Szerzők:
- Szuromi Judit (Planet Energy Mo. Kft.)
- Erdős Dávid (BME GPK ÉPGET / Planet Energy Mo. Kft.)
- Jávor Norbert Gergő (Planet Energy Mo. Kft.)
1. Bevezetés
- Globális kihívások: Az épületállomány felelős a teljes végső energiafelhasználás és a szén-dioxid-kibocsátás közel 40%-áért, amivel jelentősen hozzájárul a klímaváltozáshoz.
- A szektor dekarbonizációja: Kiemelten fontos az energiafogyasztás csökkentése. Az új épületek tervezése mellett a meglévő épületek felújítása és az üzemeltetés optimalizálása a kulcs.
- Üzemeltetés finomhangolása: Olyan beruházást nem igénylő beavatkozások, amelyek a közelmúltban már felújított épületeknél is alkalmazhatók.
- Dinamikus megközelítés: Az épületek üzemelése folyamatosan (akár óránként) változik. Ennek pontos elemzése praktikusan dinamikus szimulációval lehetséges.
2. A dinamikus szimulációról általánosan
Az épületenergetikai számítások módszertani fejlődése:
- 7/2006 TNM rendelet: Szezonális számítási módszer.
- 9/2023 ÉKM rendelet: Havi bontású számítás.
- Dinamikus szimuláció: Órás bontású számítás, amely képes a dinamikus hatások figyelembevételére.
A havi és az órás módszer közötti különbséget jól szemlélteti, hogy míg a havi módszerrel számolt fűtési és hűtési energiaigény ($Q_H = 1,4 \text{ kWh}$, $Q_C = 0,0 \text{ kWh}$), addig a részletesebb órás terheléskövetéssel pontosabb értékeket kapunk ($Q_H = 2,4 \text{ kWh}$, $Q_C = 1,0 \text{ kWh}$).
3. A vizsgált épület: Corvinus Campus
A projekt egy rendkívül magas energiahatékonyságú, díjnyertes oktatási intézmény és kollégium:
- Minősítések: AA+ tanúsítvány (magyar szabvány) és LEED Gold fokozat (maximális energiahatékonysági pontokkal).
- Elismerések: Az év zöld beruházása (2024), ÉVOSZ építészeti nívódíj (2024), Az év zöld építménye különdíj.
Alapadatok és épületszerkezet:
- Történet: 1973-as építés, 1980-as bővítés, majd teljes körű felújítás 2023-ban.
- Homlokzat: A felületek ~70%-a üvegfelület napvédő üvegezéssel és fényérzékelős külső árnyékolással, valamint falazott parapetfalak.
- Tetők: Extenzív és intenzív zöldtetők.
Épülettechnikai rendszerek:
- Hőtermelés: Talajszondás és levegő-víz hőszivattyúk, kondenzációs gázkazánok (fűtés, hűtés, használati melegvíz [HMV] és légtechnika).
- Hőleadók: Fan-coilok, radiátorok, felületfűtési és -hűtési panelek, split klímák.
- Egyéb rendszerek: LED-es beépített világítás nappalifény- és mozgásérzékeléssel, valamint napelemes rendszer (visszwatt védelemmel).
4. A modell felépítésének módszertana
A geometriai modellt (DesignBuilder) és a mérnöki számításokat (WinWatt) összehasonlítva az alábbi transzmissziós hőveszteség értékek adódtak a modellezés során:
Szerkezet | WinWatt számítás | DesignBuilder szimuláció |
|---|---|---|
Teljes veszteség | 195 kW | 190 kW |
Üvegezett nyílászárók | 90,33 kW | 96,82 kW |
Külső falak | 40,28 kW | 28,36 kW |
Lapostetők | 17,55 kW | 19,05 kW |
- Bemeneti adatok: Időjárási adatsor az ÉKM rendelet függeléke alapján, használati profilok pedig a valós adatszolgáltatás szerint.
- Árnyékolás: A tetőn elhelyezett Somfy időjárás-állomás besugárzási értékeit $(W/m^2)$ vettük figyelembe. Az árnyékolók helyes működéséhez elengedhetetlen az érzékelők megfelelő tájolásának ellenőrzése.
- Minőségi ellenőrzés: A magyar szabványok szerinti túlméretezett szekunder oldali tömegáramok és az automatikus méretezés szerinti alacsonyabb primer oldali tömegáramok összehangolása, valamint a hőmérsékletek és az üzemidők (UMLH) ellenőrzése kötelező lépés volt.
5. Szimulációs és valós fogyasztási eredmények kalibrációja
A modell validálásához 5 hónap valós fogyasztási adatát vetettük össze a szimulált értékekkel:
Energiafajta | Modell [kWh] | Valóság [kWh] | Eltérés [%] |
|---|---|---|---|
Felhasznált földgáz | 114 268 | 86 810 | +31,63% |
Felhasznált villamos energia | 462 111 | 559 801 | -17,45% |
Termelt villamos energia (PV) | 51 553 | 42 584 | +20,30% |
Vételezett villamos energia | 410 558 | 516 947 | -20,58% |
Teljes primer energiafelhasználás | 1 188 552 | 1 383 034 | -14,06% |
Megjegyzés a pontossághoz: A modell a jövőben tovább pontosítható. A jelenlegi eltéréseket a korlátozott (5 hónapos) adatsor, a HMV-fogyasztás becslésének nehézségei, a liftek fogyasztásának hiánya a modellben, valamint a valóságtól kismértékben eltérő időjárási fájl okozza.
6. Az üzemeltetés finomhangolásának lehetőségei
A szimuláció segítségével feltárhatóak a rendszerhibák. Például a légkezelő üzemének elemzésekor kiderült, hogy a hővisszanyerő esetenként túlfűti a befúvandó levegőt, amit a hűtő kalorifereknek kell visszahűteniük. A hővisszanyerés véghőmérsékletének pontos szabályozásával (például fix $18^\circ\text{C}$-ra) komoly megtakarítás érhető el.
A szimuláció során hat beavatkozást vizsgáltunk egymásra épülve:
- HMV termelés optimalizálása: Átállás a fűtési időszakban részben talajszondás hőszivattyúra (gázkazán helyett).
- Szabadhűtés (Free-cooling) alkalmazása.
- Hővisszanyerés véghőmérsékletének beállítása.
- Parancsolt hőmérsékletek optimalizálása: Csökkentés télen, emelés nyáron.
- Éjszakai fűtéscsökkentés bevezetése.
- Előírt $\text{CO}_2$ koncentráció emelése: A légtechnika frisslevegő-mennyiségének igényalapú szabályozása.
7. Összegzés és eredmények
- Elért eredmény: Az üzemeltetés finomhangolásával beruházás nélkül is közel 11%-os primerenergia-megtakarítás érhető el.
- Legnagyobb hatású intézkedések:
Légtechnikai rendszer előírt $\text{CO}_2$ koncentrációjának emelése (igényalapú szellőztetés).
A HMV-igények gázkazános fedezésének kiváltása részben talajszondás hőszivattyúval.
A parancsolt belső hőmérsékletek finomhangolása (télen kissé alacsonyabb, nyáron kissé magasabb alapjel).
- Következtetés: A dinamikus szimulációs változatelemzéseket már a tervezési fázisban javasolt elkészíteni, mivel a tervezőkkel való korai konzultáció során még nagyobb mértékű beavatkozásra és ezáltal még jelentősebb megtakarításra van lehetőség.