Transzparens hőszigetelésű homlokzati üvegezett szerkezetek fejlesztési irányai
A transzparens hőszigetelésű homlokzati üvegezett szerkezetek energiahatékony új változatai a fényterelő üveglamellákkal és fázisváltó réteggel ellátott különleges négyrétegű üvegfalak, valamint a részben fényáteresztő transzparens hőszigetelésű, felületi rés-struktúrák alkalmazása homlokzati üvegezett szerkezetekben.
Mindkét fent említett megoldás alkalmazására találhatók megvalósult példák külföldön az alacsony energiaigényű új épületek építése és épületfelújítások területén is.
A transzparens hőszigetelő anyagok anyagszerkezeti jellemzői
A „hagyományos" transzparens hőszigetelő anyagok (TH) az átlátszatlan (opaque) hőszigetelésekhez hasonlóan jó hőszigetelők, de azoktól eltérően – fényáteresztő anyaguk, sajátos anyagszerkezetük révén – a felületükre eső napsugárzás passzív hasznosítását is biztosítják azáltal, hogy a mögöttes hőtároló épületszerkezetek felmelegedését lehetővé teszik, miközben egyenletes, káprázásmentes, szórt természetes megvilágítást is biztosítanak a belső térben.
A transzparens hőszigetelő (TH) anyagok geometriai kialakításuk alapján négy fő csoportra oszthatók: a határoló külső üvegfelületekkel párhuzamos struktúrák; a határoló külső üvegfelületekre merőleges struktúrák, a makrocellás (durva pórusú), valamint a kvázi-homogén (mikrocellás, finom pórusú) anyagok. (1. ábra):
a b c d
1. ábra. Transzparens hőszigetelő anyagok anyagszerkezetének alapvető változatai
a) a határoló külső üvegfelületekkel párhuzamos struktúrák; b) a határoló külső üvegfelületekre merőleges struktúrák; c) üregkamrás (makrocellás, durva pórusú) anyagok; d) a kvázi-homogén (mikrocellás, finom pórusú) anyagok [1]
A határoló külső üvegfelületekkel párhuzamos struktúrák jellemző szerkezetei: a 2-3-4 rétegű hőszigetelő üvegezések, valamint a többrétegű polietilén vagy cellulóz-acetát anyagú (pl. Moniflex) fóliaszerkezetek. A határoló külső üvegfelületekre merőleges struktúrák két fő csoportját a 3-4 mm oldalhosszúságú, szabályos négyszöghálózat-keresztmetszetű, általában polikarbonát (PC) anyagú, úgynevezett „méhsejt", illetve a kör keresztmetszetű, egymás mellé ragasztott, csövecskékből álló, elsősorban 2-3 mm átmérőjű úgynevezett „kapilláris struktúrájú" polimetilmetakrilát (PMMA), illetve kevéssé elterjedten alkalmazott, 5-6 mm átmérőjű vékonyfalú hőálló üvegből készített transzparens hőszigetelő anyagok képezik. Az üregkamrás struktúrájú TH anyagok két fő csoportját a Magyarországon is jól ismert szabályos négyszög keresztmetszetű üregkamrás polikarbonát lemezek , valamint az akrilhabok képezik. A transzparens hőszigetelések kvázi-homogén struktúráit az aerogélek granulált és monolit táblái alkotják.
A különféle „hagyományos" transzparens hőszigetelésű üvegezett szerkezetek vastagsága általában 20-142 mm, hőátbocsátási tényezőjük U=0,7-1,42 W/m2K, összenergia-átbocsátási tényezőjük g=45-78%, hőállóságuk 80-500oC, súlyuk (jellemzően) 4,5-45 kg/m2 [2].
Transzparens hőszigetelésű üvegfalak jellemzői
Homlokzati üvegfalakban általában két sík-, vagy profilüveg réteg között, ferde üvegtetőben hőszigetelő üvegezés üvegtáblái között helyezkedik el a transzparens hőszigetelés. A 2a. ábrán a transzparens hőszigetelésű homlokzati üvegfal működési elve látható a téli (árnyékolásmentes) és a nyári (külső mozgatható árnyékoló szerkezettel védett) viszonyok között.[3]
Télen a napsugárzás a transzparens hőszigetelésű üvegfalon keresztül áthaladva (a hőcsapdaelv alapján) hasznosul az üvegfal mögötti hasznosító térben.
Nyáron, az üvegfal mögötti tér túlmelegedésének elkerülése érdekében hatékony külső mozgatható árnyékoló szerkezetekkel, vagy a külső üveglap és a transzparens hőszigetelés közötti légrésben elhelyezett közbenső mozgatható, fényvisszaverő bevonattal ellátott mozgatható ponyva, illetve zsaluzia alkalmazható. A mozgatható árnyékoló szerkezetek működtetésére gyakran alkalmaznak fotovillamos rendszerrel meghajtott csőmotorokat.
a b
2. ábra. Transzparens hőszigetelésű homlokzati üvegfal használata nyári és téli állapotban, valamint optikai jellemzői
a) Az üvegfal működési elve téli és a nyári viszonyok között [3]
b) Transzparens hőszigetelés által biztosítható, egyenletes fényeloszlás akrilhab TH rétegen keresztül (Prokuwa)
Transzparens hőszigetelésű passzív szoláris rendszerek fejlesztési irányai
A transzparens hőszigetelésű homlokzati üvegfalak alkalmazása terén energiahatékony új megoldás a fázisváltó fallal kombinált transzparens hőszigetelésű üvegfalak alkalmazása. A 3. ábrán látható megoldás lényege, hogy a négyrétegű, nemesgáz töltésű hőszigetelő ablak külső légrétegében fényterelő üvegprizmát és nemesgáztöltést, a középső légrétegben nemesgáztöltést, a belső tér felőli két üvegréteg között függőlegesen sorolható polikarbonát tároló elemekbe töltött fázisváltó anyagot helyeztek el. A középső két üvegréteg külső fele Low-E bevonattal van ellátva. E megoldások teszik lehetővé, hogy az összesen 79 mm vastagságú üvegfal hőátbocsátási tényezője U=0,5 W/m2K alatti érték, összesített energiaáteresztési tényezője g=48%. A fényterelő üvegprizma nyári időszakban (40 fok beesési szög felett) visszatükrözi a beérkező napsugárzás jelentős részét (ld. 3a ábra), míg a fűtési időszakban szinte akadálytalanul átengedi a belső hasznosító tér felőli fázisváltó réteg felé, amely az energia rövid idejű (néhány órás) tárolására alkalmas, valamint a belső tér számára egyenletes szórt fényt biztosít (ld. 3b ábra). A fázisváltó anyag optikai állapotváltozásait a 4. ábra, a szerkezet alkalmazását egy nulla energiaigényű épület homlokzatán az 5. ábra szemlélteti.
a b
3.ábra. Fázisváltó fallal kombinált transzparens hőszigetelésű üvegfal elvi kialakítása és működése [4]
a) nyári állapot, b) téli időszak (GlassXcrystal)
4. ábra. A fázisváltó anyag optikai állapotváltozásai [4]
a b
5. ábra. a) Svájci nulla energiaigényű lakónegyed épületei; b) Homlokzati beépítés részlete.
(Építész: GlassX Architecture, Zürich. Svájci Szolárdíj 2007.) [4]
Mind az elvi működés, mind a felhasznált építőanyag (égéskésleltetővel kezelt, újrahasznosított papír hullámkarton) szempontjából az előzőtől eltérő megoldás az úgynevezett részben fényáteresztő transzparens hőszigetelésű, felületi rés-struktúrák alkalmazása. Ezek működése azon az elven alapul, hogy a beeső napsugárzás jelentős része e TH anyag külső 1-1,5 cm vastag rétegében nyelődik el, felmelegítve azt, ezáltal egyfajta „hőfüggöny" képződik a hőszigetelés külső felületén, amely lényegesen csökkenti a belülről kifelé irányuló hőáramokat (6a ábra), ezért elsősorban a hagyományos opaque hőszigetelések hatékonyságának fokozására, üvegezett homlokzati panelekben, előtét-hőszigetelésként alkalmazzák (6b ábra).
a b
6. ábra. Részben fényáteresztő transzparens hőszigetelésű üvegezett szerkezetek alkalmazása tömör (nem fényáteresztő) határoló falszerkezetek előtt [6]
a) Működés elve (gap-solution) b) Papír hullámkarton transzparens hőszigetelésű üvegezett homlokzati falpanel „működése" téli és nyári viszonyok között (gap-solution) [6]
7. ábra. Részben fényáteresztő transzparens hőszigetelő anyag struktúrája, színezési változatai (Fotó: Szűcs M.)
Az újrahasznosított papír hullámkarton anyagú TH anyag felülete tetszőlegesen színezhető, homlokzati beépítésére az előregyártott, üvegezett, gépészeti szerelvényekkel előszerelt nagytáblás szerkezetek jellemzők. (A transzparens hőszigetelésen kívül a hőszigetelő ablak, beépített napvédelem, elektromos vezetékek, passzívházak esetén a komfortszellőzés szellőzővezetéke is beépíthető). Az elemeket az építéshelyszínen autódaruval emelik be a helyükre (8. ábra). E panelek felhasználhatók alacsony energiaigényű új épületek építéséhez, valamint meglévő épületek homlokzati felújítása során (9. ábra).
8. ábra. Gap Solution panel beemelése [5]
a b
9. ábra. a) Új passzívtársasház Gap Solution homlokzati panelekkel. (Linz) (Fotó: Szűcs M.); b) Meglévő társasházak passzívház szintű felújítása (Linz) [5]
Dr. Szűcs Miklós PhD
Szent István Egyetem, Ybl Miklós Építéstudományi Kar,
Építészmérnöki Intézet
Irodalomjegyzék
[1] Compagno, A.: Intelligente Glasfassaden. Material, Anwendung, Gestaltung. Birkhauser, 2002.
[2] Dr. Széll M.: Transzparens épületszerkezetek. Szerényi és Gazsó Bt. Pécs, 2001.
[3] Kerschberger, A. – Platzer, W. – Weidlich, B.: Transparente Wärmedämmung. Produkte, Projekte, Planungshinweise. Wiesbaden und Berlin: Bauverlag, 1997.
[4] www.glassx.ch
[5] www.gap-solution.at
[6] Szűcs M.: Transzparens hőszigetelések alkalmazása passzív szoláris rendszerekben. Doktori (PhD) értekezés, SZIE, Gödöllő, 2005
