Barion Pixel

VGF&HKL szaklap

Az energetikai veszteségfeltárásról V.

2007/1-2. lapszám | Sümeghy Péter |  3758 |

Figylem! Ez a cikk 17 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Cikksorozatunk előző részében a nyílászárókkal kapcsolatos energiatakarékossági intézkedéseket vettük górcső alá, most az épületszerkezeti elemekkel kapcsolatos intézkedéseket részletezzük.

Külső falszerkezetek átalakítása tömegfallá, Trombe-fallá

A meglévő külső falak elé épített üvegezéssel energiagyűjtő és -tároló szerkezeti elemeket alakíthatunk ki. Ezek szerkezetileg egy masszív külső falból („tömegfal”) és az eléépített üvegezésből állnak. Ezt mozgatható árnyékoló-szerkezet, valamint Trombe-falak esetében a tömegfalban kialakított, nyitható-zárható szellőzőnyílások egészítik ki.

A cikksorozat korábbi részei: Az energetikai veszteségfeltárásról V. Az energetikai veszteségfeltárásrólIV. Az energetikai veszteségfeltárásról III. Az energetikai veszteségfeltárásról II. Az energetikai veszteségfeltárásróle I.

A tömegfal külső felületét nagy elnyelő-képességű, „sötét” színezéssel, felületképzéssel látják el. Itt történik a sugárzásos hőterhelés elnyelése, amelyet a nagy tömegű fal tárol, és késleltetéssel a helyiségbe juttat. A fal külső rétegeiben maradt tárolt hőnek a „lemosása” a tömegfalon átmenő szellőzőjáratok nyitásával, természetes légkörzéssel valósítható meg. (E szellőzőnyílások nélkül tömegfalról, ezekkel együtt Trombe-falról beszélünk.) Az árnyékolók télen éjszaka a kihűlés, nyáron napközben a túlzott felmelegedés ellen védenek, ez utóbbi célt szolgálhatják az üvegezés szellőző-szárnyai is.

A meglévő falat illetően a nehéz, nagy hőátbocsátási tényezőjű (tömör tégla, kő, beton) szerkezetek esetében lehet látványosabb javulást elérni. A javulás nagyobb mérvű akkor, ha kettős üvegezést és mozgatható hőszigetelő árnyékolószerkezetet alkalmazunk. Kevésbé hatásos az átalakítás korszerű falazóelemekből épített falak esetében, és értelmét veszti, ha a falnak külön hőszigetelő rétege is van. A meglévő fal átalakítása javítja a hőszigetelő képességet. Egyszeres üvegezés alkalmazása esetén a hőátbocsátási ellenállás növekménye mobil hőszigetelő-árnyékoló nélkül mintegy 0,15 m²K/W, társított szerkezettel a nyitott és a csukott állapot időbeli átlagaként kb. 0,25 m²K/W. A kétrétegű üvegezéssel elérhető ellenállás-növekmény 0,30 m²K/W, társított szerkezet használatával mintegy 0,40 m²K/W.

A hőszigetelő képesség javulása aránylag szerény mértékű, ezért csak csekély csökkenésre számíthatunk a beépítendő fűtőteljesítmény, a fűtési csúcsigény tekintetében. Lényegesen kedvezőbb a kép azonban akkor, ha a szerkezet energiamérlegét a teljes fűtési idényre vonatkoztatva vizsgáljuk. A napsütéses órák folyamán begyűjtött nyereség ugyanis számottevően csökkenti a szerkezet éves hőveszteségét, sőt kedvező esetben a fűtési idényre vonatkozó nyereségek meg is haladhatják a veszteségeket.

Transzparens hőszigetelések

A transzparens hőszigetelés egyesíti a defenzív és a szoláris jellegű beavatkozások előnyeit.

A transzparens (átlátszó) hőszigetelések lényege az, hogy a külső falak külső síkját a napsugárzást többé-kevésbé áteresztő hőszigeteléssel burkoljuk. Ez többnyire a fal síkjára merőleges, néhány mm átmérőjű sejtekből álló struktúrájú, de állhat a fal síkjával párhuzamos fóliákból, granulátumból vagy szálasanyagból is. Ezt kívülről az időjárási hatások ellen üveg fedi. A beeső sugárzási energia nagy részének elnyelése a hőszigetelés mögött, a fal síkján történik. Ezt a síkot a környezettől a hőszigetelő réteg választja el, az elnyelt energia nagy része a kis ellenállású, nagy tárolóképességű falba hatol be. A hőszigetelés és a fal érintkezési síkján olyan magas hőmérséklet alakul ki, hogy a helyiségnek a szerkezeten keresztül gyakran hőnyeresége van, de még borúsabb időben is a hőveszteségek lényegesen csökkennek.

A legfontosabb technikai problémát éppen az előbb leírt folyamat jelenti – az anyagok károsodását (és a helyiség túlzott felmelegedését) megelőzendő ugyanis a külső felületet nyáron védeni kell a sugárzástól. Ez árnyékolással, hőhatásra elsötétedő különleges (termo- tróp) üvegezéssel lehetséges.

A transzparens hőszigetelések üvegborítása lényeges módosulást eredményezhet az épület arculatában. Az új fejlesztésű áttetsző vakolatokkal a hagyományoshoz hasonló felületképzést kapunk. A transzparens hőszigetelés a falra ragasztható vagy a fal előtt légréssel szerelhető. A mozgatható árnyékoló a külső oldalon vagy az üvegezés és szigetelés között helyezhető el.

Napterek

Naptereknek nevezzük azokat a tereket, amelyeknek legalább egy (gyakorta több, jellemzően nagy) transzparens külső szerkezete van, az anyaépülettel közvetlen kapcsolatban vannak, és mesterséges fűtésük nincs.

A napterek többféleképpen befolyásolják az épület energiamérlegét, melynek főbb összetevői a pufferhatás, a konvektív energiaáramok (a szellőző levegő előmelegítése), a sugárzási nyereség és a hőtárolás. A pufferhatást vizsgálva az épület energiafogyasztása szempontjából az a legkedvezőbb, ha: az épület határolásának minél nagyobb felületét olyan pufferzónával takarjuk be, amelynek külső határolása kicsiny felületű (azaz hosszú, de nem mély naptérrel); ha mindenhol kettős üvegezés van; ha mindenhol van mobil kiegészítő szerkezet.

Az általános összefüggések mellett megemlítendő még, hogy a naptér által védett homlokzaton a hőátadási tényező kisebb, a csapóeső kedvezőtlen állagvédelmi és energetikai hatása nem érvényesül. Ott alakul ki nagyobb hőmérsékletesés, ahol a határolás ellenállása nagyobb. Az utóbbi a felület és a hőátbocsátási tényező függvénye.

A konvektív áramok a zárt nyílászárók résein spontán módon kialakuló filtráció vagy az épület használói által tudatosan foganatosított szellőztetés intenzitásától és irányától függenek. A szellőztetés hőigénye elvileg abban különbözik az energiaforgalom más öszszetevőitől, hogy a légcsere egy bizonyos alsó határérték alá (állagvédelmi, higiénés, biztonsági okokból) nem csökkenthető. (Feltételezvén, hogy a légcsere a szükséges értékű.)

Az épület légcseréje – mind a beáramlás, mind a kiáramlás – a naptér megkerülésével (más homlokzatokon) játszódik le. A friss levegőt tehát az épületben kell felfűteni. A naptér és a környezet között légcsere nincs. A naptér és az épület közötti légcsere a hőmérséklet-különbségtől függően alakul, egyaránt eredményezhet az épületből a naptérbe vagy a naptérből az épületbe irányuló energiaáramot aszerint, hogy melyik a melegebb oldal.

A sugárzási energiaáramok a mérleg legösszetettebb tagját képezik. Először is azt kell leszögezni, hogy a naptér miatt a mögöttes helyiségek közvetlen (direkt) nyeresége csökken, ezt azonban egyéb hatások ellentételezhetik. Nyilvánvaló, hogy a naptérbe annál több sugárzás jut, minél nagyobb és minél áteresztőbb üvegezett felülete van. Ebből a szempontból tehát egy egyrétegű fémvázas szerkezet volna a legjobb, amely azonban a transzmissziós áramok, a hőhidak, a kondenzáció szempontjából a legrosszabb. A vastagabb szelvényekkel készülő faanyagú vázszerkezet és a kettős üvegezés is az áteresztett sugárzási hányadot csökkenti, a pufferhatást azonban lényegesen javítja, a hőhidakkal, a kondenzációval kapcsolatos gondokat jelentősen mérsékli. A mögöttes térbe bejutó direkt nyereség nagyságát befolyásolja a naptér és az épület közötti határoláson levő nyílászárók mérete, üvegezése, keretszerkezete. A direkt nyereség nagyobb, ha itt nagy felületű és áteresztő képességű üvegezés van – ezzel azonban az épületből a naptérbe irányuló transzmissziós veszteségek is nőnek.

A napterek tájolását illetően nyilvánvaló, hogy a délihez minél közelebbi irányok a kedvezők. A különböző tájolásokhoz tartozó sugárzásösszegeket (a november 1. és március 31. közötti időszakra) az ábra mutatja. Az adatok értékelésekor vegyük figyelembe, hogy a téli hónapokban a diffúz sugárzás az összsugárzásnak aránylag nagyobb hányadát teszi ki, ami mérsékli a különböző irányok közötti különbséget. A napterek tájolása természetesen számos körülménytől függ (telekosztás, utcavonal, alaprajz, környező beépítés árnyékoló hatása), így sok esetben nincs mód a déli tájolás megvalósítására. Ha a déli szektoron kívül eső tájolásra kényszerülünk, akkor elsősorban a pufferhatás jó kihasználására célszerű törekedni.

A naptér tetőzetének tekintetében, a sugárzásos nyereség szempontjából télen az üvegezett szerkezet előnyösebb. Ugyanez nyáron viszont a túlzott felmelegedés veszélyével jár. Ha átlátszatlan tetőszerkezet készül (vagy azért, mert a biztonságos üvegezés drága, vagy azért, mert a tetőn aktív szoláris rendszer kollektorait helyezzük el), annak transzmissziós vesztesége kisebb, ugyanakkor a naptér mélysége erősen korlátozottá válik, hiszen a túl mély előtető a természetes világítás és a mögöttes helyiség direkt nyeresége szempontjából hátrány.

Ezt a korlátozást csökkenti a naptér belmagasságának növelése. A nagy belmagasság egyéb szempontból is előnyösnek tűnik: nagyobb az épület védett homlokzati felülete, nagyobb felületen jut be sugárzás a naptérbe.

A nyári félévet illetően természetesen a hőérzeti igényeket kell figyelembe vennünk, függetlenül attól, hogy a téli félév tekintetében melyik szempontnak adtunk elsőbbséget. Ezek kielégítéséhez a következők szükségesek:

  • árnyékolás a naptér külső határolásán;
  • intenzív szellőztetés a naptér és a környezet között (például a kürtőhatás kihasználásával a tetősík közelében levő szellőzőnyílással;
  • az épület intenzív szellőztetése olyan beáramlási útvonalon, amely nem halad át a naptéren.

Napterek utólagos hozzáépítésére vagy kialakítására számos lehetőség nyílik. Családi vagy sorházak esetében a hozzáépítés viszonylag egyszerűbben oldható meg. Az egyedi tervezésű napterek mellett modulrendszerű, előre gyártott elemekből házilagosan is összeállítható változatok is léteznek. Napterek utólagos kialakítására kézenfekvő lehetőség a meglévő loggiák, erkélyek beüvegezése. A többszintes épületek lakásai általában aránylag kicsiny homlokzati szakaszhoz csatlakoznak. Ha ehhez még napteret is illesztünk, akkor bizonyos alapvető funkcionális és energetikai problémákat is meg kell oldanunk. Nevezetesen az a mélység, ameddig a közvetlen napsugárzás és természetes világítás jól érvényesül, durván kétszerese a belmagasságnak. Ez azt jelenti, hogy vagy olyan kis mélységű napteret alakítunk ki, amely lakótér-bővületként meglehetősen csökkent értékű (de a mögöttes lakószoba benapozása, természetes világítása jó marad, és persze a naptér kedvező energetikai hatása érvényesül, vagy nagyobb mélységű, lakótér-bővületként is jól funkcionáló napteret alakítunk ki a mögöttes szoba benapozásának, természetes világításának rovására).

Téralakítás

Adott esetben igény lehet arra, hogy egy meglévő épülethez fűtetlen toldalékot (például garázst) vagy a korábbi lapostető fölé magastetőt építsenek. Az így kialakult fűtetlen terek, padlások – pufferzónák – az eredeti épület hőveszteségét csökkentik. Ha a szellőző levegő a pufferzónán keresztül jut az épületbe, akkor ott előmelegszik, és az épület szellőzési hőigénye csökken. További előnyként jelentkezik, hogy az eredeti határolószerkezet mentesül a szél és a csapóeső hatásától, a rövid ideig tartó szélsőséges időjárási hatásokat pedig a pufferzóna jelentősen csillapítja és késlelteti.

A helyiségekben a levegő a hőmérsékletnek megfelelően rétegződik, és a fűtőtest típusától, elhelyezésétől függő áramkép és hőmérséklet-eloszlás alakul ki. A helyiség lakói, használói szempontjából természetesen az az érdekes, hogy a tartózkodási zónában milyen a hőmérséklet. Ez azt jelenti, hogy a jellemző hőmérséklet-eloszlások mellett egy helyiséget annál inkább túl kell fűteni, minél magasabb, annak érdekében, hogy a tartózkodási zónában a hőérzet megfelelő legyen. A tér felső része így akár két-három fokkal is melegebb, ami felesleges többletveszteséget okoz. Ez csökkenthető akkor, ha a megfelelő magasságban álmenynyezetet alakítunk ki.

Az álmennyezeti térben is gyakorlatilag a helyiséghőmérséklet alakul ki, az álmennyezeti tér és a környezet közötti falon továbbra is lesz hőveszteség. Megtakarítás abból adódik, hogy az alacsonyabb helyiségben a tartózkodási zóna ugyanolyan hőmérsékletének biztosításához a helyiséget elegendő kisebb (a magasság szerint átlagolt) hőmérsékletre fűteni.

A meglévő terek részekre tagolásának egyik változata elsősorban a nagy szellőzési veszteségű épületekben ígér jó eredményt. Bejárati szélfogók kialakításával, az egyes szinteket vagy folyosókat zsilipelő ajtók beépítésével (azaz néhány, és nem valamennyi nyílászárót érintő beavatkozással) az épület spontán filtrációs légforgalma jelentősen mérsékelhető (és a zsilipelés tűzvédelmi szempontból is előnyös lehet).

Szellőzés

A többszintes, középmagas, zárt lépcsőházas épületekben (ahol a nagyobb kubatúra, a kisebb felület-térfogat arány miatt amúgy is jelentős a szellőzési veszteség részaránya) figyelemre- méltó energia-megtakarítás érhető el a spontán filtrációs levegőforgalom csökkentésével, oly módon, hogy – ha ezt az alaprajz lehetővé teszi – a lépcsőházat szintenként zsilipeljük.

Abban az esetben, ha a homlokzati nyílászárók légáteresztése kicsiny – vagy a felújítás során csökkenteni akarjuk -, a lépcsőház zsilipelése azért fontos, mert így a környezet-lépcsőház-lakás áramút ellenállását is megnöveljük. Így az infiltráció a lépcsőház irányából csökken, a homlokzat irányából megnő, azaz a lakószobák átöblítése jobb lesz. Mérséklődik az a jelenség, hogy a lépcsőházból a lakásba áramló levegő azonnal a vizes helyiségek elszívó kürtőihez jut, és „dolga végezetlenül” távozik. A zsilipeléssel mind a lakások, mind a lépcsőház feleslegesen nagy spontán filtrációs légcseréje csökkenthető.

A szellőző levegő előmelegítésére lehetőség van a pufferzónákban, napterekben. A pufferzónák egyik fontos energetikai hatása a szellőző levegő előmelegítése lehet, amennyiben az épület szellőzési áramútjait úgy szervezzük, hogy a friss levegő a pufferzónákon keresztül jusson az épületbe. Jelentős mértékű előmelegítésére elsősorban akkor számíthatunk, ha a levegőt naptereken keresztül vezetjük az épületbe. Ha azt akarjuk, hogy a friss levegő belépése a pufferzónán keresztül történjék, akkor

  • a pufferzónán keresztül vezető áramút ellenállásának kisebbnek kell lennie, mint az épületbe vezető egyéb áramutakénak,
  • a levegő távozását az épület belsejéből indított kürtőkön vagy az átellenes homlokzat nyílászáróin keresztül kell biztosítani.

Ezen áramút biztosítása végett egyrészt a pufferzóna és a környezet, másrészt a pufferzóna és az épület között szabályozható szellőzőnyílásokat kell kialakítani. Ezeket egymáshoz viszonyítva úgy kell elhelyezni, hogy közöttük rövidzár ne alakuljon ki, a környezetből a pufferzónába belépő friss levegő lehetőleg jól öblítse át azt. A pufferzónából az épületbe lehetőleg a zóna legmelegebb részéből kell bevezetni a levegőt – természetes légmozgás esetén a mennyezet alól.

Nagy közönségforgalmú épületek esetében a szellőzési veszteséget csökkentő beavatkozás a hidraulikus ajtóbehúzó szerkezetek felszerelése, forgóajtók beépítése, távérzékelős nyitó-csukó automatikák alkalmazása.