A felhasználóktól is függ, mennyire energiatakarékos egy modern épület

Fogyasztói attitűdöket és napelemes energiatermelést modellező módszereket kutat a BME GPK Akadémiai Ifjúsági Díjjal kitüntetett épületgépész mérnöke.

„Utolsó lehetőségemmel éltem, amikor a felső korhatárhoz közeledve benyújtottam pályázatomat az Akadémia felhívására. Nem számítottam rá, hogy én is a kiválasztottak között leszek, hiszen számos kiváló kutatótársam is pályázott. Már csak emiatt is hatalmas megtiszteltetés ez az elismerés” – fogalmazott Horváth Miklós, a BME Gépészmérnöki Kar (BME GPK) Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék egyetemi docense, akit idén a Magyar Tudományos Akadémia (MTA) Akadémiai Ifjúsági Díjával tüntettek ki. (Pályamunkájának címe: Az épületek energiafelhasználását és az épületbe integrált napelemes energiatermelést modellező módszerek továbbfejlesztése fogyasztói mintázatok statisztikai elemzése alapján – szerk.) A fiatal kutató eddigi tudományos munkáját és annak eredményeit foglalta össze díjnyertes pályamunkájában, amelyben egyebek mellett épületenergetikai kérdésekkel, épületfelhasználói szokások vizsgálatával, a napenergiatermelés és a villamosenergia-fogyasztás különböző aspektusainak összevetésével, illetve az okosmérésben rejlő adatelemzési lehetőségekkel is foglalkozott. Módszertani újításokat javasolt, emellett heterogén adatbázisok és méréssorozatok eredményeit vetette össze, melyek alapján épületfelhasználói profilokat határozott meg az egyes energiafelhasználási területeken (például villamosenergia, melegvíz stb.). Olyan megállapításokra jutott, amelyek figyelembevételével az egységépületek, a háztartási napelemes rendszerek a korábbinál jóval nagyobb pontossággal modellezhetők.

Horváth Miklóst már középiskolás kora óta foglalkoztatta az épületenergetika, részben e téma miatt választotta a Műegyetemet és a Gépészmérnöki Kart továbbtanuláskor. Még posztgraduális hallgatóként célzott meg egy szűkebb szakterületet: arra volt kíváncsi, hogy a különböző fogyasztói szokások, felhasználói magatartásminták miként befolyásolják az épületek energiafelhasználását (például a villamosenergia, a fűtési, valamint a használati melegvíz fogyasztását), ebből adódóan az energiahatékonyságot és a megújuló energiaforrások hasznosítását. „Ahhoz, hogy tisztább képet kapjunk, minél pontosabban szükséges feltérképezni és modellezni a fogyasztói attitűdöket. Ez egy olyan komplex kérdés, amelynél figyelembe kell venni a felhasználók befolyását az egyes rendszerelemekre, az épület egészére, az energiaellátó rendszerre és az épületállomány szintjére egyaránt” – vázolta fel a tudományos munkájában boncolgatott problémát Horváth Miklós.

A díjazott szakember elárulta, hogy az utóbbi évtizedek energiakorszerűsítő beruházásainak köszönhetően a felújított és az újonnan épült létesítmények esetében is csökkent az energiafogyasztás. Alacsonyabb energiaigények mellett viszont az épülethasználók viselkedésének egyre nagyobb és látványosabb hatása van a létesítmények energiafogyasztására: egy hatékony, környezetbarát épületben sokkal kirívóbb az elpazarolt energia mértéke, mint egy korszerűtlen építmény esetében. Az épületekkel együtt korszerűsödtek a számítási módszerek, finomodtak az időbeli felbontás modellezési lehetőségei, és szükségessé vált a felhasználók szokásainak (pl. személyes jelenlét, beállított fűtési és hűtési hőmérséklet, szellőztetési stratégia stb.) nyomon követése óránként vagy akár rövidebb intervallumokban is. Horváth Miklós szerint e szempontok mentén ún. felhasználói profilok állapíthatók meg, amelyek nagymértékben függenek például az adott létesítmény funkciójától, a földrajzi helytől, az élethelyzettől vagy éppen a kulturális különbségektől. Kutatási eredményei e felhasználói profilok meghatározásához jelenthetnek jó kiindulási alapot.

„Az épületfelhasználói szokások ismerete alapvető fontosságú például az energiahatékonysági intézkedések tervezésekor, értékelésekor. Hasonló a helyzet a megújuló energiával is: cél, hogy a megtermelt hő- és villamosenergiát lehetőleg helyben, a termelés helyszínéhez közel használják fel a fogyasztók, ám ez a törekvés még számos technológiai kihívás elé állítja a kutatókat. Egy másik lehetséges ’út’ az ún. Demand Side Management (DSM), azaz a fogyasztó oldali befolyásolás: az épületüzemeltetés és a fogyasztói szokások megváltoztatásával az időben változó energiatermeléshez igazítható a tényleges energiafelhasználás. Ehhez mindenképpen ismerni kell a fogyasztói szokásokat és az épületgépészeti rendszert is” – foglalta össze kutatásainak gyakorlati jelentőségéről a GPK kutatója. Vizsgálataiban például olyan franciaországi és spanyolországi épületeket vett górcső alá, amelyekben a felhasználók csak villamosenergiát fogyasztanak. A villamosenergia-fogyasztás és a belső hőmérsékletadatok mérésével fény derült az ottani lakók felhasználói szokásaira, statisztikai módszerek segítségével pedig már a különböző profilok is meghatározhatóak voltak.

Egy másik kutatásban elemezte a hazai melegvízfelhasználási szokásokat, kutatótársaival éves víz- és hőfogyasztási mintázatokat határoztak meg. Az így kapott adatok a fogyasztás szezonális jellegének jobb megértését és pontosabb modellezését teszik lehetővé.

Emellett vállalkozott épületekre telepített napelemes rendszerek elemzésére, kutatótársaival kidolgoztak és értékeltek két olyan, nemzetközi környezetben is alkalmazható indikátort, amelyekkel meghatározható a háztartási napelemes rendszerek optimális mérete két peremfeltétel mellett: az egyik a helyben fogyasztott energia maximalizálása, illetve a villamosenergia-rendszer használatának csökkentése.

Egy budapesti fókuszú kutatásban 218 épületet vizsgáltak, ezeket 11 típusba sorolták, ezentúl elemezték a hőszigetelt és hőszigeteléssel nem rendelkező létesítmények fogyasztóinak szokásait. Az elemzésekből kiderült, hogy az épülethasználók a standard fűtési idényen kívül is fűtenek, emiatt átlagosan 12%-kal több energiát fogyasztanak. Ezen attitűdjük nem függ az épület hőszigeteltségétől még annak ellenére sem, hogy a hőszigetelt épületeknél rövidebb fűtési szezon lenne indokolt. Horváth Miklós kutatótársaival kidolgozott egy módszert is, amellyel a fűtési és a nem fűtési időszak adatainak szétválasztása automatikusan elvégezhető, és amellyel a későbbi okosmérős adatok beavatkozás nélkül is feldolgozhatók.

Horváth Miklós aktív szerepet vállalt a 2015-ben kidolgozott hazai lakóépület-tipológia modellépületeinek megalkotásában is, amelyet a magyarországi épületállomány rendeltetésszerű használatának elemzéséhez alkalmaznak a szakemberek. A díjnyertes kutató elárulta, hogy az elkészített épülettipológiára alapozva tovább folytatta a fogyasztói profilelemzést a hazai épületállomány szintjén is: „egy átfogó vizsgálat keretében több ezer okosmérővel felszerelt épület adatainak statisztikai elemzésében vettem részt. A projekt lezárulta után további mélyebb elemzésekkel meghatároztam ún. átlagos felhasználói profilokat is. Eredményeimnek olyan különböző előrejelzések elkészítésénél is hasznát vehetik, amelyek alapvető fontosságúak a megújuló energiaforrások rendszerbe illesztéséhez, a tudatos döntéshozás megalapozásához”.

A BME GPK szakembere több hazai és nemzetközi posztgraduális hallgatóval kutatott együtt a fentebb említett témákon. „Nagyszerű élmény volt a közös munka. Rengeteg ötlet és inspiráció érkezett az ifjú PhD-soktól, amelyek biztosan hozzájárultak a tudományos munkák sikeréhez. Szerintem ez a közös munka a kutatói lét egyik legfontosabb része: egyedül sokkal nehezebb tudományos eredményeket elérni, mint a jól összehangolt csapatmunkának köszönhetően.”

Horváth Miklós jelenleg Bolyai-ösztöndíjasként dolgozik témáján, és új terveket is dédelget: egy olyan aktuális kérdésre keresi a választ, mely elősegítheti a lakossági napelemes rendszerek további terjedését, és növelheti az üzembiztonságot a fogyasztók és a rendszerüzemeltetők oldalán is. „Ismerve a lakossági villamosenergia-fogyasztási szokásokat, valamint az épületgépészeti rendszereket, meghatározható egyfajta villamosenergia-fogyasztáshoz kapcsolódó fogyasztási rugalmasság. Egy szinttel feljebb lépve az egységépületektől lehetőség nyílik kisfeszültségű hálózatokkal összekapcsolni a létesítményeket különböző hálózati topológiák mentén, ezáltal az adott hálózatrész viselkedése modellezhető. Így az épület és a kisfeszültségű hálózat ismeretében külön mérés és beavatkozás nélkül becsülhető a hálózatra vonatkozó villamosenergia-rugalmasság, amelyhez egy vezérlő, illetve beavatkozó eljárás illeszthető, hogy a telepített napelemes rendszerek által okozott műszaki kihívások kezelhetőbbek legyenek. Felhasználva ezt a holisztikus szemléletet, egy energiaközösségi koncepció is kidolgozható, mely akár elősegítheti a beépíthető napelemes kapacitás növelését az elosztóhálózat gyökeres átalakítása nélkül.” A fiatal gépészmérnök szakember nagy várakozással tekint a közeljövőre már csak azért is, mert ipari és kutatói együttműködésére alapozva benyújtotta kutatási tervét az MTA Lendület Programjára „Jövő generációs energiaközösségek / Future Generation Energy Communities” munkacímen.

TZS-KJ

Fotók forrása: Horváth Miklós, Geberle B.