tetszőleges tájolású felületre érkező sugárzási nyereség ... · horváth miklós, dr....

5
2 MAGYAR ENERGETIKA 2014/5 MEGÚJULÓK www.e-met.hu Horváth Miklós, Dr. Csoknyai Tamás, Dr. Szánthó Zoltán Tetszőleges tájolású felületre érkező sugárzási nyereség számítása nappályamodell alapján A korszerű szigetelésű új épületek tervezésekor elengedhe- tetlen a szoláris nyereségek becslése, azonban erre jelenleg csak közelítő számítások állnak rendelkezésre. Hazánkban a beérkező napenergia mennyiségének meghatározása az MSZ 04-140-es szabványcsalád alapján történik. Sajnálatos módon ezek a szabványok már közel 35 évesek, és a számítás során több, ma már nem feltétlenül megengedhető elnagyolást tesz- nek. A szabványok egyik legnagyobb hibája, hogy a napener- gia-hozamot mindössze nyolcféle tájolásra és kétféle dőlés- szögre, és csak statikus módon lehet meghatározni, így nem felelnek meg a mai kor követelményeinek (Horváth, 2013). Az épületek esetében lehet beszélni passzív és aktív napenergia- hasznosításról. A passzív napenergia-hasznosítással az épületek fű- tési energiaigényét lehet csökkenteni, előrelátó építészeti tervezéssel pedig a nyári sugárzási nyereség minimalizálására is lehetőség van. Aktív napenergia-hasznosításról beszélhetünk napelemek és napkol- lektorok esetében. Az ezeket energiaforrásként alkalmazó rendszerek tervezésénél alapvető szerepet kap a várható hő- és villamosenergia- termelés becslése, amihez elengedhetetlen a kollektor vagy napelem felületére várhatóan beérkező energiahozam meghatározása. Az aktív napenergia-hasznosító berendezések esetében nem csak a tervezés- nél, hanem üzem közben is fontos az aktuálisan beérkező energia mennyiségének ismerete. A statikus tervezési módszer nem felel meg a kis energiafelhasználású, akár közel nulla energiaigényű épületek tervezéséhez sem, ezekben ugyanis megnő a nyereségáramok jelen- tősége a hagyományos, kevésbé jól szigetelt épületekhez képest. Min- denképpen dinamikus, részletesebb számítási módszerre van szükség. Épületgépészeti szempontból rendkívül fontos tehát a napból szár- mazó energiahozamnak a jelenleg alkalmazottnál pontosabb megha- tározása és előrejelzése. Általánosan elmondható azonban, hogy eh- hez a tervezéshez nemcsak a szabvány nem tud segítséget nyújtani, hanem a megfelelő adatok sem állnak rendelkezésre, és nincsen álta- lánosan elfogadott méretezési eljárás sem. A cikkben ezért a beérke- ző napenergia mennyiségének becslésére egy olyan módszert muta- tunk be, amely két, a meteorológiában általánosan mért mennyiséget használ fel. A két szükséges érték a vízszintes felületre érkező globális sugárzás intenzitása, illetve a napi napfénytartam. Ezen két mennyi- ség segítségével már becsülhető a vízszintes felületre érkező sugárzás várható értéke. A módszer alkalmazásához a mért mennyiségeken kí- vül szükséges azonban még a csillagászatilag lehetséges, vízszintes felületre érkező sugárzás meghatározása is, ez azonban a nappálya geometriájából és a nap sugárzási karakterisztikájából tisztán elméleti úton meghatározható. A vízszintes felületre érkező sugárzásból a tet- szőleges felületre érkező sugárzás már számítható (Horváth, Csoknyai T., 2014). A sugárzásszámító modell megalkotásához felhasz- nált számítási összefüggések A nappálya leírása A nappályamodellt Microsoft Excel programban készítettük el. A nap helyzetét egész évre vonatkozóan 15 perces bontásban modelleztük. A nap állásából és a sugárzás intenzitásából számítható az éves ener- giahozam. A nap állását az égbolton a napmagasság és az azimut értékekkel lehet leírni. A napmagasság megegyezik a nap horizont- síkra vetített beesési szögével, az azimut pedig a nap horizontsíkra vetített helyzetének egy adott iránytól való eltérését jelenti. Ebben az esetben a modell szempontjából előnyös déli irányt vettük 0°-nak. A napmagasság és azimut értékek meghatározásához szükséges a deklináció értékének meghatározása. A deklináció éves periódussal ismétlődik, a Föld Nap körüli pályája és az egyenlítő által meghatá- rozott síkok eltéréséből adódik. A napmagasság és az azimut értékek ismeretében meghatározható az egyes napok nappali időtartamának a hossza is. A napsugárzás intenzitásának számítása A Föld felszínén a napsugárzás-intenzitás meghatározásához meg kell határozni az atmoszféra sugárzáscsökkentő hatását is. A modell meg- alkotása során a napos órák felhasználásával vesszük figyelembe az atmoszféra csökkentő hatását. A sugárzás csökkenésének meghatáro- zásához első lépés a vízszintes felületre érkező, csillagászatilag lehet- séges globális sugárzás meghatározása. Ezt a sugárzásmennyiséget a 2.1. egyenlet alapján határoztuk meg (Duffie, Beckman, 2013). (2.1.) ahol G o a csillagászatilag lehetséges beérkező globális sugárzás in- tenzitása [kW/m 2 ] G sc a szoláris konstans, értéke 1,367 [kW/m 2 ] n a vizsgált nap sorszáma ( január 1. = 1) [-] α s a napmagasság [°] Az atmoszféra csökkentő hatásának figyelembevételére az úgyneve- zett égbolttisztasági tényezők szolgálnak. Ezen két faktor értelmezé- sét a 2.2.a és 2.2.b egyenletek írják le. (2.2.a) (2.2.b) ahol K glob a globális sugárzásra vonatkozó égbolttisztasági tényező [kW/kW] s sc o n G G α sin 360 365 cos 033 , 0 1 + = o glob G G K = diff G D K =

Upload: others

Post on 23-Sep-2020

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Tetszőleges tájolású felületre érkező sugárzási nyereség ... · Horváth Miklós, Dr. Csoknyai Tamás, Dr. Szánthó Zoltán Tetszőleges tájolású felületre érkező

www.e-met.hu GEOTERMIA

2 MAGYAR ENERGETIKA 2014/5

www.e-met.hu MEGÚJULÓKMEGÚJULÓK www.e-met.hu

Horváth Miklós, Dr. Csoknyai Tamás, Dr. Szánthó Zoltán

Tetszőleges tájolású felületre érkező sugárzási nyereség számítása nappályamodell alapján

A korszerű szigetelésű új épületek tervezésekor elengedhe-tetlen a szoláris nyereségek becslése, azonban erre jelenleg csak közelítő számítások állnak rendelkezésre. Hazánkban a beérkező napenergia mennyiségének meghatározása az MSZ 04-140-es szabványcsalád alapján történik. Sajnálatos módon ezek a szabványok már közel 35 évesek, és a számítás során több, ma már nem feltétlenül megengedhető elnagyolást tesz-nek. A szabványok egyik legnagyobb hibája, hogy a napener-gia-hozamot mindössze nyolcféle tájolásra és kétféle dőlés-szögre, és csak statikus módon lehet meghatározni, így nem felelnek meg a mai kor követelményeinek (Horváth, 2013).

Az épületek esetében lehet beszélni passzív és aktív napenergia-hasznosításról. A passzív napenergia-hasznosítással az épületek fű-tési energiaigényét lehet csökkenteni, előrelátó építészeti tervezéssel pedig a nyári sugárzási nyereség minimalizálására is lehetőség van. Aktív napenergia-hasznosításról beszélhetünk napelemek és napkol-lektorok esetében. Az ezeket energiaforrásként alkalmazó rendszerek tervezésénél alapvető szerepet kap a várható hő- és villamosenergia-termelés becslése, amihez elengedhetetlen a kollektor vagy napelem felületére várhatóan beérkező energiahozam meghatározása. Az aktív napenergia-hasznosító berendezések esetében nem csak a tervezés-nél, hanem üzem közben is fontos az aktuálisan beérkező energia mennyiségének ismerete. A statikus tervezési módszer nem felel meg a kis energiafelhasználású, akár közel nulla energiaigényű épületek tervezéséhez sem, ezekben ugyanis megnő a nyereségáramok jelen-tősége a hagyományos, kevésbé jól szigetelt épületekhez képest. Min-denképpen dinamikus, részletesebb számítási módszerre van szükség.

Épületgépészeti szempontból rendkívül fontos tehát a napból szár-mazó energiahozamnak a jelenleg alkalmazottnál pontosabb megha-tározása és előrejelzése. Általánosan elmondható azonban, hogy eh-hez a tervezéshez nemcsak a szabvány nem tud segítséget nyújtani, hanem a megfelelő adatok sem állnak rendelkezésre, és nincsen álta-lánosan elfogadott méretezési eljárás sem. A cikkben ezért a beérke-ző napenergia mennyiségének becslésére egy olyan módszert muta-tunk be, amely két, a meteorológiában általánosan mért mennyiséget használ fel. A két szükséges érték a vízszintes felületre érkező globális sugárzás intenzitása, illetve a napi napfénytartam. Ezen két mennyi-ség segítségével már becsülhető a vízszintes felületre érkező sugárzás várható értéke. A módszer alkalmazásához a mért mennyiségeken kí-vül szükséges azonban még a csillagászatilag lehetséges, vízszintes felületre érkező sugárzás meghatározása is, ez azonban a nappálya geometriájából és a nap sugárzási karakterisztikájából tisztán elméleti úton meghatározható. A vízszintes felületre érkező sugárzásból a tet-szőleges felületre érkező sugárzás már számítható (Horváth, Csoknyai T., 2014).

A sugárzásszámító modell megalkotásához felhasz-nált számítási összefüggések

A nappálya leírásaA nappályamodellt Microsoft Excel programban készítettük el. A nap helyzetét egész évre vonatkozóan 15 perces bontásban modelleztük. A nap állásából és a sugárzás intenzitásából számítható az éves ener-giahozam. A nap állását az égbolton a napmagasság és az azimut értékekkel lehet leírni. A napmagasság megegyezik a nap horizont-síkra vetített beesési szögével, az azimut pedig a nap horizontsíkra vetített helyzetének egy adott iránytól való eltérését jelenti. Ebben az esetben a modell szempontjából előnyös déli irányt vettük 0°-nak. A napmagasság és azimut értékek meghatározásához szükséges a deklináció értékének meghatározása. A deklináció éves periódussal ismétlődik, a Föld Nap körüli pályája és az egyenlítő által meghatá-rozott síkok eltéréséből adódik. A napmagasság és az azimut értékek ismeretében meghatározható az egyes napok nappali időtartamának a hossza is.

A napsugárzás intenzitásának számításaA Föld felszínén a napsugárzás-intenzitás meghatározásához meg kell határozni az atmoszféra sugárzáscsökkentő hatását is. A modell meg-alkotása során a napos órák felhasználásával vesszük figyelembe az atmoszféra csökkentő hatását. A sugárzás csökkenésének meghatáro-zásához első lépés a vízszintes felületre érkező, csillagászatilag lehet-séges globális sugárzás meghatározása. Ezt a sugárzásmennyiséget a 2.1. egyenlet alapján határoztuk meg (Duffie, Beckman, 2013). (2.1.)

aholGo − a csillagászatilag lehetséges beérkező globális sugárzás in-

tenzitása [kW/m2]Gsc − a szoláris konstans, értéke 1,367 [kW/m2]n − a vizsgált nap sorszáma ( január 1. = 1) [-]αs − a napmagasság [°]

Az atmoszféra csökkentő hatásának figyelembevételére az úgyneve-zett égbolttisztasági tényezők szolgálnak. Ezen két faktor értelmezé-sét a 2.2.a és 2.2.b egyenletek írják le.

(2.2.a)

(2.2.b)

aholKglob − a globális sugárzásra vonatkozó égbolttisztasági tényező

[kW/kW]

ssco

nGG αsin360365

cos033,01 ⋅

⋅⋅+⋅=

oglob G

GK =

diff G

DK =

Page 2: Tetszőleges tájolású felületre érkező sugárzási nyereség ... · Horváth Miklós, Dr. Csoknyai Tamás, Dr. Szánthó Zoltán Tetszőleges tájolású felületre érkező

www.e-met.hu GEOTERMIA

3MAGYAR ENERGETIKA 2014/5

www.e-met.hu MEGÚJULÓKMEGÚJULÓK www.e-met.hu

Kdiff − a diffúz sugárzásra vonatkozó égbolttisztasági tényező [kW/kW]Go − a csillagászatilag lehetséges beérkező globális sugárzás in-

tenzitása [kW/m2]G − a vízszintes felületre beérkező globális sugárzás intenzitása

[kW/m2]D − a vízszintes felületre beérkező diffúz sugárzás intenzitása [kW/m2]

Ezek a tényezők közvetlenül még nem számíthatók, mivel tetszőleges időpontban nem áll rendelkezésünkre a mért globális, illetve diffúz sugárzás értéke. A globális sugárzásra vonatkozó égbolttisztasági té-nyező meghatározható azonban a mért napos órák száma alapján az úgynevezett Angström konstansok segítségével. A módszer lényege, hogy egy adott területen mérik a vízszintes felületre érkező globá-lis sugárzás értékét és a napos órákat, majd a mért adatokra a 2.3. egyenlet szerint lináris közelítést fektetnek. A későbbiekben a meg-határozott a és b, az úgynevezett Angström konstansok ismeretében a napos órák és nap hossza alapján számítható a globális sugárzásra vonatkozó égbolttisztasági faktor (Salima, Chavula, 2012).

(2.3.)

aholG − a vízszintes felületre beérkező globális sugárzás intenzitása

[kW/m2] Go − a csillagászatilag lehetséges beérkező globális sugárzás inten-zitása [kW/m2]

σ − a napos órák [óra]N − a nappal hossza [óra]a, b − az Angström konstansok

A modellel végzett számítások során az OMSZ által közzétett, 1912-2000 közötti napfénytartam-adatokat használtuk fel. A napfénytar-tamot az OMSZ a mérések 1912-es megkezdése óta ugyanazzal a technikával regisztrálja. „A megfigyelő hálózatában már a kezdetektől a Campbell-Stokes rendszerű napfénytartam-mérő használatos, mely a napsugárzás hőhatását használja ki. A műszer lényegében egy fém-állványra szerelt, 96 mm átmérőjű üveggömb, amely a napsugarakat gyűjtőlencseként egy ún. napszalagra irányítja. Az óraskálával ren-delkező napszalagot az üveggömb gyújtótávolságában elhelyezkedő, gömbhéj alakú mélyedésben kell elhelyezni. Ahová az összegyűjtött napsugarak esnek, a papír megpörkölődik vagy kiég. A Nap, amint az égbolton látszólagos mozgása közben továbbhalad, pályájának ívét a sugárzás erőssége szerint erősebben vagy gyengébben a szalagra égeti.

A nappálya évszakonként változó magasságú ívének megfelelően 3-féle napszalag használatos: nyári, téli és tavaszi-őszi. A szalagot minden este cserélni kell.

A napi napfénytartamot a napszalagokon lévő égetési nyomok ösz-szegzése útján nyerjük tizedóra pontossággal.”

Az 1. ábra egy a napfénytartam mérésére alkalmazott, Campbell-Stokes rendszerű napfénytartam-mérőt ábrázol.

Fontos megjegyezni azonban, hogy a Campbell-Stokes napfény-tartam-mérőnek négy fő hibája van, amelyek növelik az ezzel az esz-közzel mért és rögzített adatok bizonytalanságát:

• a regisztráló papír túlégetése: erősen változékony idő esetén a gyors változásokat nem képes lekövetni, így felülbecsli a valódi nap-fénytartamot ebben az időszakban;

• a mérőműszer mérési határa 120 W/m2 sugárzásintenzitás,

amelynek eredményeképpen bizonyos esetekben alulbecsli a napos órák számát;

• az adatok rögzítése manuálisan történik, ami magában hordozza a hibás rögzítés lehetőségét;

• az üveggömb teljesítménye az időjárás sajátosságainak függ-vényében romolhat (pl. pára, dér), ami megfelelő felügyelet nélkül a napos órák számának alulméréséhez vezet.

Az előzőkben ismertetett számítási módszerrel a globális sugárzáshoz tartozó égbolttisztasági faktor meghatározható, ezen faktor ismereté-ben pedig a diffúz sugárzáshoz tartozó égbolttisztasági faktor is meg-határozható.

A meghatározott Kglob és Kdiff faktorok segítségével egy vízszintes felületre érkező globális sugárzás meghatározható, annak komponen-seivel (direkt, diffúz és visszavert) együtt. Számos nemzetközi cikk foglalkozik az adott tájolású és dőlésszögű felületre érkező globális sugárzás meghatározásával. Általános probléma, hogy míg a direkt és a visszavert sugárzás mennyisége viszonylag pontosan megha-tározható, addig a diffúz sugárzási komponens meghatározása csak különböző modellek alapján lehetséges, amelyek közül mindegyiknek megvan az előnye és a hátránya.

A számítások során az úgynevezett Hay-modellt használtuk. A mo-dellben a diffúz sugárzás számítása során két részre kell bontani az égboltot. A felbontás alapja a Nap égbolton elfoglalt helye alapján tör-ténik: a Nap irányából a direkt sugárzáshoz hasonló diffúz sugárzást vesz figyelembe a modell, ez az úgynevezett cirkumszoláris sugárzás, míg az égbolt többi részéről érkező diffúz sugárzást izotrópnak felté-telezi. A sugárzási komponenseket a 2. ábra szemlélteti.

A Hay-modell alapján számított diffúz sugárzás értéke borult ég-bolt esetén közelít a tisztán izotróp égboltra történő számítási ered-ményhez, azonban derült idő esetén az úgynevezett cirkumszoláris rész kap nagyobb jelentőséget, amely magasabb, a direkt sugárzás-hoz hasonló diffúz sugárzást vesz figyelembe. A Hay-modellt számos helyen alkalmazták déli tájolású felületek esetén.

A napsugárzásból származó energiahozam számításaAz előző számítási módszer alapján meghatározható tehát egy adott felületre érkező globális sugárzás értéke. Az elkészített számító prog-ram 15 perces bontásban számítja a globális sugárzást. A bemutatott

1. ábra. Campbell - Stokes rendszerű napfénytartam mérő (OMSZ honlap)

N

baGG

o

σ⋅+=

Page 3: Tetszőleges tájolású felületre érkező sugárzási nyereség ... · Horváth Miklós, Dr. Csoknyai Tamás, Dr. Szánthó Zoltán Tetszőleges tájolású felületre érkező

www.e-met.hu GEOTERMIA

4 MAGYAR ENERGETIKA 2014/5

www.e-met.hu MEGÚJULÓKMEGÚJULÓK www.e-met.hu

modell lehetővé teszi, hogy tetszőleges tájolású és dőlésszögű felület-re tetszőleges időpontban meghatározzuk a várható sugárzási nyere-séget. Ez a módszer alkalmas arra is, hogy a méretezési számítások alapjául szolgáljon. A következőkben egy tervezett irodakomplexum példáján kerül bemutatásra a modell használata. A kapott méretezési eredményeket az MSZ-04-140-2:1991-es szabvány szerint számított eredményekkel hasonlítottuk össze.

Sugárzási nyereség számítása egy irodaközpontra

Az irodaközpont alapadataiAz irodaközpont tervezett építési helyszíne Budapest. Az épületek fő funkciója üzleti hasznosítású irodaterület, azonban a földszinten üz-letek, illetve éttermek is helyet kapnának. A komplexum épületeinek elhelyezkedését és tájolását a 3. ábra mutatja be. Az A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2, E1 épületek hét emeleti és egy nyolcadik gépészeti szintből állnak. A gépészeti szint az A2, B2, C2, D2 épületek esetében részben fedett, a többi épületen a szabadban vannak a berendezések. Az irodaépületek földszintjén üzlethelyiségek kaptak helyet, illetve az A2 épületben étterem. Az 1-7. szinteken kisterű irodák kerültek kialakításra. Az irodaépületeket kétfajta építmény köti össze. Az A, B, C épületek biztosítják az átjárást az irodaépületek között minden szinten, illetve ezekben találhatók a liftek is. Az I., II., III. jelzésű épü-

letek csak a földszinten kötik össze az irodaépületeket. Az I. épületben étterem kapott helyet, míg a másik kettőben üzlethelyiség (Horváth, 2012).

A napenergia-nyereség szempontjából meghatározó az üvegfelü-letek tájolása és nagysága. Az üvegszerkezetek megoszlása a komp-lexumon közel egyenletes, azonban a különböző épületrészek ese-tében jelentős egyenetlenség tapasztalható. A teljes komplexumra vonatkozóan északi és déli tájolású üvegszerkezetből kb. 2800 m2 van, míg keleti és nyugati tájolásúból kb. 2100 m2. Az üvegszerke-zetek a tervek szerint Uw=1,1 W/m2K hőátbocsátási tényezővel és 0,6-es g értékkel rendelkeznek. Az üvegszerkezeteken külön árnyé-koló szerkezet nem került kialakításra. Az épületek elhelyezkedését a 3. ábra szemlélteti.

A bemutatott számítási modell alapján készített méretezés eredménye

Az irodakomplexum egyes épületeinek, illetve a teljes komplexum szoláris nyereségének számítását a cikkben bemutatott Hay-modell szerint végeztük. A számítás so-rán a különböző felületekre számítottuk az egész év során a különböző napokra adódó szoláris nyereség mértékét 15 perces bontásban. A különböző tájolásokra kapott 15 perces értékeket minden épület esetében felszoroztuk az adott tájolású felületek méretével, majd ezeket összegez-tük. Az így kapott, 15 perces bontásban rendelkezésre álló eredményeket összegeztük az egész napra, és meg-kerestük ezek közül a legmagasabb értékeket. A kapott maximumértékeket és időpontjukat az 1. táblázatban fog-laltuk össze (Horváth, 2013).

A táblázatban közölt adatok alapján a modell által a teljes komplexumra számított maximális sugárzási nyere-ség értéke 1750 kW, melynek időpontja augusztus 20-án 10:15-re adódott.

Épület Szoláris hőterhelés

[kW]

Csúcsterhelés időpontja[óra:perc]

Dátum

A 159,717 16:00 augusztus 10.

A1 108,383 7:30 augusztus 20.

A2 164,535 10:00 augusztus 20.

B 193,119 8:00 augusztus 10.

B1 102,874 19:45 július 8.

B2 159,715 13:30 augusztus 20.

C 202,750 15:30 augusztus 20.

C1 112,382 9:45 augusztus 20.

C2 188,881 10:15 augusztus 20.

D 195,193 8:00 augusztus 10.

D1 113,455 13:45 augusztus 20.

D2 177,585 13:30 augusztus 20.

E1 153,867 10:45 augusztus 20.

I. 21,724 9:00 július 8.

II. 29,893 15:30 augusztus 10.

III. 25,451 14:30 augusztus 10.

Komplexum 1749,865 10:15 augusztus 20.

1. táblázat. Az irodakomplexum épületeinél jelentkező szoláris ener-gianyereség az ismertetett modell alapján értékei

3. ábra. Az irodakomplexum épületeinek elhelyezkedése

2. ábra. Direkt és diffúz sugárzáskomponensek

Page 4: Tetszőleges tájolású felületre érkező sugárzási nyereség ... · Horváth Miklós, Dr. Csoknyai Tamás, Dr. Szánthó Zoltán Tetszőleges tájolású felületre érkező

www.e-met.hu GEOTERMIA www.e-met.hu MEGÚJULÓKMEGÚJULÓK www.e-met.hu

A Hay-modell eredményei alapján becslést tettünk a várható éves napenergia-hozamra, illetve megbecsültük a fűtési idényben és a nyá-ron beáramló sugárzási energianyereség mennyiségét is. A becslé-seket a modellel végzett számítás során a kapott 15 perces értékek összegzése alapján tettük meg. Az egyes épületekre, illetve a komple-xumra becsült értékeket a 2. táblázatban foglaltuk össze.

A különböző módon elvégzett méretezési eredmények összehasonlításaA beérkező sugárzási nyereséget meghatároztuk az MSZ-04-140-2:1991 szabvány alapján is. A szabvány a 14-26. táblázatokban 12 különböző tájolású függőleges és a vízszintes felületre adja meg órai bontásban a beérkező napsugárzás intenzitását. A 14. táblázat víz-szintes felületre tartalmazza a felületre érkező direkt, diffúz és glo-bális sugárzási értékeket, illetve a referencia üvegszerkezeten bejutó sugárzás értékét. A 15-26. táblázatok ugyanezeket az adatokat adják

meg 30°-onként elforgatott függőleges felületekre. Fontos megje-gyezni, hogy a rendelkezésre álló szabványpéldány táblázatai hibásak, adatok hiányoznak, illetve elírásokat is tartalmaznak. A számítások előtt a hiányzó és elírt adatokat felülvizsgáltuk, és megfelelően kor-rigáltuk.

A méretezési eredmények összehasonlítását órás bontásban vé-geztük el, mivel a szabványban csak ezen értékek állnak rendelkezé-sünkre. A vizsgálatokhoz diagramot készítettünk az egyes épületekről, így grafikus formában van lehetőség az adatok összehasonlítására. A cikk terjedelmi korlátai miatt azonban csak három jellegzetes épület eredményeit mutatjuk be.

Az első épület az A átjáró épület. Az épület jellemzője, hogy üvegfelületei keleti és nyugati tájolásúak, azonban a nyugati tájolású üvegfelületek aránya több mint kétszerese a keletiekének. Az épü-letek tetőszerkezete is üvegszerkezet, így itt is jelentkezik szoláris nyereség. Az A épületre készített napi méretezési diagramot a 4. ábra szemlélteti.

A cikkben bemutatott modell és az MSZ-04-140-2:1991-es szab-vány alapján elvégzett számítások eredményei jellegre hasonlók, azonban a szabványban közölt sugárzási értékekkel számított sugár-zási energiahozam lényegesen magasabb.

Az A1 épület üvegfelületei is jellemzően kelet-nyugati tájolásúak, azonban ennél az épületnél már megjelennek az északi és keleti tá-jolású üvegszerkezetek is. Az épület méretezési diagramját a 5. ábra szemlélteti.

A bemutatott Hay-modell alapján elvégzett méretezés eredménye azt mutatja, hogy a keleti, illetve nyugati tájolású felületeken jelentős terhelés érkezik, amikor a Nap éppen kel, illetve nyugszik; napközben pedig kisebb terhelés jelentkezik az északi és déli tájolású felületeken. Az eredmények alapján megállapítható, hogy a reggeli és esti csúcs között csak kis eltérés van, annak ellenére, hogy a keleti és a nyugati tájolású üvegszerkezetek között közel 30%-os különbség van. A Hay-modellen alapuló számítás eredményei jellemzően alacsonyabbak, mint az 1991-es szabványban ismertetett sugárzási értékek alapján számítottak. Az MSZ-04-140-2:1991-es szabvány alapján számított délelőtti és délutáni csúcs között már jelentősebb különbség van, az eltérés 22,3%.

A következő bemutatott épület az A2 jelű. Ezen épület esetében az üvegfelületek jellemzően északi és déli irányban vannak tájolva. Ezen tájolású üvegszerkezetek mellett jelentős még a keleti tájo-

5MAGYAR ENERGETIKA 2014/5

Épület Éves szoláris nyereség[kWh/m2]

Szoláris nyereség(okt. 15. - ápr. 16.)

[kWh/m2]

Szoláris nyereség(jún. 1. - aug. 31.)

[kWh/m2]

A 250,55 63,27 108,22

A1 60,37 15,94 25,55

A2 46,62 14,44 17,67

B 243,59 62,41 104,19

B1 41,10 12,23 16,18

B2 44,47 14,08 16,51

C 251,23 65,18 106,54

C1 41,43 12,43 16,22

C2 44,61 13,91 16,82

D 236,43 60,53 101,18

D1 42,88 12,96 16,59

D2 46,06 14,51 17,19

E1 42,54 13,30 16,10

I. 72,76 18,38 31,43

II. 87,91 22,33 37,83

III. 57,95 15,03 24,62

Komplexum 63,05 18,10 25,23

2. táblázat. Az irodakomplexum épületeinél jelentkező szoláris ener-gianyereség éves, fűtési idénybeli és nyári időszakban jelentkező értékei

4. ábra. Az A épület méretezési diagramja

5. ábra. Az A1 épület méretezési diagramja

Page 5: Tetszőleges tájolású felületre érkező sugárzási nyereség ... · Horváth Miklós, Dr. Csoknyai Tamás, Dr. Szánthó Zoltán Tetszőleges tájolású felületre érkező

www.e-met.hu GEOTERMIA www.e-met.hu VELÜNK ÉLÓ TÖRTÉNELEMMEGÚJULÓK www.e-met.hu

6 MAGYAR ENERGETIKA 2014/5

lású üvegszerkezetek mérete is, azonban ezek aránya közelítőleg csak 20%-a az északi és déli tájolásúakénak. Fontos megjegyezni azonban, hogy a felületek tájolása nem pontosan északi, keleti stb., hanem azoktól 10°-kal el vannak forgatva. Ezt az eltérést a szab-vány szerinti méretezésnél nem volt lehetőségünk figyelembe venni, a Hay-modellel végzett számítások azonban ezt a 10°-os eltérést figyelembe vették. Az épület méretezési diagramjait a 6. ábra szem-lélteti.

A Hay-modellel végzett méretezési eredmény szerint az épület ke-leti tájolású üvegszerkezetei miatt a méretezési csúcs időpontja reggel 10:00 órára adódott. A modell által számított eredményeknél is szem-betűnő, hogy 18:00-kor egy alacsonyabb délutáni csúcs is megjele-nik, melynek oka az északi oldalt érő napsugárzás megjelenése. Az MSZ-04-140-2:1991-es szabványban lévő sugárzási adatokon nyugvó méretezés ebben az esetben is a bemutatott modellhez hasonló ered-ményt hozott, azonban itt ismét magasabb méretezési értéket adott. A csúcs időpontja ebben az esetben a szemlélettel egyezően 11:00 órára adódott. Ezen számítás eredményeiben is megjelenik 18:00-kor egy lokális maximum a sugárzási nyereségben.

Az utolsó elemzett egység maga a teljes komplexum. A komple-xum üvegszerkezetei közül kb. 2800-2800 m2 az észak-déli tájolású, míg keleti és nyugati irányban az üvegfelületeknek teljes mérete kb. 2100-2100 m2. A komplexumon elvégzett méretezés eredményeit a 7. ábra szemlélteti.

A cikkben ismertetett Hay-modell szerint számított méretezési eredményeknél megfigyelhető, hogy a délelőtti és délutáni órákban is van egy-egy kisebb kicsúcsosodás, azonban a valamivel nagyobb keleti tájolású üvegszerkezetek miatt a csúcs időpontja délelőttre adódik. Az MSZ-04-140-2:1991 sugárzási adatai alapján készített méretezésnél megfigyelhető, hogy ez a számítási módszer magasabb méretezési eredményt ad, mint a Hay-modell szerint számított. Eb-ben az esetben is megfigyelhető, hogy a csúcs időpontja a délutáni órákra tolódott.

A különböző méretezési eljárásokból levonható következtetések összefoglalásaA cikkben bemutattunk egy sugárzási energiahozam-számító mo-dellt, amely a Nap égbolton leírt pályája és a napfénytartam-ada-tok alapján számítja egy tetszőleges tájolású felületre tetszőleges időpontban érkező napsugárzás várható energiahozamát. A sugár-zási energiahozam számítására korábban általánosan alkalmazott MSZ-04-140-2:1991 szabvány ezt csak meghatározott tájolású és egy közelebbről nem ismert, fiktív napra tette lehetővé. A modell alkalmazását egy irodakomplexum példáján szemléltettük. A szoláris nyereségre kapott eredményeket összehasonlítottuk a szabvány fel-használásával nyert méretezési eredményekkel. A szabvány szerint számított sugárzási nyereségek magasabbak a bemutatott modell által számítottnál. Ez összhangban van azzal az általános tapasz-talattal, hogy a szabvány szerinti számítás túlméretezést okoz. Az általunk kidolgozott számítási modell további előnye, hogy míg a szabvány alapján számított értékek egy meghatározott napra vo-natkoznak, addig a modell segítségével tetszőleges naptári napra elvégezhető a számítás.

Irodalomjegyzék[1] Duffie J. A., Beckman W.A. (2013): Solar Engineering of Thermal

Processes, Fourth Edition 2013., John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, ISBN 13-978-471-69867-8

[2] Horváth M. (2012): Irodaépület egyik szintjének gépészeti terve-zése és energetikai értékelése. Szakdolgozat, BME Épületgépésze-ti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék, 2012

[3] Horváth M. (2013): Üvegfelületeken beérkező sugárzási nyereség számítása; Diplomaterv, BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljá-rástechnika Tanszék, 2013

[4] Horváth M., Dr. Csoknyai T. (2014): Globális sugárzás és napfény-tartam mérési eredmények korreláció-analízise; Környezettudatos energiatermelés és -felhasználás: III. Környezet és Energia Kon-ferencia, Debrecen 2014. ISBN: 978-963-7064-31-9

[5] OMSZ, (2014) – URL: http://owww.met.hu/eghajlat/eghajlati_adatsorok/bp/Navig/Index2.htm

(letöltés: 2014. szeptember 14.)[6] Salimal G., Chavula G. M.S. (2012): Determining Angstrom

constants for estimating solar radiation in Malawi. International Journal of Geosciences, 2012, 3. szám. pp 391-397.

6. ábra. Az A2 épület méretezési diagramja 7. ábra. A komplexum méretezési diagramja

KöszönetnyilvánításA publikáció elkészítését a TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0041 számú projekt támogatta. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszí-rozásával valósult meg.