-
TÜ Energiatõhusa ehituse tuumiklabori
võimalustest projekteerijate toetamisel
Jaanus Hallik | TÜ Energiatõhusa ehituse tuumiklabor
[email protected]
Tel: 7374842
mailto:[email protected]
-
Eskiisprojekt
Tööprojekt
Järelvalve
Ehitustööde
planeerimine
Hoone asukohavalik ja
orientatsioon
-
EETL – TÜ Energiatõhusa ehituse tuumiklabor.
• Labori ülesandeks on hoonetes energiakasutuse tõhustamist
toetavate innovatiivsete teenuste arendamine ja pakkumine.
• Labori tegevusaladeks on:
– dünaamilise simulatsiooni meetodite rakendamine hoonete
energiakasutuse tõhustamiseks planeerimisfaasis;
– Päevavalguse tasemete simulatsioon ja optimeerimine;
– Päikeseenergia soojuslike seadmete optimeerimine;
– Ehituslike sõlmlahenduste külmasildade soojusjuhtivuse
staatilised ja dünaamilised arvutused;
– Hoone ehitusfüüsikaliste mõõtmiste teostamine (BD ja IR);
– (uute materjalide, toodete ja teenuste arendamine).
-
1. Päikesekiirguse hulkade analüüs
• Päikese otse- ja hajukiirguse jaotumise visualiseerimine,
• Päikese otse- ja hajuskiirguse hulkade analüüs
maapinnal, fassaadil erinevatel ajaperioodidel
– Päikesepaneelide asukohavalik.
– Päikesekaitselahenduste mõju analüüs.
-
päevakeskmine kiirgus - aasta päevakeskmine kiirgus - sügis
päevakeskmine kiirgus - talv päevakeskmine kiirgus - kevad
Suured aknad lõunafassaadil soodustavad päikeseenergia
passiivset kasutamist
Sobiv asukoht soojuslikele päikesekollektoritele
Näide 1. Lasteaed Valgas
-
Näide 2. Kortermaja Viinis
• Uuringu sisu: Dynamic calculation of solar incident
radiation levels on PV and building surfaces for
project SUNpowerCity (Vienna, AT)
• Uuringu eesmärgiks oli arvutada ühel konkreetsel
krundil Viinis (Austrias) summaarse päikesekiirguse
(otsekiirgus + hajuskiirgus) hulgad hüpoteetilise
hoone akende ja päikesepaneelide pindadel erinevate
arhitektuursete lahenduste (ja hoone erineva
orientatsiooni) lõikes.
• Tellija: Austria arhitektibüroo (POS architekten).
-
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
jan feb mar apr may jun jul aug sep oct nov dec
inci
dent
rad
iatio
n on
hor
ison
tal s
urfa
ce (k
Wh/
m2*
a).
W - Wien-Donaufeld (PHPP2007 data)
W - Wien-Hohe Warte (PHPP2007 data)
W - Wien-Innere Stadt (PHPP2007 data)
W - Wien Ost, Groß-Enzersdorf(PHPP2007 data)
monthly Eplus calculation results based onhourly dataset (Vienna
Schwechat, IWEC)
Figure 1. Comparison of weather data. Monthly incident radiation
levels (kWh/m2*month) on horizontal surface.
Kliimafailide eelanalüüs
-
0,0
200,0
400,0
600,0
800,0
1000,0
1200,0
1400,0
PV 1 (30˚) PV 2 (30˚) PV 3 (30˚) PV 4 (30˚) PV 5 (30˚) PV 6
(30˚) PV 7 (30˚) PV 8 (30˚) PV 9 (30˚) PV 10 (30˚) PV 11 (30˚) PV
12 (30˚)
An
nu
al
so
lar
incid
en
t ra
dia
tio
n (
kW
h/m
2*y
ear)
orientation 120˚ orientation 135˚ orientation 150˚ orientation
180˚ orientation 225˚
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
700,0
800,0
900,0
1000,0
Window 1 Window 2 Window 3 Window 4 Window 5 Window 6 Window 7
Window 8 Window 9 Window 10 Window 11 Window 12 Window 13
An
nu
al
so
lar
incid
en
t ra
dia
tio
n (
kW
h/m
2*y
ear)
orientation 120˚ orientation 135˚ orientation 150˚ orientation
180˚ orientation 225˚
Figure 8. The numbering sequence of analyzed façade
surfaces.
PV Windows
• Varju heitva
kõrvalhoone mõju
• Erinevad PV
kaldenurgad
• Erinev fassaadi
orienteeritus
-
Figure 9. The numbering sequence of analyzed roof surfaces.
• Erinevad PV
kaldenurgad
• Erinev hoone
orienteeritus
-
Näide 3. Lasteaed Tartus
• Statsionaarse päikesekaitse kavandamine.
• Probleem/ülesanne:
– Leida erinevate päikesekaitsesirmide efektiivsus päikese
otsekiirguse vähenemisele erinevatel fassaadidel.
• Lahendus: Ecotectis hoone 3D mudel ja sirmide võimaliku mõju
uuring erineva suunaga fassaadidel päikese otsekiirguse
vähenemisele.
-
1. Esmane suveolukorra analüüs (juuni - august).
2. 1,0m ja 1,5m hor.sirmi mõju analüüs suve-olukorras.
3. 1,0m ja 1,5m hor.sirmi mõju detailne analüüs ja
visualiseerimine kuude ja kellaaegade lõikes.
4. Eelneva põhjal arhitekti poolt koostatud lahenduse mõju
detailne analüüs.
-
“Lõunafassaad”
“Põhjafassaad”
-
Esialgne olukord
1,0m sirm
1,5m sirm
-
“Idapoolne” aken, esialgne olukord vs 1,0m sirm
-
“Idapoolne” aken, 1,5m sirm ja mõjude koondgraafik
-
“Lõunapoolne” aken, esialgne olukord vs 1,0m sirm
-
“Lõunapoolne” aken, 1,5m sirm ja mõjude koondgraafik
-
“Läänepoolne” aken, esialgne olukord vs 1,0m sirm
-
“Läänepoolne” aken, 1,5m sirm ja mõjude koondgraafik
-
Eelneva põhjal lõpplahendus arhitektilt. Ainult
“lõunafassaad”
-
Eelneva põhjal lõpplahendus arhitektilt
-
Eelneva põhjal lõpplahendus arhitektilt
-
Eelneva põhjal lõpplahendus arhitektilt
-
2. Insolatsiooniolukorra analüüs
• Arvestusliku insolatsiooni kestuse arvutused ja nõuetele
vastavuse kontroll (vastavalt EVS 894 metoodikale),
• horisontogrammide koostamine aastase insolatsiooni
olukorra visualiseerimiseks,
• erinevate arendusotsuste mõju eristamine ning
maksimaalse lubatud hoonestuse mahu visualiseerimine
valitud vaatepunktide suhtes.
-
horisontogrammid
-
Näide 1. Maksimaalse lubatud mahu genereerimine
(kavandatav kõrghoone Tallinnas)
-
Analüüsiti 1. korruse aknaid:
a) fikseeriti esialgne olukord
-
Analüüsiti 1. korruse aknaid:
b) leiti maksimaalne mittemõjutav maht
-
Arvestusliku insolatsiooni kestuse määramine horisontogrammi
abil
-
c) leiti maksimaalne maht, mille korral
insolatsioonitingimused
jäävad vastavusse nõuetega.
-
Arvestusliku insolatsiooni kestuse määramine horisontogrammi
abil
-
• Horisontogrammidel põhineva insolatsioonianalüüsi töömahukuse
vähendamiseks oleme praeguseks välja arendanud eraldi skripti, mis
võimaldab:
– Iteratiivselt kõikidel valitud akendel leida insolatsiooni
summaarse kestuse vastavalt EVS 894 nõuetele.
– Raporteerida koondtabelina insolatsiooni summaarsed kestused
kõikidel akendel.
• Arendamisel on skriptid maksimaalse mahu automaatseks
leidmiseks.
-
3. Loomulike valgustingimuste analüüs
• Päevavalgusfaktori (DF) väärtuste arvutused
ruumide töötasapinnal (vastavalt EVS 894
metoodikale),
• täiendavate dünaamiliste, päevavalgustingimusi
iseloomustavate parameetrite kalkulatsioonid (DA,
DAmax jne).
-
4. Külmasildade ja soojavoogude
arvutused hoone konstruktsioonides
• Ehituslike sõlmlahenduste külmasildade
soojusjuhtivuse staatilised ja dünaamilised
arvutused (vastavalt EVS-EN ISO 10211-1
ja EVS-EN ISO 10211-2 metoodikale);
• Aknaraamide soojajuhtivuse arvutused
(vastavalt EVS-EN ISO 10077-1 ja EVS-
EN ISO 10077-2 metoodikale);
-
Näide 1. Soklisõlme soojajuhtivuse arvutus (Valga
lasteaed “Kaseke”)
-
Näide 2. Kandva seina ühendussõlm põrandaga (Valga
lasteaed “Kaseke”)
-
Näide 3. Puidust aknaraami soojajuhtivuse arvutus
(Viking Window arenduse näitel)
-
Uf = 1,3 W/m2K
Näide 3. Puidust aknaraami soojajuhtivuse arvutus
(Viking Window arenduse näitel)
-
Analüüsitud hoone kirjeldus:
Ca 86,4 m2 elupinnaga moodulitest hooned koos
mitteköetava trepikoda/tehnoruum/töötuba
vaheruumiga:
• 3-kordne ja 2-kordne
• 1.kordne paarismajana
• 1.kordne eramuna
(ilma vaheruumita)
Näide 4. As-iga Kodumaja läbi viidud uuring
-
As-iga Kodumaja läbi viidud uuring
-
As-iga Kodumaja läbi viidud uuring
-
Analüüsitud sõlmed 3 “klassi” lõikes
• Ehituslike sõlmlahenduste külmasildade soojusjuhtivuse
staatilised arvutused (EVS-EN ISO 10211-1 ja EVS-
EN ISO 10211-2 metoodikale);
-
Analüüsitud sõlmed 3 “klassi” lõikes
-
"Väga madal" tase "40" tase "70" tase
välismõõtude
järgi (W/mK)
sisemõõtude
järgi (W/mK)
välismõõtude
järgi (W/mK)
sisemõõtude
järgi (W/mK)
välismõõtude
järgi (W/mK)
sisemõõtude
järgi (W/mK)
katuslae nurk -0,048 0,028 -0,033 0,049 -0,027 0,054
seina sisenurk1 0,044 -0,041 0,035 -0,038 0,046 -0,029
seina sisenurk2 0,045 -0,040 0,039 -0,034 0,049 -0,026
seinanurk -0,038 0,034 -0,023 0,050 -0,015 0,060
sokli nurk -0,039 0,033 -0,030 0,049 -0,023 0,054
vahelagi 0,015 0,015 0,033 0,033 0,045 0,045
vahesein katuslagi 0,026 0,026 0,032 0,032 0,039 0,039
vahesein põrand 0,064 0,064 0,070 0,070 0,076 0,076
akna kinnitus (variant 1) 0,048 0,048 0,048 0,048 0,048
0,048
akna kinnitus (variant 2) 0,023 0,023 0,023 0,023 0,023
0,023
Analüüsitud sõlmed 3 “klassi” lõikes
-
5. Hoone energiakasutuse ja sisekliima
analüüs
• Staatiline soojabilansi arvutus (vastavalt ISO 13790
metoodikale);
• Dünaamilised soojabilansi arvutused:
– sh kütte- ja jahutusvajaduse dünaamika;
– suviste ruumitemperatuuride prognoos;
– passiivsete lahenduste mõju hindamine kütte- ja
jahutusvajaduse kujunemisele;
– jne…
-
5.1. Lihtsustatud (staatilised) arvutusmeetodid
• Mitmesugused staatilised ja pooldünaamilised
arvutusmeetodid annavad võimaluse hoonete aastast või
igakuist energiatarbimist ligikaudselt hinnata. Lihtsamate
hoonete puhul saab kasutada staatilise iseloomuga
arvutusmetoodikaid:
– Kraadpäevade metoodika;
– EVS EN-ISO 13790 toodud kütteperioodi ja kuubilansside
meetod;
– Temperatuuride kestvuskõveral põhinevad metoodikad.
• Madala energiatarbe ja muutliku sisekasutuse tingimustes
jääb
täpsusest ja tundlikkusest vajaka. Eriti keerulisemate
hoonete
puhul mõningate aspektide arvestamisel: nt materjalide
termiline mass, kiirgusolude varieerumine jne
-
Näide 1. Staatiliste arvutuste näide (Tartu
loodusmaja)
• Hoone energiabilansi ligikaudsed arvutused,
passiivmajataseme saavutamise võimalikkuse hindamine.
• Energiavajadus arvutati tarkvaraga PHPP2007 (standard
EVS-EN 13790 metoodika).
-
Esialgne variant parandus-variant I parandus-variant II
Välisseina soojajuhtivus U 0,1 0,1 0,1 W/m2K
Katuslae soojajuhtivus U 0,07 0,07 0,07 W/m2K
Põrand pinnasel soojajuhtivus U 0,08 0,06 0,06 W/m2K
Sein vastu pinnast soojajuhtivus U 0,13 0,11 0,11 W/m2K
soklisoojustuse olemasolu horisont. horisont. horisont.
soklisoojustuse laius 1,2 1,2 1,2 m
soklisoojustuse kihi paksus 0,2 0,2 0,2 m
soklisoojustuse materjali erisoojajuhtivus λ 0,04 0,04 0,04
W/mK
klaaspaketi soojajuhtivus Ug 1,1 0,91 0,67 W/m2K
klaaspaketi päikesekaitsetegur g 0,56 0,55 0,5 W/m2K
anaraami soojajuhtivustegur Uf 1,3 1,11 0,76 W/m2K
klaaspakett-raam joonkülmasilla soojajuhtivus ψ 0,04 0,031 0,036
W/mK
sein-raam joonkülmasilla soojajuhtivus ψ 0,04 0,04 0,04 W/mK
ventilatsiooniagregaadi tootlikkus 8000 8000 8000 m3/h
hoone ventileeritav kubatuur 6750 6750 6750 m3
hoone keskmine õhuvahetuskordsus ventileerimisel 0,8 0,8 0,8
1/h
infiltratsioonist tingitud õhuvahetuskordsus 50Pa alarõhul n50 1
0,6 0,3 1/h
vent.agregaadi hetkeline kasutegur soojustagastusel 79 88 92
%
kasulik pind 1612,1 1612,1 1612,1 m2
arvestuslik köetav pind energiaarvutustel 1564,7 1564,7 1564,7
m2
-
Hoone soojabilanss
45,5
35,5
36,913,2
13,7
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
Soojaallikad Soojakaod
kW
h/(
m2
*a)
Lisaküte Ruumi sisenev päikesekiirgus Sisemised allikad Hoone
piirded Ventilatsioon
Soojakaod läbi hoone välispiirete [kWh/(m2*a)]
5,3
2,74,5
23,4
0,30,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
Välissein Põrand pinnasel Katuslagi Aknad Sein vastu pinnast
kW
h/(
m2*a
)
Esialgne variant
• Projekt muutmata kujul, geomeetria ja avad ning piirded
vastavalt
arhitekti poolt esitatud eskiisile ja hoone esialgsele
kirjeldusele.
-
Hoone soojabilanss
26,430,7
21,4
12,4
13,7
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
Soojaallikad Soojakaod
kW
h/(
m2
*a)
Lisaküte Ruumi sisenev päikesekiirgus Sisemised allikad Hoone
piirded Ventilatsioon
Parandusvariant 1
• Esialgse projektiga võrreldes:
– Pinnasega kokkupuutuvate välispiirete ning katuslae täiendav
soojustamine.
– Parema soojapidavusega klaaspaketid (0,91 W/m2K) ja raamid
(1,1 W/m2K).
– Parem õhupidavus välispiirdes (n50 = 0,6 h-1).
– Tõhusam soojatagastus ventilatsiooniagregaadis (temperatuuri
suhtarv 0,88).
Soojakaod läbi hoone välispiirete [kWh/(m2*a)]
5,3
2,14,1
19,8
0,20,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
Välissein Põrand pinnasel Katuslagi Aknad Sein vastu pinnast
kW
h/(
m2*a
)
-
Hoone soojabilanss
13,6
26,3
13,2
12,8
12,9
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
Soojaallikad Soojakaod
kW
h/(
m2
*a)
Lisaküte Ruumi sisenev päikesekiirgus Sisemised allikad Hoone
piirded Ventilatsioon
Soojakaod läbi hoone välispiirete [kWh/(m2*a)]
5,3
2,04,1
15,6
0,20,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
Välissein Põrand pinnasel Katuslagi Aknad Sein vastu pinnast
kW
h/(
m2*a
)
Parandusvariant 2
• Parandusvariant 1 võrreldes:
– Parema soojapidavusega klaaspaketid (0,67 W/m2K) ja raamid
(0,76 W/m2K).
– Parem (väga hea) õhupidavus välispiirdes (n50 = 0,3 h-1).
– Tõhusam soojatagastus ventilatsiooniagregaadis (temperatuuri
suhtarv 0,92).
-
Toodud tulemused iseloomustavad hoone soojusenergiavajadust
ruumide kütteks ning
ei käsitle energiavajadust tarbevee soojendamiseks ja
olmeseadmete, valgustuse ning
tehnosüsteemide käitamiseks.
200
4026,4
13,6
15
130
45,5
0
50
100
150
200
250
Eesti keskmine Uuselamu Madala
energiatarbega
maja
Passiivmaja Käesolev projekt -
esialgne variant
Käesolev projekt -
parandusvariant I
Käesolev projekt -
parandusvariant II
Ho
on
ete
so
oju
se
ne
rgia
va
jad
us
ru
um
ide
kü
tte
ks
(k
Wh
/m2
*a)
-
Analüüsitud hoone kirjeldus:
Ca 86,4 m2 elupinnaga moodulitest hooned koos
mitteköetava trepikoda/tehnoruum/töötuba
vaheruumiga:
• 3-kordne ja 2-kordne
• 1.kordne paarismajana
• 1.kordne eramuna
(ilma vaheruumita)
Näide 2. As-iga Kodumaja läbi viidud uuring
-
As-iga Kodumaja läbi viidud uuring
-
As-iga Kodumaja läbi viidud uuring
-
Olulisemad parameetrid analüüsitud hooneklasside
lõikes.
"70" tase "40" tase "väga madal" tase
välissein (U-väärtus) 0,192 0,155 0,08
katuslagi (U-väärtus) 0,125 0,095 0,077
põrand (U-väärtus) 0,118 0,091 0,074
trepikojauks (U-väärtus) 1,4 1,4 1,4
aknaraam (U-väärtus) 1,4 1,4 0,85
klaaspakett (U-väärtus) 1,4 0,61 0,66
keskmine õhuvahetus
ventileerimisel (ACH) (ET määrus /
kavandatav) 0,58 / 0,41 0,58 / 0,41 0,58 / 0,41
vent.agregaadi st efektiivsus (%) 80 80 92
hoone õhupidavus (n50: h-1) 0,8 0,8 0,6
-
Hoone energiavajadused (“70 tase”)
19,1 17,820,7 19,4
25,4 26,1 25,9 26,6
28,0
44,4
29,2
44,4 33,0
44,440,6
44,4
28,2
29,5
28,2
29,5
28,2
25,028,2
25,0
3,4
5,8
3,4
5,8
3,4
5,83,4
5,8
59,255,0
64,360,3
78,9 80,9 80,382,5
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,06
x8
6 (
PH
I)
6x8
6 (
PH
I)
6x8
6 (
määru
s)
6x8
6 (
määru
s)
4x8
6 (
PH
I)
4x8
6 (
PH
I)
4x8
6 (
määru
s)
4x8
6 (
määru
s)
2x8
6 (
PH
I)
2x8
6 (
PH
I)
2x8
6 (
määru
s)
2x8
6 (
määru
s)
1x8
6 (
PH
I)
1x8
6 (
PH
I)
1x8
6 (
määru
s)
1x8
6 (
määru
s)
so
oju
sva
jad
us
(n
eto
) ru
um
ide kü
tte
ks ja v
en
t.õ
hu
so
oje
nd
am
isek
s (
kW
h/m
2*a
)
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
Ho
on
e t
eh
no
sü
ste
em
ide
en
erg
iakasu
tus
(kW
h/m
2*a
)
elektrienergiavajadus tehnosüsteemide käitamiseks
elektrienergiavajadus valgustite ja olmeseadmete käitamiseks
energiavajadus tarbevee soojendamiseks (arvestades
jaotuskadusid)
energiavajadus ruumide kütteks (arvestades jaotuskadusid ja
soojusallika kasutegurit)
soojusvajadus (neto) ruumide kütteks ja vent.õhu
soojendamiseks
-
Hoone energiavajadused (“40 tase”)
13,3 11,714,4 12,9
18,0 18,5 18,7 18,9 16,5 16,6
28,0
44,4
29,2
44,4 33,0
44,440,6
44,4
28,4
45,5
28,2
29,5
28,2
29,5
28,2
25,028,2
25,0
29,0
25,0
3,4
5,8
3,4
5,8
3,4
5,83,4
5,8
3,5
5,8
41,336,3
44,839,9
55,8 57,4 57,858,6
51,2 51,6
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,06
x8
6 (
PH
I)
6x8
6 (
PH
I)
6x8
6 (
mää
rus)
6x8
6 (
mää
rus)
4x8
6 (
PH
I)
4x8
6 (
PH
I)
4x8
6 (
mää
rus)
4x8
6 (
mää
rus)
2x8
6 (
PH
I)
2x8
6 (
PH
I)
2x8
6 (
mää
rus)
2x8
6 (
mää
rus)
1x8
6 (
PH
I)
1x8
6 (
PH
I)
1x8
6 (
mää
rus)
1x8
6 (
mää
rus)
2x8
5 (
PH
I)
2x8
5 (
PH
I)
2x8
5 (
mää
rus)
2x8
5 (
mää
rus)
so
oju
sv
aja
du
s (
ne
to)
ruu
mid
e kü
tte
ks
ja
ven
t.õ
hu
so
oje
nd
am
ise
ks (
kW
h/m
2*a
)
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
Ho
on
e t
eh
no
sü
ste
em
ide
en
erg
iak
asu
tus
(k
Wh
/m2
*a)
elektrienergiavajadus tehnosüsteemide käitamiseks
elektrienergiavajadus valgustite ja olmeseadmete käitamiseks
energiavajadus tarbevee soojendamiseks (arvestades
jaotuskadusid)
energiavajadus ruumide kütteks (arvestades jaotuskadusid ja
soojusallika kasutegurit)
soojusvajadus (neto) ruumide kütteks ja vent.õhu
soojendamiseks
-
Hoone energiavajadused (“Väga madal tase”)
7,7 6,7 8,0 7,010,7 11,2 11,8 12,3
28,0
44,4
29,3
44,433,1
44,440,7
44,4
28,2
29,5
28,2
29,5
28,2
25,028,2
25,0
3,4
4,8
3,4
4,8
3,4
4,8 3,44,8
23,820,7
24,821,6
33,2 34,736,5 38,1
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,06
x8
6 (
PH
I)
6x8
6 (
PH
I)
6x8
6 (
mää
rus)
6x8
6 (
mää
rus)
4x8
6 (
PH
I)
4x8
6 (
PH
I)
4x8
6 (
mää
rus)
4x8
6 (
mää
rus)
2x8
6 (
PH
I)
2x8
6 (
PH
I)
2x8
6 (
mää
rus)
2x8
6 (
mää
rus)
1x8
6 (
PH
I)
1x8
6 (
PH
I)
1x8
6 (
mää
rus)
1x8
6 (
mää
rus)
so
oju
sva
jad
us
(n
eto
) ru
um
ide kü
tte
ks ja v
en
t.õ
hu
so
oje
nd
am
isek
s (
kW
h/m
2*a
)
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
Ho
on
e t
eh
no
sü
ste
em
ide
en
erg
iakasu
tus
(kW
h/m
2*a
)
elektrienergiavajadus tehnosüsteemide käitamiseks
elektrienergiavajadus valgustite ja olmeseadmete käitamiseks
energiavajadus tarbevee soojendamiseks (arvestades
jaotuskadusid)
energiavajadus ruumide kütteks (arvestades jaotuskadusid ja
soojusallika kasutegurit)
soojusvajadus (neto) ruumide kütteks ja vent.õhu
soojendamiseks
-
ET-arv analüüsitud hoonete lõikes
-
4x86 ("40 kWh tase") | Heat demand = 39,9 kWh/m2*a (PHPP) or
38,7 kWh/m2*a (EnergyPlus v4)
Iinternal heat gains = 4,4 W/m2 | Internal temp = 21 degC
0
2
4
6
8
10
12
1.0
1.
10.0
1.
19.0
1.
28.0
1.
6.0
2.
15.0
2.
24.0
2.
5.0
3.
15.0
3.
24.0
3.
2.0
4.
11.0
4.
20.0
4.
29.0
4.
8.0
5.
17.0
5.
27.0
5.
5.0
6.
14.0
6.
23.0
6.
2.0
7.
11.0
7.
20.0
7.
29.0
7.
8.0
8.
17.0
8.
26.0
8.
4.0
9.
13.0
9.
22.0
9.
1.1
0.
10.1
0.
20.1
0.
29.1
0.
7.1
1.
16.1
1.
25.1
1.
4.1
2.
13.1
2.
22.1
2.
mean
ho
url
y h
eat
load
(kW
fo
r en
tire
ho
use)
simulated hourly heat load (kW) maximum mean daily heating load
at -22 deg and no sun (kW)
Simulated hourly heat demand (EnergyPlus) for entire house.
Annual specific heat demand: 38,7 kWh/(m2*a)
-
4x86 ("40 kWh tase") | Heat demand = 39,9 kWh/m2*a (PHPP) or
38,7 kWh/m2*a (EnergyPlus v4)
Iinternal heat gains = 4,4 W/m2 | Internal temp = 21 degC
0,000
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
7,000
8,000
9,000
January February March April May June July August September
October November December
sp
ecif
ic m
on
thly
hea
t d
em
an
d (
kW
h/m
2*m
on
th)
Simulated specific monthly heat demands (EnergyPlus).
Annual heat demand: 38,7 kWh/(m2*a)
-
Calculated specific annual heat demand (PHPP): 39,9
kWh/(m2*a)
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
jaanuar
veebru
ar
märt
s
aprill
mai
juuni
juuli
august
septe
mber
okto
ober
novem
ber
dets
em
ber
so
oja
kao
d ja s
oo
jaallik
ad
kö
eta
va p
inn
aü
hik
u k
oh
ta (
kW
h/m
2*k
uu
)
täiendav soojustarve ruumide kütteks (neto) valgustuse, seadmete
ja inimeste soojaeraldus (utiliseeritav vabasoojus)
ruumi sisenev päikesekiirgus (utiliseeritav vabasoojus)
valgustuse, seadmete ja inimeste soojaeraldus (mitteutiliseeritav
osa)
ruumi sisenev päikesekiirgus (mitteutiliseeritav osa)
ventilatsiooni- ja transmissioonikaod kokku
-
5.2. Dünaamilised arvutusmeetodid
• Dünaamiline hoonesimulatsioon annab ajaliselt väga tiheda
sammuga (
-
• Dünaamilise hoonesimulatsiooni mudelite täpsus ja
reaalsete
protsesside jäljendamise adekvaatsus tagatakse mudelite
valideerimisel vastavalt ISO (International Organization for
Standardization) asjakohastes standardites või IEA
(International Energy Agency) BESTEST standardites toodud
metoodikatele ja reaalsetes hoonetes mõõdetud võrdlusandmete
analüüsil.
• Kümnetest hoonesimulatsiooni mudelitest ja nendega seotud
keskkondadest võib välja tuua mõningad peamised, mida on
massiliselt uuritud ning korduvalt valideeritud. Nendeks on
TRNSYS (TRaNsient SYstem Simulation Program), ESP-r
ning EnergyPlus.
5.2. Dünaamilised arvutusmeetodid
-
Näide 1. Mehhatroonikum Tallinnas
-
• Tihe
tsoneering
• Heterogeenne
sisekasutus
-
Lähteandmete (kliima) detailsus
-
Soojabilansi komponentide dünaamika
-
Soojabilansi komponentide dünaamika (kuude lõikes)
-
Hoone energiakasutus (neto) ruumide kütteks ja vent.õhu
soojendamiseks
-
Hoone energiakasutus (neto) ruumide kütteks ja vent.õhu
soojendamiseks
-
Näide 2. Hüpoteetiline kontorihoone
Simuleeriti võrdlevalt õhkkütte ja radiaatorkütte korral
tehnosüsteemide energiatarbimist (kokku 4 varianti).
Kõigi variantide puhul on hoone geomeetria, asend ning hoone
välispiirete parameetrid ühesugused.
• Variandid 1 ja 3. Seadmed ja valgustid töötavad kogu tööpäeva
jooksul ning ventilatsiooni-, kütte- ja jahutussüsteemid töötavad
kogu tööpäeva normaalrežiimis (so tegelikku ruumisviibimist ei
arvestata)
• Variandid 2 ja 4. Seadmete ja valgustite töö järgib inimeste
tegelikku ruumisviibimist ning ventilatsiooni-, kütte- ja
jahutussüsteemid lülituvad inimeste ruumist lahkumisel ökonoomsele
režiimile.
-
• Küttesüsteem oli kõigi variantide lõikes seadistatud
normaalrežiimil hoidma sisetemperatuuri 20 °C ning ökonoomsel
režiimil 17 °C (erandina lülitub küttesüsteem sisse serveriruumis
õhutemperatuuri langemisel alla 15 °C).
• Jahutusseadmed olid seadistatud lülituma töösse ruumide
temperatuuri tõusmisel üle 24 °C (erandina lülitub jahutus sisse
serveriruumis õhutemperatuuri tõusmisel üle 17 °C). Variantide 1 ja
3 korral töötab jahutus igal tööpäeval 8-18.
Variantide 2 ja 4 puhul lülitub jahutus ruumides sisse ja
välja
sõltuvalt detailsest inimeste ruumis viibimist päeva
jooksul.
-
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
5.0
2 k
ell
1:0
0
5.0
2 k
ell
6:0
0
5.0
2 k
ell
11:0
0
5.0
2 k
ell
16:0
0
5.0
2 k
ell
21:0
0
6.0
2 k
ell
2:0
0
6.0
2 k
ell
7:0
0
6.0
2 k
ell
12:0
0
6.0
2 k
ell
17:0
0
6.0
2 k
ell
22:0
0
7.0
2 k
ell
3:0
0
7.0
2 k
ell
8:0
0
7.0
2 k
ell
13:0
0
7.0
2 k
ell
18:0
0
7.0
2 k
ell
23:0
0
8.0
2 k
ell
4:0
0
8.0
2 k
ell
9:0
0
8.0
2 k
ell
14:0
0
8.0
2 k
ell
19:0
0
9.0
2 k
ell
0:0
0
9.0
2 k
ell
5:0
0
9.0
2 k
ell
10:0
0
9.0
2 k
ell
15:0
0
9.0
2 k
ell
20:0
0
10.0
2 k
ell
1:0
0
10.0
2 k
ell
6:0
0
10.0
2 k
ell
11:0
0
10.0
2 k
ell
16:0
0
10.0
2 k
ell
21:0
0
11.0
2 k
ell
2:0
0
11.0
2 k
ell
7:0
0
11.0
2 k
ell
12:0
0
11.0
2 k
ell
17:0
0
11.0
2 k
ell
22:0
0
kW
elektriseadmed üld- ja kohtvalgustus küte jahutus
Joonis. Kogu hoone energiakasutuse dünaamika külmal talvenädalal
tarbijate lõikes (variant 1).
Talvenädal (radiaator) tavaolukord
-
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
5.0
2 k
ell
1:0
0
5.0
2 k
ell
6:0
0
5.0
2 k
ell
11:0
0
5.0
2 k
ell
16:0
0
5.0
2 k
ell
21:0
0
6.0
2 k
ell
2:0
0
6.0
2 k
ell
7:0
0
6.0
2 k
ell
12:0
0
6.0
2 k
ell
17:0
0
6.0
2 k
ell
22:0
0
7.0
2 k
ell
3:0
0
7.0
2 k
ell
8:0
0
7.0
2 k
ell
13:0
0
7.0
2 k
ell
18:0
0
7.0
2 k
ell
23:0
0
8.0
2 k
ell
4:0
0
8.0
2 k
ell
9:0
0
8.0
2 k
ell
14:0
0
8.0
2 k
ell
19:0
0
9.0
2 k
ell
0:0
0
9.0
2 k
ell
5:0
0
9.0
2 k
ell
10:0
0
9.0
2 k
ell
15:0
0
9.0
2 k
ell
20:0
0
10.0
2 k
ell
1:0
0
10.0
2 k
ell
6:0
0
10.0
2 k
ell
11:0
0
10.0
2 k
ell
16:0
0
10.0
2 k
ell
21:0
0
11.0
2 k
ell
2:0
0
11.0
2 k
ell
7:0
0
11.0
2 k
ell
12:0
0
11.0
2 k
ell
17:0
0
11.0
2 k
ell
22:0
0
kW
elektriseadmed üld- ja kohtvalgustus küte jahutus
Joonis. Kogu hoone energiakasutuse dünaamika külmal talvenädalal
tarbijate lõikes (variant 2).
Talvenädal (radiaator) “tark” juhtimine
-
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
30.0
7. kell
1:0
0
30.0
7. kell
6:0
0
30.0
7. kell
11:0
0
30.0
7. kell
16:0
0
30.0
7. kell
21:0
0
31.0
7. kell
2:0
0
31.0
7. kell
7:0
0
31.0
7. kell
12:0
0
31.0
7. kell
17:0
0
31.0
7. kell
22:0
0
1.0
8. kell
3:0
0
1.0
8. kell
8:0
0
1.0
8. kell
13:0
0
1.0
8. kell
18:0
0
1.0
8. kell
23:0
0
2.0
8. kell
4:0
0
2.0
8. kell
9:0
0
2.0
8. kell
14:0
0
2.0
8. kell
19:0
0
3.0
8. kell
0:0
0
3.0
8. kell
5:0
0
3.0
8. kell
10:0
0
3.0
8. kell
15:0
0
3.0
8. kell
20:0
0
4.0
8. kell
1:0
0
4.0
8. kell
6:0
0
4.0
8. kell
11:0
0
4.0
8. kell
16:0
0
4.0
8. kell
21:0
0
5.0
8. kell
2:0
0
5.0
8. kell
7:0
0
5.0
8. kell
12:0
0
5.0
8. kell
17:0
0
5.0
8. kell
22:0
0
kW
elektriseadmed üld- ja kohtvalgustus küte jahutus
Joonis. Kogu hoone energiakasutuse (tunni keskmine) dünaamika
kuumal suvenädalal tarbijate lõikes (variant 1).
Suvenädal tavaolukord
-
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
30.0
7 k
ell
1:0
0
30.0
7 k
ell
6:0
0
30.0
7 k
ell
11:0
0
30.0
7 k
ell
16:0
0
30.0
7 k
ell
21:0
0
31.0
7 k
ell
2:0
0
31.0
7 k
ell
7:0
0
31.0
7 k
ell
12:0
0
31.0
7 k
ell
17:0
0
31.0
7 k
ell
22:0
0
1.0
8 k
ell
3:0
0
1.0
8 k
ell
8:0
0
1.0
8 k
ell
13:0
0
1.0
8 k
ell
18:0
0
1.0
8 k
ell
23:0
0
2.0
8 k
ell
4:0
0
2.0
8 k
ell
9:0
0
2.0
8 k
ell
14:0
0
2.0
8 k
ell
19:0
0
3.0
8 k
ell
0:0
0
3.0
8 k
ell
5:0
0
3.0
8 k
ell
10:0
0
3.0
8 k
ell
15:0
0
3.0
8 k
ell
20:0
0
4.0
8 k
ell
1:0
0
4.0
8 k
ell
6:0
0
4.0
8 k
ell
11:0
0
4.0
8 k
ell
16:0
0
4.0
8 k
ell
21:0
0
5.0
8 k
ell
2:0
0
5.0
8 k
ell
7:0
0
5.0
8 k
ell
12:0
0
5.0
8 k
ell
17:0
0
5.0
8 k
ell
22:0
0
kW
elektriseadmed üld- ja kohtvalgustus küte jahutus
Joonis. Kogu hoone energiakasutuse (tunni keskmine) dünaamika
kuumal suvenädalal tarbijate lõikes (variant 2).
Suvenädal “tark” juhtimine
-
Joonis. Hoone summaarse energiatarbe dünaamika (päevasummad)
aasta lõikes (variandid 1 ja 2).
kogu hoone energiatarbimise dünaamika aasta jooksul päevade
lõikes
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
1.ja
an
8.ja
an
15.ja
an
22.ja
an
29.ja
an
5.v
eebr
12.v
eebr
19.v
eebr
26.v
eebr
5.m
ärt
s
12.m
ärt
s
19.m
ärt
s
26.m
ärt
s
2.a
pr
9.a
pr
16.a
pr
23.a
pr
30.a
pr
7.m
ai
14.m
ai
21.m
ai
28.m
ai
4.ju
uni
11.ju
uni
18.ju
uni
25.ju
uni
2.ju
uli
9.ju
uli
16.ju
uli
23.ju
uli
30.ju
uli
6.a
ug
13.a
ug
20.a
ug
27.a
ug
3.s
ept
10.s
ept
17.s
ept
24.s
ept
1.o
kt
8.o
kt
15.o
kt
22.o
kt
29.o
kt
5.n
ov
12.n
ov
19.n
ov
26.n
ov
3.d
ets
10.d
ets
17.d
ets
24.d
ets
31.d
ets
kW
h/d
variant 1 variant 2
Energiakasutus aasta päevade lõikes (radiaatorid)
-
Joonis. Hoone summaarse energiatarbe dünaamika (päevasummad)
aasta lõikes (variandid 3 ja 4).
kogu hoone energiatarbimise dünaamika aasta jooksul päevade
lõikes
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
1.ja
an
8.ja
an
15.ja
an
22.ja
an
29.ja
an
5.v
eebr
12.v
eebr
19.v
eebr
26.v
eebr
5.m
ärt
s
12.m
ärt
s
19.m
ärt
s
26.m
ärt
s
2.a
pr
9.a
pr
16.a
pr
23.a
pr
30.a
pr
7.m
ai
14.m
ai
21.m
ai
28.m
ai
4.ju
uni
11.ju
uni
18.ju
uni
25.ju
uni
2.ju
uli
9.ju
uli
16.ju
uli
23.ju
uli
30.ju
uli
6.a
ug
13.a
ug
20.a
ug
27.a
ug
3.s
ept
10.s
ept
17.s
ept
24.s
ept
1.o
kt
8.o
kt
15.o
kt
22.o
kt
29.o
kt
5.n
ov
12.n
ov
19.n
ov
26.n
ov
3.d
ets
10.d
ets
17.d
ets
24.d
ets
31.d
ets
kW
h/d
variant 3 variant 4
Energiakasutus aasta päevade lõikes (õhkküte)
-
100569
63178
100569
63178
165417
121963
165417
121963
76655
85902
26141
30042
84439
56708
85213
57065
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
450000
variant 1 variant 2 variant 3 variant 4
kW
h/a
elektriseadmed üld- ja kohtvalgustus küte jahutus
Joonis. Kogu hoone aastane energiakasutus tarbijate lõikes.
-
Tulemus:
– elektriseadmeid ning hoone tehnosüsteeme arukalt juhtides
väheneb kirjeldatud hoone puhul hoone summaarne energiakasutus
radiaatorküttega variantide korral teoreetiliselt ca 23 % ja
õhkküttega variantide korral teoreetiliselt ca 28 %.
– Energiakasutuse vähenemine toimub peamiselt suvise
jahutusvajaduse vähenemise ning elektriseadmete ja valgustite
lühema tööperioodi arvelt. Kütteperioodil toob utiliseeritava
vabaenergia (seadmete ja valgustuse soojuseralduse osa hoone
soojabilansis) vähenemine kaasa küttevajaduse suurenemise ning
summaarne energiatarbimine palju ei muutu.
Näide 2. Hüpoteetiline kontorihoone
-
Näide 3. Kortermaja Tallinnas
Eesmärk hinnata:
– Tehnosüsteemide “aruka” juhtimise mõju ruumide
energiavajadusele korterite lõikes
– maksimumtemperatuure ja jahutusvõimsusi korterite kaupa
-
Korterite soojavajadus (neto) juhtimisstrateegiate lõikes
-
Korterite soojavajadus (neto) juhtimisstrateegiate lõikes
-
Korterite soojavajadus (neto) juhtimisstrateegiate lõikes
-
Korterite suvised maksimumtemperatuurid
-
Korterite jahutusvajadus
-
6. Suurte soojuslike päikeseküttesüsteemide
dimensioneerimine ja tootlikkuse analüüs
• Soojuslike päikeseküttesüsteemide (päikesepaneelid + akupaagid
+ hüdraulika) kontseptsiooni loomine (süsteemi suurus ja
konfiguratsioon vastavalt energiavajadusele, tarbimisprofiilile ja
objekti asukohale)
• Soojuslike päikeseküttesüsteemide tootlikkuse arvutamine
dünaamilise simulatsiooni tarkvaraga (Polysun, Tsol).
-
Näide 1. SPA Otepääl
Päikeseküttesüsteemi tootlikkuse analüüs ja süsteemi mahu
optimeerimine dünaamilise simulatsiooni tarkvaraga
Hotelli veetarbimise profiil E-R
0
20
40
60
80
100
120
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
16:0
0
17:0
0
18:0
0
19:0
0
20:0
0
21:0
0
22:0
0
23:0
0
%
Hotelli veetarbimise profiil Laupäev
0
20
40
60
80
100
120
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
16:0
0
17:0
0
18:0
0
19:0
0
20:0
0
21:0
0
22:0
0
23:0
0
%
-
Joonis. Pühajärve Puhkekeskuse optimeeritud päikeseküttesüsteemi
arvutuslik kollektorite temperatuur aasta
lõikes
Kollektorsüsteemi temperatuurid aasta lõikes
-
päikeseküttesüsteemi tootlikkus ja objekti aastane
energiavajadus
Aktiivne kollektorpind - 550 m2
Akupaakide maht - 30 m3
-
7. Hoone õhupidavuse kontroll
• Hoonekarbi õhupidavuse testimine blower-
door meetodil (vastavalt EVS-EN 13829
metoodikale).
• Annab võimaluse:
– Hoonete reaalse õhupidavuse mõõtmiseks;
– Fikseerida ja likvideerida õhulekete allikad –
vähendada soovimatut infiltratsiooni läbi hoone
piirete.
-
Rõhutesti läbiviimine
-
Rõhutesti läbiviimine
-
Hea õhupidavus saavutatakse selle projekteerimisel
-
Ja hilisemal kvaliteetsel realiseerimisel
-
8. Infrapunatermograafia
• Hoone välispiirete infrapunatermograafiline
ekspertiis:
– konstruktiivsete külmasildade,
– niiskunud soojustusmaterjali,
– Külma õhu lekete ning
– kondentsiriskiga pindade lokaliseerimine.
(vastavalt EVS-ENS 13187 metoodikale).
-
9. Tuumiklabori tegevus passiivmajade osas
Oleme Saksa Darmstadt’i PHI koostööpartnerid.
Passiivmajade osas pakutavad teenused:
– Kliimafailid erinevate Eesti osade kohta,
– Turul olemasolevate komponentide omaduste läbiarvutamine
ja nö materjalinimistute koostamine,
– keerulisemate objektide arvutustugi ja kontroll,
– sisekliima erisuste uuringud Eesti kliimas,
• Labori spin-off ettevõte on PHPP2007
tarkvara edasimüüja Eestis ning korraldab
ka tarkvara kasutuskoolitusi.
-
10. Huvitavamad arendused (hetkel käsil)
• Hoone soojabilansi parameetrilise arvutuse mootori ja
ja visualiseerimisliidese loomine PHPP-le (kalkulaator)
• Insolatsioonianalüüsi skript Autodesk Ecotectile
• PHPP tarkvara täiendamine automatiseeritud
arvutustega (lisalehed) Energiatõhususe
miinimumnõuetega vastavuse tõendamiseks ja hoone
energiaklassi määramiseks.
• Indeksite süsteemi ning energiakulu võrdlustarkvara
loomine arhitektuurikonkurssidel võistlustööde
järjestamiseks energiatõhususega seotud aspektide
alusel.
-
projekti staadium
Mõ
ju h
oo
ne
kü
tte
en
erg
iav
aja
du
se
ku
jun
em
ise
le
Hoone asukohavalik ja
orientatsioon
Eskiisprojekt
Tööprojekt
Järelvalve
Ehitustööde
planeerimine
Kokkuvõtteks: suurima mõjuga otsused tehakse projekteerimise
algfaasis
-
Aitäh. Küsimusi?
TÜ Energiatõhusa ehituse tuumiklabor
http://www.tuit.ut.ee/eetl
http://www.tuit.ut.ee/eetl
