Publications / Results
(English)
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A single family house is planned on the south side of the Alps with the objective of integrating renewable energies in the heating design. Several ways of decreasing the thermal needs of the house are analysed. They involve the building envelope, ventilation system with heat recovery and an active solar heating system coupled to the active concrete plates of the house.The dynamic simulation programme TRNSYS is used to simulate the house, the active concrete plates and the solar heating system together. Dynamic simulations are used to confirm the technical feasibility of the studied concept, to check the thermal comfort and to establish the thermal potential of the solar heating system.The effective over-cost associated with each measure is assessed, which also takes into account the increase in price of auxiliary heat. From the economic point of view, a ?solar heating system? measure is equivalent to a ?solar passive? measure.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Laboratorio di energia, ecologia ed economia (SUPSI, LEEE, DCT)
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Pahud,Daniel
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Final report
(English)
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A single family house is planned in Tenero, Ticino, with the objective of integrating renewable energies in the heating design. The thermal needs of the house are reduced to the Minergie standard, so that the house can be heated by its “activated” concrete plates. An “active plate” is a concrete plate in which pipes have been fixed for the circulation of a heat carrier fluid. It is a heat emitter with a very large heat capacity, which is used as heat storage for a solar heating system. Such a solution is studied using numerical solutions. The dynamic TRNSYS simulation programme is used to build up a thermal calculation tool. It simulates the house, the concrete active plates and the solar heating system together. The dynamic simulations are used to confirm the technical feasibility of the studied concept, to establish the thermal performances of the solar heating system and the house, and to compare various variants involving an unglazed solar absorber, a larger active concrete plate area and the influence of passive solar gains on the solar heating system. Three variants are studied to reduce the energy index of the house. The additional costs associated with each measure (improved house envelope, heat recovery with controlled ventilation, solar hot water, solar heating and increased window area) are estimated. The energy cost associated with each measure is assessed, as well as the effective annual additional cost, which also takes into account the increase in price of the auxiliary heat.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Laboratorio di energia, ecologia ed economia (SUPSI, LEEE, DCT)
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Pahud,Daniel
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Final report
(French)
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Une maison individuelle est projetée à Tenero au Tessin, avec pour objectif l’intégration des énergies renouvelables dans le concept énergétique. La stratégie suivie est une diminution des besoins thermiques de la maison de manière à pouvoir la chauffer avec des dalles actives. Une dalle active est une dalle en béton dans laquelle des serpentins ont été placés pour faire circuler un fluide caloporteur. Elle est donc un émetteur de chaleur dont la capacité thermique est importante. Dès lors un système solaire actif peut être envisagé en couplant les capteurs solaires directement aux dalles actives (via un échangeur de chaleur), sans avoir besoin de recourir à un stockage d’eau pour le chauffage ou d’augmenter la taille du stockage de l’eau chaude sanitaire.Une telle solution est étudiée par simulations numériques. Le programme de simulation dynamique TRNSYS est utilisé pour construire un modèle de calcul thermique incluant la maison, les dalles actives et le système solaire actif. Les simulations dynamiques sont utilisées pour confirmer la faisabilité technique du concept étudié, pour établir les performances thermiques du système solaire actif et de la maison, et pour vérifier que le confort thermique soit acceptable. En outre, elles permettent d’établir un concept de régulation et de montrer que les apports d’énergie solaire active et les apports d’énergie auxiliaire doivent être contrôlés de façon distincte. D’autre part les simulations permettent de comparer diverses variantes, comme l’usage d’absorbeurs solaires sans vitrage plutôt que de capteurs vitrés, d’évaluer l’effet d’une surface des dalles actives plus grande, ou encore d’estimer un rapport d’équivalence entre la surface des fenêtres et la surface des capteurs solaires.Pour envisager un chauffage avec dalles actives, une maison individuelle doit pouvoir être chauffée avec une faible puissance de chauffage. Avec la maison étudiée, la surface des dalles actives (SDA = 160 m2) se monte aux 2/3 de la surface de référence énergétique (SRE = 240 m2). La puissance de chauffage de la maison est réduite à 20 W/m2 de SRE, ce qui correspond à 30 W/m2 de SDA. Cette faible puissance de chauffage est obtenue en construisant la maison selon les exigences du standard Minergie (ponts thermiques réduits au maximum, murs avec 15 cm d’isolation, fenêtres double vitrage sélectifs, maison étanche et ventilation contrôlée avec récupération de chaleur). Les performances du système solaire actif sont évaluées en considérant la réduction de l’énergie auxiliaire relativement à la situation sans système solaireactif. Avec des capteurs vitrés, une surface de 15 m2 permet de réduire l’énergie auxiliaire d’environ 60% pour l’eau chaude et de 40% pour le chauffage. La réduction globale est près de la moitié, relativement à une demande d’énergie de chauffage annuelle déjà réduite par les autres mesures. L’indice énergétique est d’environ 20 kWh/m2an (70 MJ/m2an) pour le chauffage et inférieur à 10 kWh/m2an (environ 25 MJ/m2an) pour l’eau chaude.Des comparaisons sont établies par la simulation des diverses variantes. Un mètre carré de capteur vitré est équivalent à environ 2 m2 d’absorbeur sans vitrage, lorsque la surface des capteurs vitrés est comprise entre 10 et 20 m2. Pour la maison étudiée, augmenter la surface des capteurs de 5 à 10 m2 est équivalent à faire passer la surface des fenêtres de la façade sud de 20 à 45 ‘ 50 m2. Le potentiel de réduction de l’énergie auxiliaire de chauffage est plus grand avec des gains solaires actifs qu’avec des gains solaires passifs. La réduction d’énergie auxiliaire, suite à l’amélioration de l’efficacité annuelle des capteurs solaires induite par une surface des dalles actives plus grande, est marginale. La surface des dalles actives n’est donc pas conditionnée par l’utilisation ou non de capteurs solaires, mais bien par les besoins de chauffage de la maison.Trois variantes sont proposées pour réduire l’indice d’énergie de la maison. Elles permettent d’atteindre le niveau requis par le standard Minergie si les interventions sonteffectuées jusqu’à la dernière envisagée (système solaire actif pour le chauffage ou augmentation de la surface des fenêtres). Une alternative à la dernière intervention est de remplacer le chauffage au mazout par du chauffage au bois. Les surcoûts liés à chaque intervention (enveloppe du bâtiment améliorée, récupération de chaleur sur la ventilation contrôlée, eau chaude solaire, chauffage solaire et surface des fenêtres plus grande) sont estimés de manière approximative. Le surinvestissement total, lorsque toutes les interventions sont réalisées, reste inférieur à 200 CHF/m2 (rapporté à la SRE). Le coût de l’énergie associé à chaque intervention est évalué, de même que le surcoût effectif annuel, qui prend également en compte le renchérissement de l’énergie auxiliaire. Comme attendu, chaque intervention supplémentaire devient plus coûteuse, si seul le facteur énergétique est pris en compte. Du point de vue purement économique, une intervention du type _ solaire actif _ est équivalente àune intervention du type _ solaire passif _. Le _ solaire actif _ donne plus de flexibilité à l’architecture dans la mesure où la contrainte sur la surface des fenêtres à insérer dans la façade sud est levée.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Laboratorio di energia, ecologia ed economia (SUPSI, LEEE, DCT)
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Pahud,Daniel
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