Az energetikai veszteségfeltárásról III.
2007/10. lapszám | Sümeghy Péter | 4007 |
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 elkezdtünk foglalkozni a konkrét energiatakarékossági intézkedésekkel, most ezt folytatjuk a nyílászárókra fókuszálva. Az üvegezett - transzparens - nyílászárók energiamérlege igen sok tényező függvénye. Az energiamérle...
Az üvegezett - transzparens - nyílászárók energiamérlege igen sok tényező függvénye. Az energiamérleg összetevői a transzmissziós hőveszteség, a sugárzási nyereség, a légcsere a működési és beépítési hézagokon át, a hőérzetre gyakorolt közvetlen hatások, illetve az ezek ellen-tételezésére szükséges energiaáramok, a természetes megvilágítás. A nyílászárók szerepe az épület egészének energiamérlegében természetesen függ a homlokzatok üvegezési arányától, az üvegezett felületek és az épület térfogatának arányától, a benapozási feltételektől, a nyílászárók beépítési és működési hézagainak hosszúságától, valamint az épület és a környezet közötti nyomáskülönbségtől. Ez utóbbit számos építészeti és környezeti adottság határozza meg.
Fontos szerepet játszhatnak a társított szerkezetek is. Meglévő épületek esetében a homlokzatok tájolása és benapozottsága adottságnak tekinthető. Általában adottságnak tekintjük a homlokzatok üvegezési arányát is, ennek megváltozására (inkább csökkentésére) csak igen ritkán van igény. Így a hőtechnikai felújítást ezen adottságok mellett kell megoldani. Az ablakok rekonstrukciós szempontból a hőszigetelés és/vagy a légzárás javításának, a téli sugárzási nyereség növelésének és a nyári sugárzási terhelés csökkentésének érdekében módosíthatók.
Minden helyiség, amelynek ablaka van, egy jól vagy kevésbé jól működő direkt passzív szoláris rendszer. A működés alapja az üvegházhatás. A téli félévben a lehető legtöbb sugárzási energia begyűjtése és hasznosítása a cél. A hasznosításhoz az üvegezett felület és a helyiség hőtároló képessége közötti harmóniára van szükség.
A szokványos üvegezés hőátbocsátási tényezője nagyobb, mint a falé, ami a borús időszakokban vagy éjszaka nagy hőveszteséggel és az ezt fedező nagy teljesítményű, de csak ritkán kihasznált fűtési rendszer szükségességével jár. A téli félév mellett a nyári feltételekről sem szabad megfeledkezni, amikor az alapvető feladat az, hogy a sugárzásos energiaáramnak a helyiségbe való bejutását megakadályozzuk. A közönséges, 3 mm vastag üveg a napsugárzás mintegy 85%-át engedi át. A kétszeres, illetve háromszoros üvegezés, valamint a felület-bevonatolással ellátott üvegezés áteresztőképessége, és így a sugárzásos hőnyereség is kisebb. A rétegszám növelésével a hőátbocsátási tényező nagyobb mértékben csökken, mint a sugárzásáteresztő képesség.
A transzmissziós veszteségek és a sugárzási nyereségek együttes hatását az egyenértékű hőátbocsátási tényező fejezi ki. Az ablakok transzmissziós vesztesége három összetevő eredője: az üvegezés, a keret, valamint az üvegezés és a keret összeépítésénél a távtartók miatti vonalmenti veszteségek összege. A piac számos olyan ablaktípust kínál, amelyek megadott profilokkal és üvegezéssel méretre szabottan, rendelés szerinti osztással készülnek. Az egyedi tervezésű ablakok hőátbocsátási tényezőjét esetenként számítani kell. Az üvegezés felülete alatt a sugárzást áteresztő szabad felület értendő.
Az ablak hőátbocsátási tényezője:
Ahol kü az üvegezés hőátbocsátási tényezője, kk a keret hőátbocsátási tényezője, kl a vonalmenti hőátbocsátási tényező az üveg kerülete mentén, lü az üveg kerülete, Aü az üveg felülete, Ak a keret vetületi felülete.
Az üveg kerülete mentén vonalmenti veszteséget akkor kell számításba venni, ha két üvegezés között távtartó van - egyszeres üvegezés esetén tehát ez a tag elhagyandó.
Az épület túlzott nyári felmelegedése esetén szóba jöhet a hővédő üvegezés alkalmazása vagy a meglévő üveg hővédő fóliával való ellátása. Ezzel a nyári hőterhelés csökkenthető, ugyanakkor számolni kell azzal, hogy a téli sugárzásos hőnyereség és a természetes világítás szintje is csökken, tehát ezeket csak akkor célszerű alkalmazni, ha ezen áll vagy bukik a mesterséges hűtés szükségszerűsége, egyébként télen is érvényesülő nyereség- és természetes világításcsökkentő hatásuk meglehetősen negatív lehet.
Légrés tömítése
Amennyiben az épület spontán filtrációs levegőforgalma meghaladja a szükséges légcsereszámot, az ablakok beépítési és működési hézagainak tömítésével érdemi eredmények érhetők el. A beavatkozás viszonylag egyszerű, és nem érinti az épület arculatát. Általában a nyílászárók beépítési és működési hézagai képezik az épületek légáteresztő réseinek túlnyomó többségét. A spontán filtrációs légforgalom csökkentésének fontos eszköze lehet ezek utólagos tömítése. A beépítési hézagok tömítése viszonylag megbízhatóan oldható meg, például helyszínen habosodó poliuretánnal.
Nehezebb a működési hézagok utólagos tömítése: a rugalmas tömítőanyagok rugalmasságukat, a felragasztott tömítőprofilok tapadásukat egy idő után elveszítik.
Hangsúlyozandó, hogy a homlokzati nyílászárók légáteresztésének csökkentésével a szellőzési veszteségek nem csökkenthetők minden határon túl. Az élettani, komfort- vagy biztonsági szempontból szükséges légcserét mindenképpen fenn kell tartani.
Lényeges különbség van azonban a pillanatnyi időjárási helyzethez, szennyezőanyag-terhelésekhez és igényekhez igazodó szabályozott ablakszellőztetés vagy más szellőztetés, és a spontán módon, véletlenszerűen alakuló filtrá-ciós levegőforgalom között. Az utóbbihoz nehéz a fűtőteljesítmény szabályozását igazítani, ez vagy egyes helyiségek alulfűtésével és hőérzeti panaszokkal, vagy a helyiségek jelentős részének túlfűtésével jár.
Meglévő üvegezés bevonatolása
Az üvegezést illetően alapvető kérdés a rétegek száma. A hőátbocsátási tényező elsősorban a légréteg vastagságától és függőleges méretétől függ. A hőátbocsátási tényező a két üvegtábla közötti tér nemesgázzal való feltöltése, valamint az üveg felületének speciális, kis emissziós tényezőjű bevonatolása révén javítható: kétrétegű üvegezés esetében az előző technikákkal k = 1,6 W/ m2K is elérhető.
Külön hangsúlyozandó, hogy a kis emissziós tényezőjű felület-bevonatolás elsősorban az üvegezés által a hosszúhullámú infravörös tartományban kisugárzott energiaáram, azaz a hőveszteség csökkentését célozza. Nem tévesztendő össze azokkal a hővédő bevonatokkal és egyéb technikákkal, amelyek az üvegezésen át a helyiségbe bejutó sugárzás, azaz a nyári hőterhelés csökkentésére szolgálnak, még akkor sem, ha a sugárzásátbocsátó képességet némileg csökkentik.
Új üvegréteg hozzáépítése
A hőveszteség radikális csökkentése az üvegezés módosításával vagy további réteg beépítésével lehetséges. Ez egy megfontolandó döntés, hiszen fel kell tételezni a meglévő tok- és szárnyszerkezetek jó állapotát, kielégítő várható fizikai élettartamát. Az ilyen rekonstrukcióval az épület eredeti arculata megőrizhető. Új üvegtáblák célszerűen vendégszárnyak révén adhatók a meglévő ablakokhoz.
Ez a megoldás mindenképpen szükséges, ha az eredeti üvegezés egyszeres volt. Kétszeres eredeti üvegezés esetén elsősorban akkor ésszerű, ha a meglévő ablakszerkezet állapota, várható fizikai élettartama kielégítő, az ablak aránylag nagy méretű, keretaránya aránylag kicsi, és az ablak összes hőveszteségéből viszonylag kevés a kereté.
A hozzáadott üvegtábla a hőszigetelés radikális javulását, a sugárzási nyereség csekély mérvű csökkentését eredményezi, a végső mérleg a fűtési energiaigény szempontjából kedvező. A téli hőérzeti feltételek is lényegesen javulnak a magasabb belső felületi hőmérséklet miatt.
Az ablak cseréje
A nyílászárók cseréjének során olyan új nyílászárók kerülhetnek beépítésre, melyek a legújabb technológiák révén készültek, és gyárilag biztosíthatják mindazokat az opciókat, melyeket meglévő nyílászárókon utólag létesíthetünk. Ezek az opciók lehetnek az acélmerevítésű műanyag tok, hővédő bevonat, többszörös üvegezés, megfelelő légzárás stb. Az újonnan beépíthető nyílászárók hőátbocsátási tényezője k = 1,7 W/m2K, melyet még lehet javítani tükröződő felület- és/vagy hőhídmentes merevítés alkalmazásával.
Társított szerkezet alkalmazása
Az ablakok hővesztesége csökkenthető mozgatható társított szerkezetek alkalmazásával vagy - ha ilyenek eredetileg is voltak - minőségi cseréjével. A megfelelő társított szerkezet kiválasztásával az épület eredeti jellegének megőrzése éppúgy lehetséges, mint markáns módosítása. Minél rosszabb az eredeti nyílászárók minősége, annál jelentősebb a társított szerkezetekkel elérhető eredmény. A hőveszteség kérdése mellett a társított szerkezeteknek a téli és nyári hőérzetre gyakorolt kedvező hatását is célszerű figyelembe venni.
Ha a nyílászárók sugárzás-áteresztő képességének és a helyiség hőtároló képességének aránya megfelelő, akkor az épület direkt rendszerként jól működik, ebben az esetben tehát ne alkalmazzunk olyan megoldást, amely a nyílászárók áteresztő képességét csökkenti.
Társított szerkezetek felszerelésével vagy cseréjével a nyílászárók éjszakai hővesztesége és a nyári túlzott felmelegedés kockázata csökkenthető, az épület defenzív tulajdonságai javíthatók. Minden szempontból kedvező eredményeket lehet elérni társított szerkezetek alkalmazásával vagy a meglévők jobbakra cserélésével.
A társított szerkezetek megfelelő használatával az éjszakai órákban a hőátbocsátási tényező jelentősen csökkenthető - minél nagyobb az ablak hőátbocsátási tényezője, viszonylagosan annál jelentősebb a társított szerkezet hatása. Az ablak és a csukott társított szerkezet kombinációját jellemző hőátbocsátási tényező:
Ahol ka az ablak hőátadási tényezője, R a társított szerkezet miatti hőátbocsátási ellenállás-növekmény.
A hőátbocsátási ellenállás növekménye függ a társított szerkezet saját hővezetési ellenállásától, a társított szerkezet és az ablak között kialakuló légréteg egyenértékű hővezetési ellenállásától, valamint e légréteg "zártságától", azaz a társított szerkezet légáteresztési ellenállásától. Nagy légáteresztésű társított szerkezetre R=0,05, közepes légáteresztésű társított szerkezetre
Kis légáteresztésű társított szerkezetre
Ahol Rt a társított szerkezet "saját" hővezetési ellenállása (pl. adott vastagságú fáé). A mozgatható hőszigetelő-árnyékoló szerkezetek a hőveszteség csökkentése, a téli sugárzási nyereség hasznosítása, és mind a téli, mind a nyári hőérzeti feltételek javítása szempontjából egyaránt fontos szerepet játszanak. Hatásuk érvényesüléséhez azonban vagy helyes, tudatos működtetés, vagy magas szintű automatizálás szükséges. Az árnyékolás szempontjából a külső elhelyezésű szerkezetek a hatékonyabbak.
Ezek javíthatják, "feldobhatják" az épület külső megjelenését, de természetesen alkalmazásuknak gátat szabhat az, ha az épület eredeti arculatának megőrzése kívánatos.
Nyílászáróüveg-fóliák
A fóliával ellátott nyílászáró-üveg alkalmazásával megnövelhető a belső komfortérzet, csökkenthető az energiaköltség.
Síküvegfóliák: különböző fémszórt, alumíniumszórt, UV-kezelt és kémiailag színezett poliészterrétegek különleges ragasztóval összelaminált kombinációja, mely betörés-, hő-, betekintés-, UV- és fényvédelmet nyújt.
Tükröző fóliák: a Nap ellen védő, tükröződő fóliák kiszűrik a Nap káros hőhatását és vakító sugarait, a fényt és a világosságot azonban beengedik. Ezáltal az épületet hűvösebbé teszik, csökkentve a belső hőmérsékletet, a napsugárzás vakító hatását. Típustól függően a beérkező fény kiszűrése 12-93% között mozog, az UV-védelem pedig 99,9%-os.
Nem tükröződő fóliák: ezek a fóliák tükröződés nélkül képesek a hő- és fényvédelemre, de hatásfokuk némileg roszszabb, mint a tükröződő fóliáké.
Biztonsági fóliák: az ablak belső felületére erősített fólia lényegesen javít a meglévő síküveg minőségén, növelve a szilárdságát, minek következtében fokozódik a biztonság.
Szoláris nyereség
Az épületek energetikai tulajdonságainak jobbítása nemcsak a veszteség- áramok csökkentése, hanem a nyereségáramok növelése és azok hasznosítási fokának javítása révén is lehetséges. Ez az út természetesen csak akkor követhető, ha az épületnek jól tájolt, kellően benapozott homlokzata(i) van(nak).
A nyereségáramok növelése, hasznosítási fokának javítása társított, mozgatható hőszigetelő-árnyékoló szerkezetek alkalmazásával; külső falszerkezetek átalakításával tömegfallá, Trombe-fallá; külső falszerkezetek transzparens hőszigetelésével; csatlakozó üvegházak építésével, illetve meglévő loggiák, udvarok beüvegezésével lehetséges. Valamennyi beavatkozás többé-kevésbé megváltoztatja az épület külső megjelenését, karak- terét, e változtatás lehetősége, illetve a változtatás iránti igény tehát szintén feltétele a felsorolt megoldások alkalmazhatóságának.
A szóba jöhető rendszerekben általában a következő fizikai folyamatok játszódnak le:
. a sugárzás egy része átjut valamilyen transzparens rétegen,
. elnyelődik egy opaque felületen,
. vezetéssel átjut egy tömör szerkezeten és/vagy
. levegő közvetítésével, szabadáramlás révén a fűtendő térbe vagy valamilyen hőtároló szerkezethez jut.
Az azonos működési elv teljesen különböző építészeti megoldásokkal, szerkezetekkel, terekkel valósítható meg, hiszen például a transzparens réteg lehet az elnyelő felületre közvetlenül ráhelyezett transzparensszigetelés, a tömör fal előtt elhelyezett üvegezés, köztesen anynyi hellyel, amely a takarításhoz, a mobil hőszigetelés-árnyékolás működéséhez kell, avagy annyi hellyel, amely az év jó részében, mesterséges fűtés nélkül lakótérként használható. A tárolást és a hőleadást illetően lehet elsődleges szempont az "azonnali, helyben való" elnyelés és tárolás (majd később vezetéssel való továbbítás), az azonnali (levegővel, konvektív módon történő) továbbítás és mindezek kombinációja is.
Társított szerkezetek
A társított, mozgatható hőszigetelő-árnyékoló szerkezetek alkalmazása az épület defenzív és szoláris tulajdonságait egyaránt javítja. Érdemi hőszigetelő hatással is bíró társított szerkezetet - a nehezebb textilfüggönytől a spalettáig - tehát akkor is célszerű alkalmazni, ha az épület és/vagy környezetének adottságai a szoláris energia hasznosítása szempontjából nem kifejezetten jók. Mindenképpen előnyösek a társított szerkezetek a nyári hőérzeti feltételek szempontjából, egyes típusok pedig a vagyonvédelem, a környezeti zajok elleni védekezés szempontjából is előnyösek. A társított szerkezetek hatását az ablakok energiamérlegére az egyenértékű hőátbocsátási tényező tükrözi.
