Kisebb a rezsi és melegebb a lakás

A felújítási munkákról korábbi cikkünkben bővebben itt olvashatnak >>

A kísérlet második hónapjának eredményeiből levont következtetésekről itt olvashatnak >>

A kísérlet harmadik hónapjának eredményeiből levont következtetésekről itt olvashatnak >>

A kísérlet negyedik hónapjának eredményeiből levont következtetésekről itt olvashatnak >>

A Lengyel Ágoston építészmérnök vezette Pannon Építőműhely Kft. szakemberei a felmérés indulása, azaz szeptember 27-e óta kísérik figyelemmel – és elemzik a negyedóránként online érkező adatokat –, hogyan alakul a két épület által felhasznált fűtési energia mennyisége. A Knauf Insulation Kft. szakmai partnere elemzései alapjául szolgáló adatok a www.nalamszigetelnek.hu oldalon nyomon követhetők.

 

A szigetelt épületben tartósan 50 százalékkal kevesebb az energiafogyasztás

A szigetelt épület a szigeteletlen épülethez képest összességében továbbra is kevesebb, mint a fele fűtési energiát használt fel, ami már forintban is jelentős megtakarítás a szigetelt házban élő család számára. A korábbi hónapokhoz hasonlóan a szigetelt és szigeteletlen épület fűtési célú energiafogyasztása kumulált összehasonlításban továbbra is jelentős különbséget mutat.

 

Az enyhe tél ellenére is jelentős a napi szintű energiamegtakarítás

A vizsgált időszakban a napi átlaghőmérséklet továbbra is komoly ingadozást mutatott: -7 és +8 °C között változott. Az összehasonlítás és az adatok napi elemzése során is jól megfigyelhető a fogyasztott energia mennyisége és a külső hőmérséklet között fennálló ellentétes mozgás.

Az ábrán napi szinten is jól nyomon követhető, hogy a szigetelt ház a szigeteletlen épülethez képest mintegy fele mennyiségű fűtési célú hőenergiát fogyasztott.

nem hőszigetelt ház fűtési célú energiafogyasztása

hőszigetelt ház fűtési célú energiafogyasztása

külső hőmérséklet

 

A leghidegebb napon sem ment egész nap a kazán

A vizsgált időszakban a leghidegebb nap körülbelül -7 °C napi középhőmérsékletével január 26-ika volt. Az adatok órás felbontású, részletesebb elemzésével ezúttal is vizsgálták e nap energiaigényét: a szigeteletlen ház 0,575 GJ energiát, míg a szigetelt ház 0,259 GJ energiát használt fűtésre. A korábbi megfigyelésekhez hasonlóan a szigeteletlen épületben a napközbeni és az éjszakai időszak szinte egészében folyamatosan üzemelt a kazán, míg a szigetelt házban szokás szerint a reggeli felfűtés után továbbra is csak egy déli és egy esti periódusban kapcsolt be.

 

Melegebb falú lakásban kellemesebben érezzük magunkat

Hőérzetünket a belső levegő hőmérséklete mellett nagyban befolyásolja a helyiség határoló szerkezeteinek felületi hőmérséklete is. Gondoljunk csak arra, hogy akár 24 °C-ra felfűtött helyiségben is mennyire kellemetlen egy elavult üvegezésű erkélyajtó előtt tartózkodni, ami sugározza ránk a hideget. A tapasztalatok alapján a hőérzet akár 2-3 °C-kal is nőhet magasabb hőmérsékletű falfelület esetén.

Megfordítva a dolgot: 2-3 °C-kal alacsonyabb léghőmérséklet esetén is megmarad a megfelelő komfortérzetünk – ami akár 15 százalékos további megtakarítást is eredményezhet megfelelően hőszigetelt épület fűtési költségeiben.

A szigetelt és szigeteletlen épületekben a falon és a mennyezeten elhelyezett termosztátok segítségével több helyiségben is mérik a belő hőmérsékletet. Az alábbi diagramon a mennyezeten mért hőmérséklet különbségei láthatók, amely alapján joggal feltételezhető, hogy a szigetelt épületben jóval kedvezőbb a lakók komfortérzete.

 

Épületfizikai kérdések közérthetően, de inkább szakembereknek

A kísérlethez kapcsolódó elemzések során az utólagos hőszigetelés számos épületfizikailag kényes vonatkozását érintettünk, amelyeknél szinte mindig előkerült a hőhidak és a hőhidasság kérdése. Eljött az idő, hogy rámutassunk a hőhidak energetikai számításokban való figyelembevételének nehézségeire. Ebben ezúttal is Bakonyi Dániel okl. építészmérnöknek, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Épületszerkezettani Tanszékének munkatársa, a program szakértője lesz segítségünkre.

A gyakorlatban hőhidak és általában véve hőhidasság alatt legtöbbször hőtechnikailag rossz csomóponti megoldásokat, illetve hőtechnikailag gyenge teljesítményű épületeket értünk. Az épületenergetikai számításaink során azonban ez ellentmondásokhoz vezethet, mivel az ezeket a számításokat leíró szabványok és jogszabályok máshogy határozzák meg a hőhíd fogalmát. A hivatalos definíció szerint a hőhíd az épület külső térelhatároló szerkezeteinek minden olyan része, ahol a hőáramok többdimenzióssá vállnak. E definíció szerint gyakorlatilag nincsen olyan része az épületeinknek, mely ne lenne hőhidas, hiszen csak egy elméleti, teljesen homogén és végtelen kiterjedésű sík szerkezet esetén lenne elképzelhető, hogy a hőáramok teljesen párhuzamosak és a felületre merőlegesek legyenek. Hogy a számításainkat mégis megkönnyítsük, két nagy csoportot különböztethetünk meg a hőhidak között:

• Ismétlődő hőhidak, melyek alatt az egyes felületszerű külső térelhatároló szerkezetekben periodikusan ismétlődő szerkezeti (anyagbeli és geometriai) inhomogenitásokat értjük. Ezek hatását egyrészt eleve az adott építőanyag, vagy például falazati rendszer deklarált hővezetési tényezőjének kell tartalmaznia (pl. légrés a vázkerámia téglában, habarcs a falazatban stb.), másik részüket a rétegtervi hőátbocsátási tényező számításánál kell figyelembe vennünk (pl. dübel a hőszigetelésben, falváz oszlop egy könnyűszerkezetes épületben stb.).
• Nem ismétlődő hőhidak, melyek alatt az épület nagyobb léptékű szerkezeti csomópontjai által okozott többdimenziós hőveszteségeket értjük (pl.: külső falsarok, födém-fal csatlakozás, erkély vagy függőfolyosó, ablakbeépítés stb.).

 

Rövid elméleti áttekintés a hőhidak hőveszteségeinek számításáról

Az ismétlődő hőhidak hatását a rétegtervi hőátbocsátási tényezőnél kötelező figyelembe venni (a [2] 7/2006 TNM rendelet szerinti követelmények is erre vonatkoznak), amihez jó támpontot adnak a [3] MSZ-EN-ISO-6946 szabványban leírt könnyen használható számítási módszerek és táblázatok. A nem ismétlődő hőhidak részletes számításának menetét az MSZ-EN-ISO-10211 [4] szabvány írja le. Egy ilyen számításhoz el kell készítenünk a vizsgált szerkezeti részlet térbeli (2 vagy 3D) hőtechnikai szimulációját (hőhídszimuláció), ami a szabványban rögzített stacioner külső és belső hőmérsékleti és felületi hőátadási tényező peremfeltételek mellet megadja a hőmérséklet-eloszlást a szerkezetben és az ehhez tartozó hőáramsűrűségeket a felületeken, melyből integrálással számítható a vizsgált csomóponti részlet teljes hővesztesége.

1. ábra: Hőáramsűrűség megoszlása egy vonalmenti hőhídnál

 

Ez a teljes hőveszteség nem más, mint az 1D-s hőveszteségek (a bemutatott minta esetében a falazat) és az úgynevezett vonalmenti hőátbocsátási tényező összege: ψ_e vagy ψ_i. Másképpen fogalmazva a vonalmenti hőátbocsátási tényező nem más, mint a számítási hiba az 1D-s hőveszteség-számítás (csak falak hőátbocsátás szorozva a felületükkel) és a valós többdimenziós hőveszteségek között. Ebből a levezetésből is egyértelműen látszik, hogy nincsen hőhídmentes szerkezet, hiszen ez a számítási hiba mindig zérustól eltérő. Fontos megjegyezni továbbá, hogy a vonalmenti hőátbocsátási tényező értéke a geometriai vonatkoztatási rendszertől függ: a csomópont teljes hővesztesége a vonatkoztatási rendszertől független, de ha az 1D-s hőveszteségeket a belső méretek alapján számítjuk, akkor az ún. ψ_i (i=interior) értéket kapjuk, ha a külső méretek alapján számítunk, akkor az eredmény ψ_e (e=exterior). Minden csomópontnál, ahol a külső és a belső geometriai méretek nem egyeznek meg, a ψ értéke is eltérő lesz, sőt bizonyos extrém esetekben a külső érték akár negatív is lehet. Ez nem azt jelenti, hogy a szerkezetnek hőnyeresége lenne, csupán azt, hogy a külső méretekkel számítva túlbecsültük volna a hőveszteségeket.

2. ábra: Példa egy homogén falazat pozitív falsarok csomópontjának vonalmenti hőátbocsátási tényezőjének számítására

 

A [2] 7/2006 TNM rendelet szerint a nem ismétlődő hőhidakat a fajlagos hőveszteség tényező számításánál kell figyelembe venni. Erre két lehetőséget is felkínál a jogszabályalkotó: egy egyszerűsített és egy részletes számítási módot. A részletes számításnál:

  (1)

ahol:

q       [W/m³K] a fajlagos hőveszteség tényező

V       [m³] a fűtött térfogat

A_i      [m²] az i-dik térelhatároló felület területe (belső méret)

U_i      [W/m²K] az i-dik térelhatároló felület hőátbocsátási tényezője

l_j        [m] a j-dik vonalmenti hőhíd hossza (belső méret)

ψ_i,j     [W/mK] a j-dik hőhíd vonalmenti hőátbocsátási tényezője (belső méretek alapján)

Q_sd       [kWh/a] a direkt sugárzási nyereségek

Q_sid    [kWh/a] az indirekt sugárzási nyereségek

 

Itt az 1D-s és a többdimenziós hőveszteségek egyértelműen szét vannak választva, és ha van elegendő adatunk a vonalmenti (és pontszerű) hőátbocsátási tényezőkre, akkor elvileg teljes pontossággal visszakapjuk a vizsgált szerkezetek valódi hőveszteségeit. A kérdés csak az, honnan származnak ezek az adatok? A napjainkban kapható leggyengébb személyi számítógépek teljesítménye is elegendően nagy ahhoz, hogy egyszerűbb 2D-s számításokat másodpercek alatt elvégezzen. Azonban a szükséges adatok begyűjtése, beadása és az eredmények kiértékelése még mindig akkora munkaterhet jelent, ami egy átlagos épület tanúsításánál legtöbbször nem megfizethető. Ezért ad meg a jogszabály egy közelítő módszert is a számításhoz:

 

 (2)

ahol:

q       [W/m³K] a fajlagos hőveszteség tényező

V       [m³] a fűtött térfogat

Ai      [m²] az i-dik térelhatároló felület területe (belső méret)

U_R,i    [W/m²K] az i-dik térelhatároló felület hőátbocsátási tényezője a nem ismétlődő hőhidak hatását figyelembe vevő tényezővel megnövelve

l_j        [m] a j-dik lábazat/ talajon fekvő padló / pincefal kerülete

ψ_i,j     [W/mK] a j-dik lábazat/ talajon fekvő padló / pincefal vonalmenti hőátbocsátási tényezője

Q_sd    [kWh/a] a direkt sugárzási nyereségek

Tehát a vonalmenti hőátbocsátási tényezők hiányában csak a felületszerű szerkezetekkel számolunk (kivéve a talaj irányába vett hőveszteségeket), azonban hogy mégse kövessünk el túl nagy hibát, a régtervi hőátbocsátási tényezőket tapasztalati értékkel korrigáljuk:

 

U_R=(1+χ)U (3)

 

ahol:

U_R     [W/m²K] a nem ismétlődő hőhidak hatását figyelembe vevő tényezővel megnövelt hőátbocsátási tényező

χ        [-] a hőhidak hatását figyelembe vevő korrekciós tényező

U       [W/m²K] a rétegtervi hőátbocsátási tényező

 

Fontos megjegyezni, hogy ha ezt a módszert követjük, akkor a lehűlő felületeket kötelezően a belső méretükkel kell számolnunk, mert a megadott korrekciós tényezők is ezzel a feltevéssel lettek meghatározva. Ha tehát a külső méretekkel számolunk, és még ahhoz alkalmazzuk a (3) képlet szerinti korrekciót, akkor jelentősen túlbecsüljük a hőveszteségeket. Az egész egyszerűsített módszer lényege, hogy feltételezi a következő egyenlőség teljesülését:

 (4)

 

Felmerülhet a kérdés: mikor elegendő pontosságú az egyszerűsített módszer, és ha nagyobb pontosságra van szükségünk, akkor honnan kaphatunk a legegyszerűbb módon megbízható adatokat a részletes számításhoz? Az Épületszerkezettani tanszéken végzett korábbi kutatások részeként egy konkrét épülettípus (19. század végi városi bérház) esetére megvizsgáltuk a kérdést, és jelentős eltéréseket tapasztaltunk az egyszerűsített módszer és a részletes számítások eredményei között. Az egyszerűsített módszer nem képes figyelembe venni a csomópontok kialakításmódját, ezért nem képes támpontot adni a tervezőnek a részletrajzok tervezéséhez. További fontos megállapítása volt a kutatásnak, hogy a felújítatlan és az utólagos hőszigeteléssel ellátott házak esetében a számított fajlagos hőveszteség tényezőben az egyszerűsített módszer hibája ellentétes előjelű is lehet, tehát jelentős a veszélye, hogy drasztikusan túl- vagy éppen alulbecsüljük a hőtechnikai megtakarításokat (az épülettípustól és hőszigetelés technológiájától függően). Ezért az épületenergetikai korszerűsítések tervezésénél kifejezetten javasoljuk a minél részletesebb számítások alkalmazását!

 

[1] Bakonyi Dániel: A hőhidak szerepe a megtartandó homlokzatú épületek energetikai felújításában, In: Pataky Rita, Horváth Sándor (szerk.), IV. Épületszerkezeti Konferencia Vízszigetelések, Budapest

Magyarország, 2013.11.19. Budapest: pp. 100-107., ISBN: 978-963-313-092-6

[2] 7/2006 (V. 24.) TNM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról

[3] MSZ-EN-ISO-6946 (2007), Épületszerkezetek és épületelemek. Hővezetési ellenállás és hőátbocsátás. Számítási módszer

[4] MSZ-EN-ISO-10211, Thermal bridges in building construcion – Heat flows and surface temperatures – Detailed calculations

[5] Kakasy László: A századforduló megtartandó homlokzatú lakóépületeinek energiracionalizálása, Magyar Építőipar, 2: pp. 52-58. (2012)

[6] Kakasy László: Megtartandó homlokzatú lakóépületek energiaracionalizálása. In: Horváth Sándor, Pataky Rita, II. Épületszerkezettani konferencia: Épület- és szerkezetfelújítás. Budapest, Magyarország, 2011.11.22., BME Épületszerkezettani Tanszék, pp. 32-39. Paper 5., ISBN: 978-963-313-043-8

[7] Kuntner Ferenc: Lehetőségek és korlátok az épületek belső oldali hőszigetelésében. In: Horváth Sándor, Pataky Rita, II. Épületszerkezettani konferencia: Épület- és szerkezetfelújítás. Budapest, Magyarország, 2011.11.22., BME Épületszerkezettani Tanszék, pp. 120-123. ISBN: 978-963-313-0438

[8] Kuntner Ferenc: Megtartandó homlokzatú épületek belső oldali hőszigetelésének lehetőségei és korlátai, BME Épületszigetelő Szakmérnöki Szakdolgozat (2011)