Επιστημονικό τριήμερο: Κτίριο και Ενέργεια Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΝΥΧΤΕΡΙΝΗΣ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗΣ ΣΕ ΔΙΑΦΑΝΗ ΔΟΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ

Transcript

1 Επιστημονικό τριήμερο: Κτίριο και Ενέργεια Λάρισα, Οκτωβρίου 2011 Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΝΥΧΤΕΡΙΝΗΣ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗΣ ΣΕ ΔΙΑΦΑΝΗ ΔΟΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Δρ. Άγγελος Δ. Τζαχάνης Kαθηγητής ΤΕΙ Λάρισας TEI Λάρισας Τμήμα Μηχανολογίας 1

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σύμφωνα με τον ΚΕΝΑΚ και τις ΤΟΤΕΕ [4,5,6], τα θερμικά φορτία στα ανοίγματα του κτιριακού κελύφους υπολογίζονται ως άθροισμα φορτίων μετάδοσης (Q T ) και ηλιακής ακτινοβολίας (Q SOL ). Για τα φορτία μετάδοσης (αγωγιμότητας και συναγωγής), η μέθοδος υπολογισμού χρησιμοποιεί ως βάση κατά την περίοδο θέρμανσης την μέση μηνιαία θερμοκρασία 24ώρου κάθε περιοχής και τη χρονική διάρκεια του μήνα. Για τον προσδιορισμό του ηλιακού θερμικού κέρδους χρησιμοποιούνται μέσες μηνιαίες τιμές ηλιακής ενέργειας [kwh/m²mo] για επιφάνειες με διαφορετικές κλίσεις και προσανατολισμούς. Οι τιμές αυτές προέρχονται από εφαρμογή μοντέλου της δεκαετίας του 60, ενώ δεν συμφωνούν με άλλα μοντέλα και με τιμές που προέρχονται από τις Ευρωπαϊκές βάσεις δεδομένων ESRA και METEONORM. 2

3 ΗΛΙΑΚΑ ΦΟΡΤΙΑ Q SOL n i1 A g ; i. Fhor ; i. Fov ; i. F fin ; i. g w; i. I SOL ; i [ Wh / mo ] A g = επιφάνεια του υαλοστασίου F hor = συντελεστής σκίασης ορίζοντα (Πίν.3.18) F ov = συντελεστής σκίασης από οριζόντιους προβόλους (Πίν.3.19) F fin = συντελεστής σκίασης από πλευρικές προεξοχές (Πίν.3.20) g w = συντελεστής ηλιακού θερμικού κέρδους κουφώματος (Τυπικές τιμές Πιν.3.17). Ι SOL =μέση μηνιαία ηλιακή ακτινοβολία (W/m²mo), [6] g w gl g. 1 F f g gl =f(g)= μέση τιμή συντελεστή ηλιακού κέρδους του υαλοπίνακα (Πιν.3.16) F f = το ποσοστό πλαισίου στο κούφωμα g = συντελεστής ηλιακού κέρδους σε κάθετη πρόσπτωση (Κτίριο αναφοράς, g=0,76). Όταν ο (g) δεν πιστοποιείται τότε ο (g gl ) λαμβάνεται από τον Πίν.3.16 με τιμή (0,9.g). 3

4 Φασματοφωτομετρικά χαρακτηριστικά Διαπερατότητα μονού και διπλού υαλοπίνακα σε συνάρτηση με τη γωνία πρόσπτωσης. Διαπερατότητα τ 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Γωνία πρόσπτωσης ( ) Singl.Gl. Doubl.Gl. 4

5 Επίδραση της θέσης της ανακλαστικής επίστρωσης στις ιδιότητες του θερμομονωτικού υαλοπίνακα. 5

6 ΦΟΡΤΙΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ Τα θερμικά φορτία μετάδοσης στα ανοίγματα του κτιριακού κελύφους (Q T ), σύμφωνα με τις ΤΟΤΕΕ [4,5], είναι: Q T U W. t [ ].. W i e U W = συντελεστής θερμοπερατότητας του κουφώματος A= επιφάνεια του ανοίγματος θ i = εσωτερική θερμοκρασία σχεδιασμού θ e = μέση εξωτερική θερμοκρασία t = η χρονική διάρκεια του μήνα σε ώρες U W A f. U f A A f g. U A g g l g. g U f = συντελεστής θερμοπερατότητας πλαισίου του κουφώματος U g = συντελεστής θερμοπερατότητας υαλοπίνακα A f = επιφάνεια του πλαισίου A g = επιφάνεια του υαλοπίνακα l g = μήκος θερμογέφυρας (περίμετρος υαλοπίνακα) Ψg= συντελεστής γραμμικής θερμοπερατότητας υαλοπίνακα 6

7 Τέλος, ο συντελεστής θερμοπερατότητας του υαλοπίνακα (U g) υπολογίζεται από τοσύνολοτωνθερμικώναντιστάσεων: U g R i n j 1 d j j 1 n 1 j 1 R R a ΗτιμήτουUg μπορεί να μειωθεί σημαντικά όταν η κτιριακή κατασκευή διαθέτει νυχτερινή θερμομόνωση με χρήση θερμομονωτικού στορ, το οποίο κατεβαίνει με τη δύση του ήλιου και ανεβαίνει με την ανατολή. Ουσιαστικά, στη διάρκεια της νύχτας όπου το Δt αυξάνεται, προσθέτουμε θερμικές αντιστάσεις (θερμομονωτικό ρολό και διάκενο), μειώνοντας έτσι σημαντικάτηναπώλειανύχτας. Ο ΚΕΝΑΚ και οι ΤΟΤΕΕ δεν έχουν προβλέψει την περίπτωση της νυχτερινής μεταβολής του U. 7

8 Τι προβλέπουν τα ευρωπαϊκά πρότυπα 1.CEN/TC 89 pren wi 14: 2004 [10]. Effect of nocturnal insulation For a seasonal or monthly method, the effect shall be taken into account by the dimensionless fraction (f s ), of accumulated temperature difference, derived from the hourly pattern. U U. f U.(1 W, corr W S S W S f ) U W,corr = η μειωμένη θερμοπερατότητα κουφώματος. U W+S = η θερμοπερατότητα κουφώματος με κατεβασμένο θερμομονωτικό στορ. U W = η θερμοπερατότητα κουφώματος χωρίς στορ. f S = συντελεστής χρόνου με κατεβασμένο στορ. Η πρόβλεψη αυτή είναι απόλυτα συμβατή με τη μέθοδο μηνιαίου βήματος. 8

9 2. Μέθοδος 5000 [12].: Κάνει διάκριση μεταξύ ημερήσιων και νυχτερινών τιμών U d και U n, δηλαδή μεταξύ ημερήσιων και νυχτερινών απωλειών. Π.χ.: U d = 3,3 /Wm²K, U n = 0,7 /Wm²K, δηλ. μείωση 78%. Θερμικές απώλειες ανά 24ωρο (Η=διάρκεια ημέρας [h]) : q day U. H 24 H. U [ Wh / m 2 Kday] d n Μηνιαίο θερμαντικό φορτίο (DD mo = Βαθμοημέρες θέρμανσης [Kdays]): q mo q day. DD mo [ Wh / m 2 mo] 9

10 ΝΥΧΤΕΡΙΝΗ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗ ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝ ΑΝΟΙΓΜΑΤΩΝ ΣΕ ΩΡΙΑΙΟ ΒΗΜΑ ΧΡΟΝΟΥ. Θερμικές αντιστάσεις ημέρας: g RDay Ri 2. R R, U D 3,2 W / m² K g Θερμικές αντιστάσεις νύχτας: g Al Poly RNight Ri 2. R R 2. RAirspace, U N 0,6 W / m² K g Al Poly 10

11 ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΟΥ ΔΙΠΛΟΥ ΥΑΛΟΠΙΝΑΚΑ [11] (Απεικόνιση θερμικών ροών μετάδοσης και ακτινοβολίας) I o t a t r d g d a d g ε g ΔI gl I o ρ 1 I o τ o I o α o f o I o τ ο τ i I o τ ο ρ 3 I o τ ο α 1 I o τ ο ρ 3 ρ 2 q i q o I o τ ο ρ 3 α 2 f i λ s f s f s I i α i ε g ΔI go I i λ g λ g I i ρ 4 q R αo.i o 1 1, C U. α 1.Io U.( ta tr ) [ W / m²] f o fs f o 11

12 ΒΟΡΕΙΝΟΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΘΕΡΜΟΡΟΕΣ ΣΕ ΔΙΠΛΟ ΒΟΡΕΙΝΟ Υ/Π ΜΕ ΚΑΙ ΧΩΡΙΣ Θ/Μ ΣΤΟΡ. ΛΑΡΙΣΑ, ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ ΧΡΟΝΟΣ (Η) ΘΕΡΜΟΡΟΗ QTot (W/m²) QTotSTOR QTotDAY Ενεργειακό όφελος 24ώρου: ~ 3700 Wh/m² 12

13 ΝΟΤΙΟΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΘΕΡΜΙΚΗ ΡΟΗ 24ωρου ΣΕ ΝΟΤΙΟ ΔΙΠΛΟ Υ/Π ΜΕ ΚΑΙ ΧΩΡΙΣ Θ/Μ ΣΤΟΡ. ΛΑΡΙΣΑ, ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ ΘΕΡΜΙΚΗ ΡΟΗ QTot (W/m²K) 200 QTotStor QTotDay ΧΡΟΝΟΣ (Η) Ενεργειακό όφελος 24ώρου: ~ 760 Wh/m² 13

14 ΘΕΡΜΙΚΗ ΡΟΗ ΣΕ ΝΟΤΙΟ ΔΙΠΛΟ Υ/Π ΚΑΙΣΕΜΟΝΟΜΕ Θ/Μ ΣΤΟΡ ΘΕΡΜΙΚΗ ΡΟΗ (W/m²) ΧΡΟΝΟΣ (h) Μονός Υ/Π με Θ/Μ ρολό Διπλός Υ/Π 14

15 Η ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΤΙ ΠΡΟΒΛΕΠΕΙ ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΗΣ ΤΟΤΕΕ ΣΕ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΑΛΛΑ ΜΟΝΤΕΛΑ 15

16 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ ΚΕΝΑΚ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3, Κλιματικά Δεδομένα Οι τιμές των πινάκων βασίζονται σε μακροχρόνιες μετρήσεις της ΕΜΥ όπως έχουν δημοσιευτεί στις εργασίες: α) Πελεκάνος, Α., και Παπαχριστόπουλος, Κ., Σύνταξη πινάκων μετεωρολογικών στοιχείων για ηλιακές εφαρμογές, τωνκυριότερωνπόλεωντηςελλάδας. Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδας, β) Δ.Π. Λάλας, Δ.Κ. Πισιμάνης, Β.Α. Νοταρίδου, Μέθοδοι υπολογισμού εντάσεως ηλιακής ακτινοβολίας σε αυθαίρετης κλίσεως επίπεδο και πίνακες για 30ο, 45ο και60ο στον Ελληνικό χώρο. Τεχνικά Χρονικά Β, 1982, Τόμος 2, Τεύχος 3-4. Μέση μηνιαία ηλιακή ακτινοβολία στο οριζόντιο επίπεδο [kwh/m².mo] Περιοχή Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαι Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ Σύνολο Αθήνα Άραξος Ηράκλειο Θεσσαλονίκη Ιωάννινα Κόρινθος Λαμία Λάρισα Πάτρα

17 Τ.Ο.Τ.Ε.Ε /2010, ΚΛΙΜΑΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΕΛΛΗΝΙΚΩΝ ΠΕΡΙΟΧΩΝ ΗμέσηολικήμηνιαίαΗT ηλιακή ακτινοβολία (kwh/(m².mo)) σε κεκλιμένο επίπεδο με νότιο υπολογισμό, υπολογίζεται βάση του ισοτροπικού μοντέλου των Liu, Jordan[15,16] & Klein[15,17] Α. Πελεκάνος, και Κ. Παπαχριστόπουλος, Σύνταξη πινάκων μετεωρολογικών στοιχείων για ηλιακές εφαρμογές, τωνκυριότερωνπόλεωντηςελλάδας. Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδας, Δ.Π. Λάλας, Δ.Κ. Πισιμάνης, Β.Α. Νοταρίδου, Μέθοδοι υπολογισμού εντάσεως ηλιακής ακτινοβολίας σε αυθαίρετης κλίσεως επίπεδο και πίνακες για 30ο, 45οκαι60ο στον Ελληνικό χώρο. Τεχνικά Χρονικά Β, Τόμος 2, Τεύχος 3-4, Liu, B. Y. H. and R.C. Jordan. Daily Insolation on Surfaces Titled Toward and Equator. ASHRAE Journal, 3 (10), 53 (1962). 17. Klein, S. A. Calculation of Monthly Average Insolation on Titled Surfaces. Solar Energy, 19, 325 (1977) vs

18 Γραφική επιλογή πόλεων και σταθμών. 18

19 METEONORM. Κύρια οθόνη αποτελεσμάτων με μέσες μηνιαίες τιμές ηλιακής ενέργειας ολικής(h_gh) και διάχυτης (H_Dh) - για τη Λάρισα, στο οριζόντιο επίπεδο. Αντίστοιχες τιμές ΤΟΤΕΕ: H_Gh=1554 και H_Dh=631,3 kwh/m² 19

20 Μηνιαία ηλιακή ενέργεια σε οριζόντιο και κατακόρυφο επίπεδο (Αζιμούθιο:0 =Νότος) Αντίστοιχη τιμή ΤΟΤΕΕ H_Gk=1113 kwh/m² 20

21 Μέση ηλιακή ενέργεια (kwh/mo m 2 ) στη Λάρισα σε συνάρτηση της κλίσης του επιπέδου (Δεκαετία ). Μελέτη Ο.Ε. ΤΕΕ/ΚΔΘ με εφαρμογή του μοντέλου της ASHRAE. Κλίση ως προς την κατακόρυφο ( º ) ΜΗΝΕΣ 0º 30º 45º 60º 90º Ι 50,5 55,3 52,5 46,5 26,4 Φ 51, ,2 55,7 37 Μ 63,6 86, ,8 71,6 Α ,4 110, Μ 70,7 117, ,6 125,4 Ι ,6 161,8 148,6 Ι 96,3 159,1 176,9 185,8 169,2 Α 106,5 158, ,4 153,3 Σ ,3 138,8 137,2 110,3 Ο 76,4 90,7 89,6 83,2 55,9 Ν 74,1 81,4 77,3 68,6 39,2 Δ 61,7 65,8 61,9 53,7 28,6 ΣΥΝ. ΕΤΟΥΣ 893,3 1242,9 1316,2 1309,3 1062,5 Αντίστοιχα: METEONORM: ΤΟΤΕΕ:

22 Χάρτης επιλογών γεωγραφικών συντεταγμένων 22

23 Εδώ τα μεγέθη δίνονται ως μέσες μηνιαίες τιμές ημέρας (Monthly means of daily values). Αντιστοιχεί σε ετήσια μέση τιμή: 1420 kwh/m² έτος 23

24 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Φ.Ε.Κ. 880/Β, 19/8/1998, ΚΥΑ «Περιορισμός των εκπομπών CO 2 με τον καθορισμό μέτρων και όρων για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων». 2. Φ.Ε.Κ. 89, Ν.3661/ «Μέτρα για την μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης των κτιρίων και άλλες διατάξεις». 3. Φ.Ε.Κ. Β 407/ , απόφαση Δ6/Β/οικ.5825, «Έγκριση Κανονισμού Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων». 4. ΤΟΤΕΕ /2010, «Αναλυτικές Εθνικές Προδιαγραφές Παραμέτρων για τον Υπολογισμό της Ενεργειακής Αποδοτικότητας Κτηρίων και την Έκδοση του Πιστοποιητικού Ενεργειακής Απόδοσης», Α Έκδοση. 5. ΤΟΤΕΕ /2010, «Θερμοφυσικές Ιδιότητες Δομικών Υλικών και Έλεγχος της Θερμομονωτικής Επάρκειας των Κτηρίων», Α Έκδοση. 6. ΤΟΤΕΕ /2010, «Κλιματικά Δεδομένα Ελληνικών Περιοχών», Α Έκδοση. 7. ISO 13789:2007: Thermal performance of buildings - Transmission and ventilation heat transfer coefficients - Calculation method 8. Tzachanis A. Sdravopoulou K., Simulation of the periodic steady heat gain in buildings, Proceedings of the second IASTED, International Conference Power and Energy System (Euro PES), Tzachanis A., Boian I., A numerical model for estimating specific energy requirements of multi-layer building elements, Proceedings of the International Conference on Sustainable Energy, Transilvania University of Brasov, 7-9 July 2005, Brasov, Romania. 10. CEN/TC 89, pren wi 14 /2004, Energy performance of buildings Calculation of energy use for space heating and cooling. 11.ASHRAE, Handbook of Fundamentals. American Society of Heating, Refrigerating and Air- Conditioning Engineers, N.Y ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΗΝ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ, το Ευρωπαϊκό Εγχειρίδιο για τα Παθητικά Ηλιακά Κτίρια, εκδόσεις Μαλλιάρης Παιδεία για την Ευρωπαϊκή Επιτροπή. 24