Energy-active shadow structures in single-family buildings – application possibilities and architectural conditions

Uherek-Bradecka, Barbara; Rozpondek, Maciej; Kasprzyk, Grzegorz

doi:10.2478/acee-2023-0016

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Energy-active shadow structures in single-family buildings – application possibilities and architectural conditions

Autorzy

Uherek-Bradecka Barbara , Rozpondek Maciej , Kasprzyk Grzegorz

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

Identyfikatory

DOI

10.2478/acee-2023-0016

Warianty tytułu

Języki publikacji

Abstrakty

Existing approaches to indoor environmental quality in single-family residential buildings have been described, identifying their optimal preferred parameters for maintaining a human-healthy environment. The energy requirements for maintaining basic building systems (lighting, cooking, heating, ventilation, cooling) have been analyzed. Passive and active sources of energy production have been analyzed, prosumer buildings have been considered, and methods of obtaining maximum energy in winter periods and avoiding overheating of the building in summer periods have been discussed. Process schemes of using active shadow structures as an integral element with other systems acquiring energy from RES in single-family residential buildings have been presented. Architectural aspects of the use of energy-active shadow structures in residential buildings (single – family houses) have been presented together with alternative solutions. This paper presents process diagrams of the use of energy-active shadow integrated with other renewable energy sources used in single-family buildings, such as: BIPV, PVT and heat pumps, benefiting indoor environmental quality. Architectural considerations for the use of energy-active shadow structures in single-family homes have been presented along with alternative solutions. The purpose of this paper is to present a concept (especially effective in the summer) for an additional way to harvest electricity from energy-active shadows in single-family houses.

Słowa kluczowe

energy active shadow BIPV photovoltaics systems BIPVT photovoltaics systems indoor environmental quality residential building single family home renewable energy sources

systemy fotowoltaiczne BIPV systemy fotowoltaiczne BIPVT jakość środowiska wewnętrznego budynek mieszkalny dom jednorodzinny odnawialne źródła energii

Wydawca

Silesian University of Technology

Czasopismo

Architecture Civil Engineering Environment

Rocznik

2023

Tom

Vol. 16, no. 2

Strony

65--80

Opis fizyczny

Bibliogr. 60 poz.

Twórcy

autor

Uherek-Bradecka Barbara

Barbara.bradecka@wst.com.pl

PhD; Academy of Silesia, Faculty of Architecture, Civil Construction and Applied Arts, Architecture, 44-555 Katowice, Rolna street 43, Poland

https://orcid.org/0000-0001-8222-1488

autor

Rozpondek Maciej

PhD; Academy of Silesia, Katowice, Faculty of Architecture, Civil Construction and Applied Arts, Civil Construction, 44-555 Katowice, Rolna street 43, Poland

autor

Kasprzyk Grzegorz

MSc; Takt Sp. z o.o. Company, Main Power Engineer, 32-329 Bolesław, Wyzwolenia street 2, Poland

Bibliografia

[1] Bedarma M., Sudhakar K., Baredar P. (September 2017) Comparison of BIPV and BIPVT: A review. Resource-Efficient Technologies 3(3), 263–271.
[2] Biyik E., Araz M., Hepbasli A., Shahrestani M., Yao R., Shao L., Essah E., Oliveira A. C., del Cano T., Rico E., Lechon J. L., Andrade L., Mendes A., Atli Y. B. (2017). A key review of building integrated photovoltaic (BIPV) systems. Engineering Science and Technology, an International Journal, (20), 833–858.
[3] Kuhn T. E., Erban C., Heinrich M., Eisenlohr J., Ensslen F., Neuhaus D. H. (2021). Review of technological design options for building integrated. Energy & Buildings 231, 110381.
[4] Fotowoltaika zintegrowana z budynkami. Przykłady realizacji w Polsce. (07.07.2017). https://www.gramwzielone.pl/energia-sloneczna/27314/fotowoltaika-zintegrowana-z-budynkamiprzyklady-realizacji-w-polsce – access 28.02.2022
[5] BIPV – systemy fotowoltaiki zintegrowane z budynkiem. https://electrotile.com/bipv-systemy-fotowoltaiki-zintegrowane-z-budynkiem/poradniki/ – access 28.02.2022
[6] Al Dakheel F. J., Aoul K. T. (2017). Building Applications, Opportunities and Challenges of Active Shading Systems: A State-of-the-Art Review. Energies, 10(10), 1672.
[7] Dudzińska A. (2021). Efficiency of Solar Shading Devices to Improve Thermal Comfort in a Sports Hall. Energies, 14(12), 3535.
[8] Ban-Weiss G., George A., Wray C. P., Delp W. W., Ly P., Akbari H., Levinson R. M. (2013) Electricity production and cooling energy savings from installation of a building-integrated photovoltaic roof on an office building. Energy and Buildings 56, 210–220.
[9] Kangmin L., Han-Don U., Deokjae Ch, Jeonghwan P., Namwoo K., Hyungwoo K., Kwanyong S. (August 26, 2020); The Development of Transparent Photovoltaics. Cell Reports Physical Science 1, 100143, 1–24. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386420301478 – access 01.03.2022
[10] Garnett E.C., Ehrler B, Polman A., Alarcon-Llado E. (2021); Photonics for Photovoltaics: Advances and Opportunities. ACS Photonics, 8, 1, 61–70. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.0c01045 – access 01.03.2022
[11] Mourdikoudis S., Roger M. Pallares, Nguyen TK Thanh. (2018). Characterization techniques for nanoparticles: comparison and complementarity upon studying nanoparticle properties Nanoscale,10, 12871–12394. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2018/nr/c8nr02278j – access 01.03.2022
[12] 2021–2027 Global and Regional Flexible PV Cell Industry Status and Prospects Professional Market Research Report Standard Version. https://www.rnrmarketresearch.com/2021-2027-global-and-regional-flexible-pv-cell-industry-status-and-prospects-professional-market-research-report-standard-version-market-report.html – access 01.03.2022
[13] Muszyńska-Łanowy M. (2015). Rewolucja w materiałach fotowoltaicznych – białe moduły fotowoltaiczne. Świat szkła. 262-wydanie-1-2015/9774. https://www.swiat-szkla.pl/aktualnoci/262-wydanie-1-2015/9774-rewolucja-w-materialach-solarnych-bialemoduly-fotowoltaiczne.html – access 01.03.2022
[14] Fanger P.O. (2005). Improve Indoor air and save Energy. Energooszczędne kształtowanie środowiska wewnętrznego (Energy efficient design of indoor environments). Popiołek Z. (Eds), Silesian University of Technology, Gliwice 2005, pp.10–19. ISBN 83-922941-1-4
[15] A new method for predicting long-term climate change. https://cordis.europa.eu/article/id/428996-new-method-improves-long-term-climate-change-projections/pl – accessed 24.09.2021
[16] Niezabitowska E. (Eds.) (2005). Budynek inteligentny t. 1. Potrzeby użytkownika a standard budynku inteligentnego (Intelligent building vol. 1. User needs and intelligent building standard). Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 42, 47–49, 175–183. ISBN 83-7335-224-4.
[17] Mikoś J. (2000). Budownictwo ekologiczne (Ecological construction). Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 119–122, 235–243. ISBN: 83-88000-52-7.
[18] Laskowski L. (2008). Ochrona cieplna i charakterystyka energetyczna budynku (Thermal protection and energy performance of buildings). Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej.
[19] Rozpondek M., Kasprzyk G.: Techniczno-energetyczne aspekty zastosowania mikroinstalacji fotowoltaicznych w budynkach jednorodzinnych (Technical and energy aspects of the application of micro photovoltaic systems in single-family buildings). Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Technicznej w Katowicach 2018 nr 10, pp. 77–90. ISSN 2082-7016, e-ISSN 2450-5552.
[20] Popczyk J. (2016). Zmiana paradygmatu rozwoju energetyki. Konferencjanaukowap.t.: Cud energetyczny Polityka zrównoważonego rozwoju w gospodarce komunalnej – doświadczenia szwedzkie i polskie realia) A paradigm shift in energy development. Scientific conference titled: Energy miracle? Sustainable development policy in municipal economy – Swedish experience and Polish realities. University of Technology in Katowice – Embassy of the Kingdom of Sweden.
[21] Gil S., Rozpondek M., Gradoń B. (2013). Oszczędność energii w kształtowaniu środowiska wewnętrznego w budynkach (Energy saving in shaping indoor environment in buildings). In: Noga M (Eds) Wpływ automatyki na efektywność energetyczną In Noga M. (Eds) Impact of Automatics on energy efficiency. Chapter 24, 285 – 298. AGH, Kraków, ISBN 978-83-933483-2-9 (CD – ROM).
[22] Holmes M. (2005). Low Energy Design Techniques for a Sustainable Future. Popiołek Z. (Eds.) Silesian University of Technology, Gliwice, 22–48. ISBN 83-922941-1-4
[23] Popczyk J. (2011). Energetyka rozproszona. Od dominacji energetyki w gospodarce do zrównoważonego rozwoju, od paliw kopalnych do energii odnawialnej i efektywności energetycznej. Polski Klub Ekologiczny Okręg Mazowiecki (Distributed energy. From energy dominance in economy to sustainable development, from fossil fuels to renewable energy and energy efficiency. Polish Ecological Club Mazowiecki District). Warsaw 2011. ISBN: 978-83-915094-1-8.
[24] Flagship report – November 2019. iEA. https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2019 – access 19.02.2023
[25] „Gotowi na 55”: jak UE chce zwiększyć wykorzystanie energii odnawialnej? https://www.consilium.europa.eu/pl/policies/green-deal/fit-for-55-the-eu-plan-for-a-green-transition/ – access: 19.02.2023.
[26] IEA. World Energy Outlook 2019. flagship report – November 2019. https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2019/electricity#abstract- access 24. 11. 2021.
[27] Buildings sector energy consumption https://www.eia.gov/outlooks/ieo/pdf/buildings.pdf – access 19.02.2023
[28] Energy consumption in households. Eurostat Statistic Explained May 2019. https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title=Energy_consumption_in_households#Context – access. 24.08. 2021
[29] Kott M. (2015). Efficiency of Electricity Utilization in Households in the Context of European Energy Policy. Acta Energetica 4/25, 54–59
[30] https://www.odyssee-mure.eu/publications/br/energy-efficiency-trends-policies-buildings.pdf – access: 24.08.2021
[31] Energy Policy of Poland until 2040 (PEP2040). 2018. Ministry of Energy. Warsaw. Available in: https://www.gov.pl – access24.09.2021.
[32] Drozd W., Kowalik M. (2019). Analysis of renewable energy use in single-family housing. De Gruyter 9 (1), 269–281. https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/eng-2019-0039/html – access: 24.09.2021.
[33] Ziębik A., Szargut J. (1997). Podstawy gospodarki energetycznej (Fundamentals of energy management). Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, ISSN 0434-0825.
[34] https://www.prnewswire.com/news-releases/roll-to-roll-r2r-printed-flexible-electronics-industry-opportunities-2020-2025---emergence-of-new-generation-r2r-printed-flexible-electronics-advent-of-r2r-printed-flexible-batteries-301000901.html – access: 24.08.2021
[35] Piasecki M., Kostyrko K. (2016). Determination of the Quality of the Internal Environment of the building IEQ. Materiały Budowlane, 12(532), 30–32. ISSN 0137-2971.
[36] IEA. World Energy Outlook (2019). flagship report – November 2019. https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2019/electricity#abstract – access: 24.08. 2021.
[37] Twaruszka M. (2018). Produkcja chłodu z ciepła sieciowego (Cooling production from district heat). Energy Market, 5, 36–41.
[38] Gil S., Rozpondek M. (2013). Potential for energy saving in heating and ventilating systems in office buildings. The Holistic Approach to Environment 3(2), 101–112.
[39] Gil S., Gradoń B., Bialik W., Rozpondek M. (2012). Możliwościwykorzystaniaenergiisłonecznejdlapozyski waniaciepłaichłodu w warunkach klimatycznych Polski (Possibilities of using solar energy for obtaining heat and cold under climatic conditions in Poland). Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Construction and environmental engineering – quarterly, notebook 59 (no. 2/2012/II) volume I, 235–242.
[40] Project No: IEE/13/650. https://heatroadmap.eu/wp-content/uploads/2018/09/STRATEGO-WP2-Background-Report-4-Heat-Cold-Demands.pdf – access: 24.09.2021.
[41] Rozpondek M., Kasprzyk G.: Energetyczno – ekologiczne aspekty zastosowania pompy ciepła w budynku jednorodzinnym (Energy-ecological aspects of heat pump application in a single-family building). Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Technicznej w Katowicach 2016 nr 8, 97–108.
[42] Rozpondek M., Kasprzyk G. (2018). Zastosowanie hybrydowych kolektorów fotowoltaicznych PVT w systemach przygotowania ciepłej wody użytkowej i centralnego ogrzewania w budynkach jednorodzinnych (Application of PVT hybrid photovoltaic collectors in systems of domestic hot water preparation and central heating in single-family buildings). Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Technicznej w Katowicach 10, 91–104. ISSN 2082-7016, e-ISSN 2450-5552.
[43] Rozpondek M., Kasprzyk G. (2018). Zastosowanie hybrydowych kolektorów fotowoltaicznych PVT w systemach przygotowania ciepłej wody użytkowej i centralnego ogrzewania w budynkach jednorodzinnych (Application of PVT hybrid photovoltaic collectors in systems of domestic hot water preparation and central heating in single-family buildings. Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Technicznej w Katowicach 10, 91–104. ISSN 2082-7016, e-ISSN 2450-5552.
[44] https://www.theguardian.com/environment/2019/aug/29/the-air-conditioning-trap-how-cold-air-is-heating-the-world – access 27.01.2022
[45] https://www.teraz-srodowisko.pl/aktualnosci/20-procenergii-zuzywanej-w-budynkach-pobierane-jest-przez-klimatyzacje-4714.html – access 28.01.2022
[46] Nantka M.B. (2006). Heating including District Heating (Ogrzewnictwo i ciepłownictwo) vol. II. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice. ISBN 83-7335-306-2.
[47] Bać A. (2020). Architektura aktywna energetycznie. Architektura energoaktywna po 2021 (Energy active architecture. Energy-active architecture after 2021). Volume1. Architectural and construction issues, ISBN 978-83-7493-127-4 DOI: 10.37190/archen2021t1 Open DOI
[48] Tymkiewicz J. (2012). Funkcje ścian zewnętrznych w aspektach badań jakościowych. Wpływ rozwiązań architektonicznych elewacji na kształtowanie jakości budynku (Functions of external walls in aspects of qualitative research. Influence of façade architectural solutions on shaping the building quality. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 80–86.
[49] Zamorowska R., Sieczkowski J. (2020). Złożone systemy ocieplania ścian zewnętrznych budynków (ETICS) z zastosowaniem styropianu lub wełny mineralnej i wypraw tynkarskich. (Complex systems of insulating external walls of buildings (ETICS) with styrofoam or mineral wool and plaster coatings). Technical conditions for execution and acceptance of construction. Warunki Techniczne Wykonania I Odbioru Robót Budowlanych,). Part C, notebook 8. ISBN 978-83-249-8584-5, 31
[50] Popczyk J. (2019). Powłoki malarskie zewnętrzne i wewnętrzne (External and internal paint coatings). Technical conditions for execution and acceptance of construction works part B, notebook 4. ISBN 978-83-249-8580-7, 28.
[51] Bradecki T, Uherek-Bradecka B. (2017). Work Models in the Design Process for House Interior and Exterior: Physical or Virtual? IOP Conference Series Materials Science and Engineering 245(5), 052033 DOI: 10.1088/1757-899X/245/5/052033 Open DOI
[52] Celadin W. (2012). Energia w architekturze (Energy in architecture) Quarterly Journal of Architecture and Urban Planning, 36–56.
[53] Górecka M. (2012). Główne zalecenia w Projektowaniu niskoenergochłonnych domów wiejskich. Main recommendations in Designing low-energy rural houses. Scientinarium Polonorum, Architektura 11, 35–42.
[54] Tymkiewicz J. (2012). Koncepcja ochrony przeciwsłonecznej jako ważny element projektu elewacji nowoczesnych budynków. NOWOCZESNOŚĆ W ARCHITEKTURZE. (The concept of sun protection as an important element of the facade design of modern buildings. NEW ARCHITECTURE TRANSFORMATION – TECHNONOGY – IDENTITY) 33–41; ISBN 978-83-63849-20-7.
[55] Starczyk A. (2016) Problematyka doboru kąta posadowienia paneli fotowoltaicznych z uwzględnieniem profilu zapotrzebowania na energię (Analysis of parameters affecting the change of cooling demand during summer in a collective residence building). Anthropogenic Facilities Safety Engineering, Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk) 42–50. ISSN 2450-1859
[56] Michalek J. (2005). Aktywne fasady (Active facades). Świat Aluminium part 6, 1.
[57] Nocito C, Koncar V. (2016). Flexible photovoltaic cells embedded into textile structures; in: Smart Textiles and their Application; DOI: 10.1016/B978-0-08-100574-3.00018-7. Open DOI
[58] Peplowska M., Olczak P. (2018). Problematyka doboru kata posadowienia paneli fotowoltaicznych z uwzględnieniem profile zapotrzebowania na energię (The issue of selecting the foundation angle of solar panels taking into account the energy demand profile). Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, 102, 91–10.
[59] Manbir S., Banaszek L., Magee C., Rivero – Hudec M., (2022). Economic Lifetimes of Solar Panels; Procedia CRIP, 105. DOI: 10.1016/j.procir.2022.02.130 Open DOI
[60] Siudziak K., Klei M., Szkoda M., (2014). Badania i rozwój technologii ogniw PV. Czysta Energia 12, 32–34.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-c422a589-dd99-4d57-874d-efd01518ac2f