Gondolatok az aktív hőszigetelésről
2015/6. lapszám | Kardos Ferenc | 2889 |
Figylem! Ez a cikk 10 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Dr. Várfalvi János bevezetőjének egyik mondatára lettem figyelmes: „...a közös ismeretanyag hiányában a felek csak elbeszélnének egymás mellett”. Igen, a hatoldalas cikk kétszeri elolvasása után valószínűleg ez a mondat lehetne az összefoglaló kulcsmondata.
A következő sorok megírásakor igyekszem teljes mértékben elvonatkoztatni a találmány megtérüléséről, és a működőképességről sem alkotnék véleményt. Ezek helyett inkább javaslom vizsgálatra a felhasznált és helyenként axiómaként meghatározott adatokat és azok hitelességét.
A feltaláló előadásában először egy új módszert ismerhetünk meg a termikus napenergia-hasznosítás témakörében: „Napkollektorok segítségével közvetlenül melegíthető a talajvíz, gyakorlatilag ezzel egy épületen kívüli tárolót alkalmaz. Ez a gondolat viszont hibákat rejthet magában, a túl nagy mennyiségben rendelkezésre álló talajvíz esetén annak hőmérsékletének megváltoztatása nehéz vagy akár fölösleges is lehet. Amennyiben a betárolt energia nem közvetlenül az épület alatt vagy nem közvetlenül az épület által hasznosított területen hasznosulna, akkor ez egy fölösleges energiabefektetéshez vezetne.” Szó szerinti idézet volt a cikkből…
A hőszivattyúzás iránt érdeklődők ismerhetik azt a tényt, mely szerint a kutas hőszivattyúzásnál külön feladat meghatározni a nyelő- és a termelőkút közti vízréteg áramlási irányát, hogy ne keletkezzen termikus visszacsatolás a kutak között. Erre a célra ajánlják a rendkívül erős festő hatású kálium-permanganátot. De ha ilyen bonyodalmakat okoz a talajvíz áramlása, akkor valóban érdemes fontolóra venni a melegítését? Vajon hol fog „kikötni” az általunk langyított talajvíz? Azonban ha valahol garantáltan nem áramló talajvízre bukkanunk, akkor a melegítés hatására a létrehozott fajsúlykülönbség nem fog létrehozni mégis egy nem kívánt gravitációs áramlást?
Az egy másik kérdés, hogy ha olyan kiváló technológia az aktív hőszigetelés, akkor miért kell azt „megerősíteni” a köztudottan hosszú megtérülési idejű napkollektorokkal?
Már az aktív hőszigetelés működésével foglalkozott a következő idézet a cikkben: „A kritikusok figyelmen kívül hagyták mindkét esetben a talaj hőmérsékletének változását. Felvették 10 °C-os értékűnek, és ezzel végezték az összes számításukat (ezért valójában köszönet illetné őket, jelzi eme cikk írója). Bárkányi úr mérései és a különböző forrásokban talált adatok alapján viszont a talaj hőmérséklete arányosan változik a külső hőmérséklettel, a legalacsonyabb hőmérséklete felel meg a 10 °C-nak, és akár 16-18 °C-os is lehet a fűtési idényben.”
Ez egy meglepő állítás, mivel a hazai épületgépészeti tananyag szerint az elméleti fagyhatár 80 cm mélyen helyezkedik el, és mivel valóban arányos a talajhőmérséklet a külső hőmérséklettel – figyelembe véve a mélységtől függő késleltető hatást is –, ezért a fagyveszély időszaka mind a mai napig télre esik. Erről tanúskodik a sok forrás által hivatkozott nevezetes grafikon, a tölcsérábra (1. ábra).
A grafikon „augusztus” görbéje valóban eléri a 16-18 °C-os hőmérsékleti értéket abban a sekély talajrétegben, amelyet télen fagyveszélyes zónának tekintünk, és emiatt hőhasznosítás céljára sosem veszünk igénybe. Az ábráról leolvasható legmagasabb „4 méteres” talajhőmérséklet novemberben fordul elő, egy rövid ideig 13 °C, majd – még 5-15 méter mélységben is – a 10 °C közeli értékek a jellemzők.
Az ismeretlen szerző tollából származó tölcsérgrafikonnál is hitelesebb lehet a Passivhaus Institut által létrehozott PHPP tervezőprogram adatbázisa, ahol az alábbi hőmérsékleti adatokat találjuk (Közép-Magyarországra vonatkozóan) az épület talaj irányába történő veszteségeinek számításához: talajhőmérséklet (°C): január: 10,5; február: 9,5; március: 9,6; április: 10,8; május: 13,6; június: 15,9; július: 17,9; augusztus: 18,9; szeptember: 18,8; október: 16,8; november: 14,8; december: 12,5. Fontos figyelembe venni, hogy itt az épület alatti védett térben elhelyezkedő talajról van szó, amelyet nem hűt a téli csapadék, és erősen szeparált a szezonális hőmérsékletváltozásoktól.
De vajon 10 °C-os talajból ki lehet nyerni 10 °C-os hőközlő folyadékot, amelyre a kritikusok „áldásukat” adták? Igen, lehet, hosszabb üzemszünet után néhány percig. Majd amikor a folyadék egyszer körbejárt, akkor már nem, amíg hosszabb pihenőt nem tartunk a működtetésben. Természetesen most a többet vitatott téli üzemet vizsgáljuk, tehát az épület hőt von el a talajból, hűti az anyaföldet. Ekkor egy hőáram jön létre a talaj és a PE csőfal között (a termodinamika II. főtétele alapján, a melegebb ponttól a hidegebb felé), és ha optimális turbulens áramlást tartunk fenn, akkor 10 °C-os talajból 5-6 °C-os fagyálló folyadékot kaphatunk. De ha kicsiny szivattyúteljesítményt alkalmazunk (25 watt került említésre), akkor jó eséllyel lamináris lesz az áramlás, és be kell érnünk 3-4 °C-os folyadékhőmérséklettel. Ezek az értékek is csak a fűtési idény első szakaszában érhetők el, a talaj – mint egy termikus akkumulátor – lassan merül, csökken a hőmérséklete.
Hűtés?
A februári összefoglaló írás nem tartalmazott információt a nyári hűtési szolgáltatásról. A találmányról szóló ismertetőkben a nyári hűtés egyben a talajhő visszapótlását is szolgálja, amikor az épület falszerkezetén keresztül haladó hőáramot elvezetik a talajba. Ez egy nagyszerű megoldás lehet, ha valóban működik, és segít az épületet komfortos hőmérsékleten tartani. Nézzük meg egy valóságos épület nyugati tájolású szobáját, milyen külső és belső hőterhelésekkel számolhatunk? – ebben a WinWatt program lesz a segítségünkre.
Főbb adatok
- porotherm tégla, 15 cm-es EPS hőszigetelés (U-érték: 0,149 W/m²K),
- nyílászáró U-értéke: 0,8 W/ m²K, külső árnyékolás 0,17-es naptényezővel,
- 1 fő tartózkodik a helyiségben,
- 40 W világítási és 50 W elektronikai hőtermelődés,
- hővisszanyerős szellőztetés, 30 m³/óra, 29 °C-os befújt levegő.
A diagramból (2. ábra) megállapíthatjuk, hogy délután 3 órakor a legmagasabb a helyiség hőterhelése: 404 W. Az aktív hőszigetelés ebből semlegesíteni képes 64 wattot, amely a teljes hőteljesítmény hetede. A leárnyékolt ablakon keresztül érkező max. 103 watt teljesítményt a szigetelőlemezek közé integrált hűtött lemezek nem tudják semlegesíteni – talán ha a nyílászáró üvegezését borítanánk be –, mint ahogyan nem tudja az emberi hőleadás 116 wattos fűtését sem. Nem újkeletű felismerés, hogy egy korszerű épület hűtésénél a legkevésbé figyelembe veendő érték a falakon keresztül érkező transzmissziós hőterhelés.
Az a belső hőtermelés – amely télen segít kifűteni az épületet – a legnagyobb átoknak számít nyáron, és családi házak esetén még éppen kezelhető megfelelően méretezett felülethűtések használatával, mikor 21-22 °C-ra hűtjük a födémet vagy a falat, esetleg a padlófelületet.
Ezekben az esetekben a hűtött felületek közvetlenül érintkeznek a belső légtérrel, és kellemes, sugárzó módon visznek be hűtőenergiát.
Nem nehéz elképzelni, mennyire csökken ez a hatékonyság, ha egy téglafal és 10 cm hőszigetelés választja el a hűtött felületet az épület belsejétől – pedig éppen ilyen az aktív hőszigetelés rétegrendje.
Még a horizontális talajkollektorral megvalósított passzív hűtéses épületek is kezdenek túlmelegedni egy többhetes kánikula során, még akkor is, ha hőcserélő nélküli kontakt hőátadással működnek. Nehéz lenne ilyenkor a tulajdonost azzal nyugtatni, hogy örüljön a lecsökkent hűtési szolgáltatásnak, mert már a téli hőt spájzolja be a rendszere a talajba, és emiatt langyos a hűtőfolyadék…
Az aktív hőszigetelés elhelyezkedése a falazat szendvicsszerkezetében – közelebb van a külső térhez, mint a belsőhöz – meghatározza azt, hogy intenzívebb a kapcsolata a külső térrel, vagyis az épület hűtése helyett inkább a talaj felé való hőtovábbítást szolgálja nyáron. Ennek az üzemi hőmérséklete mindenképpen magasabb értékre fog beállni, mintsem hogy a belső tér hűtésében szerepet lenne képes vállalni. Summázva a gondolatmenetet, van egy olyan anakronizmus az elméletben, amelyet nem lehet feloldani. Addig, amíg egy épület téli fűtésénél a határoló elemeken való hővesztés dominál, és ezt szükséges korlátozni valamilyen technológiával – legyen ez aktív vagy passzív –, addig a nyári hőmérséklettartás más megoldásokat igényel. A nyári túlmelegedés oka nem a transzmissziós hő beáramlás az opak szerkezeteken keresztül, hanem a belső hőtermelődés és a nyílászárókon bejutó napenergia fűtőhatása.
Az aktív hőszigetelés gyakorlati elemzése során ki fog majd derülni – talán már túl is vagyunk ezen a ponton –, hogy a kétféle feladatból csak az egyik esetben hatásos a műszaki megoldás, teljesen függetlenül attól, hogy a megtérülése 15 vagy 180 év.
