Solární kolektor jako součást pláště budovy. architektonická integrace konstrukční integrace integrace do střechy integrace do fasády tepelné chování

Transkript

1 Solární kolektor jako součást pláště budovy architektonická integrace konstrukční integrace integrace do střechy integrace do fasády tepelné chování

2 EPBD recast novela směrnice EPBD o energetické náročnosti budov (2010) zajistit od všechny nové domy energeticky téměř nulové zbylá potřeba energie má být z velké části dodána z obnovitelných zdrojů v místě nebo poblíž kraj... elektrárna, rozvodná síť,... obec obecní výtopna, teplárna,... pozemek budovy plášť budovy zahrada jako zdroj energie střecha, fasáda 2/67

3 Plášť budovy jako zdroj energie 3/67

4 Využití sluneční energie v budovách teplo nízkoteplotní aplikace (teplá voda, vytápění) chlad vysokoteplotní aplikace (solární chlazení) elektrická energie fotovoltaika (on-grid, off-grid) přirozené osvětlení rovnoměrně rozptýlené světlo (okenní prvky) 4/67

5 Využití sluneční energie v budovách řídká hustota sluneční energie max W/m 2, max kwh/(m 2.rok) omezená plocha pláště budovy při vhodné orientaci snaha o vysoké pokrytí potřeb energie efektivní využití plochy obálky pro umístění kolektorů využití synergetických vazeb solární kolektory: spolupráce nikoli konkurence, víceúčelová zařízení, multifunkční / hybridní koncepty integrace do konstrukčních prvků pláště budovy 5/67

6 Architektonická integrace zkušenost s nízkou vizuální kvalitou v minulosti kolektorová pole instalována odděleně od kontextu obálky budovy fragmentace obálky budovy, disharmonie geometrie budovy solární tepelné kolektory (lowtech) x fotovoltaika (high-tech) 6/67

7 Proč integrace? 7/67

8 Architektonická integrace jeden z klíčů pro kladné přijetí solárních zařízení veřejností nástroj trhu využití větší části pláště budovy pro solární kolektor zásadní vliv na vzhled budovy různá barevná řešení, tvary, velikosti, materiály, povrchové vlastnosti, neviditelné řešení detailů připojení, neviditelná potrubí,... 8/67

9 Architektonická integrace Možnosti viditelný kolektor kolektor jako dominantní prvek kolektor jako funkční prvek (stínicí prvek, výplň zábradlí, aj.) neviditelný prvek kolektor je nedílnou součástí pláště, nerozlišitelný od zbytku (konstrukční integrace) 9/67

10 Dominantní architektonický prvek Malmo, Švédsko 10/67

11 Dominantní architektonický prvek Breitenbach, Rakousko 11/67

12 Dominantní architektonický prvek Linz, Rakousko 12/67

13 Funkční prvek - stínění, výplň zábradlí Zelený pruh, Praha Výstaviště, Brno Dunajvaros, Maďarsko 13/67

14 Funkční prvek - výplň zábradlí Leipzig, Germany 14/67

15 Funkční prvek - výplň zábradlí Hotel Jezerka, Ústupky RD Ondřejov 15/67

16 Konstrukční integrace kolektor jako regulérní stavební prvek, náhrada obálky solárním kolektorem energeticky ztrátová obálka... obálka jako zdroj energie přechod z energeticky pasivní obálky na energeticky aktivní obálku spojení funkce kolektoru s funkcí stavebního prvku 16/67

17 Konstrukční integrace multifunkčnost obálky: stavební konstrukce a zdroj energie v jednom prvku úspora nákladů: jeden prvek zajišťující několik funkcí zlepšení tepelných vlastností obálky budovy esteticky přitažlivé řešení (ve srovnání se stavebně oddělenými) architektonicky méně náročné 17/67

18 Konstrukční integrace Problémy diskuze a návrh již v počátečním stádiu plánování budovy mezioborová spolupráce mezi architektem, stavařem a topenářem estetické, technické a praktické aspekty musí být vyjasněny již na počátku odpovědnost za návrh a funkci jako pláště tak solárního prvku životnost prvku 18/67

19 Přímá x nepřímá integrace nepřímá kolektor je od budovy oddělen vzduchovou mezerou slabá tepelná vazba mezi kolektorem a obálkou budovy přímá kolektor je tepelně svázán s obálkou budova ovlivněna kolektorem (zimní zisk, letní zátěž) 19/67

20 Náhrada obálky kolektorem Dornbirn, Austria Hamburg Bramfeld 20/67

21 Typy integrace do střechy montáž na střeše velkoplošné pokrytí samostatné moduly prefabrikované solární střechy 21/67

22 Montáž kolektoru na střeše 22/67

23 Montáž kolektoru na fasádě (na míru) 23/67

24 Integrace standardních modulů 24/67

25 Integrace standardních modulů 25/67

26 Integrace standardních modulů 26/67

27 Integrace standardních modulů 27/67

28 Integrace standardních modulů RD Čerčany 28/67

29 Integrace velkých modulů 29/67

30 Prefabrikovaná střecha special prefabrication 30/67

31 Prefabrikovaná fasáda prefabrikované panely okenní prvek se solárním kolektorem 31/67

32 Prefabrikovaná fasáda 32/67

33 Integrace do střešního pláště velkoplošné aplikace 33/67

34 Integrace do střešního pláště Val Thorens nepravidelné tvary Tyrol, Austria 34/67

35 Solární kolektory integrované do fasády 35/67

36 Velkoplošné fasády 36/67

37 Solární sanace fasády (Bielefeld, DE) 37/67

38 Solární sanace fasády Ostrava (CZ) panelový dům, zateplení & solární kolektory DPS Syllabova ul., Mariánské hory 38/67

39 Jak integrovat vzduchové kolektory? nízká tepelná kapacita vzduchu = velké průtoky = velké rozměry potrubí 39/67

40 Fasádní vzduchový kolektor (Solarwall) 40/67

41 Fasádní vzduchový kolektor - nezasklený 41/67

42 Integrace zaskleného vzduch. kolektoru 42/67

43 Integrace fasádního vzduch. kolektoru 43/67

44 Kolektory s Fresnellovou čočkou Fotobioreaktor, Nové Hrady 44/67

45 Kolektory s Fresnellovou čočkou Fasádní integrace Střešní integrace 45/67

46 Tepelné chování integrovaných kolektorů Solární kolektor integrovaný do obálky budovy nižší přestup tepla vlivem větru (nižší rychlosti proudění na ploše) zanedbatelná tepelná ztráta skříní kolektoru (přímá integrace, tepelněizolační obálka) nižší ztráta zasklením kolektoru u fasádních kolektorů (omezení konvekce mezi absorbérem a zasklením při zvýšení sklonu) vyšší účinnost kolektoru, vyšší stagnační teploty (nutné zohlednit) 46/67

47 Snížená tepelná ztráta konvekcí od větru h w, int = h w L L c f L = 2L L L L 2 47/67

48 Volná konvekce mezi absorbérem a sklem zvýšení sklonu pokles přední tepelné ztráty zvýšení účinnosti 48/67

49 Vliv izolace zadní strany při integraci 49/67

50 Ploché vakuové kolektory a interace velký potenciál zlepšení účinnosti v oblasti vysokých teplot, např. pro solární chlazení 50/67

51 Vizuálně citlivé fasády barevné řešení 51/67

52 Barevné řešení = pokles výkonu Povlak Kvalitní selektivní povlak Černý nátěr Zelená, modrá Kaštanově hnědá f [%] q s,u [kwh/m 2 ] * solární soustava pro přitápění 52/67

53 Fasádní kolektory Solární soustavy s kolektory integrovanými do fasády rovnoměrnější roční průběh slunečního ozáření méně záření celkem (o 30 % v celoročním úhrnu) 12 Hsden,teor [kwh/m 2 ] month 53/67

54 Odraz slunečního záření od sněhu 54/67

55 Odraz G t 1+ cos β 1 cos β = G + + ρ ( + ) brb Gd gr Gb Gd /67

56 Příprava TV s fasádními kolektory nižší zisky pro fasádní kolektory nižší četnost a doba trvání stagnace 56/67

57 Příprava TV a vytápění s fasádními kol. stejné zisky nižší zisky méně stagnace vlivem rovnoměrného průběhu ozáření během roku! 57/67

58 Přímá integrace (teploty při stagnaci) 58/67

59 Nepřímá integrace (teploty při stagnaci) 59/67

60 Stínění překážkami d = h = tgα h tg(90 β ) d... vzdálenost překážky od fasády h... výška překážky β... zenitový úhel 60/67

61 Problémy se stíněním 61/67

62 Stínění přesahujícími konstrukcemi d ' = h' tgβ d... vzdálenost přesahu střechy od horní hrany kolektoru h... délka přesahu β... zenitový úhel 62/67

63 citlivé na stínění Fasádní kolektory na budovách - stínění možné problémy v husté zástavbě kritický vliv na celkové energetické přínosy a ekonomické parametry navržené solární soustavy řadové budovy věžové budovy 63/67

64 Fasádní kolektory na budovách - stínění počítačové simulace vlivu geometrie stínění (ESP-r, sluneční záření Praha-CZ, izotropický model) grafy pro snadný náhled na potenciální problémy se stíněním pro danou geometrii (budova překážka) řadová budova věžová budova 64/67

65 Případové studie stínění tři případy zástavby v Praze centrum města 20 % sídliště 70. léta 2 % sídliště 90. léta 1 % 65/67

66 Problémy se stíněním v zástavbě SPŠ a SOU Břeclav TU Liberec 66/67

67 Závěrem vizuální kvalita solární instalace ovlivňuje hodnotu budovy solární aktivní budovy = budovy s pláštěm jako zdrojem energie 67/67