o niemal zerowym zużyciu energii. Mgr inż.

4. Wentylatory oddymiające powinny mieć klasę:

Projektowanie budynków niskoenergetycznych i pasywnych

Spis treści. PRZEDMOWA.. 11 WYKAZ WAśNIEJSZYCH OZNACZEŃ.. 13

Modelowe rozwiązanie budynek jednorodzinny pokazowy dom pasywny

Ćwiczenie 6. Wyznaczanie parametrów eksploatacyjnych kolektora słonecznego

Systemy solarne Główne metody konwersji EPS

Fizyka Budowli (Zagadnienia Współczesnej Fizyki Budowli) Zagadnienia współczesnej fizyki budowli

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

1. Wprowadzenie: dt q = - λ dx. q = lim F

Systemy solarne Systemy pasywne w budownictwie

Budynek DPS Klisino - Filia RADYNIA

Laboratorium komputerowe z wybranych zagadnień mechaniki płynów

5.5. Możliwości wpływu na zużycie energii w fazie wznoszenia

Badania naturalnego pola temperatury gruntu w rejonie aglomeracji poznańskiej i przykład ich zastosowania

Nakłady finansowe i korzyści

BUDYNKI PASYWNE FAKTY I MITY. Opracowanie: Magdalena Szczerba

Projekt domu energooszczędnego

Czy możliwe jest wybudowanie w Polsce domu o zerowym lub ujemnym zapotrzebowaniu na energię?

Wykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne

SolarCool. Instalacja solarna dla systemów HVACR. Energooszczędne rozwiązanie wspomagające pracę układu chłodniczego

Współczynnik przenikania ciepła okien

J. Szantyr Wykład nr 27 Przepływy w kanałach otwartych I

Q t lub precyzyjniej w postaci różniczkowej. dq dt Jednostką natężenia prądu jest amper oznaczany przez A.

BUDOWNICTWO PASYWNE nowy standard w budownictwie. Konferencja Energia, Ekologia, Ekonomia. Dębica

Opracowanie metody programowania i modelowania systemów wykorzystania odnawialnych źródeł energii na terenach nieprzemysłowych...

Podstawy projektowania cieplnego budynków

Dom.pl Domy szkieletowe: szczelność powietrzna w szkieletowych domach drewnianych

Rozdział VII UTRATA HYDROFOBOWOŚCI POWIERZCHNI. 1. Wstęp

Zintegrowane projektowanie energetyczne jako narzędzie poprawy efektywności energetycznej jednorodzinnych budynków mieszkalnych

Efektywne energetycznie budownictwo jednorodzinne i wielorodzinne.

Warunki techniczne. do poprawy?

Rozdział II LAMINARNY SPŁYW WARSTWY CIECZY PO POWIERZCHNI. 1. Wprowadzenie

Technologie efektywnego wykorzystania i odnawialnych źródeł energii w budynkach

Oznaczenie budynku lub części budynku... Miejscowość...Ulica i nr domu...

Przyjazne Technologie. Nagrzewnice powietrza LH Piece nadmuchowe WS/WO

J. Szantyr Wykład nr 19 Warstwy przyścienne i ślady 1

ZUŻYCIE ENERGII DO OGRZEWANIA LOKALU W BUDYNKU WIELORODZINNYM. Paweł Michnikowski

gazów lub cieczy, wywołanym bądź różnicą gęstości (różnicą temperatur), bądź przez wymuszenie czynnikami zewnętrznymi.

Wpływ sposobu ogrzewania na efektywność energetyczną budynku

1. BILANSOWANIE WIELKOŚCI FIZYCZNYCH

Spotkanie informacyjne Instalacje solarne Pompy ciepła Fotowoltaika

Projektowana charakterystyka energetyczna budynku

EFEKTYWNOŚĆ ABSORBERA W FUNKCJI TEMPERATURY OTOCZENIA I PARAMETRÓW EKSPLOATACYJNYCH KOLEKTORA CIECZOWEGO

09) PL (11) EGZEMPLARZ ARCHIWALNY F24J 2/04 ( ) EC BREC Instytut Energetyki Odnawialnej Sp. z o.o., Warszawa, PL

Wypieranie CO 2 z obszaru energetyki WEK za pomocą technologii OZE/URE. Paweł Kucharczyk Pawel.Kucharczyk@polsl.pl. Gliwice, 28 czerwca 2011 r.

Energia Słońca. Andrzej Jurkiewicz. Energia za darmo

SYSTEMY KLIMATYZACJI BUDYNKÓW ZASILANE ENERGIĄ PROMIENIOWANIA SŁONECZNEGO

Analiza działania kolektora typu B.G z bezpośrednim grzaniem. 30 marca 2011

Termomodernizacja budynków na przykładzie obiektów o różnym przeznaczeniu, z wykorzystaniem technologii pasywnych

Ekspercka propozycja zmiany Działu X oraz Załącznika nr 2, uwzględniająca wariantowość proponowanych rozwiązań. Dział X

Nakłady finansowe i korzyści wynikające z budowy różnych budynków energooszczędnych w POLSCE

Gruntowy wymiennik ciepła GWC

Politechnika Poznańska Zakład Budownictwa Ogólnego Obliczanie przegród z warstwami powietrznymi

Jaką moc cieplną uzyskuje kolektor słoneczny?

Projekt instalacji kolektorów słonecznych do przygotowania CWU

Budownictwo komunalne w Białymstoku

MECHANIKA PŁYNÓW Płyn

Bariery w budownictwie pasywnym Tomasz STEIDL

Transkrypt:

9 VIII. BUDYNKI PASYWNE 4 Geneza idei budynków pasywnych Ograniczone źródła energii wymuszają zmniejszone zużycie kopalnych źródeł energii na rzecz tzw. odnawialnych źródeł energii. W konsekwencji powinniśmy mieć także inną gospodarkę energetyczną, w której generalnie należy korzystać z wymienionych tu odnawialnych źródeł energii, czyli: energii słonecznej; ciepła z głębi ziemi; energii spiętrzonej wody; energii wiatru; energii biomasy. rend do obniżania zużycia energii w budownictwie rozpoczął się od I kryzysu naftowego w 973r. a zmiany te ujmują standardy energetyczne budynków w Polsce od 986r, które przedstawiono na rys.4.. α Q kwh/m rok α 8 6 4 8 6 4 86-9 9-97 >97 energooszczędny Rys.4.. Standardy energetyczne budynków pasywny Równocześnie powstała idea budynku o minimalnym zużyciu energii α Q, a nawet o zerowym zużyciu w cyklu rocznym. Odpowiedzą na te trendy są budynki energooszczędne charakteryzujące się: wykorzystaniem energii ze źródeł odnawialnych w systemach aktywnych lub pasywnych; wykorzystują ciepło z odzysku; pozyskiwaniem i konwersją energii. Okazało się wówczas, iż oszczędności energii uzyskujemy wprowadzając urządzenia, których działanie (np. sterowanie przepływami energii z różnych źródeł) wymaga zużycia dodatkowych ilości energii.

ogniwo fotowoltaiczne kolektor cieczowy + magazyn ciepła Rys.4.. Schemat budynku pasywnego W tej sytuacji powstała koncepcja budynku pasywnego, a głównie pasywnych systemów słonecznych, w których do pozyskiwania energii słonecznej nie wykorzystuje się innych, dodatkowych źródeł energii. W budynkach wykorzystujących pasywnie energię słoneczną kształtuje się bryłę budynku, ściany i dach w ten sposób, aby maksymalnie wykorzystać promieniowanie słoneczne na potrzeby energetyczne budynku. W działaniach tych ściany zewnętrzne pochłaniając promieniowanie akumulują energię w dzień, oddając ją w porze nocnej. Zwarta bryła oraz przeszklenia z południa i umieszczenie tam pokoi dziennego przebywania minimalizuje straty. N W S E garaże, komunikacja + < 6 C sypialnia, WC 8 C łazienka, salon C Rys.4.3. Usytuowanie pomieszczeń w budynku pasywnym

Budynek pasywny wykorzystuje w największym stopniu promieniowanie słoneczne przy minimalizacji strat ciepła. Pierwsza z tych możliwości polega na usytuowaniu na dachu kolektorów cieczowych. Ich wykorzystanie u nas wiąże się z letnim okresem użytkowania budynków, a w zimie może być tylko uzupełniającym źródłem ciepła. Inna możliwość to absorpcja promieniowania, które w okresie zimowym przez otwory okienne (od południa) dostaje się do pomieszczeń i tam zostaje zmagazynowana. Wariantem tego rozwiązania jest zmienno-fazowy materiał wypełniający element magazynujący ciepło, kiedy przemiana fazowa zachodzi w przedziale temperatur 6- C, wtedy możemy ciepło zmagazynowane w ciągu zimowego dnia odbierać w nocy, kiedy temperatura otoczenia spada poniżej 6 C. Pozyskiwanie ciepła przez otwory okienne staje się intensywniejsza po powleczeniu wewnętrznej powierzchni szyby filmem refleksyjnym odbijającym promieniowanie. W budynku energooszczędnym izolacja cieplna ścian wynosi minimalnie cm grubości, a w pasywnym już 3cm. Podobne ocieplenie dotyczy dachu i piwnic. Rys.4.4. Porównanie strat ciepła w budynkach pasywnym i energooszczędnym rochę bardziej złożona jest adsorpcja promieniowania przez ściany, gdzie również powstają problemy łatwej transmisji promieniowania do ściany połączone z refleksyjną warstwą uniemożliwiającą odbicie i powrót promieniowania do otoczenia. Mamy tu do czynienia z problemem diody cieplnej przepuszczającej promieniowanie w jednym kierunku i odbijającej je w kierunku przeciwnym. Podobny problem występuje też i w przepływach wilgoci, gdzie hydrodioda umożliwia np. przepływ wilgoci do otoczenia, a blokuje przepływ przeciwny.

Uzyskane w zakresie budynków pasywnych rozwiązania powinny być obecnie szeroko wprowadzone do budownictwa mieszkaniowego, m.in. przez wprowadzenie postulowanych już w latach 9 certyfikatów energetycznych. W rozdziale tym podamy elementarne wiadomości na temat działania najprostszych urządzeń do pozyskiwania ciepła, jakimi są płaskie kolektory cieczowe. Jest to najtańszy a jednocześnie stosunkowo skuteczny sposób pozyskiwania energii słonecznej w budynkach pasywnych. 43 Budowa kolektora cieczowego ypowy kolektor cieczowy posiada następujące elementy: osłonę zapewniająca przyjęcie promieniowania słonecznego bez strat, powierzchniową warstwę absorbera, która ma za zadanie pochłonięcie energii cieplnej, zestaw rur równoległych w których przepływa ciecz robocza odbierająca ciepło z absorbera. I osłona absorber zimna woda ciepła woda wymiennik ciepła zimna ciecz ciepła ciecz robocza Rys.43.. Przepływy cieczy w kolektorze cieczowym

3 Rys.43.. Schemat układu: kolektor-wymiennik w budynku pasywnym 44 eoria przejmowania ciepła przez kolektory Analizować będziemy przepływy ciepła w płaskim kolektorze cieczowym. Proces traktujemy jako niestacjonarny i źródłowy. W członach źródłowych występuje zarówno adsorpcja promieniowania świetlnego zamieniona na ciepło jak i straty energii do otoczenia. ypowy element kolektora cieczowego przedstawia rysunek 44.. a) L H b) x l F d q c) I n x R q+ d q ρ c v& Θ Rys.44.. Kolektor cieczowy: a)schemat kolektora, b) typowy element, c) schemat przepływów Działanie kolektora polega na przekazie zaadsorbowanego na powierzchni adsorbera ciepła do cieczy wypełniającej kanał absorbera (rys. 44. b).

4 Korzystamy tu z równania przepływu ciepła ρ c v & θ ρ r div q, q λ gradθ, θ, (44.) które w rozpatrywanym przepływie jednowymiarowym przyjmie postać d θ ρ c & v θ ρ r + λ ρ r ρ r R, (44.) gdzie ρ r to źródło ciepła zaadsorbowanego w pasie o szerokości, zaś R jest upustem (stratą) ciepła na odcinku, a Θ - przyrostem temperatury. Wartość źródła ρ r obliczymy ze strumienia promieniowania I sprowadzonego do normalnej n, czyli I B I n. W konsekwencji źródło ciepła ρ r określa zależność ρ r B I n( A + A )( F, (44.3) p r ω) ρr t ω t + ω > I n Rys.44.. Relacja gdzie A p i A r to odpowiednio zdolności adsorpcji promieniowania bezpośredniego i rozproszonego, F - pole powierzchni adsorbera. Zdolność adsorpcji maleje w miarę zachodzących na powierzchni F procesów fotochemicznych. Zmiany te opisane są przez parametr uszkodzenia ω, który wyznaczymy z równania kinetyki procesu narastania zmian procesów fotochemicznych dω dt f ( I n) ρ r ~ I. (44.4) Natomiast upust ciepła R (czyli straty) będzie proporcjonalny do różnicy R U L ( ω ) ( θ ) temperatur w kolektorze θ i otoczeniu o współczynniku proporcjonalności U L - stratności kolektora.

W wyniku poczynionych założeń równanie przewodnictwa w elemencie kolektora przyjmie postać ρ c v 5 θ B I n( Ap + Ar )( ω) F U L ( ω) ( θ ) + θ. (44.5) t x Otrzymane równanie przepływu ciepła ulegnie uproszczeniu w przypadku przepływów stacjonarnych, kiedy & θ. W efekcie otrzymujemy równanie zwyczajne, słuszne dla typowych sytuacji w absorberze d θ [ U d x λ d L ( ω) ( θ ) B I n ( A + A ) ( ω) F]. (44.6) Z warunków symetrii otrzymujemy warunki brzegowe dla rozpatrywanego problemu, a mianowicie ( x ) dθ oraz ( x l / ) Z p r θ. (44.7) Kolejne uproszczenie uzyskamy po wprowadzeniu nowej zmiennej S zdefiniowanej przez S do równania (44.6). Będzie F ( θ ) B I n ( Ap + Ar )( ω) θ D (44.8) U L d S k S, gdzie k d x ds( x ), Całka równania (44.9) ma formę ds( x ) Z warunku uzyskujemy l S( x ) U L, (44.9) λ d ( ω) θ D. (44.) S c exp ( k x) + c exp( k x). (44.) wynika, że c c c, a z kolejnego warunku l l c[exp( k ) + exp( k )] θ D, (44.)

6 l l l stąd c ( θ D), gdzie M exp( k ) + exp( k ) cosh( k ). M Ostatecznie całka równania (44.6) ma postać Θ D ( θ D)[exp( k x) + exp( k x)] M ( θ D)cos h( k x) M lub w formie bezwymiarowej (44.3) θ D cosh( kx) π. (44.4) θ l D cosh( k ) Podane w postaci bezwymiarowej równanie rozkładu temperatur może służyć do oceny sprawności kolektora cieczowego. W szczególności, można na podstawie tej zależności oszacować parametry materiałowe kolektora decydujące o jego sprawności energetycznej, a co ważniejsze zmian tej sprawności w czasie eksploatacji. W ogólności podane rozwiązanie może służyć do sformułowania zadania odwrotnego na szacowanie parametrów. I ρ r d R dθ q q + dq B I absorber x l / odpływ cieczy roboczej k, x k izolacja Rys.44.3. Zmiany temperatury powierzchni kolektora w otoczeniu odpływu

7 45 Wymiennik ciepła Wymiennik ciepła to kolejne urządzenie związane z kolektorem cieczowym. W wymienniku ciecz robocza (np. glikol), wymienia ciepło z wodą zimną podgrzewając ją. Ciecz robocza znajdująca się w kolektorze, stykając się z otoczeniem nie powinna zamarzać w temperaturze do -4 C. Ciecz robocza, znajdująca się na zewnątrz budowli w kolektorach, przejmuje ciepło od promieniowania słonecznego. Przepływając następnie do wymiennika przekazuje go wodzie. Otrzymujemy podgrzaną wodę, którą wykorzystujemy do celów bytowych. SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS A A Q& q r H O zimna B B H O ciepła SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS Rys.45.. Przepływy ciepła w wymienniku współprądowym. Wymienniki ciepła to urządzenia, w których dochodzi do przekazywania ciepła od cieczy roboczej znajdującej się w wyższej temperaturze do czynnika o niższej temperaturze, np. podgrzewanej wodzie. W zależności od kierunków przepływu mamy wymienniki współprądowe o zgodnym kierunku przepływu obu cieczy, przeciwprądowe, jeżeli prędkości przepływów są przeciwnie skierowane oraz skrzyżowane. W tym ostatnim przypadku wektory prędkości przepływów są do siebie prostopadłe. Ilość ciepła w jednostce czasu wymienianego miedzy cieczą roboczą a wodą podgrzewaną w wymienniku oblicza się z wzoru na strumień ciepła q. Zakładając z kolei stałość tego strumienia na powierzchni wewnętrznej F wymiennika obliczymy ilość wymienianego ciepła w jednostce czasu

8 A B h x Rys.45.. Rozkład temperatur obu cieczy wzdłuż wymiennika F q n Q& k F, (45.) gdzie F, k i oznacza pole powierzchni wymiany, współczynnik przenikania ciepła przyrost. Przyrost temperatury obliczmy z wzoru ln. (45.) Podstawowe zadanie jakie tu stawiamy: to obliczenie pola powierzchni wymiennika F. Jest ono równe zapotrzebowaniu na moc cieplną q podzieloną przez opór cieplny ściany wymiennika k i różnicą temperatur przy wymianie ciepła. Możemy stąd wyznaczyć poszukiwane pole powierzchni wymiennika Q& F. (45.3) k

9 A B h B A Rys.45.3. Schemat działania cylindrycznego wymiennika cieczowego Przykład VIII. Należy wyznaczyć potrzebną wewnętrzną powierzchnię wymiany ciepła we współprądowym wymienniku ciepła, w którym dochodzi do wymiany mocy cieplnej F 6kW. Przy czym spadek temperatury cieczy roboczej wynosi od 373K do 35K i towarzyszy mu podgrzanie wody od 8K do 3K. Współczynnik przenikania ciepła wynosi k W/mk. Rozwiązanie: Poszukiwaną powierzchnię A wyznaczamy z przybliżonego wzoru qf qf A k k,98m [( 37,3 8) ( 35 33)] 3m ln ln 6 ln ( 373 8) ln ( 35 33) (45.4)