Passzív ház tervezés

2013.08.09.Szélturbina a háztetőn

A Szent István Egyetem Energiagazdálkodási Szakmérnök képzésen végzős hallgató azzal a kérésével keresett meg bennünket, hogy szeretné széles körben megismertetni a szakdolgozatában összeállított szakmai anyagot. Mivel az államvizsga-bizottság tagjaként jelen lehettem a szakdolgozat védésén, nagy örömömre szolgált a megkeresés és természetesen helyet biztosítunk portálunkon a munka elérhetőségére. A szerző a korábbi tanulmányait (repülőgép szerkezetmérnök) felhasználva készítette el magaszintű, alapos, és a területen teljeskörű áttekintést biztosító munkáját.

A passzívházak az energiahatékonyság jegyében születtek és terjednek világszerte. Az energiahatékonyság mellett a felhasznált energia "kizöldítése" nem titkolt célja azoknak a közreműködőknek, akik a passzívházak elkötelezettjei közé sorolják magukat.

Ezt az elkötelezettséget szem előtt tartva szeretnénk megismertetni Tornai Gábor "Szélenergia hasznosításának lehetőségei kisvárosi környezetben" című munkáját annak ellenére, hogy a passzívházak nem kerülnek megemlítésre. A szakdolgozat (diplomamunka) címére kattintva PDF formátumban letölthető a teljes 135 oldalas terjedelemben.

A passzívházak energiahatékonysága azt jelenti, hogy az ilyen módon megtervezett épület energiamérlegében a veszteségek (energiaveszteségek) drasztikusan csökkentésre kerülnek. A jelenleg-, általános építési eljárásokkal megépített épületekhez képest akár 80-90 % energiafelhasználás csökkentést is el lehet érni ezzel az eljárással. Mi magunk is több esetben szembesülünk a kétkedéssel, hihetetlen az állítás, hogyan lehetséges ezt a megalázóan alacsony energiaigényt megvalósítani. A darmstadti (Németo.) Passivhaus Institut közreadta a számítások elvégzéséhez szükséges és elengedhetetlen programját PHPP (Passivhaus Projektierungs Paket)  néven. Így már számszerűsíthetők a tervezési értékek, a tervezési megoldások következményei, igaz, csak terv szinten, a mérésekkel való igazolásra ez még nem alkalmas. Ezért a passzívház Kft elkészítette a mérésre, monitorozásra alkalmas mérő rendszerét, amivel a működő épületekben a számítások ellenőrizhetők, a tervezők kérdőre vonhatók a mérési adatok alapján, amennyiben azok nem esnének egybe a számításokkal. Eddig az energiamérleg veszteség oldalán vizsgálódtunk, de mi a helyzet a felhasznált energia területén ?

A passzívház szó valójában a fosszilis energiahordozóktól való tartózkodásra utal. Passzívan elzárkózik a felhasználásuktól olymódon, hogy minimalizálásra kerül az energiafelhasználás. 

A passzívházaknak is szükségük van (minimális) energiabevitelre. Ezt a nagyon kevés energiát akár meg is lehet termelni "odahaza", a kertben, vagy a tetőn felállított napenergia hasznosításra alkalmas eszközökkel, vagy akár Tornai Gábor által vizsgált szélturbinákkal. Csakhogy Gábor éppen arra fókuszálta a szakdolgozatának lényegi kérdéseit, nem mindegy, milyen módon kerülnek kialakításra, telepítésre a szélturbinák. Mivel a szerző a leg autentikusabb személy a rövid összefoglaló megfogalmazására, ezért a továbbiakban az általa megfogalmazottakra hagyatkozunk:

A szélenergia hasznosításának lehetőségei kisvárosi környezetben

1.    A megújulók és a szélerőművek:

A megújuló energiaforrások szerepének erősítéséhez új gondolkodásmód elsajátítása szükséges. Környezeti tudatosságot kell tanulnia mindenkinek, aminek életformává kell válnia. A zöld energiák és a majdani zöld gazdaság egyik jelentős képviselői a szélerőművek, amelyek nagyobb méretekben gazdaságosabbak, távol a zavaró tereptárgyak fékező hatásaitól. De mégis igyekezni kell a szükséges villamosenergia legalább egy kis részét helyben a városokban előállítani a szél mozgási energiájából.

2.    A városi szélenergia hasznosítás nehézségei:

Városi környezetben a telepítés lehetősége több tényező miatt is erősen korlátozott. Az egymás szélárnyékában lévő tereptárgyak egy fékezett sebességű buborékot (urban canopy) képeznek. Ezért csökkentett sebességű és turbulensebb szél éri a háztetőt, amely rontja az energiatermelés hatásfokát. A városi környezetben álló házak tetőgerince feletti sebességeloszlás, alapjaiban határozza meg a gazdaságos szélenergia hasznosítás módját.

3.    A megfelelő szélturbina kiválasztása:

Körültekintőknek kell lennünk a telepítésre alkalmas helyszín kiválasztása, az éves energiatermelésre használható szélmennyiség becslése/mérése, az adott helyszínre a legmegfelelőbb szélkerék fajta, típus kiválasztása során.  Mivel a kis szélturbinák piaca még  szabályozatlan, a vásárlók nehezen tudják kiválasztani a számukra legmegfelelőbb típust. Az egységes megfelelőségi jellemzők és fajlagos paraméterek egyszerű és megbízható összehasonlítási alapot nyújtanának.

4.    Fizikai, energetikai feltételek:

Következtetésem: a műszaki-energetikai szempontoknak megfelelő villamos energia termelés minimális feltételei: a „3 x 3,5-ös minimum” szabálya: minimum 3,5 m/s pillanatnyi szélsebesség a pillanatnyilag hasznosítható energiatermeléshez, minimum 3,5 m² súrolt felület, és minimum 3,5 m/s éves átlagos szélsebesség szükséges az éves szinten háztartási szinten megfelelő mennyiségű (500-600 kWh = 275-330 kg CO2 kibocsájtást lehetne kiváltani vele) évente energiatermelés eléréséhez.

5.    Nem minden változat életképes:

Bebizonyítottam: a tetőgerincre szerelhető fixen befogott, vízszintes tengelyű tetőgerinc „szélturbinák” (gerinc generátor, ridgeblade, ridgeblaster, rooftop wind turbine, windpods) teljesen életképtelen, hiábavaló, pénz kidobást jelentő ötletek. Még az általam kitalált változat is, sajnos. Elhelyezkedésükből, korlátozott irányú szélhasznosítási képességeikből, és kis méretükből adódóan az elhanyagolható mértékű energiatermelés miatt (10-12 kWh/m² évente, 3,5 m/s éves átlagos szélsebességnél), sosem termelnék ki a beruházás költségeit.

6.    Gazdaságossági feltételek:

Következtetésem: A hálózatra kapcsolt rendszerű szélturbina gazdaságosan történő üzemeltetésének feltétele nem biztosított a jelenlegi gazdasági körülményekből fakadó hosszú, élettartamon túli megtérülési idők miatt. Ezért a jelenlegi gazdasági körülmények csak a házi barkácsolást ösztönzik. Ezeket a szerkezeteket a jelenlegi törvények szerint nem szabad hálózatra kapcsolni, tehát csak sziget üzemben működhetnek. De így legalább el lehet érni 10 év alatti megtérülési időket.

7.    Optimális esetben:

A beruházást megelőző szélmérést mindig el kell végezni, aminek eredménye alátámaszthatja az energetikai feltételeket. Ez esetben már érdemes gondolkodni az elsődleges napelemes rendszer mellé egy kiegészítő forrásként megjelenő szélturbina felszerelésén is. De csak akkor, ha a fizikai, energetikai feltételek mellett a gazdaságossági feltételek is teljesülnek!

Tornai Gábor                               2013. augusztus. 09.