Villanyszerelők Lapja

Környezetvédelem

Ház a nap alatt

2012. július 1. | Ádám Gábor Dudás Péter Polyák Máté Debrődi Balázs |  4054 | |

Az alábbi tartalom archív, 7 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Ház a nap alatt

A Solar Decathlon egy nemzetközi, egyetemek közötti innovációs verseny, amit 2002 óta rendeznek meg az USA Energetikai Minisztériuma és a spanyol kormányzat szervezésében. A megmérettetés célja az, hogy minden résztvevő csapat piaci szereplőkkel együttműködve egy nap-energiát hasznosító, környezettudatos lakóépületet tervezzen.

Régiónkból elsőként a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) diákjaiból álló Odooproject nyújtott be sikeres, az indulás feltételeit teljesítő pályázatot. A csapatunk ezért idén szeptemberben részt vehet a közel két éves versenyt lezáró kiállításon Madridban, ahol tíz nap áll majd a rendelkezésünkre, hogy felépítsük a megálmodott házat.

Az Odoo koncepciója a magyar építészeti hagyományokat is szem előtt tartva ad egyfajta választ a jövő lakóépület-tervezésének kihívására. A tömeg- és térszervezést a hangsúlyos ház–udvar kapcsolat inspirálta, melyben a délre tájolt, hosszirányú zárt lakótér és a vele szemben elhelyezkedő nyitott udvar együtt képez jól használható életteret. Fontos cél, hogy a nyárifal által kijelölt hatalmas terasz a ház lakóit arra ösztönözze, hogy minél több időt töltsenek kint, a szabad levegőn. Az udvar aktív használatának köszönhetően a „téli-ház” nem elzárkózik, hanem szoros kapcsolatot alakít ki környezetével. A végeredményként pedig egy könnyen azonosítható, ikonikus házforma jön létre, mely megjelenésével az energiatudatos tervezés és a szoláris gondolatkör szimbóluma lehet.

A versenybe bekerült 20 csapatnak a szervezők felé folyamatosan dokumentálnia kell munkáját, a két éves verseny folyamán hét komoly leadást kell teljesíteni Madrid felé. A tervezés során külön kihívás, hogy a házat el kell szállítani Spanyolországba. Ennek érdekében az épületszerkezetet úgy kell kialakítani, hogy a nemzetközi fuvarozási és szállítmányozási szempontoknak is megfeleljen.

A ház négy, szerkezetileg önálló, állékony és szállítható, előre gyártott modulból áll, melyek könnyen összeépíthetők és szétbonthatók, szállíthatók, mint egy kirakós játék elemei. Ezzel a megoldással tudjuk biztosítani, hogy Madridban a házat 10 nap alatt fel lehessen építeni. A négy elemet párosával, túlméretes szállítmányként fogjuk a helyszínre fuvarozni. Az épület fedését adó napelemek, a terasz burkolata és a többi szállítandó elem négy másik teherautóval, egy rövidebb útvonalon jut el Spanyolországba. A négy szerkezeti modult Madridban darukkal emeljük majd rá a mobil alapozási rendszerre, emiatt a szerkezetek ideiglenesen merevítve lesznek, hogy képesek legyenek a fellépő dinamikus terheknek ellenállni. A szállítás miatt a maximális szerkezeti magasság nem lehet több mint 4,5 méter. Az épület tartószerkezetét rétegelt, ragasztott fenyőfapanelek alkotják, melyeket acél kapcsolóelemekkel rögzítünk majd. A szerkezet legfőbb előnye kiváló hőszigetelő és teherhordó képessége. A fapanel elemekre kívülről farost hőszigetelést helyezünk majd el, egységesen 24 cm vastagságban. A termikus burok légtömörsége és folytonossága kiemelten fontos, ezért az elemek találkozásánál ügyelnünk kell majd a légzárás biztosítására.

A csapatok munkájának elbírálása széles körű szempontrendszer alapján történik. Egy úgynevezett tízpróbán kell átesniük, amely lefedi az összes lényeges szempontot, melyeknek napjainkban egy modern, fenntartható építészet népszerűsítését célzó versenyprojektnek meg kell felelnie. A próbák egyike kifejezetten a napelemes rendszer energiatermelésére és a villamos energiamérlegre irányul.

A verseny ideje alatt a ház a villamosenergia-hálózatra lesz kötve, így a szervezők mérni tudják a hálózatból felvett és visszatáplált energiát. Annak érdekében, hogy az Odoo ezeken a próbákon a lehető legjobban teljesítsen, részletes szimulációkat végeztünk a napelemes rendszer méretezésére és termelésbecslésére vonatkozóan. A tető dőlésszöge 6°-os, ami a napelemek számára korántsem ideális, azonban a fentebb említett szerkezeti magasságkorlát miatt nincs lehetőség ennél meredekebb dőlésszögű tető elkészítésére. A több mint másfél éve tartó vizsgálatok eredményeként úgy döntöttünk, hogy az épület tetejére 7,14 kWp monokristályos napelem kerül felszerelésre két 3 kW névleges kimeneti teljesítményű inverterrel.

Odoo látványterv (kép: Szőke Márk)

A nyári konyha déli homlokzati falára 1,82 kWp µ:Si/a:Si tandem vékonyréteg napelemet terveztünk egy darab 2 kW kimeneti teljesítményű inverterrel. A homlokzaton elhelyezett vékonyréteg napelemek szimulációs eredményeink alapján jobban hasznosítják a szórt napsugárzást, és a 90°-os dőlésszög miatt kiegyenlítik a napelemek termelését éves szinten is. A versenyszervezők az inverter maximális kimeneti teljesítményét 10 kW-ban maximalizálták. Ezzel azt biztosítják, hogy a csapatoknak ne az legyen a célja, hogy minél több napelemet szereljenek fel a házukra, hanem ezt a 10 kW teljesítményű napelemes rendszert a lehető legoptimálisabban helyezzék el a házon.

A szimulációink alapján az Odoo Madridban körülbelül háromszor annyi villamos energiát termel, mint amennyit fogyaszt, míg Budapesten ez a szám megközelítőleg kétszeres. Az 5. ábrán látható a madridi körülmények között a ház várható éves villamosenergia-termelése. A tervezés folyamán fontos szempont a villamos energiafogyasztás minimalizálása is, így a házba LED-es világítást és „A” kategóriás, energiahatékony háztartási gépeket terveztünk. Az energiahatékonyságot másrészről az Odoo-ba tervezett intelligens épületinformatikai rendszer segíti. A ház tervezése során célzottan törekedtünk arra, hogy minden, ami az épületünk üzemeltetéséhez szükséges, egy intelligens összefonódást, egy egységet alkosson.

Minden mindennel kommunikál, és ha egy apró változás is történik a lakásunkban, azt az összes automatizálási elem észleli, és ha szükséges, be is avatkozik. Rendszerünk kiváltja az állandó emberi felügyeletet, és az automatizálás helyes döntések alapján mindig meghatározza, hogy mikor melyik eszköz használata jelenti a legoptimálisabb, -energiahatékonyabb üzemeltetést. Hogy jelentős energiamegtakarítást érjünk el, nem elég csak arra koncentrálni, hogy minél energiahatékonyabb szerkezeteket és berendezéseket használjunk. Legalább ennyire fontos a lakók fogyasztási szokásainak megváltoztatása, energiatudatos szemléletének kialakítása. A ház monitorozási lehetőségeinek köszönhetően a felhasználó közérthető módon megismerheti a fogyasztásának mértékét, követheti, mikor, mennyit, mivel fogyaszt.

Új ismeretei birtokában tudatosan dönthet fogyasztási szokásairól, kialakíthat egy fenntarthatóbb életformát. Egy környezettudatos felhasználó feleslegesen nem üzemelteti háztartási berendezéseit, mindig annyira hűti vagy fűti a lakását, amennyire szükséges, ésszerűen takarékoskodik a vízzel és az elektromos árammal. Bárhol is legyünk a világban, lakóházunk teljes vezérlését és minden lényeges beállítását el tudjuk végezni számítógépről, okostelefonról. Azáltal, hogy a beépített rendszerekkel távolról tudunk kommunikálni, jelentős energia-megtakarításra teszünk szert. Még hazaérkezés előtt lehetséges beállítani a kívánt, kellemes hőmérsékletet, illetve a favorizált megvilágítási képünket.


Odoo szállítás előtt (kép: Szőke Márk)

Ezzel is növeljük a komfortérzetünket és a gazdaságos energia-felhasználásunkat. A távvezérlés révén bármikor meggyőződhetünk arról, hogy az otthonunkban minden rendben van-e. Minden nyílászárót zárva hagytunk, a világítást lekapcsoltuk, vagy van-e feleslegesen bekapacsolt berendezés? Szükség esetén pedig riasztást kapunk e-mailben. Az épületvezérlési rendszerek tervezésénél általánosan elfogadott elv, hogy a felhasználó mindig magasabb prioritást élvez a vezérlésben, mint az automatizált rendszer. Bármikor beavatkozhatunk az automatizálási folyamatokba, még akkor is, ha ez az energiahatékonyság csökkenését eredményezi. Bármikor előfordulhat például, hogy kimerültség, betegség miatt jobban fázik az otthonában, és szeretné magasabb hőmérsékletre állítani a fűtést, ezzel is csökkentve hidegérzetét. A lakóház és az automatizálási rendszer célja minden esetben az emberek igényeinek szolgálata.

Az automatizálási rendszer kiválasztásakor figyelembe vettük, hogy egy olyan szabványt válasszunk, amely nemzetközi, gyártófüggetlen és rendkívül stabil. Számos protokoll megvizsgálása után az Európában is elterjedt, nyitott épületautomatizálási szabványon alapuló EIB/ KNX rendszer lett kiválasztva. A gépészeti rendszer érzékelői egy szabályozó rendszerbe csatlakoznak. Ezen érzékelők jelei alapján történik a HVAC (hűtés-fűtés, légkezelés, víz-csatorna) rendszer szabályozása. Természetesen ezeket az értékeket megjeleníthetjük a lakók számára is, melyek a következők: szoba-, rendszerhőmérsékletek, páratartalom, szobalevegő-minőség, tartály-vízszint. A berendezés a szabályozási döntések mellett képes a rá kötött kimenetek kezelésére is. A gépészeti rendszer érzékelőinek egy része, melyek csak monitorozási célokat szolgálnak, egy másik modulba vannak kötve.


Odoo makett (kép: Szőke Márk)

Ezeket a mért értékeket megjeleníthetjük, tároljuk, és továbbítjuk a szükséges feldolgozó egységeknek. A mért értékek a következők lehetnek: hőmérséklet, nyomás, vízfogyasztás és hőmennyiség. A LED-es fényforrások világításvezérlése DALI elektronikus előtéten keresztül történik, mely KNX busszal folyamatos kommunikációt tart fenn. A világítás kapcsolása és fényerőszabályozása egyénileg, több helyről is biztosított. Lehetőség van hagyományos kapcsolón keresztüli beavatkozásra, de touch panelen, okostelefonon, tableten vagy akár interneten keresztül is beavatkozhatunk, ezzel is növelve a komfortot. Jelenlét- és fénymérő eszközök jelei alapján kapcsolhatja, vagy fénymérő értéke alapján konstans fényerőre szabályozhatja a világítást az automatizálási rendszer. Az árnyékolók szoros kapcsolatban vannak az időjárásállomással. Erős napsütés esetén az árnyékolók lehúzódnak, ezzel is megóvva a helységet a túlzott felmelegedéstől. Jelentős szélfúvás, eső vagy fagy esetén pedig az árnyékolók biztonsági pozícióba kerülnek.

Éves energiamérleg-szimuláció Madridra

Ugyanúgy, mint a világításnál, az árnyékolóknál is rendeltünk jeleneteket, beállított pozíciókat, és ezt kombináltuk a már említett világítási képekkel. A hűtés-fűtésrendszer hő-, illetve hűtés igényeit két fő forrás szolgáltatja, az egyik a levegő-levegő típusú hőszivattyú. Ez a berendezés látja el a HMV-tartályt és hűtő-fűtőkör további részét. Rendelkezik saját autonóm vezérléssel, ami pótolja a HMV-tartályból kifogyó meleg vizet, és a külső hőmérséklet függvényében megfelelő hőmérsékletű vizet állít elő a hűtés-fűtéskör előremenő ágában. A hőszivattyú mellett passzív módon is tudunk fűtőközeget előállítani. Jelentős besugárzásra tehetünk szert közvetlenül a nagy üvegfelületű nyílászárók előtt, úgy, hogy a napsugárzás által felmelegített padlóból elvonjuk a hőt.

Ennek a szabályozása a padló és a puffertartály hőmérséklete alapján történik. A hűtés vagy fűtés elosztása motoros keverő- és váltószelepek segítségével történik több szenzor (hőmérő, páratartalom-mérő) jele alapján. A ház egy légkezelő segítségével oldja meg a levegő cseréjét, temperálását, szükség esetén páratartalmának csökkentését. Motoros zsaluk és pillangószelepek segítségével juttatja el a kezelt levegőt a megfelelő helyre. A teljes légtechnikai rendszer kezelését a fent már említett szabályozó végzi, a ház érzékelőinek jeleire támaszkodva. A legfontosabb jellemző a CO2-szint. Ezen kívül fontos paraméter a páratartalom, illetve a hőmérséklet, de utóbbira inkább a hűtés-fűtéskör van hatással.

5. ábra: éves energiamérleg-szimuláció (Madrid)

Az automatizálás felépítésének köszönhetően felhasználhatjuk a KNX érzékelők jeleit is, például a jelenlétérzékelőt, így nem csak igény- hanem igény- és jelenlétfüggő szabályozást tudunk létrehozni. A ház több víztartállyal rendelkezik. Az automatizálási rendszer segítségével lehetőség van az elfogyasztott vízmennyiség mérésére és kijelzésére, az egyes tartályok vízszintjeinek figyelésére. Így a lakó figyelemmel tudja kísérni az elfogyasztott víz mennyiségét. A szabályozó segítségével kapcsolhatjuk a szelepeket és a szivattyúkat, különböző működési állapotokat létrehozva. Lehetséges különböző tartályok vizét átcsoportosítani. Az árnyékolástechnika segítségével passzív módon csökkentjük a ház energiaigényét, ezáltal költség-megtakarítást érünk el. Az időjárás-állomás és az árnyékolás szoros szabályozási kapcsolatot képviselnek. Időjárási adatok alapján az árnyékolók előre meghatározott állapotot vesznek fel, ennek köszönhetően csökkenthetjük a ház hőterhelését, így kevesebb energiát kell hűtésre fordítani.


Odoo szállítás kamionnal (kép: Szőke Márk)

Fűtési igény esetén a felhúzódó árnyékolók beengedik a napfényt, ennek köszönhetően ugyanúgy passzív eljárással tudjuk csökkenteni a gépészeti rendszer energiaigényét. Automatikus módban az időjárásfüggő mozgatás a külső időjárásállomás táviratai és a lakás belső értékei alapján szabályoz. Azonban manuálisan bármikor felülbírálható az aktuális állapot. Az árnyékolástechnika kapcsolatban áll a világítástechnikával is, együttműködésük által a leggazdaságosabb módon hozzák létre a kívánt megvilágítási szintet. Az épületünket nagy üveghomlokzat jellemzi, emiatt a napos téli napok jelentősen tehermentesítik a fűtési igényeket, viszont ez nyáron komoly rendszerszabályozást igényel.

A csapatunk által készített szimulációk alapján és a környezeti körülményeket folyamatosan figyelemmel kísérő épületautomatizálás által mindig a leghatékonyabb feltételeken működtetjük a szükséges gépészeti eszközöket. Ha tartósabb ideig nem érzékel a rendszerünk mozgást a jelenlétérzékelők által, akkor egy csökkentett üzemállapotra áll be gépészetünk, ezáltal redukálva a felesleges energiafelhasználást, mindezek mellett a szabályozás nem engedi az épületet felmelegedni vagy lehűlni egy bizonyos érték alá vagy fölé. A háttérben futó időprogramok vezérelik a hűtés- és fűtésköröket a lakó napi rutinjának megfelelően.

A rendszeres tevékenységekhez rendelünk hőmérséklet-beállításokat, mint például reggeli ébredéskor vagy munkából haza- érkezéskor milyen hőmérséklet fogadjon. Időprogramok segítségével a hatékonyság és hatásosság továbbfokozását tudjuk megvalósítani, mivel nincsen feleslegesen fűtött vagy hűtött rész az épületben. A tervezés során két üzemmódot is integráltunk az automatizálásunkba. Az egyik a készenléti üzemmód, mikor minimális üzemi körülmények között tartjuk a szabályozandó elemeket. A másik a verseny üzemmód. Az Odoo házba beépített világításvezérlés a felhasznált energia mennyiségének csökkentését célozza meg, a felhasználó által megkívánt állandó komfort mellett.

A lakás más-más pontjain különböző erősségű megvilágításra van szükségünk az eltérő tevékenységeinkhez. Például csökkentett fényerősségű hangulatvilágítás szükséges filmnézéshez vagy egy kellemes vacsorához, ezzel ellentétben intenzív megvilágítás kell az íróasztal vagy a konyhapult körül.

Az energiafogyasztás csökkenésével meghosszabbítjuk a fényforrá- sok élettartalmát és az üzemelésre fordítandó költségeket is. Az energiahatékonyság növelésének céljából a világításszabályozásba bevont tényezők a következők: emberi jelenlét, napi megvilágítási szint, árnyékolás és fényerősség. Az állandó fényerőre történő szabályozást a jelenlét- és a konstans fényérzékelők jelei se- gítik, hogy csak akkor álljon rendelkezésre a megvilágítási fényerősség, amikor szükséges. Így csökkentjük a világítótestek felesleges üzemeltetését. A lakás más-más pontjain különböző erősségű megvilágításra van szükségünk az eltérő tevékenységeinkhez.

A megvilágítási képek a megnövelt komforton kívül energiát is takarítanak meg.

Például csökkentett fényerősségű hangulatvilágítás szükséges filmnézéshez vagy egy kellemes vacsorához, ezzel ellentétben intenzív megvilágítás kell az íróasztal vagy a konyhapult körül. A megvilágítási képek a megnövelt komforton kívül energiát is takarítanak meg, hiszen bizonyos világítási körök nem világítanak, vagy csak csökkentett fényerősséggel üzemelnek. Tartósabb távollét esetén a jelenlétérzékelés hiányában automatikusan lekapcsolódnak a világítótestek. Az Odooproject építési munkálatait Magyar-országon a MÁV egyik régi, üzemen kívüli mozdonyjavító telephelyén végzik a közreműködő hallgatók.

Solar Decathlon


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem