Faházak szezonális hőtárolási lehetőségeinek modellezése - Horváth Tibor
Napjainkban a lakóépületek energiahatékonysága fontos szempont azok megtervezése és üzemeltetése során, ez a faházak esetében is így van. A mérsékelt és hideg éghajlati övben, a téli időszakban az épületekben felhasznált fűtési energia fedezése a hagyományos energiaformákon kívül (szén, földgáz, kőolaj, fa, stb.) történhet megújuló energiával is, bár ezek rendelkezésre állása nem mindig egyenletes. Napenergia hasznosítás esetén célszerű a nyári időszakban megkötött fölös energiát valamilyen formában eltárolni, s a fűtési igényt részben/egészben ebből fedezni. Ilyen energiatároló rendszerek már több évtizede léteznek, s számos kutatás folyik ezekkel kapcsolatban. Kutatásomban célul tűztem ki egy Ágfalván megépült könnyűszerkezetes faházban elhelyezett, szilárd töltetű, kísérleti, szezonális, szenzibilis hőtároló rendszer végeselem-modellezését és részben annak hőtechnikai szempontú optimalizálását. Munkám során, a felhasznált végeselem-szoftver sajátosságaiból adódóan, kidolgoztam két szűrési algoritmust, melyekkel mintegy 90%-kal csökkentettem a mérési adatokból számított felfűtési teljesítmény adatsor nagyságát, a fűtési görbe alakjának megtartása mellett, jelentősen lerövidítve a tranziens modellezés futási idejét. Egy egyszerűsített geometriájú modell segítségével megállapítottam, hogy a hőtárolóból történő hővisszanyerés sebességének változtatása jelentős hatással van a kifűthető időszak hosszára, ugyanakkor a háromrétegű hőszigetelés középső rétegét (FOAMGLAS) érintő vastagság-növelés az említett időszakot csekély mértékben befolyásolja. Az egyszerűsített modell eredményei szerint a hőtároló hővesztesége ~30-62% a vizsgált esetekben, azonban ennek mintegy háromnegyede konvektív jellegű, így a hőtömb épületben való elhelyezésekor ez is felhasználható a lakótér fűtésére. Az egyszerűsített geometriájú modellel végzett szakaszos felfűtési kísérlet validálása rámutatott, hogy ez a modell csak a kísérleti hőtároló kvalitatív jellemzésére megfelelő. A hőtani folyamatok pontosabb jellemzéséhez egy részletes geometriájú modellt állítottam fel, mely számos paramétert tartalmaz, így alkalmas optimalizálási feladatok futtatására. Ezzel a modellel három, egyenként 1 hetes időszakra vonatkozóan szimuláltam a hőtömb felfűtését, majd validáltam a kapott eredményeket. Megállapítottam, hogy a hőtárolóban fellépő hőtani folyamatok kvantitatív modellezéséhez elengedhetetlen az anyagjellemzők és a kezdeti hőfokeloszlás minél pontosabb megadása, utóbbihoz a hőmérő szenzorok számának és elhelyezésének alapos megtervezése szükséges. Számításokat végeztem a hőtároló hőcserélő egységének optimalizálásával kapcsolatban, és megállapítottam, hogy az eredeti felépítéshez képest a modellezett geometriai változatok mintegy 10%-os hatásfok-javulást jelentenek, továbbá a megvalósult eset 30%-os hatásfok növekedést okozott.