HŐTECHNIKAI SZABÁLYOZÁS AZ ENERGIATUDATOSSÁG SZEMSZÖGÉBŐL Dr. Kalmár Ferenc főiskolai tanár, tudományos dékánhelyettes

Miért kellett 2006-ban új épületenergetikai szabályozást bevezetni? Mert az Európai Tanács és Parlament erre kötelez minden tagországot. Az erről szóló Direktíva 2002 decemberében jelent meg. Tehát nem hazai hivatalok vagy szakmai körök kezdeményezéséről van szó. Miért tartja fontosnak az EU ezt a témát? Mert területén az összes energiafogyasztás mintegy 40%-a az épületszektorra jut – a fenntartható fejlődésnek ez kulcskérdése, különös tekintettel az épületek hosszú fizikai élettartamára, a szétszórtan elhelyezkedő, nagyszámú fogyasztóra.

Az importfüggőség energiahordozók szerint-EU

Az importfüggőség energiahordozó szerint-HU

Az energiafelhasználás változása szektoronként-HU

Egy átlagos épület energiafogyasztása Magyarországon

A szabályozás három szintű: az összesített primer energiafogyasztása (épület és gépészet együtt) ne legyen nagyobb, mint X kWh/m2év, ezen belül az épület fajlagos hőveszteségtényezője ne legyen nagyobb, mint Y W/m3K (de ez önmagában még nem elégséges) az egyes határoló- és nyílászáró szerkezetek hőátbocsátási tényezője ne haladja meg az adott szerkezetre előírt határértéket (önmagában persze ez sem elégséges). Ezek közül a második és a harmadik szint az építészeti koncepció és a szerkezettervezés szintje

Egyre gyakrabban alkalmazunk olyan határoló szerkezeteket, amelyekben többdimenziós hőáramok alakulnak ki. A tervezési gyakorlat megkönnyítése végett és figyelembe véve, hogy engedélyezési terv készítésekor ritkán állnak rendelkezésre részletes csomóponti tervek, közelítéseket alkalmazunk. Egy lényeges döntés: külön kezeljük a szerkezeti elemen belüli hőhidakat és azokból, valamint a rétegtervi hőátbocsátási tényezőkből az elem átlagos hőátbocsátási tényezőjét képezzük – ez kell, hogy megfeleljen a követelménynek, külön kezeljük azokat a hőhidakat, amelyek az elemek csatlakozásánál alakulnak ki. Az utóbbiak kezelésére a szabályozás közelítő összefüggéseket és korrekciós tényezőket ad.

Külső fal 0,45 Lapostető 0,25 Padlásfödém 0,30 Fűtött tetőteret határoló szerkezetek 0,25 Alsó zárófödém árkád felett 0,25 Alsó zárófödém fűtetlen pince felett 0,50 Homlokzati üvegezett nyílászáró (fa vagy PVC keret) 1,60 Homlokzati üvegezett nyílászáró (alumínium keret) 2,00 Homlokzati üvegezett nyílászáró, ha névleges 2,50 felülete kisebb, mint 0,5 m2 Tetőfelülvilágító 2,50 Tetősík ablak 1,70 Homlokzati üvegezetlen kapu 3,00 Homlokzati, vagy fűtött és fűtetlen terek közötti ajtó 1,80 Fűtött és fűtetlen terek közötti fal 0,50 Szomszédos fűtött épületek közötti fal 1,50 Talajjal érintkező fal 0 és -1 m között 0,45 Talajon fekvő padló a kerület mentén 1,5 m széles 0,50 sávban (a lábazaton elhelyezett azonos ellenállású hőszigeteléssel helyettesíthető)

A követelményértéken határolószerkezetek esetében az adott épülethatároló szerkezet átlagos hőátbocsátási tényezője értendő: ha tehát a szerkezet, vagy annak egy része több anyagból összetett (pl. váz- vagy rögzítőelemekkel megszakított hőszigetelés, pontszerű hőhidak…), akkor ezek hatását is tartalmazza. A nyílászáró szerkezetek esetében a keretszerkezet, üvegezés, üvegezés távtartói stb. hatását is tartalmazó hőátbocsátási tényezőt kell figyelembe venni.

Elemen belüli és elemek közötti hőhidak Elemen belüli élek: oszlopok, pillérek, szarufák, szerelt burkolatot tartó bordák Elemen belüli pontszerű hőhidak: átkötő vasak, rögzítő csavarok Csatlakozási hőhidak: külső fal-külső fal, külső fal-belső fal, fal-födém, párkány, attikafal, loggia pofafal, erkélylemez, nyílászáró és fal csatlakozása….

A hőhidak hatását is kifejező eredő hőátbocsátási tényező becslése az egyszerűsített eljárásban:

Hőhíd szoftverrel számított eredő Uer=0,4833 W/m2K Lineáris hőátbocsátási tényező: =0,1877 W/mK Rétegrendi U a gerenda keresztmetszetben: Ufa=1,5248 W/m2K Rétegrendi U a hőszigetelés keresztmetszetben: Uszig=0,2956 W/m2K Felületarányosan súlyozott Uer=(Ufa*Afa+Uszig*Aszig)/(Afa+Aszig) =0,4677 W/m2K „Hőhídhatás” 63%

Hőhíd szoftverrel számított eredő Uer=0,2504 W/m2K Lineáris hőátbocsátási tényező: =0,0472 W/mK Rétegrendi U a gerenda keresztmetszetben: Ufa= 0,4557 W/m2K Rétegrendi U a hőszigetelés keresztmetszetben: Uszig=0,2032 W/m2K Felületarányosan súlyozott Uer=(Ufa*Afa+Uszig*Aszig)/(Afa+Aszig) =0,2386 W/m2K „Hőhídhatás” 18%

Ne (csak) azt nézzük, hogy a tető, mint egy szerkezeti elem mennyire hőszigetelhető, ha fűtött tetőteret alakítunk ki, hiszen az nyilvánvaló, hogy a szarufák között és alatt vagy felett elhelyezett hőszigetelő rétegekkel nemcsak egy alacsony rétegtervi U tényezőt, hanem szinte hőhídmentes szerkezetet alakíthatunk ki, tehát a szerkezetre önmagára vonatkozó követelményérték (U<0,25 W/m2K) teljesítése nem lehet gond, hanem azt is fontoljuk meg, hogy a tetőtérnek milyen hatása van az épület egészére vonatkozó követelményértékre, azok teljesítésére/túlteljesítésére

Az épület egészére vonatkozó követelményérték

V x q = A x U köpenyre átlag A fajlagos hőveszteségtényező és a köpeny átlagos hőátbocsátási tényezőjének kapcsolata: V x q = A x U köpenyre átlag Ebből U köpenyre átlag számítható.

Ez nem követelményérték, de biztonságos kiindulási adat q x V = Um x A

Tervezési algoritmus

Elkészültek az első vázlatok. Megállapítható a felület/térfogatarány Elkészültek az első vázlatok. Megállapítható a felület/térfogatarány. Ennek függvényében leolvasható a fajlagos hőveszteségtényező megengedett legnagyobb értéke. ¿ Ezt célozzuk meg vagy ennél jobbat (alacsonyabbat)? ha a gépészet „előnytelen” (energiahordozó, szétszórt), ha lusták vagyunk számolni, ha jobb épületet, jobb minősítést akarunk, ha a minősítéshez támogatási feltétel kötődik akkor jobbat

¿Hogyan lehet a fajlagos hőveszteségtényezőt „lefordítani” az épület határolására? Ha – a biztonság javára tévedve – eltekintek attól, hogy az épületnek van sugárzási hőnyeresége, akkor a felületarányosan súlyozott átlagos U érték az alábbi (ez nem követelményérték, de jó kiindulási pont).: Ha ezt az értéket tartjuk, akkor a fajlagos hőveszteségtényezőt is biztosan tartjuk. De figyelem! Ebben az U átlagban már a hőhidak, vonalmenti veszteségek hatása is benne van. Ez a legegyszerűbb módon, a  korrekciós tényezőkkel számolható, amelyek a tömeg „mozgalmasságától”, a hőhidak „sűrűségétől” függenek, többször 10%-ot is kitehetnek.

Lényeges döntések! Üvegarány, nyílászáró típus (tok- és szárnyszerkezet) Szempontok: U érték, légzárás benapozási feltételek, g érték (vagy naptényező), nyári túlmelegedés kockázata, árnyékvetők (benapozási feltételek vizsgálata szükséges), mobil árnyékolók, természetes szellőztetés lehetősége. Külső falak Réteges vagy nem ? U érték Hőhídhatás! Hőtároló tömeg (sugárzási nyereség hasznosítása, nyári túlmelegedés kockázata)

A hőhidak hatását kifejezhetjük a korrekciós tényezőkkel vagy számolhatjuk tételesen, szabvány szerint vagy megbízható hőhídkatalógus adatok alapján de bármelyik módszert is választjuk, ne feledjük, hogy egyes tételeket (lábazat, pince fal, pince padló, talajon fekvő padló) mindig vonalmenti veszteségek alapján kell számolni! ¿ Akarjuk-e pontosítani a fajlagos hőveszteségtényező számértékét ? (vagy azért, hogy a beruházási költségek némileg csökkenjenek, vagy azért, hogy jobb minőséget tudjunk igazolni) Ha igen, akkor vegyük figyelembe a sugárzási nyereséget is! Két opció közül választhatunk: Nem vizsgáljuk a benapozási feltételeket – „körben észak” alapon biztonságosan alacsony sugárzási energiahozammal számolunk. Vizsgáljuk a benapozási feltételeket és amennyiben azok kedvezőek, akkor a tényleges sugárzási energiahozammal számolunk. A számításra fordított munkával lényegesen jobb energetikai minőség igazolható.

Meghatároztuk a fajlagos hőveszteségtényező q „célértékét”, rakjuk össze a házat! Az épület hőveszteségtényezője QÖ = qV W/K lehet. Kezdjük azokkal a tételekkel, amelyeken nem szívesen változtatnánk, nem nagyon tudunk változtatni vagy amelyek kevésbé fontosak az adott esetben. A nyílászárók vesztesége QÜ = ΣAnyzUnyz Lábazat, pincefal, talaj felé QT= ΣlTT Pincefödém QP = 0,5ΣAPUP Az épület hőveszteségtényezőjéből eddig ezeket a tételeket „használtuk el”, marad még Q = QÖ – QÜ – QT –QP a falakra és a „kalapra” (padlásfödém vagy lapostető vagy tetőtérbeépítés). Két U értékről kell dönteni úgy, hogy teljesüljön az alábbi feltétel Q = AFALUFAL + AKALAPUKALAP Lehet, hogy az egyikről már van döntés (nem réteges fal), így már csak egy ismeretlen maradt. Mindegyik szerkezetnek persze ki kell elégítenie a rá vonatkozó követelményértéket ! Ha „baj van”, akkor réteges falra váltani (U és hőhíd!), jobb nyílászárókra váltani, végszükség esetében üvegarányt csökkenteni.

Ekkora lehet az épület egészének fajlagos hőigénye: W / K Mit csináltunk? Nyílászárók Pincef lábazat Lapostető, padlás tetőtér Ennyi marad „kalapra” + falra Falra Ekkora lehet az épület egészének fajlagos hőigénye: W / K Ha a sugárzási nyereséget is figyelembe vesszük akkor nagyobb veszteség is megengedhető, mert azt ellentételezi a hasznosított nyereség

A felület/ térfogat arány lapos tető vagy fűtetlen padlás esetében 0,99 . 1,11 1,16 80 m2 0,94 0,97 240 m2 0,62 0,68 0,72 A sorház közbenső egységének két falán nincs hőveszteség A felület/ térfogat arány lapos tető vagy fűtetlen padlás esetében Csak az alaprajz körvonala számít?

Bucsai ház Kuba Gellért

A Koppányi ház Budapest (1985) Kompakt forma metszetben is

A felület/térfogat arányt az alaprajz körvonalán túl a tető formája is jelentősen befolyásolja. Ennek persze akkor van szerepe, ha a tetőtérben fűtött helyiségek vannak, hiszen az arányban a térfogat a fűtött térfogat, a felület pedig az azt körbeburkoló határolás felülete. Érdemes-e fűtött tetőtérben gondolkodni?

80 m2 alapterület A/V A U Kör alaprajz, egy szint 1,13 245,6 0,453 Négyzet alaprajz, tetőtérrel 0,89 186,6 0,491 Különbözet 25 % 8 % két szint 1,00 216,0 0,466 Négyzet alaprajz tetőtérrel 0,89 186,6 0,491 Különbözet 14 % 5,3 %

240 m2 alapterület A/V A U Négyzet alaprajz, egy szint 1,00 648,0 0,466 Kör alaprajz, tetőtérrel 0,56 354,8 0,530 Különbözet 55 % 13 % két szint 1,00 449,6 0,500 Kör alaprajz tetőtérrel 0,56 354,8 0,530 Különbözet 22 % 6 %

vagyis azzal, hogy fűtött tetőtér mellett döntünk, (az azonos hasznos alapterület mellett) jelentősen enyhül az épület egészére vonatkozó követelményérték és ezt az enyhébb hőszigetelési követelményt egy kisebb felületen kell kielégíteni. Természetesen nem a tetőtér hőszigetelése az, amin célszerű takarékoskodni – ott könnyen lehet kiváló U értéket elérni. A különbözet az U súlyozott átlagértékében jelentkezik, ha takarékosság a cél, megfontolandó, hogy a forma helyes megválasztásával kiválóan hőszigetelt tetőterek mellett kevésbé jó, olcsóbb falat vagy nyílászárót válasszunk vagy mindenhol jó minőséget választva nagyobb üvegezési arányt alkalmazzunk.

Innen két opció között választhatunk: vagy csak arra törekszünk, hogy a követelményértéket pontosan betartsuk, ebben az esetben olcsóbb hőszigetelést, „monolit” falat, olcsóbb nyílászárókat alkalmazunk (nem feltétlenül a tetőtér hőszigetelésén kell takarékoskodni); vagy igényes szerkezeti elemeket alkalmazva túlteljesítjük a követelményértéket az olcsóbb üzemeltetés céljából és esetleges céltámogatás reményében.

A tetőn keresztül nemcsak hőveszteség van, hanem sugárzási nyereség is – méghozzá a dőlésszög függvényében nagyobb, mint a függőleges felületeken. A tetőidom ezért kifejezetten alkalmas energiagyűjtő elemek: kollektorok, fotovoltaikus cellák elhelyezésére.

Tudni kell, honnan, mennyire süt a Nap

Kollektormező a nyeregtető déli oldalán

Kollektorok és fotovoltaikus cellák a tetőn (finn példa)

Fedetlen tetőkollektor sémája Elnyelő lemez Légáram Hőszigetelés

A 126 négyzetméteres ház 220-230 ezer forintos négyzetméteráron épült, azaz körülbelül 28 millió forintba kerül. Az építkezést pedig alig fél éve kezdték el, de a ház már 95 százalékos készültségi fokon áll.

Köszönöm a figyelmet! TETŐAKADÉMIA Debrecen, 2009.03.19

Eredeti 80 m2 V 216 A 160+85,6=245,6 Arány 1,13 U=0,453 8% U csökkenés 25% felületcsökkenés Eredeti A 40+40+136,6=216 1,00 U=0,466 A sátortetővel és 1 m térdfallal 93,6 a függélyes felület, 2,4 a ferde alkotó, annak középvonala 18,5, a ferde felület 44,4, a kis négyzet 8,5, az összes A=186,6 A sátortetős térfogat: 148 +14,45+15,7=208,2 az arány 0,89 U=0,491 5,3% U, 14% A a megtakarítás . 1,13 1,16 0,94 Az eredeti V 648, az eredeti r=6,18, Kerület 38,8 A 240+ 209,6=449,6, arány 0,69 Sátorral A = 120+143,6+67,5+24,3=354,8 V=444+107,2+80,4=631 arány 0,56 0,97 240 m2 0,62 0,68 0,72 A sorház közbenső egységének két falán nincs hőveszteség 0,086 + 0,38 (A/V) A ferde él 2,38. Csak sátrat tételezek fel a térdfalra jut 4x1x6,4 =25,6 A ferde középvonala beljebb van 0,85tel, ott a kerület 4x6,4-4x1,7 =18,8 és a ferde felület 44,7 és a lezáró négyzet éle 4,7 22,1+44,7+40+25,8+69.1=201 7% dif az A/V, 3 % dif a generális U-ban 8%-kal kisebb felületre, azaz 11,7 %-kal lehet magasabb a generális U vagy ennyivel teljesítem túl a követelményt

1,00 Eredeti 80 m2 V 216 A 160+85,6=245,6 Arány 1,13 U=0,453 8% U csökkenés 25% felületcsökkenés . 1,13 Eredeti A 40+40+136,6=216 1,00 U=0,466 A sátortetővel és 1 m térdfallal 93,6 a függélyes felület, 2,4 a ferde alkotó, annak középvonala 18,5, a ferde felület 44,4, a kis négyzet 8,5, az összes A=186,6 A sátortetős térfogat: 148 +14,45+15,7=208,2 az arány 0,89 U=0,491 5,3% U, 14% A a megtakarítás 1,16 U=0,466 a hengeres sátortetőssel öszevetve 13% U-ban 55%nyi felületen 0,94 1,00 240 m2 0,62 0,68 0,72 Az eredeti V 648, az eredeti r=6,18, Kerület 38,8 A 240+ 209,6=449,6, arány 0,69 U=0,50 Sátorral A = 120+143,6+67,5+24,3=354,8 V=444+107,2+80,4=631 arány 0,56 U=0,53 A hengeres lapostetőshöz viszonyítva 6% U-ban és 22% A-ban A sorház közbenső egységének két falán nincs hőveszteség

Eredeti 80 m2 V 216 A 160+85,6=245,6 Arány 1,13 U=0,453 8% U csökkenés 25% felületcsökkenés 1,00 Eredeti A 40+40+136,6=216 1,00 U=0,466 A sátortetővel és 1 m térdfallal 93,6 a függélyes felület, 2,4 a ferde alkotó, annak középvonala 18,5, a ferde felület 44,4, a kis négyzet 8,5, az összes A=186,6 A sátortetős térfogat: 148 +14,45+15,7=208,2 az arány 0,89 U=0,491 5,3% U, 14% A a megtakarítás . 1,13 1,16 U=0,466 a hengeres sátortetőssel öszevetve 13% U-ban 55%nyi felületen 0,94 1,00 240 m2 0,62 0,68 0,72 Az eredeti V 648, az eredeti r=6,18, Kerület 38,8 A 240+ 209,6=449,6, arány 0,69 U=0,50 Sátorral A = 120+143,6+67,5+24,3=354,8 V=444+107,2+80,4=631 arány 0,56 U=0,53 A hengeres lapostetőshöz viszonyítva 6% U-ban és 22% A-ban A sorház közbenső egységének két falán nincs hőveszteség