OPTICKÉ RASTRY ZE SKLA PRO ARCHITEKTURU A STAVEBNICTVÍ

Transkript

1 OPTICKÉ RASTRY ZE SKLA PRO ARCHITEKTURU A STAVEBNICTVÍ Ing. Vladimír Jirka, CSc Ing. Bořivoj Śourek. ENKI, o.p.s. Třeboň jirka@enki.cz

2 OPTICKÝ RASTR Jakákoliv periodicky se opakující struktura, ovlivňující zářivý tok. Optickým rastrem je pro naše účely míněn lineární opakující se geometrický vzor, nanesený za tepla na skleněnou tabuli metodou kontinuálního lití. Technologie kontinuálního lití byla zvolena z důvodů vysoké produktivity a z toho vyplývající rozumné ceny.

3 ZÁKLADNÍ VLASTNOST RASTRŮ Odděluje přímé sluneční záření od rozptýleného slunečního záření Přímé rovnoběžné paprsky slunečního záření se chovají podle zákonů optiky (lom, odraz, totální odraz) Rozptýlené sluneční záření prostupuje rastrem homogenně bez podstatných změn

4 OPTICKÉ RASTRY VYRÁBĚNÉ METODOU KONTINUÁLNÍHO LITÍ ZE SKLA Aktivní rastry lineárníčočky, které pro svou funkci potřebují ještě jiné technické prvky a jsou součástí solárního koncentračního kolektoru lineární rastrové Fresnelovy čočky jsou navrženy a vyráběny pro sedlové střechy a fasády a jsou tedy korigovány pro kolmý i šikmý dopad slunečního záření Pasivní rastry fungují bez použití další technologií RAYWALL 45 (odrazný rastr pro kolmý dopad slunečního záření) RAYWALL 90 (odrazný rastr pro šikmý dopad slunečního záření )

5 Aktivní rastry čočka pro kolmý dopad slunečního záření zima léto

6 AKTIVNÍ RASTRY čočka pro šikmý dopad slunečního záření zima léto

7 Ukázka koncentrace slunečních paprsků lineární Fresnelovou čočkou Kolmý dopad Šikmý dopad

8 KOLEKTOR SOLARGLAS

9 KOLEKTOR SOLARGLAS

10 CELKOVÝ POHLED NA KOLEKTOR TYPU SOLARGLAS

11 ZÁKLADNÍ SOUČÁSTI KOLEKTORU TYPU SOLARGLAS Čočka v zasklívacím rámu Absorbéry slunečního záření Prvky zabezpečující pohyb absorbéru

12 KOLEKTORY TYPU SOLARGLAS ZÁKLADNÍ FUNKCE: osvětlovací osvětlení převážně difusním zářením klimatizační, pasivní energie přímého záření odvedena ve formě ohřáté teplonosné látky kolektoru ohřev teplonosné látky

13 PĚSTEBNÍ SKLENÍK

14 SOUČASTNOST Experimentální skleník

15 Experimentální skleník s vysokým využitím solárních zisků se skleněnými optickými rastry Slunečné technologie: fasádní odrazný rastrový modul 15 m 2 střešní odrazný rastrový modul 15 m 2 fasádní koncentrační rastrový modul 15 m 2 střešní koncentrační rastrový modul 15 m 2 střešní koncentrační hybridní modul 15 m 2 energetický modul Heliostar 400V 16 m 2

16 SOUČASTNOST Experimentální skleník

17 MODULÁRNÍ SKLENÍK V TŘEBONI

18 MODULÁRNÍ SKLENÍK V TŘEBONI

19 MODULÁRNÍ SKLENÍK V TŘEBONI Cíl: vývoj, tvorba a odladění matematických modelů (TRNSYS) stavba, monitorování a optimalizace modulárního nízkoenergetického skleníku, využití skleněných rastrů. Jak toho dosáhnout: měření provozních charakteristik jednotlivých modulů provozně i simulátor tvorba modelů pro TRNSYS simulace a odladění modelů podle naměřených dat

20 Jižní fasáda a akumulační zdi hlavním cílem bylo: využít severní zeď (východní a západní) jako akumulátor energie použít a vyzkoušet jednotlivé typy rastrů k zachycení nebo odražení slunečního záření

21 Jak to vše pracuje - pasivní modul Pasivní fasádní a střešní modul s odrazným rastrem léto léto zima zima

22 Aktivní modul Fasádní a střešní modul s lineární Frenelovou čočkou (LFČ) zima léto zima léto zima léto zima léto

23 A jak to pracuje doopravdy?

24 A jak to pracuje doopravdy?

25 Využití sluneční energie zdroje energie 1) Vakuové ploché sluneční kolektory 2) LFČ střešní s fototermálními absorbéry 3) LFČ střešní s hybridními PV/fototermálními absorbéry 4) LFČ fasádní (věžový modul) s fototermálními absorbéry VZT cirkulace zemní výměník fasáda ) 1 2) 3) 4)

26 ZVT systém vytápění a chlazení

27 Nejen (chytrá) budova, nejen (chytrý) systém, ale organické spojení s interiérem a jeho využitím

28 Proč tak barevný skleník? fotosyntéza a rostliny

29 Akumulační stěny 20.0 C LI C Viditelné spektrum, IR obrázek a teplotní profily vnitřních povrchů s různým barevným řešením (zimní období t e = -10 C) C IR Line Min Max Cursor li C 18.8 C -

30 Akumulační stěny průběhy teplot den/noc Wall temperature - 12cm Solar radiation Temp-SEKCE2-wall-white-12cm Temp-SEKCE2-wall-blue-12cm Temp-SEKCE2-top Temp-Exteriér Temp-SEKCE2-wall-orange-12cm Temp-SEKCE2-wall-red-12cm Temp-SEKCE2-floor TOT.RADIACE-sl. roof Temperature ( C) Irradiation (W/m 2 ) : : : : : :00 date and time : : : : :00

31 Fotovoltaika ve skleníku

32 Dosažené výsledky ve zkušebním provozu přijatelná vnitřní teplota při extrémních venkovních podmínkách a slunečním ozáření jižní fasády minimální kolísání teplot den/noc s možností nočního přitápění (využití akumulované sluneční energie v zásobnících) minimální vystavení rostlin přímé radiaci (převažje pouze difúzní složka)

33 SOUČASTNOST

34 SOUČASTNOST

35 SOUČASTNOST

36 SOUČASTNOST

37 PASIVNÍ ODRAZNÍ RASTRY střešní summer winter RAYWALL 45

38 PASIVNÍ ODRAZNÍ RASTRY fasádní summer winter léto RAYWALL 90 zima RAYWALL 45 ( obráceně )

39 Propustnost slunečního záření RAYWALL 90 RAYWALL 45 ( obráceně ) VYPOČTENÉ HODNOTY VYPOČTENÉ HODNOTY Azimut Výška Azimut Výška

40 Porovnání propustnosti solární radiace přes raster a čiré sklo Q [W/m 2 ] :00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 hour w ith raster w ithout raster Trajektorie slunce po obloze na 50 severní ší řky výška azimut

41 MĚŘENÍ ENERGETICKÝCH CHARAKTERISTIK LINEÁRNÍCH RASTRŮ Základní součásti simulátoru slunečního svitu: kolimátor generující soustavu svazků rovnoběžných paprsků s maximální vzájemnou divergencí 0.53, což odpovídá podmínkám, za nichž přichází záření ze slunce Vidlicová altazimutální montáž umožňující libovolné nastavení úhlu mezi normálou plochy rastru a kolimátorem simulujícím sluneční záření Detektor skenující intenzitu záření ve vhodné vzdálenosti za rastrem Řídicí a vyhodnocovací program

42 MĚŘENÍ ENERGETICKÝCH CHARAKTERISTIK LINEÁRNÍCH RASTRŮ Optické schéma kolimátoru Transmit A = 0, V = 0, Pos = Koeficient Koncentrace Transmit A = 0 V = 0 Pos = Koeficient Koncetrace Výsledky měření D pohled na optickou soustavu

43 MĚŘENÍ ENERGETICKÝCH CHARAKTERISTIK LINEÁRNÍCH RASTRŮ

44 VÝPOČET ENERGETICKÝCH CHARAKTERISTIK LINEÁRNÍCH RASTRŮ Přehled tvarů rastrů Rovinné plochy Čočky Fresnelova čočka

45 Paprsek na rozhraní Zákon odrazu α 1 = α 2 Zákon lomu n 1 sinα1 = n2 sin α 2

46 Princip výpočtu Šíření paprsků systémem Sledování paprsků v rámci výpočetního prostoru

47 Zobrazení směru paprsků Směr paprsků v okolí zastavovací roviny Paprsky v okolí detekcní roviny 0,00 10,00 110,00 210,00 310,00 410,00 510,00 x (mm) 50,00 100,00 150,00 y (mm) 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00

48 Graf odrazivosti Hodnota koeficientu koncentrace v zastavovací rovině Transmit A = 0 V = 0 Pos = Koeficient Koncetrace

49 Sídliště rodinných domků pro Nové Hrady

50 Původní lokalizace sídliště

51 Podélný a příčný řez

52 Severní a jižní fasáda

53 Pasivní ohřev domku Sluncem

54 Ventilace a teplovzdušné vytápění

55 DEMONSTRAČNÍ A ŠKOLÍCÍ STŘEDISKO OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ ENERGIE

56 ZÁKRES DO FOTOGRAFIE

57 PŮDORYS PŘÍZEMÍ

58 ŘEZY

59 STUDIE VYUŽITELNOSTI DVORA G3 S JEHO ZASTŘEŠENÍM

60 STUDIE VYUŽITELNOSTI DVORA G3 S JEHO ZASTŘEŠENÍM

61 STUDIE VYUŽITELNOSTI DVORA G3 S JEHO ZASTŘEŠENÍM

62 STUDIE VYUŽITELNOSTI DVORA G3 S JEHO ZASTŘEŠENÍM

63 STUDIE VYUŽITELNOSTI DVORA G3 S JEHO ZASTŘEŠENÍM

64 STUDIE VYUŽITELNOSTI DVORA G3 S JEHO ZASTŘEŠENÍM

65 VÝSTUPY, ZVEŘEJNĚNÉ V TÉTO PŘEDNÁŠCE BYLY PODPOŘENY Z projektu MŽP VaV 300/05/03 Modulární skleník s vysokou účinností přeměny sluneční energie a recyklací vody, využívající optické rastry z programu GAAV Podpora projektů cíleného výzkumu (Národního programu výzkumu I, PP2-DP3) 1QS Vývoj stavebních prvků, využívající skleněné optické rastry vyráběné metodou kontinuálního lití a

66 Děkuji za pozornost a Na shledanou