Épülethasználati szokások és épületenergetika
Európában az épületek felelősek az energiafogyasztás közel 32 százalékáért. Ezért az épület tervezési szakaszában elengedhetetlen az energiafogyasztás minél pontosabb meghatározása, majd minimális szintre csökkentése.
„Az épületek nem használnak energiát, az emberek igen.”, így határozta meg Kathryn B Janda professzor az épület használóinak szerepét híres 2011-es idézetében.
Tanszéki kutatásunk során az emberi viselkedés szerepét tanulmányozzuk és számszerűsítjük épületenergetikai számítások és szimulációk elősegítéséhez. Zsófia doktori tanulmányai a lakók olyan tevékenységeire fókuszáltak, melyek befolyással lehetnek az épület energetikai teljesítményére (pl.: ablak és árnyékoló nyitás/zárás; világítás és termosztát használat).
Tóth Ákos BSc értekezésében egy irodaház villamosenergia-fogyasztási szokásait vizsgálta, különös tekintettel az irodák villamosenergia-fogyasztására (berendezések és világítás), valamint a fűtésre és a hűtésre egyaránt használt VRV rendszer fogyasztására.
Dr. Horváth Miklós doktorija tartalmazott egy kutatást hő és HMV fogyasztási szokásokról napkollektoros termeléssel.
Lakossági tevékenységek
Teljesítménybeli különbségek figyelhetők meg az épületek valós és előrejelzett energiafogyasztása között. A fő gondok nem olyan determinisztikus tényezőkkel kapcsolatosak, mint például az épületburkolat, az épületgépészeti rendszerek, a világítás és az elektromos berendezések fizikai jellemzői, amelyeket a kutatók az elmúlt évtizedekben vizsgáltak. Sokkal inkább arra jutottunk, hogy ezt a rést elsősorban az épülethasználók jelenlétének és viselkedési szokásainak túlzott egyszerűsítése okozza a tervezési folyamat során.
Az energiafogyasztástól függő felhasználói szokások fogalma úgy határozható meg, mint az ott tartózkodók viselkedésbeli reakciói a kellemetlenségekre, a mozgásra, valamint az épületekkel való kölcsönhatásokra, amelyek hatással vannak az épületek teljesítményére (energia, hő, látás és belső levegő minősége).
Az energiafogyasztástól függő felhasználói szokások különböző kutatási területekre vonatkoznak. Az épületgépészeti szakemberek feltételezik, hogy a felhasználók visszaállítják kényelmüket. A döntéshozatal egyszerűsítése után közelebbről megvizsgálják magukat a tevékenységeket. Ugyanakkor a társadalomtudósok a döntéshozatali folyamat pszichológiai és társadalmi szempontjaira összpontosítanak. Ideális esetben ez a két tudományág együtt működik a terület megértésén. (Deme Bélafi, 2018)
Viselkedés és áramfogyasztás
Napi felhasználói ütemtervek az energiaellenőrzési felmérés alapján, és az intelligens fogyasztásmérők adataiból származnak, irodai berendezések és a világítás villamosenergia-fogyasztása alapján. (Tóth Á., BSc tézis 2018)
Egy önkormányzati irodaépületet vizsgáltunk, ahol 15 perc gyakoriságú intelligens villamosenergia-adatokhoz férhettünk hozzá több mint két évre visszamenőleg. Ezen adatkészlet mellett energetikai auditokat és áttekintéseket is végeztek az épületben felhasználókkal folytatott interjúk mellett. Ezen adatkészletek felhasználásával meg lehetne határozni a felhasználók viselkedési szokásait a belső csatlakozóterhelés és a világítás villamosenergia-felhasználása szempontjából, kiegészítve a kihasználtsági adatokkal.
Használati melegvíz
A szovjet típusú panelházak napi fajlagos melegvíz-fogyasztása egész évben, 117 hőmérő alállomás adatkészlete alapján
Ebben a projektben a 117 panel és 123 egyéb lakóház HMV és fűtési hőfogyasztását elemeztük a budapesti hőállomások alapján. Ez a hatalmas adatkészlet több mint 4 év napi melegvíz és a melegvíz hőmérsékleti értékeit tartalmazza. A felbontás és az adatok mennyisége, kiegészítve a magukról az épületekről gyűjtött információkkal (szerkezet, anyagok, helyiségek száma stb.) lehetővé tette a melegvíz és a melegvíz hőfogyasztási szokásainak elemzését a felhasználók szintjén.
Ezen a területen Dr. Deme-Bélafi Zsófia, Dr. Horváth Miklós, Vámos Viktória és Tóth Ákos végeztek kutatást.
Témafelelősök: Dr. Csoknyai Tamás, Dr. Horváth Miklós
Kutatómunkánk célja a levegőkezelő központokban és központi szellőztető berendezésekben alkalmazható hővisszanyerők energetikai teljesítőképességének vizsgálata. Különös hangsúlyt fordítunk olyan új fejlesztésű, alacsony energiaigényű, valamint még kísérleti stádiumban lévő technológiák vizsgálatára, melyek esetén a hőátvitel mellett nedvességátvitel is történik az elszívott levegő hő- és nedvességtartalmának hasznosítása során.
A kísérleti vizsgálatok elvégzéséhez a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Macskásy Komfort és Klímatechnikai Laboratóriumában kifejlesztésre került egy Hővisszanyerős Mérőállomás (HVM), amely lehetővé teszi a különböző típusú, valós méretű hővisszanyerők hatásfokának vizsgálatát különböző légállapotok és üzemi paraméterek mellett.
Megvalósult projektek
Három Ångström (Å) pórusméretű molekulaszűrő szorpciós bevonatú regeneratív forgódobos hővisszanyerő szenzibilis, látens és totális hatásfokának kísérleti vizsgálata. Ennek célja a hővisszanyerő hő- és nedvességátviteli tulajdonságainak vizsgálata különböző üzemviteli paraméterek változtatása mellett, valamint a gyártó által közölt szűk műszaki adatszolgáltatás nagymértékű kiterjesztése.
A fenti forgódobos hővisszanyerőben az elszívott ágban áramló levegő szén-dioxid tartalmának a hővisszanyerőn keresztül a befújt, frisslevegő ágba történő keresztszennyeződés mértékének kísérleti vizsgálata. Változó paraméter a szellőző levegő térfogatárama, a forgódob rotációs sebessége és az üzemviteli paraméterek.
Ellenáramú polimer membrán (polietilén-poliéter-kopolimer) anyagú (ERV) hő- és nedvességátvitelre, valamint polisztirén anyagú csak hőátvitelre alkalmas (HRV) hővisszanyerők szenzibilis, látens és totális hatásfokának összehasonlító vizsgálata kísérleti módszerrel. Cél az energetikai teljesítőképességük vizsgálata különböző éghajlatú Európai régiókban.
Támogatók
Témafelelősök: Érces Norbert, Dr. Goda Róbert, Dr. Both Balázs
Belső környezeti minőség vizsgálata (IEQ)
Az épületek belső tereinek komfortja az ott tartózkodó emberek közérzetét jelentősen befolyásolja, valamint a szellemi munkavégzés hatékonyságát és minőségét is meghatározza. Továbbá az egészségi állapotra és az épület energiafelhasználására is hatással van.
Tanszékünkön elsősorban Prof. Bánhidi László alakította ki a komfortelméleti kutatások hagyományát, amit azóta számos kollégánk követ. Az alábbiakban ezekből a kutatásokból szeretnénk egy rövid áttekintést nyújtani.
Hőkomfort irodaépületekben
A komfort szempontjából kiemelt jelentőségűek az irodaépületek. Az irodaterekben folyamatos szellemi munkavégzés történik fokozott koncentráció mellett. Így lényeges szerepe van a munkavégzés szempontjából legjobb komfort biztosításának. OTKA kutatási munkák és céges megbízások keretében laboratóriumi és helyszíni mérések keretében vizsgáltuk a komfortparaméterek hatását és az irodaépületben biztosított komfortot.
A helyszíni mérésekhez műszeres mérőrendszert, a kiértékeléshez számítógépes szoftvert fejlesztettünk ki. A légsebesség mérése 5 másodpercenként, az összes többi komfortparaméter esetében pedig 5 percenként történt a mérés. A mérési adatokat a 95%-os megbízhatósági szinten értékeltük. Többféle klímarendszerrel kiszolgált irodák esetében végeztünk méréseket. Az 1. ábrán az egyes komfortkategóriák szerinti értékelés látható. A mérési eredmények igazolták, hogy egy bonyolultabb és költségesebb klímatechnikai rendszerrel jobb komfort biztosítható.
A laboratóriumi mérések során különböző belsőépítészeti anyagokat vizsgáltunk. Meghatároztuk a különböző anyagok szennyezőanyag emisszióját és a mérései eredmények alapján a különböző komfortfokozatok biztosításához szükséges frisslevegő térfogatáramot is (A kat. IAQ szempontjából ált. esetben: 70-90 m3/h/fő).
A kutatási területtel többek között Dr. Kajtár László és Dr. Szabó János foglalkozott.
A belső levegő minősége
A jelenlegi nemzetközi levegőminőségi kutatások fő célja irodák esetén meghatározni, hogy milyen szintű komfortot szükséges biztosítani ahhoz, hogy a dolgozók teljesítménye ne romoljon, hanem javuljon.
A téma aktualitását az biztosítja, hogy az elmúlt évek során nagyon sok irodaház épült, és így előtérbe került egyrészt a beruházási és üzemeltetési költségek csökkentése, másrészt az irodákban dolgozók kellemes közérzetének biztosítása és teljesítőképességének javítása. A kutatómunka célja, hogy 600-5000 ppm-ig terjedő tartományban megvizsgáljuk a szén-dioxid koncentráció hatását a közérzetre és a szellemi munkavégzés teljesítményére.
A vizsgálatokat a BME ÉPGET Tanszéken erre a célra kialakított, alacsony szennyezőanyag kibocsátású műtőfalakból épült laboratóriumban végeztük el. Két méréssorozatot végeztünk, 10-10 mérőalany bevonásával.
A mérési eredmények alapján megállapítható, hogy 2×70 perc 3000 ppm szén-dioxid koncentráció feletti zárt térben tartózkodás után az egészséges, fiatal emberek közérzete rohamosan romlik.
Megállapítható továbbá, hogy 3×70 perc 3000 ppm szén-dioxid koncentráció feletti zárt térben tartózkodás után kezd el jelentősen csökkenni az egészséges, fiatal emberek szellemi munkájának teljesítménye és minősége.
A kutatást Dr. Herczeg Levente végezte.
Huzatkomfort elemzése
A huzathatás a légvezetési rendszerek egyik legfontosabb jellemzője, melyet elsősorban három mennyiség határoz meg: a szellőző levegő átlagsebessége, a légmozgás turbulencia foka, és a levegő átlaghőmérséklete.
A különböző légvezetési rendszereknél a három legfontosabb tervezési jellemző: a befúvószerkezet oldalaránya; távolsági aránya, vagyis elhelyezése a falhoz viszonyítva, valamint a befújt levegő térfogatárama. Ezen három tervezési paraméter hatását még nem vizsgálták az érintőleges légvezetési rendszereknél, ennek megfelelően a tervezéshez felhasználható szabványok sem veszik figyelembe hatásukat.
A huzathatás elemzése során egy kisméretű irodahelyiség valós méretű modelljében szabványos méréseket végeztünk négy jellemző magasságban: boka-, derék-, ülő- és állóember fejmagasságban. A helyiség releváns pontjaiban mértük a huzathatást meghatározó – fentebb bemutatott – mennyiségeket, melyeket a matematikai statisztika módszereivel értékeltük.
A huzakomfort témakörével többek között Dr. Goda Róbert és Dr. Both Balázs foglalkoznak.
Helyi diszkomfort tényezők együttes hatása
Hőérzeti kutatásaink célja az ezidáig külön-külön értelmezett helyi diszkomfort tényezők együttes hatásának vizsgálata volt. Az együttesen jelenlévő hideg falfelület és fűtött padló vizsgálatára a következő kutatási módszereket alkalmaztuk:
A termikus műemberrel végrehajtott mérések eredményei azt mutatták, hogy komfort hőmérséklet tartományon belül, padlófűtés mellett, a hideg falfelület a ruházattal nem borított testrészeken az érezhető hőmérsékletet (EHT) 1-2°C-al csökkenti, ami feltehetően diszkomfort érzetet okoz élő alanyok esetében.
Az élőalanyos méréseken 10 férfi és 10 nő vett részt. A vizsgálatok alapján kijelenthető, hogy a mért bőrhőmérsékletek tükrözik az ülések hőkörnyezeteinek különbségét, azaz a hidegebb falfelületnél (16°C) a bőrhőmérséklet jobban csökkent. A kevésbé hideg falnál (18°C) több testrész melegedett a mérés során.
A szavazatok ellenben minden testrészre hűlést, illetve hőérzet csökkenést mutatnak, még ott is, ahol valójában nőtt a bőrhőmérséklet. A meleg padló nem okozott diszkomfort érzetet. A nemek közötti fiziológiai eltérés a perifériás vérkeringésben egyértelműen látható volt a mért bőrhőmérsékletekből. Az ülések végére a nők bőrhőmérséklete minden esetben hidegebb volt a férfiakénál és néhány testrészt kivéve a különbség szignifikáns volt.
Helyi diszkomfort tényezők együttes hatásának vizsgálatát többek között Dr. Bánhidi László és Dr. Barna Edit végezte.
Emberek és a komfortérzet
Az ideális hőkomfort és az épületek megfelelő üzemeltetésére szánt energia minimalizálása közötti optimumkeresés középpontjában az ember kell, hogy álljon, hiszen az épületek elsődleges célja az emberi tevékenység ideális kiszolgálása. A kutatás során élőalanyos módszerrel megfigyeléseket végeztünk a meleg mennyezet és a huzat-hőkomfortra, munkavégzés hatékonyságára és emberi fiziológiai tényezőkre gyakorolt hatásáról. A méréseket 20 egészséges élőalany, 10 férfi és 10 nő bevonásával végeztük, a hőkomfortot befolyásoló paraméterek precíz szabályozásával.
A mérés során a következő mennyiségeket mértük és szabályoztuk: a levegő hőmérséklete, a levegő páratartalma, a levegő sebessége, a közepes sugárzási hőmérséklet értéke, a kísérletben részt vevők ruházata, illetve tevékenységi szintje, a huzathatás értéke és a padló és mennyezet között kialakuló sugárzási hőmérséklet aszimmetria értéke. Ezeket a paramétereket a Macskásy Laboratóriumban található két hőszivattyú, egy elektromos kazán, egy légkezelő és párásító segítségével állítottuk be.
A kutatás során matematikai összefüggéseket kerestünk az lokális diszkomfort tényezők együttes hatásának leírására.
A kutatásokat Dr. Kajtár László és András-Tövissi Balázs végezték.
Lakossági gáztűzhelyek üzemének hatása a belső környezet minőségére
Lakóépületek esetében – a belsőlevegő-minőség tekintetében – a konyha speciális térnek tekinthető, ahol a meghatározó szennyezőanyag forrás a gáztűzhely.
A magyarországi statisztikai adatok szerint a háztartások mintegy 67%-ban használnak vezetékes gázhálózathoz csatlakoztatott gáztűzhelyeket, azaz az égéstermék kibocsátás hatásai potenciálisan mintegy 6,7 millió embert érinthetnek. A konyhai szellőzési problémák „klasszikus” megoldása a külső kivezetéssel rendelkező elszívóernyők használata, jóllehet nemzetközi kutatási eredmények szerint a beépített berendezéseket jellemzően nem használják, elsősorban a keletkező zaj miatt.
A tanszéken folyó kutatások (labor -, illetve helyszíni mérések, CFD szimulációk) eredményei szerint meghatározó szennyezőanyagnak a nitrogén-dioxid tekinthető, melynek emberre gyakorolt hatása pontosan még nem tisztázott.
Témafelelős: Vörösné Dr. Leitner Anita
A Legionella baktériumok természetes vizes környezetben bárhol előfordulnak; fürdéskor, ivóvíz fogyasztásakor állandóan találkozunk velük. Normál körülmények között ez semmilyen egészségügyi kockázatot nem jelent, azonban az épületgépészeti rendszerek körülményei között a baktériumok elszaporodhatnak, és speciális feltételek együttállása esetén súlyos, akár halálos fertőzést is okozhatnak. A legionellózis civilizációs betegség: természetes körülmények között, az épületgépészeti rendszerek közrehatása nélkül a fertőzések feltételei nem jönnek létre.
A fertőzés kialakulásának fázisai:
Az már a kitettség időtartamától és az érintett személy immunológiai állapotától függ, hogy a fertőzés esetén maga a betegség is kialakul-e, illetve az milyen súlyos lefolyású. Különösen veszélyeztetettek az orvosi kezelés miatt gyengült immun-állapotú, vagy speciális betegségben szenvedő személyek, az idősek és a gyerekek. Ha a betegséget időben felismerik, és megfelelő kezelést folytatnak, a betegség halálozási aránya 15% alatti, kezelés nélkül akár 80% fölötti is lehet. Az évente felismert hazai halálos Legionella fertőzések száma az utóbbi években 2-12 között változott.
A Legionella fertőzések kialakulása ellen a leghatékonyabban az épületgépészeti rendszerek helyes kialakításával és üzemeltetésével védekezhetünk. Legnagyobb kockázatot a használati melegvíz (HMV) rendszerek és a levegő nedves mosását megvalósító légtechnikai rendszerek jelentik. A gyakorlatban eredményesen alkalmazott passzív, a baktériumok szaporodást megakadályozó módszerek:
Az aktív, a kialakult csiraszámot csökkentő járatos védekezési módszerek:
rendszeresen végzett 60 °C feletti hőmérsékletű fertőtlenítés alkalmazása;
biocidok (baktériumölő vegyszerek) adagolása.
Az egyes módszerek alkalmazásához nagyon komoly kereskedelmi érdekek fűződnek, amelyek a szakirodalomra is erős befolyással vannak, és ez erősen zavarja a tisztánlátást. A különböző fertőtlenítési módszerek kereskedelmi érdekektől független értékelésére a Tanszék az Országos Közegészségügyi Intézet Vízhigiénés és Vízbiztonsági Főosztályával együttműködve 2019 őszén a Stokes Laborban egy speciálisan megépített mérőálláson méréssorozatot indított.
Vizsgálati célok: a vízhőmérséklet, a különböző alkalmazott csőanyagok, az alkalmazott áramlási sebességek, a klórdioxidos fertőtlenítés biofilm kialakulására és a baktériumok szaporodására gyakorolt hatásának tisztázása.
Témafelelős: Dr. Szánthó Zoltán
Az épületek levegővel történő szellőztetése minél kisebb mértékű energiafelhasználással ma már alapvető követelmény. Egy korszerű és hatékony légtechnikai rendszernek mindig figyelembe kell vennie a dinamikusan változó felhasználói igényeket. Dr. Both Balázs és Dr. Czétány László kutatásai során elsősorban a légtechnikai rendszerek légcsatorna hálózatában és a helyiségek tartózkodási zónáiban kialakuló folyamatokat vizsgálták. A kutatásaikat a BME ÉPGET Légtechnikai laboratóriumban végezték méréses és CFD módszerek alkalmazásával. Az alábbiakban ismertetett főbb kutatási eredmények egyaránt hasznosíthatók lehetnek az ipari fejlesztők és kutatók számára is.
Érintőleges légvezetési rendszer elemzése
A zárt terek tartózkodási zónájában lévő levegőre számos hazai és nemzetközi rendelet, ajánlás és szabvány határoz meg ún. mikroklimatikus követelményeket. Ezen előírások elsősorban a belső levegő minőségére, hőmérsékletére, nedvességtartalmára, sebességére javasolnak tervezési és üzemeltetési határértékeket.
A belső terek mikroklímájának biztosítását légvezetési rendszerekkel valósíthatjuk meg, melyek közül igen elterjedt az érintőleges légvezetés. Ennek lényege, hogy a szellőztető légsugarat rendszerint négyszög keresztmetszetű befúvóból (1. ábra) vezetjük a helyiségbe az épülethatároló szerkezetek mellett (2. ábra). A befújt légsugár hő– és áramlástani jellemzői, a helyiség és a befúvó geometriája, a befúvó beépítési pozíciója, sőt, a helyiség belsőépítészeti kialakítása jelentősen meghatározzák a szellőzés hatásosságát és a komfortérzetet. A kutatás során hődrótos és forrógömbös mérőszondák segítségével vizsgáljuk a befúvásnál és a helyiségben kialakuló légsebességet, turbulencia-fokot, hőmérséklet-eloszlást.
A mérési eredmények alapján javaslatot adunk a kedvező befúvószerkezet kialakításra és beépítésre, valamint a hő– és huzatérzet becslésére a tervezési fázisban. A kutatási eredményeket számos hazai és nemzetközi szaklapban és konferencián publikáltuk, valamint beépítettük az alap– és mesterszakos hallgatók szakmai képzésébe is.
Változó téglalap-keresztmetszetű egyenletes befúvást biztosító légcsatornák
A kutatás célja egyszerű elméleti modell kidolgozása volt a befúvó légcsatornákban zajló áramlási folyamatok modellezésére. A modell eredményeinek alátámasztása mérésekkel, CFD számítás alkalmazásával történt. Ezekre alapozva méretezési módszer került kidolgozásra. A méretezés célja egyenletes befúvásra alkalmas, beszabályozó szerelvények nélküli légcsatorna geometriájának meghatározása volt. A 4. ábra a méretezési módszer alapján kialakított, állandó magasságú, változó szélességű négyszög légcsatornával végzett kísérletek egyikét mutatja be.
Az egyes fúvókákon kiáramló térfogatáramra kapott mérési eredmények két különböző Re(x0)-ra (Reynolds-szám a légcsatorna belépési keresztmetszetében) az 5. ábrán láthatóak.
Témafelelősök: Dr. Goda Róbert, Dr. Both Balázs, Dr. Czétány László
Az adatközpontok, szervertermek, telekommunikációs központok és géptermek energiahatékony hűtése komoly kihívást jelent a mérnököknek. A cél a hűtési energiafelhasználás csökkentése. Kutatásomban egy telekommunikációs központ hűtési rendszerének villamosenergia-megtakarítási lehetőségeit vizsgáltam meg HeatTank fázisváltó anyag töltetű hőenergiatároló alkalmazásával. Az éves energiafelhasználásban elérhető megtakarítás megállapításához, mérésekkel különböző üzemállapotokat vizsgáltam meg.
Fázisváltó anyagok (PCM)
A fázisváltó anyagok (Phase Change Material – PCM) olyan energiatároló anyagok, melyek a látens hőt felhasználva nagy energiasűrűséggel képesek a hőenergiát tárolni. Az adott hűtési rendszer esetén lehet energiamegtakarítást elérni a következő lehetőségek felhasználásával:
A felhasznált fázisváltó anyag a CrodaTherm 21, melynek fizikai tulajdonságait az alábbi táblázat tartalmazza.Látens hő (olvadáshő) 190 kJ/kg
Olvadáspont 19-21 Celsius
Sűrűség 871 kg/m3
Fajhő 2,1 kJ/kgK
Hővezetési tényező 0,18 W/mK
Mérési eredmények
A vizsgált telekommunikációs központ tervezési adatai:
Az éjszakai szabadhűtési időszak ld. (összehasonlított napok: 2019. július 13. és április 25.).
A meglévő rendszernek folyamatosan elő kell állítania a szükséges hűtési energiát, ezáltal több villamosenergiát fogyaszt, mikor a külső hőmérséklet magasabb. Az új rendszer PCM tárolóval viszont éppen ebben az időszakban takarítja meg a legtöbb villamosenergiát. Tavaszi/őszi időszakban a PCM egész nap hűti az adatközpontot, így a klímaberendezés kikapcsolható. 19:00-10:00 óra között a tároló a külső hideg levegő segítségével szabadhűtéssel hűti a szervereket, illetve tárolja a napi szükséges hűtési energiát. 10:00-19:00 óra között nem lehet szabadhűtést használni, a PCM hűt a tárolt hűtési energia segítségével. A mérések alapján a villamosenergiafogyasztás így 17,9 kWh-ról 8,1 kWh-ra csökkent, ami 55%-os megtakarítást jelent.
Nyáron kevésbé lehet szabadhűtést használni, mert a külső hőmérséklet éjszaka is túl magas. A PCM-et a klíma segítségével lehet fagyasztani 3:00-7:00 óra között, mikor a klímának a legmagasabb a hatékonysága. Ebben az időszakban több villamosenergiát használ fel a rendszer a PCM tárolós esetben, mint a meglévő rendszernél, mivel a klímának nem csak a szervereket kell hűtenie, hanem el kell tárolni a hideget a legalacsonyabb hatékonyságú időszakra. 13:00-18:00 óra között jelentkezik a megtakarítás, a klíma kikapcsol, és a PCM egyedül hűt. Az átmeneti időszakokban a tároló nem működik, mert kapacitását a csúcsidőszakra kell tartogatni, a klíma egyedül hűti a szervereket.
A villamosenergiafogyasztás 22,6 kWh-ról 20,1 kWh-ra csökkent, ami 10,8%-os megtakarítást jelent.
Kilenc hónap mérései alapján egy év alatt 54,2% villamosenergia takarítható meg; a projekt megtérülése kevesebb mint 4 év.
Témafelelős: Dr. Szánthó Zoltán
Levegő hőhordozó közeggel működő napkollektorok alkalmazásával a napenergia közvetlenül hasznosítható a szellőztető berendezések hőigényének fedezésére. A szolárfal rendszer Magyarországon még ritkaságnak számít, de egyszerű felépítése és megbízható üzeme miatt világszerte egyre több helyen alkalmazzák, elsősorban ipari és kereskedelmi épületeken. A homlokzatra egy sötét előtétfalat építenek perforált trapézlemezből, ez alkotja az abszorbert. A légkezelők az épületfal és az abszorber közötti légrésből vételezik a frisslevegőt, amely az abszorberen átáramolva felmelegszik. A hőtermelés mechanizmusának leírása, optimalizálása a kilencvenes évek óta számos kutatás tárgyát képezte. Munkánk során a szolárfal távhőellátó rendszerekbe való integrálását vizsgáltuk, illetve a nyári üzem energetikailag kedvező, a hűtési hőterhelést csökkentő hatását igazoltuk.
Fűtőművek energetikai korszerűsítése szolárfal rendszerrel
A Tatabánya melletti, 2800 fős Baj község hőellátását biztosító kazánház közel 300 lakás fűtési és HMV igényét látja el. A fűtőműben telepített kazánok a beltérből szívják az égési levegőt. A magas szellőztetési igény miatt a kazánház fűtésre szorul, ami csökkenti a hasznosan kiadható teljesítményt.
A délnyugati homlokzatra szolárfalat terveztünk, amely a szellőző levegőt napenergiával előfűti, illetve a telepített homlokzati szakasz transzmissziós hőveszteségét csökkenti.
A méretezést RETScreen épületszimulációs programmal végeztük a helyszínre vonatkozó meteorológiai adatok alapján havi bontásban. Az összesen 53,4 m2 kollektorfelületű rendszer segítségével a kazánház 114 MWh éves fűtési energiafelhasználását 80 MWh-ra csökkenthetjük.
Nyári hűtési hőterhelés csökkentése
Felmerülhet a kérdés, hogy bár a szolár levegőfűtés a fűtési időszakban hasznos, a sötét abszorberburkolat milyen hatással van az épület energiamérlegére a nyári időszakban. Kutatómunkánk során tetőn szerelt szolárfal esetében a nyári üzemet vizsgáltuk CFD környezetben. Nappal a légkezelő berendezések a szolárfalat megkerülve vételezik a friss levegőt, mivel nincsen szükség a levegő fűtésére.
A magára hagyott szolárfalban természetes áramlás alakul ki a perforációkon keresztül, amely jelentősen csökkenti a tető hőterhelését. Éjszaka a lemez hőt sugároz le a hideg égboltnak, így a környezet hőmérséklete alá hűl, passzív levegőhűtési potenciált biztosítva. A két jelenség létrejöttét numerikus szimulációval igazoltuk: a bal oldalon a szolárfal egy szelvényének átszellőzése, a jobb oldalon az éjszakai hűtés látható.
Témafelelős: Dr. Bokor Balázs
Az energetikai előnyök és az egyszerűbb szabályozás miatt az időben gyorsan változó használati melegvíz (HMV) igényeket célszerű valamilyen tárolós megoldással kielégíteni. A gyakorlatban 4 járatos megoldás terjedt el:
Ezek közül a rendszerek közül a bojleres kialakítás a legegyszerűbb és legolcsóbban kivitelezhető, családi házak, lakások ideális HMV termelési megoldása. Olyan rendszerekben, ahol a HMV termeléssel egyidőben más fogyasztókat is el kell látni, emiatt a feltöltés során az előremenő hőmérséklet nem emelhető meg tetszőlegesen, a bojlerek alkalmazása komoly energetikai hátrányokkal járhat. A jelenséget elméleti modellel, szimulációval és mérésekkel is vizsgáltuk.
Az már különböző szakértői feladatokból, az elméleti megfontolásokból és az eddigi eredményekből is jól látszik, hogy a nagyméretű bojlerek alkalmazása energetikailag rendkívül kedvezőtlen, és feltétlenül kerülendő.
Témafelelős: Dr. Szánthó Zoltán
A CFD modellezés egyik jellemző alkalmazási területe a helyiségen belüli légáramlások modellezése, illetve ehhez kapcsolódóan a térben kialakuló szennyezőanyag eloszlás, valamint a légállapot paraméterek térbeli eloszlásának vizsgálata. A modellezés matematikai alapját a megmaradási törvények (tömeg-, energia- és lendületmegmaradás), valamint a koncentráció változás egyenleteinek többdimenziós numerikus megoldása jelenti.
A modellezés általános menete:
A CFD modellezés egyik igen fontos előnye, hogy lehetővé teszi a kutatások rugalmasságának biztosítását a szakemberek számára. Erre jó példa a lakossági gáztűzhelyek szennyezőanyag kibocsátásának vizsgálata különböző szellőzési módok mellett. Egy megfelelő pontossággal felépített tűzhely modell, mint szennyezőanyag forrás így ugyanis tetszőleges térben elhelyezhető és értékelhető. A várhatóan kialakuló szennyezőanyag eloszlás ismerete pedig jelentős segítséget nyújt a megfelelő szellőzési mód kialakításában.
Fontos megjegyezni, hogy a helyes rácsfelosztás kialakítása a CFD modellezés során kulcsfontosságú feladat. Általánosan igaz, hogy a rács finomítása növeli a modell pontosságát, ugyanakkor indokolatlanul sok rácspont alkalmazása többszörösére növeli a megoldási időt, illetve a szükséges gépkapacitást. Ugyanez érvényes a tranziens folyamatok modellezése során alkalmazott időlépések meghatározására is.
BIM modellezés
A CFD modellezés tapasztalatait jelentős eredménnyel hasznosíthatjuk a hagyományos (2D-s, CAD alapú) tervrajzok elkészítésénél. A tervezési folyamat következő fontos állomása lehet a BIM modellezés.
A BIM definíció szerint „…megosztott tudásforrás egy létesítményről, amely megbízható alapot teremt a döntésekhez az épület életciklusa során; a koncepciótól a bontásig.” (NBIMS-National BIM Standard—United States). Alapvető jelentősége a különböző szakági tervek összehangolásában, valamint az egyes rendszerelemek paraméterezésében van.
Az információtartalom függvényében különböző BIM-dimenziók definiálhatók: 3D, 4D, 5D, 6D és 7D BIM modell. A 7D BIM modell az egyes elemekhez csatolt információk (felhasználói leírások, specifikációk, garanciák) alapján már az épületüzemeltetési feladatok elvégzésében nyújt segítséget.
Legfontosabb alkalmazási területei:
Témafelelősök: Vörösné Dr. Leitner Anita, Érces Norbert, Dr. Czétány László, Dr. Goda Róbert
Ha érdekelnek a kari kutatások nézd meg a GPK kutatások blogját, ami jócskán túllép a gépészettudomány szigorúan vett határain. Az anyagtudományi, áramlástani, energetikai, épületgépészeti és épületenergetikai, gépészeti informatikai, hidrodinamikai, mechatronikai, optikai, polimertechnológiai, eljárástechnikai és űrtechnológiai kutatásainkat is bemutatja.
Rövid áttekintő
A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen működő Épületenergetika Kutatócsoport 6 oktató-kutatóból és 3 PhD-hallgatóból áll. Az EiBRGroup számos európai és nemzeti kutatási programban vett részt, és kapcsolatokat ápol európai kutatóintézettel és egyetemmel. Az EiBRGroup kutatási területei az energiahatékonyság és a megújuló energiarendszerek az épületekben: közel nulla és nettó nulla energiaigényű épületek, intelligens épületek és közösségek, fogyasztói magatartás, dinamikus hőmérséklet-szimuláció, épületállomány-modellezés, big data elemzés okosmérős adatok alapján.
Kutatási terület kulcsszavak:
Öt legfontosabb publikáció:
Speciális infrastruktúra
Szimulációs (Trnsys, DesignBuilder) és egyéb szoftverek (Heat, Winwatt), Mathlab, AutoDesk.
3 tanszéki laboratórium (https://www.epget.bme.hu/laborok.php):
– Macskássy komfort, levegőminőség és klímatechnikai laboratórium
– Stokes-laboratórium (hőtermelés és hidraulika)
– Légtechnikai laboratórium
Főbb projektek
Csoporttagok
Csoknyai Tamás (csoportvezető)
Horváth Miklós, Deme-Bélafi Zsófia, Barna Edit Orsolya, Bokor Balázs, Czétány László
Phd hallgatók: Vámos Viktória, Gergely László Zsolt, Mohammed Fawaier
Rendszeres külső szakértők: Szalay Zsuzsa, Severnyák Krisztina
Számlázási cím: 1111 Budapest, Műegyetem rakpart 3.
Levelezési cím: 1518 Budapest, Pf. 91.
Tel.: +36-1-463-2633
E-mail: tanszek@epget.bme.hu
Tanszéki titkárság: D ép. 122.
