Energiahatékony kórházépületrészletes dinamikus szimulációja

1. Bevezetés

Az épületállomány felelős a teljes végső energiafelhasználás és szén-dioxid-kibocsátás közel 40%-áért, amivel jelentősen hozzájárulnak a klímaváltozáshoz. Emiatt kiemelten fontossá vált a szektor dekarbonizációja és az energiafogyasztás csökkentése.

• Új épületek: Tervezési fázis (a teljes állományhoz képest túl kicsi a részarányuk a dekarbonizációs célok eléréséhez).
  
• Meglévő épületek: Felújítás (elektrifikáció), valamint az üzemeltetés optimalizálása (igények csökkentése).
  

Üzemeltetés optimalizálása és finomhangolása

Az általunk vizsgált épület felújítása és elektrifikációja a közelmúltban már megtörtént. A cél olyan beruházást nem igénylő beavatkozások feltérképezése, amelyek optimalizálják a működést. Mivel az épületek üzemelése folyamatosan (akár óránként) változik, ennek elemzése praktikusan dinamikus szimulációval lehetséges.

2. Dinamikus szimuláció vs. Havi módszer

Az épületenergetikai számítások módszertanának fejlődése:

• 7/2006 TNM rendelet: Szezonális számítás.
  
• 9/2023 ÉKM rendelet: Havi bontású számítás.
  
• Dinamikus szimuláció: Órás bontású számítás, amely képes figyelembe venni a dinamikus hatásokat.
  

Példa az órás és a havi módszer eltérésére (L. Socal kutatása alapján):

• Órás fűtési és hűtési terhelés: $Q_H = 2,4 \text{ kWh}$; $Q_C = 1,0 \text{ kWh}$
  
• Fűtés és hűtés, havi módszer: $Q_H = 1,4 \text{ kWh}$; $Q_C = 0,0 \text{ kWh}$
  

3. Modellezési módszertan

• Szoftver: DesignBuilder (EnergyPlus) szofisztikált dinamikus szimulációs szoftver.
  
• Időlépés: Óránként 6 időlépés (10 perces bontás), órás eredmények.
  
• Időjárási adatok: ÉKM rendelet függeléke szerinti TMY (szabványos meteorológiai év) időjárási adatsor.
  
• Zónázás: Részletesen zónázott modell (funkciók, hőegyensúly, épülettechnikai rendszerek).
  
• Profilok: Adatszolgáltatás szerinti (vagy szabványos) használati profilok.
  
• Gépészet: Részletes gépészeti modellezés, rendszerkomponensenként.
  
• Minőségbiztosítás: Modell minőségi ellenőrzése, az eredmények részletes utóellenőrzése.
  

4. A vizsgált épület: Budapesti Szent Ferenc Kórház

• Elismerések: Portfolio – Az Év Zöld Beruházása 2025.
  
• Energetikai tanúsítvány (2023):
  • 
    Összesített energetikai jellemző: A++
    
  • 
    Fajlagos széndioxid-kibocsátás: A++
    

Alapadatok és épületszerkezetek

• Építés éve: 1935.
  
• Bővítés több lépcsőben: „B” és „C” épületszárnyakkal 2019-ben és 2025-ben.
  
• Főépület felújítása: 2017.
  
• Szerkezetek: Hagyományos falazott szerkezetek, vasbeton falszerkezetek (hőszigeteléssel), új, jó minőségű nyílászárók (2 rétegű üvegezés: 4-16-4). Az „A” és „B” épületrészen külső árnyékolók találhatók.
  
• Világítás: LED-es beépített világítás.
  
• Megújuló energia: Napelemes rendszer, napkollektoros rendszer, elektromos autótöltés.
  

Hőveszteségek ellenőrzése (WinWatt vs. DesignBuilder)

• Teljes veszteség: WinWatt: 84 kW | DesignBuilder: 83 kW
  
• Üvegezett nyílászárók: WinWatt: 27 kW | DesignBuilder: 27 kW
  
• Külső falak: WinWatt: 32 kW | DesignBuilder: 26 kW
  
• Tetők: WinWatt: 11 kW | DesignBuilder: 10,5 kW
  

5. Épülettechnikai rendszerek – Hőellátás

• Fűtés: Vízhűtéses VRF rendszer (hővisszanyeréssel és talajszondákkal), léghűtéses VRF rendszer, valamint kondenzációs gázkazán a csúcsterhelések lefedésére.
  
• Hűtés: Vízhűtéses VRF rendszer (hővisszanyeréssel és talajszondákkal) és léghűtéses VRF rendszer.
  
• Légtechnika: Az A és B épületben a légtechnikai rendszert jelenleg nem használják (hővisszanyerők leállítva). A C épületben konyhai légkezelő, DX egység és hővisszanyerők üzemelnek.
  
• HMV (Használati melegvíz): Vízhűtéses VRF rendszer (talajszondákkal) hidroblokkal és frissvíz modullal, kondenzációs gázkazán (csúcsokra) és napkollektoros rendszer.
  

6. Szimulációs és valós fogyasztási eredmények (2024)

Megnevezés	Valós, 2024	Szimulációs modell
Fogyasztott villamosenergia [kWh/év]	520 962	514 695
Termelt villamosenergia [kWh/év]	49 605	44 716
Vételezett villamosenergia [kWh/év]	471 357	469 979
Földgáz [kWh/év]	80 180	33 999

Az eltérések okai

1. 
   Épülethasználatbeli különbségek (pl. HMV igény és a tényleges felhasználói profil eltérése).
   
2. 
   Technológiai energiafelhasználás és a belső hőterhelés becslése.
   
3. 
   Időjárási fájlok különbsége: a valós év (AMY) helyett szabványos többéves átlag (TMY) használata a szimulációban.
   
4. 
   Új konyha épült a régi helyett, amely a vizsgált időszakban még nem üzemelt.
   

7. Vizsgált beavatkozási lehetőségek (Finomhangolás)

A szimulációs modellen az alábbi módosítások hatásait vizsgálták meg lépésenként:

• 0: Eredeti üzemeltetés (kiindulási állapot)
  
• 1: Légkezelők üzembe helyezése (ez a CO2 szintet drasztikusan csökkenti a kórtermekben ~2300 ppm-ről 900 ppm alá, de növeli az energiaigényt)
  
• 2: Légkezelőkben frekvenciaváltós szabályozás alkalmazása
  
• 3: Külső hőmérséklet szerinti szellőztetési stratégia (tél/átmenet/nyár optimalizálás)
  
• 4: Hővisszanyerés véghőmérsékletének szabályozása
  
• 5: Árnyékolók automatizált szabályozása (transzmittált szoláris radiáció csökkentése)
  
• 6: HMV termelés biztosítása kizárólag hőszivattyúval
  
• 7: Fűtés- és hűtéscsökkentés az irodákban (csökkentett üzemidő/temperálás)
  
• 8: Árnyékolók felszerelése a „C” épületszárnyra
  

8. Összegzés és eredmények

• 
  A meglévő, már korszerűsített épületek felújítása mellett az üzemeltetés optimalizálása is kiemelten fontos feladat.
  
• A legnagyobb energiamegtakarítást eredményező beavatkozások:
  • 
    Külső hőmérséklet szerinti szellőztetési stratégia (frekvenciaváltókkal kiegészítve).
    
  • 
    Fűtés- és hűtéscsökkentés (időprogram) bevezetése az irodákban.
    
• 
  A javasolt intézkedésekkel kb. 11% primer energiafelhasználás-csökkenés érhető el extra beruházási költség nélkül.
  
• 
  A tapasztalatok alapján a dinamikus szimulációs változatelemzések elvégzése már a tervezési fázisban is kifejezetten javasolt.