ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ & ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΩΝ & ΚΤΙΡΙΩΝ Μάθημα 2ο

Απλοποιημένα Υπολογιστικά Εργαλεία Ενεργειακής Επιθεώρησης Μέθοδος Βαθμοημερών Εκτίμηση του συντελεστή (Building Loss Coefficient) BLC Επιλεγμένες Επεμβάσεις στο Κτιριακό Κέλυφος Μόνωση Ελλιπώς Μονωμένων Στοιχείων Βελτιώσεις στα Παράθυρα Ελάττωση της Διήθησης του Αέρα Ενεργειακά Αποδοτικός Φωτισμός Αναβάθμιση Κεντρικού Συστήματος Θέρμανσης 2

Μέθοδος Βαθμοημερών Η µέθοδος των βαθµοηµερών δίνει µια προσέγγιση των θερµικών και ψυκτικών φορτίων ενός κτιρίου, που οφείλονται στις απώλειες µεταφοράς θερµότητας µέσω του κελύφους, καθώς και σε οποιοδήποτε ηλιακό και εσωτερικό θερµικό κέρδος. Η καθαρή απώλεια (ή κέρδος) θερµότητας σε οποιαδήποτε στιγµή καθορίζεται από το θερµικό ισοζύγιο (πρώτος θερµοδυναµικός νόµος) του κτιρίου. 3

Μέθοδος Βαθμοημερών ΒLC = ΣUA + 0.33nV Για τον υπολογισµό του θερµικού φορτίου, το στιγµιαίο θερµικό ισοζύγιο δίνει όπου Ti και To είναι η θερµοκρασία του χώρου και του περιβάλλοντος αντίστοιχα, και qg τα καθαρά θερµικά κέρδη λόγω της ηλιακής ακτινοβολίας qsol, των εσωτερικών κερδών (άνθρωποι, φώτα και εξοπλισµός) qint και, σε µερικές περιπτώσεις, λόγω των απωλειών του εδάφους qgrd, εάν αυτές είναι σηµαντικές Τέλος, BLC είναι ο συντελεστής φορτίου του κτιρίου, τροποποιηµένος ώστε να περιλαµβάνει την επίδραση των απωλειών λόγω µεταφοράς και διήθησης. ΒLC = ΣUA + 0.33nV 4

Μέθοδος Βαθμοημερών Λαμβάνοντας υπόψη την θερμοκρασία ισοζυγίου του κτιρίου (ή θερμοκρασία αναφοράς) Τb η προηγούμενη σχέση αναδιατυπώνεται ως εξής: Ολοκληρώνοντας τα στιγµιαία θερµικά φορτία κατά την περίοδο θέρµανσης (µόνο οι θετικές τιµές του qH χρησιµοποιούνται), µπορεί να υπολογιστεί το συνολικό θερµικό φορτίο του κτιρίου. Στην πράξη, η ολοκλήρωση προσεγγίζεται µε την άθροιση των µέσων τιµών για µικρά χρονικά διαστήµατα (µία ώρα ή ηµέρα). Χρησιµοποιώντας τις ηµερήσιες µέσες τιµές, το θερµικό φορτίο υπολογίζεται ως 5

Μέθοδος Βαθμοημερών Η συνολική χρήση ενέργειας EH για την κάλυψη του θερµικού φορτίου του κτιρίου µπορεί να υπολογιστεί θεωρώντας σταθερή την αποδοτικότητα του εξοπλισµού θέρµανσης κατά την περίοδο θέρµανσης (αρκετοί κατασκευαστές παρέχουν για τους λέβητες ή τους φούρνους τους την ετήσια απόδοση χρήσης καυσίµου) ως: DEGREE DAYS.xls 6

Μέθοδος Βαθμοημερών Άσκηση Εφαρμογής 1: Έστω κτίριο με BLC=350W/K και βαθμοημέρες θέρμανσης 1800 Dd/year. Να υπολογιστεί η απαιτούμενη ποσότητα πετρελαίου(σε kg) για την κάλυψη των θερμικών αναγκών του κτιρίου ετησίως. Δίνεται βαθμός απόδοσης του συστήματος κεντρικής θέρμανσης 85%. Άσκηση Εφαρμογής 2: Έστω κτίριο 2 ορόφων με διαστάσεις ορόφου 3x15x15, με το 30% των κατακόρυφων επιφανειών να καλύπτεται από υαλοπίνακες U=5.0W/m2.K. Αντίστοιχα, ο συντελεστής θερμοπερατότητας της τοιχοποιίας ισούται με U=1.7W/m2.Κ και της οροφής με U=1.3W/m2.K, ενώ οι εναλλαγές αέρα δίνονται 0.5ach. Να υπολογιστεί ο BLC του κτιρίου. 7

Μόνωση Ελλιπώς Μονωμένων Στοιχείων Όταν ένα στοιχείο του κτιριακού κελύφους δεν είναι µονωµένο ή δεν επαρκεί η µόνωσή του, µπορεί να είναι οικονοµικά αποδοτική η προσθήκη µόνωσης µε στόχο τη µείωση των απωλειών λόγω µετάδοσης. Εάν το κτίριο καταναλώνει ενέργεια τόσο για θέρµανση όσο και για ψύξη, η συνολική εξοικονόµηση λόγω της προσθήκης µόνωσης στο κτιριακό κέλυφος υπολογίζεται αθροίζοντας τα ενεργειακά κέρδη λόγω της µείωσης στη θέρµανση και αυτά λόγω της µείωσης στην ψύξη. Κρίσιμη παράμετρο αποτελεί το U-value. 8

Μόνωση Ελλιπώς Μονωμένων Στοιχείων Προσδιορισμός της θερμικής συμπεριφοράς δομικού στοιχείου Η θερμοδιαφυγή ″Λ″ μέσα από ένα δομικό στοιχείο εκτιμάται ως εξής: όπου: λ=ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του υλικού d=το πάχος του υλικού σε μέτρα Αντίστοιχα, η αντίσταση θερμοδιαφυγής υπολογίζεται ως: Για τον υπολογισμό του συντελεστή θερμοπερατότητας ″U″ λαμβάνονται υπόψη και οι αντιστάσεις της θερμικής μετάβασης ″1/αout″ και ″1/αin″, της εξωτερικής και της εσωτερικής επιφάνειας του δομικού στοιχείου αντίστοιχα, ήτοι: αout=Αντίσταση θερμικής μετάβασης (συναγωγής) της εξωτερικής επιφάνειας αin=Αντίσταση θερμικής μετάβασης (συναγωγής) της εσωτερικής επιφάνειας 9

Μόνωση Ελλιπώς Μονωμένων Στοιχείων Brick Plaster Brick Plaster Insulation Άσκηση Εφαρμογής 3: Έστω τοιχοποιία με αout=18W/m2.K, αin=7W/m2.K, λbrick=0.9W/m.K και dbrick=19cm, λplaster=1.2W/m.K και dplaster=2.5cm και 2.5cm αντίστοιχα. Υπολογίστε την ετήσια κατανάλωση ενέργειας πριν και μετά για επιφάνεια 180m2 και όγκο 600m3, με 40% υαλοπίνακες (Uwindows=5.8W/m2.K) και 60% τοιχοποιία όταν Dd=1813 και n=1ach, σε συνδυασμό με προσθήκη μόνωσης λins=0.038W/m.K και νέο στρώμα γύψου 2cm 10

Μόνωση Ελλιπώς Μονωμένων Στοιχείων Brick Plaster Brick Plaster Insulation 11

Μόνωση Ελλιπώς Μονωμένων Στοιχείων 12

Βελτιώσεις στα Παράθυρα Οι βελτιώσεις στα παράθυρα, όπως είναι η τοποθέτηση υαλοπινάκων υψηλής απόδοσης, ταινιών και επιστρώσεων στα παράθυρα, µπορεί να επιφέρουν εξοικονόµηση ενέργειας στα θερµικά και ψυκτικά φορτία του κτιρίου. Οι βελτιώσεις αυτές µπορούν να επηρεάσουν τόσο τη µεταφορά θερµότητας όσο και τα ηλιακά κέρδη Qsol;t = direct solar heat gain through transparent construction parts of the thermal envelope [MJ/month] Aj area of transparent construction j [m2] FF;j frame factor of transparent construction j [-] Fs;j shading correction factor of transparent construction j FM;j correction factor for movable shading devices of transparent construction j (monthly value) gj effective total solar energy transmittance of transparent construction j Isol;j monthly solar radiation on transparent construction j, having a certain orientation and tilt angle [MJ/m2/month] 13

Βελτιώσεις στα Παράθυρα Κουρτίνες Βενετικά στόρια Τέντες Περσιδωτά ρολά Συντελεστής Σκίασης 0.95 λευκές 0.45 0.6 0.3 ημίκλειστα 0.6 έγχρωμες 14

Βελτιώσεις στα Παράθυρα 15

Ελάττωση της Διήθησης του Αέρα Σε αρκετά κτίρια, τα θερµικά φορτία λόγω της διείσδυσης του αέρα µπορεί να είναι σηµαντικά. Υπολογίζεται ότι σε καλά µονωµένα κτίρια κατοικιών, η διείσδυση µπορεί να συνεισφέρει έως και 40% στο συνολικό φορτίο του κτιρίου. Ειδικότερα, βρέθηκε ότι οι χαραµάδες των τοίχων (πλαίσια παραθύρων, έξοδοι καλωδιώσεων, υδραυλικές οπές) αποτελούν τις κύριες πηγές διαφυγής του αέρα, τόσο στα εµπορικά κτίρια όσο και στις κατοικίες. Άλλες διέξοδοι διαφυγής του αέρα που εντοπίζονται σε µεγάλα κτίρια είναι δια µέσω των εσωτερικών χωρισµάτων (π.χ. ανελκυστήρες και φωταγωγοί) και των εξωτερικών θυρών (ειδικά στα εµπορικά καταστήµατα). http://www.youtube.com/watch?v=iKzY5yAR7Fo 16

Ελάττωση της Διήθησης του Αέρα Για να βελτιωθεί η στεγανότητα ως προς τον αέρα του κτιριακού κελύφους υπάρχουν αρκετές µέθοδοι και τεχνικές, που περιλαµβάνουν: 1.Τη στεγανοποίηση: Διάφοροι τύπων στεγανοποιητικών υλικών (πολυουρεθάνη, λατέξ, πολυβινύλιο, κ.λπ.) µπορούν να χρησιµοποιηθούν για τη σφράγιση διαφόρων χαραµάδων, π.χ. γύρω από τα πλαίσια των παραθύρων και των θυρών, και κάθε διάβασης µέσω των τοίχων, όπως είναι οι οπές των σωληνώσεων του νερού. 2.Τη σφράγιση των χαραµάδων: Με την εφαρµογή συγκολλητικού ελαστικού αφρού µπορούν να σφραγιστούν τα παράθυρα και οι πόρτες. 3.Τη διαµόρφωση του τοπίου: Φύτευση θάµνων και/ή δένδρων γύρω από το κτίριο για την ελάττωση των επιδράσεων του ανέµου και της διείσδυσης του αέρα. 4.Τους ανεµοθραύστες: Αυτοί αποτελούνται από ένα ή περισσότερα αδιαπέρατα από τον αέρα στοιχεία που εγκαθίστανται στο εξωτερικό του κτιρίου. 17

Ενεργειακά Αποδοτικός Φωτισμός Ο φωτισµός συµµετέχει κατά ένα µεγάλο ποσοστό στη χρήση της ενέργειας στα εµπορικά κτίρια. Για παράδειγµα, 30% έως 50% της ηλεκτρικής ενέργειας στα γραφεία χρησιµοποιείται για φωτισµό. Επιπλέον, η θερµότητα που παράγεται από τον φωτισµό συµβάλλει στα θερµικά φορτία που πρέπει να αποµακρυνθούν από το ψυκτικό σύστηµα. Συνήθως, οι ενεργειακές µετατροπές των συσκευών φωτισµού είναι πολύ οικονοµικά αποδοτικές, µε περιόδους αποπληρωµής στις περισσότερες εφαρµογές µικρότερες από 2 έτη. Για την πληρέστερη κατανόηση των µέτρων που πρέπει να ληφθούν για τη βελτίωση της ενεργειακής αποδοτικότητας των συστηµάτων φωτισµού, µια απλή εκτίµηση της συνολικής χρήσης της ηλεκτρικής ενέργειας για φωτισµό ″Elight″ παρέχεται από την εξίσωση. 18

Ενεργειακά Αποδοτικός Φωτισμός Σημειώνεται πως η απόδοση του εκάστοτε φωτιστικού καθορίζεται από την ανηγμένη ένταση φωτεινότητας που δύναται να παρέχει. Η ανηγμένη ένταση φωτεινότητας μετριέται σε Lumen/Watt, όπου 1 Lumen=1 Lux.m2. Γνωρίζοντας επίσης πως οι απαιτήσεις ενός χώρου k σε φωτεινότητα ″Φk″ εκφράζονται σε Lux (Lumen/m2) είναι δυνατός ο υπολογισμός της απαιτούμενης φωτιστικής ισχύος ″Pk″, εφόσον είναι γνωστή η ανηγμένη φωτεινότητα του φωτιστικού ″Lj″. http://en.wikipedia.org/wiki/Luminous_efficacy 15Watt φθορισμού~75Watt πυρακτώσεως 19

Ενεργειακά Αποδοτικός Φωτισμός Συνιστώμενα επίπεδα φωτισμού (Lux) για διάφορες εφαρμογές ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΓΑΛΛΙΑ ΓΕΡΜΑΝΙΑ ΙΑΠΩΝΙΑ ΗΠΑ/ΚΑΝΑΔΑΣ Γραφεία Γενικά 425 500 300-750 200-500 Ανάγνωση Σχέδιο 850 750 750-1500 1000-2000 Αίθουσες Διδασκαλίας 325 300-500 200-750 Πίνακας 300-1500 500-1000 Καταστήματα 100-1000 300 150-750 Περιοχές Εργασίας 750-1000 Νοσοκομεία Κοινόχρηστοι Χώροι 100 100-300 - Δωμάτια Ασθενών 50-100 1000 150-300 100-200 Βιομηχανίες Κεντημάτων Ηλεκτρονικών 625-1750 100-1500 1500-3000 20

Ενεργειακά Αποδοτικός Φωτισμός Υπάρχουν τρεις επιλογές για τη µείωση της ενεργειακής χρήσης για φωτισµό 1.Μείωση της ισχύος των φωτιστικών, που περιλαµβάνει και τις φωτιστικές πηγές (λαµπτήρες) και τις διατάξεις µετασχηµατισµού της τάσης (ballasts), δηλαδή µείωση του όρου ″Pj″. 2.Μείωση του χρόνου χρήσης των συστηµάτων φωτισµού µέσω συστηµάτων ελέγχου του φωτισµού, δηλαδή µείωση του όρου ″Nh,j″. Έχουν αναπτυχθεί αυτόµατα συστήµατα ελέγχου για τη µείωση της χρήσης των συστηµάτων φωτισµού ώστε ο φωτισµός να παρέχεται µόνο όταν απαιτείται. Σε αυτά περιλαµβάνονται τα συστήµατα ανίχνευσης παρουσίας και τα συστήµατα µείωσης του φωτισµού µέσω της χρήσης του φυσικού φωτός. 3.Μείωση του αριθµού των φωτιστικών, συνεπώς µείωση του όρου ″nj″. Αυτός ο στόχος µπορεί να επιτευχθεί µόνο στις περιπτώσεις όπου είναι δυνατή η αφαίρεση φωτιστικών, λόγω υπερφωτισµού 21

Αναβάθμιση του Κεντρικού Συστήματος Θέρμανσης Υπάρχουν αρκετά µέτρα µε τα οποία µπορεί να βελτιωθεί η απόδοση του λέβητα µιας υφιστάµενης εγκατάστασης. Ανάµεσα σε αυτά τα µέτρα περιλαµβάνονται : •Η ρύθµιση του υφιστάµενου λέβητα (κυρίως ρύθμιση περίσσειας αέρα) •Η αντικατάσταση του υφιστάµενου λέβητα µε άλλον λέβητα υψηλής απόδοσης •Η χρήση λεβήτων µε υποµονάδες Υπολογισµός της εξοικονόµησης στην κατανάλωση καυσίµων (ΔMf) λόγω της αλλαγής στην απόδοση του λέβητα... 22

Αναβάθμιση του Κεντρικού Συστήματος Θέρμανσης Παράδειγμα: Η ανάλυση των καυσαερίων ενός λέβητα πετρελαίου έδειξε ότι η περιεκτικότητα σε CO2 είναι 11%, µε θερµοκρασία καυσαερίων 350oC. Να καθοριστεί η ολική θερµική απόδοση του λέβητα. 23