Hogyan tároljuk a napenergiát a téli időszakra?
72 2013. 09. I Magyar Asztalos és Faipar
épületenergetika
Míg korábban jellemzően a fosszilis energiaforrások
(pl. kőszén, kőolaj, földgáz)
jelentették a primer energia előállítás
alapját, napjainkban egyre erősebb a
nyomás a megújuló energiaformákra (pl.
dendromassza, nap, szél, geotermikus)
támaszkodó megoldások fejlesztése, alkalmazása
tekintetében, ezzel is csökkentve
a szén-dioxid lábnyomot és támogatva a
fenntarthatóságot.
Lakossági oldalról közelítve meg a kérdést,
az épületek energiahatékonyságának
növelése elsődleges fontosságú, mivel ez
hosszú távon üzemeltetési szempontból, de
összesítve is költségkímélőbb megoldást
jelent, nem beszélve a természeti környezetre
gyakorolt pozitív hatásokról. Ennek
elősegítését célozzák a jelenleg hatályos
hazai épületenergetikai szabványok és
az európai uniós direktívák. Az utóbbiak
közé tartozó 31/2010/EU EPBD irányelv
átdolgozása (EPBD recast) szerint, 2020.
december 31-éig valamennyi új épületnek
közel passzívház energiaigényűnek kell
lennie. E feladat megoldása nem nélkülözheti
a szezonális hőtárolók fokozottabb
felhasználását.
Pozitív példák, új megoldások,
törekvések
A könnyűszerkezetes és a gerendafalas
faházak sem kivételek az EU-direktívák
tekintetében. A helyi adottságokat figyelembe
vevő, gondos tervezéssel, fejlett
technológiai megoldásokkal, a megfelelő
hőszigetelő rendszer alkalmazásával
meglepően alacsonyan tartható azok
fűtési energia felhasználása. Számos
példa közül az egyik legfigyelemre méltóbb
talán Thorsten Chlupp közel nulla
Hogyan tárolhatjuk
a napenergiát a téli időszakra?
Faépület fűtése szezonális hőtárolóval
energiaigényű, könnyűszerkezetes faháza
(„SunRise Home”) Fairbanks-ben (Alaszka,
USA), mely a 64. szélességi körön fekszik.
A téli időszakban szükséges fűtési energiát
alapvetően napkollektorokkal biztosítják,
a hőenergia átmeneti tárolása egy nagyméretű
(5000 gallonos) víztartályból és
az épület alatti, mintegy 180 tonnányi,
szigetelt homokrétegből álló, kombinált
hőtároló rendszerben történik.
A fenti példában említett szezonális
energiatárolóhoz hasonló rendszerekkel
már a múlt század első felében is foglalkoztak,
többek között a Massachusetts
Institute of Technology (MIT), melynek
egyik projektjében a magyar származású
Telkes Mária tervezett egy glaubersóra,
mint energiatároló közegre épülő rendszert.
Az 1948-ban elkészült, kísérleti
jelleggel működő lakóépület („Dover
Sun House”) 100%-ban napenergiára támaszkodott,
azonban a rendszer alacsony
hatásfokúnak bizonyult (a döntően nyáron
összegyűjtött napenergia nagyobb teleken
nem fedezte a fűtésienergia-igényt), így
később hagyományos fűtésre tértek át.
Az elmúlt évtizedekben a szezonális
hőtároló rendszerek közül talán a folyékony
vízre, mint hőtároló közegre épülő
változatok váltak a legsikeresebbé (pl.
hatalmas tartályokban, szoláris tóban,
talajvíz formájában). Általában ezek sem
egy-egy lakóház fűtési igényét elégítik ki,
hanem épületkomplexumokat, utcasorokat
szolgálnak ki. Ennek fő oka, hogy a több
hónapos tárolási időszak során olyan
nagymértékű energiaveszteség lép fel,
mely csak nagy tárolási térfogat (általában
500 000 liter) mellett válik kifizetődővé.
A hagyományos, úgynevezett szenzibilis
(jelentős hőmérséklet-növeléssel járó, a
hőenergiát érzékelhető módon tároló)
rendszerek mellett (víz, talaj, sóder, kő), az
utóbbi néhány évtizedben intenzív kuta-
Magyarországon éves szinten a teljes energiafelhasználás több mint egyharmada az épületek
üzemeltetésére fordítódik. A lakóépületeket tekintve, a felhasznált energia közel 85%-a
a fűtést és a melegvíz-előállítást fedezi. Az energiaárak alakulását követve az utóbbi néhány
évtizedben, elmondható, hogy bár egy adott időszakban a gazdasági, stabilitási, energiapolitikai
és stratégiai szempontoknak köszönhetően kisebb-nagyobb ingadozások figyelhetők
meg, nagyobb léptékben vizsgálva azonban, az árszint folyamatos emelkedést mutat.
Magyar Asztalos és Faipar I 2013. 09. 73
épületenergetika
tások indultak az ún. fázisváltó anyagokat
alkalmazó, látens (halmazállapot-változáson
alapuló, csekély hőingadozással
járó) hőtároló rendszerek terén is, de
alkalmazhatóságuk jelenleg még számos
(üzembiztonsági, tűzvédelmi, egészségvédelmi
stb.) problémát vet fel.
Az NyME Innovációs Központ
új fejlesztése
A Nyugat-magyarországi Egyetem Faipari
Mérnöki Karának Innovációs Központja és
az Ubrankovics Kft., valamint az EKFM Kft.
együttműködésével Ágfalván megépült,
nagypaneles technológiával gyártott,
könnyűszerkezetes faház esetében, 2011
nyarán lehetőség nyílt egy kísérleti jellegű,
szezonális hőtároló beüzemelésére. Az épület
a hőhíd hatás csökkentése érdekében
kettős külső határolószerkezettel bír, a
külső és a belső falrészben a vázszerkezetet
adó lucfenyő bordák egymáshoz képest
eltolva helyezkednek el. A vázközökben
a hőszigetelést döntően a közelmúltban
szabadalmaztatott TÜKÖRPANEL szigetelőrendszerrel
biztosították. E sajátosságoknak
köszönhetően a faház rendkívül
alacsony éves fűtésienergia-igénnyel bír
(passzívház kategóriába sorolható).
A szezonális hőtároló tervezése során,
a szenzibilis és látens hőtárolási módszerek
közül az előbbi tűnt kiforrottabb és
szabályozhatóbb megoldásnak, így ezt
a lehetőséget választottuk. Hőtároló
közegként egy viszonylag olcsó, szilikátos
összetételű, szilárd, tömör anyag szolgált,
ellentétben az általánosan elterjedt vízzel,
mivel így a tároláshoz nem szükséges külön
tartály. A választott anyag hőkapacitása
a víznek csupán ötöde, azonban sűrűsége
kétszer nagyobb, valamint lényegesen
nagyobb üzemi hőmérséklet-különbség
érhető el vele normál légköri nyomáson,
halmazállapot-változás nélkül. Ennek
eredményeképpen, a térfogatra vetített
tárolható energiasűrűség a vízével ös�-
szemérhető.
A kísérleti hőtárolót a könnyűszerkezetes
faház egy külön helyiségében
építettük meg, így a hőtömb méretezésekor
figyelembe kellett venni annak előre
adott belső méreteit. Megfelelő szigetelés
nélkül, a mintegy 200 °C-os tervezett
üzemi hőmérséklet-különbség jelentős
hőáramokat indukált volna, rontva a tömb
hatékonyságát, és számottevően növelve
a belső tér léghőmérsékletét. E probléma
megoldását egy háromrétegű szigetelőrendszer
adta, melynek vastagsága közel
60 cm. A szezonális hőtároló felfűtéséhez
a megújuló energiaforrások közül a nyári
időszakban bőségesen rendelkezésre álló
napenergiát választottuk. A magas üzemi
hőmérséklet eléréséhez napkollektorok
helyett napelemtáblák mellett döntöttünk,
melyek az épület tetején foglalnak helyet.
A fűtési időszakban a faház fűtéséhez
szükséges hőenergiát a hőtároló tetejére
felszerelt hőcserélő készülék vonja ki a
hőtömbből, és közvetlenül a belső tér
levegőjét melegíti.
Az elmúlt időszakban a hőtároló kísérleti
felfűtése és tesztelése megtörtént, és egy
TÁMOP-projekt keretében jelenleg is folyik.
A hőtömbben elhelyezett számos hőmérséklet-
és hőáram-érzékelő nagymértékben
segít a hőtárolóban zajló hőtani folyamatok
megértésében, elemzésében. Az eddigi eredmények
kecsegtetőek, és azt mutatják, hogy
amennyiben egy könnyűszerkezetes faház
eleget tesz a passzívház követelményeinek,
megfelelő szezonális hőtároló rendszer
alkalmazásával, napenergiára támaszkodva
akár egész évre fedezhető az épület
fűtésienergia-szükséglete. A mérésekkel
párhuzamosan számítógépes modellezést is
végzünk, melynek célja a szezonális hőtároló
paramétereinek optimalizálása, valamint a
későbbi, egyedi igényeket szolgáló tervezés
megalapozása.
Ez a tanulmány a Környezettudatos
energiahatékony épület című TÁMOP-
4.2.2.A–11/1/KONV-2012-0068 számú
projekt keretében, az Európai Unió támogatásával,
az Európai Szociális Alap
társfinanszírozásával valósult meg.
Horváth Tibor –
Dr. Pásztory Zoltán
Nyugat-magyarországi Egyetem
Innovációs Központ
