Elemzések

Milyen eredménnyel zárult a nyári időszak mérése?

A Lengyel Ágoston, építészmérnök vezette Pannon Építőműhely Kft. szakemberei a téli időszakot követően nyáron is folytatták a hőszigetelt és nem hőszigetelt épületekben a léghőmérsékleti értékek összehasonlítást.  

2014. június - augusztus

Az elemzés célja elsősorban nem a mesterséges hűtés energiafelhasználásban rejlő megtakarítási potenciál kimutatása, hanem egyrészt a komfortérzetet meghatározó belső hőmérsékletingadozás, másrészt a légtér építészeti eszközökkel történő – akár a mesterséges hűtést helyettesítő - klímatizálásában rejlő megtakarítás bemutatása.

A mérésbe vont időszak egésze alatt megfigyelhető volt, hogy a megfelelően szigetelt épületben lényegesen kiegyenlítettebb a belső hőmérséklet: az alábbi ábrán látható, hogy a napon belüli és a heti hőmérsékletváltozás is kiegyenlítettebben jelent meg. Kijelenthető, hogy a szigetelt épület kevésbé van kitéve a külső hőmérsékváltozás hatásainak. Hűvösebb időben - pl. június közepén - a belső hőmérséklet 2-3ºC-kal magasabb volt a szigetelt épületben. Melegebb időszakokban pedig – pl. augusztus elején - a szigetelt épület felmelegedése (csúcsértéke) lényegesen kisebb mértékű volt a szigeteletlen épülethez képest. 

Kedvező tényként lehet elkönyvelni, hogy 23-24ºC-os napi átlaghőmérséklet felett a szigetelt épület belső átlaghőmérséklete alacsonyabb, míg 23-24ºC alatt a szigetelt belső átlaghőmérséklete magasabb – így a szigetelt épület mindkét esetben kedvezőbb klímát biztosít.

A leírtak alapján feltételezhető, hogy légkondicionáló berendezés alkalmazása esetén a szigetelt épületben – a fűtést szolgáló kazánhoz hasonlóan - ritkábban és rövidebb időszakokra kapcsol be a berendezés, így az energiafelhasználása is kedvezőbb lesz. A fenti mérésekkel alátámasztható, hogy a korszerű szigetelés nem csak a fűtési, hanem a hűtési költségeket is jelentős mértékben csökkenti.

Az épületenergetikai tervezés egyik fontos alappillére az optimális épületburok meghatározása, mely során cél, hogy a lehető legkisebb térfogatú tér kerüljön fűtésre, ill. hűtésre. Ebből a megfontolásból adódóan beépítetlen padlástér esetén a hőszigetelés optimális elhelyezése a padlásfödémen adódik, ekkor a padlástér a tető vonalában természetesen nem kerül szigetelésre. Ilyen helyzettel találkoztunk az egyik épületben is, megvizsgáltuk a tető vonalában szigeteletlen és szellőzés nélküli padlástérben uralkodó hőmérsékleti értékeket. Látható, hogy a hőmérséklet ingadozása óriási, napsütéses, 37 ºC körüli hőmérséklet esetén a padlástér hőmérséklete a 45 ºC-ot is eléri. Ezen mérés is alátámasztja, hogy a padlásterek nyári átszellőztetése elengedhetetlen a kedvező belső klíma biztosítása érdekében.

2014. június

Tendenciák, érdekességek a nyári változó időjárás során Lengyel Ágoston, építészmérnök megfigyelései által

A fűtési időszak lezárultával jelen elemzés célja nem a fűtési energiafelhasználás elemzése, hanem egyrészt a komfortérzetet meghatározó belső hőmérsékletingadozás, másrészt a légtér mesterséges klímatizálásában rejlő megtakarítás bemutatása.

Amint az alábbi grafikonon megfigyelhető, a szigetelt épületben lényegesen kiegyenlítettebb a belső hőmérséklet, mivel kevésbé van kitéve a külső hőmérsékváltozás hatásainak. A szigetelt épület felmelegedése lényegesen kisebb mértékű a szigeteletlenhez képest.

Kedvező tényként lehet elkönyvelni, hogy 23-24ºC-os napi átlaghőmérséklet felett a szigetelt épület belső átlaghőmérséklete alacsonyabb, míg 23-24ºC alatt a szigetelt belső átlaghőmérséklete magasabb – így a szigetelt épület mindkét esetben kedvezőbb klímát biztosít.

Légkondicionáló berendezés alkalmazása esetén a szigetelt épületben – a fűtést szolgáló kazánhoz hasonlóan - ritkábban és rövidebb időszakokra kapcsol be a berendezés, így az energiafelhasználása is kedvezőbb lesz. A fenti mérésekkel alátámasztható, hogy a korszerű szigetelés nem csak a fűtési, hanem a hűtési költségeket is jelentős mértékben csökkenti.

Érdekes megvizsgálni a könnyűszerkezetű, teljesen szigeteletlen és szellőzés nélküli padlástérben uralkodó hőmérsékleti értékeket. Látható, hogy a hőmérséklet ingadozása óriási, napsütéses, 37 ºC körüli hőmérséklet esetén a padlástér hőmérséklete a 47 ºC-ot is eléri. Ezen mérés is azt támasztja alá, hogy a padlásterek nyári átszellőztetése elengedhetetlen a kedvező belső klíma biztosítása érdekében.

 

--------------------------------------------------------------------------------------

Hogyan zajlott a téli időszak mérése? 

Tendenciák, érdekességek szakmai nyelven, de közérthetően

2014. február 26.

A kísérlethez kapcsolódó elemzések során az utólagos hőszigetelés számos épületfizikailag kényes vonatkozását érintettünk, amelyeknél szinte mindig előkerült a hőhidak és a hőhidasság kérdése. Eljött tehát az idő, hogy rámutassunk a hőhidak az 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. Ezen 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. dűbel 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, ablak beépítés, 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), ehhez az [3] MSZ-EN-ISO-6946 szabványban leírt könnyen használható számítási módszerek és táblázatok jó támpontot adnak. 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 v. 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 hővesztesége nem más, mint az 1D-s hőveszteségek (a bemutatott minta esetben a falazat) és az úgynevezett vonalmenti hőátbocsátási tényező összege: ψe vagy ψi. 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 vontakoztatási rendszertől független, de ha az 1D-s hőveszteségeket a belső méretek alapján számítom, akkor az ún. ψi (i = interior) értéket kapom, ha a külső méretek alapján számítok, akkor az eredmény ψe (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 (lásd: 2. ábra). Ez nem azt jelenti, hogy a szerkezetnek hőnyeresége lenne, csupán azt, hogy a külső méretekkel számítva az épületet túlbecsültük volna a hőveszteségeket. A számítás részletes menetéről a vonatkozó szabványban, vagy egy korábbi cikkünkben [1] olvashat.

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

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

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

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

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

             Qsd          [kWh/a] a direkt sugárzási nyereségek

             Qsid          [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 hőhídproblémák 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)

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

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

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

tényezője

             Qsd         [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 egy tapasztalati értékkel korrigáljuk:

 


(3)

ahol:    UR            [W/m2K] a nem ismétlődő hőhidak hatását figyelembe vevő tényezővel megnövelt

hőátbocsátási tényező

             χ              [-] a hőhidak hatását figyelembe vevő korrekciós tényező, a II.3.b pont 1. táblázat szerint

             U             [W/m2K] a rétegtervi hőátbocsátási tényező

 

Fontos megjegyezni, hogy ha ezt a módszert követjük, akkor a lehülő 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, hogy a következő egyenlőség teljesül:

 


(4)

Felmerülhet bennünk 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 ([1,5,6,7,8]) részeként egy konkrét épülettípus (XIX. század végi városi bérház) esetére megvizsgáltuk a kérdést (részletesen lásd: [1]), 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 S, Pataky R (szerk.), 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 S, Pataky R (szerk.), 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)

 

2014. január 28.

A kísérlet épületfizikai vonatkozásainak vizsgálata során szó volt már a falszerkezetek és a födémszerkezetek utólagos hőszigetelésének lehetséges hő- és nedvességtechnikai buktatóiról, a rétegrend légzáróságának és a rétegek páratechnikai tervezésének fontosságáról, áttekintettük a legfontosabb tervezési ökölszabályokat (pl. légzáró alapvakolatok, légzáró fóliák alkalmazása, stb.).

De mi a teendő, amikor a tervezési gyakorlatban olyan összetettebb szituációkkal, szokatlan rétegrendekkel és megoldásokkal találkozunk ahol az egyszerű szabályok már nem elegendőek? 

Az elemzést ezúttal is Bakonyi Dániel, okl. építészmérnöknek, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Épületszerkezettani Tanszékének munkatársa, a program szakértője készítette.

Ahol a kézzel is könnyen elvégezhető, de ennek megfelelően rengeteg egyszerűsítést és elhanyagolást tartalmazó számítások (pl. egyszerű hőfokesési görbék szerkesztése, egyszerűsített páradiffúziós ellenőrzések az MSZ 04-140/2 alapján, stb.) érvényüket vesztik, ott jöhet szóba az ún. Higrothermikus modellezés. Angol betűszóval HAM (Heat Air Moisture), azaz Hőtechnikai Nedvességtechnikai és Áramlástani modellezés. Nyugat-európában a számítástechnika fejlődésével ezek a már komoly gépigényű számítások immár évtizedek óta az épületfizikai tervezés részét képezik. A szakirodalomban számos HAM modell megtalálható. Az alábbiakban a kísérlethez kapcsolódó érdekességként, a BEM Épületszerkezettani Tanszékén kifejlesztett, a „Künzel [1] disszertációban” leírt modellre épülő számítógépes programot mutatjuk be.

A hajdúnánási épület padlásfödém rétegrendjének vizsgálata a HAM modellel

Elkészítettük hajdúnánási ház padlásfödémének HAM modelljét, amellyel a ténylegesen megépült változat mellett más kialakítási módokat is megvizsgálhatunk.

A következő két ábrán egy hibásan, lég- és párafékező fólia nélkül kialakított rétegrend látható.

Bármennyire is alacsony a külső fólia páradiffúziós ellenállása a fűtési idény egy részében a fafödém alacsony páradiffúzió ellenállása miatt a páratartalom eléri a telítési értéket a fólia alatt. A lecsapódó nedvesség egy szinten túl a hidrofóbizált hőszigetelést is károsítja, ill. a födémre „visszaszivárogva” az agyagtapasztásban, illetve egy idő után akár a faszerkezetben is veszélyes szintre növelheti a nedvességtartalmat. A födémszerkezet légzárósági hibái tovább ronthatnak a helyzeten, a páradiffúziós nedvességáramon túl konvektív nedvességáramot is juttatva a kritikus zónába. A program használatával a különféle megoldások és peremfeltételek mellett nem csak az esetleges kondenzáció ténye, hanem annak tényleges hossza (lásd 2. ábra), gyakorisága, a szerkezet kiszáradási potenciálja is modellezhető.

1.ábra: Lég és párafékező rétegrend nélküli hibás megoldás tipikus relatív páratartalom és nedvességtartalom ábra a fűtési időszakban

2.ábra: Lég és párafékező rétegrend nélküli hibás megoldás relatív páratartalom éves alakulás a külső oldali fólia alatt

Az előző helytelen kialakításmóddal szemben a következő két ábra a ténylegesen megépült, helyes rétegrend szimulációs eredményeit mutatja.

Az alkalmazott változó páradiffúziós ellenállású lég- és párafékező fólia a téli időszakban a relatív alacsonyabb relatív páratartalmú zónába kerül (a hőszigetelés és a födém között), és így anyagtulajdonságainak megfelelően relatív magas ellenállást képez a páradiffúzióval szemben (lásd 3. ábra), szakszerűen (légzáróan) kialakított toldások esetén pedig meggátolja a konvektív nedvességáramok a hidegebb zónákba jutását. A program külső és a belső fólia megfelelő méretezése (megválasztása) a födémszerkezet nedvesség tehetetlenségének figyelembevételével és valós klímaadatok figyelembevételével lehetséges, és elkerülhető a káros kondenzációs jelenség kialakulása (lásd 4. ábra).

3. ábra: Változó páradiffúziós ellenállású lés- és párazáró fóliával kialakított rétegrend tipikus relatív páratartalom és nedvességtartalom ábra a fűtési időszakban

4. ábra: Változó páradiffúziós ellenállású lés- és párazáró fóliával kialakított rétegrend relatív páratartalom éves alakulás a külső oldali fólia alatt

[1]     Künzel, Hartwig M. Verfahren zur ein- und zweidimensionalen Berechnung des gekoppelten Wärme- und Feuchtetransports in Bauteilen mit einfachen Kennwerten. doktori disszertáció, Universität Stuttgart, 1994.

 

2013. december 20.

A kísérlet épületfizikai vonatkozásainak sorában ezúttal a födém szigetelése került a fókuszba. 

Az elemzést ismét Bakonyi Dániel, okl. építészmérnöknek, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Épületszerkezettani Tanszékének munkatársának köszönhetjük.

A beépítetlen tetőterű épületek hőszigetelésének javítása a legkisebb befektetéssel a padlásfödém hőszigetelésével lehetséges. Különösen szabadon álló földszintes családi házak esetében a padlásfödém a teljes lehűlő felület igen jelentős részét jelentheti, így még abban az esetben is jelentős megtakarítási potenciál rejtőzhet ebben a szerkezetben, ha az egész épület felújítására nincsen is mód. Mivel drága állványzatra, vakolási és bádogos munkákra nincsen szükség a gyártók pedig a megfelelő hőszigetelő anyagok és rendszerek széles skáláját kínálják a feladatra akár a teljesen házilagos kivitelezés is elképzelhető. Azonban mindez nem jelenti, hogy ez a szerkezettípus soha nem lehet épületfizikailag problémás és tervezése ne igényelne megfelelő szakértelmet!

A padlásfödém hőszigetelésénél is lehetnek épületfizikai problémák

Ennél a szerkezettípusnál sem hanyagolhatóak el a hőhidak. A legtöbb padlásfödém esetében a felület túlnyomó részén a hőszigetelés ugyan folyamatos tud lenni, azonban a csatlakozó szerkezeteknél és különösen az eresz, a tűzfalak és az esetleges attikafalak mentén nem kellően gondos tervezés esetén olyan többdimenziós hőáramok tudnak kialakulni, amelyek nem csak a hőveszteségeket növelik meg, hanem faszerkezetek esetében hosszútávon akár állékonysági problémákhoz is vezethetnek. Ha a fa gerendák végei például egy attikafal miatt megszakadó hőszigetelés miatt egy túlságosan hideg zónába kerülnek, az felvetheti faanyag-károsodás veszélyét! Ilyen esetben mindig forduljon szakértőhöz! Az eresz és oromfalak mentén olyan kialakítás módot kell választani, mely biztosítja a hőszigetelés folytonosságát a homlokzati hőszigeteléssel (erre akkor is érdemes figyelmet szentelni, ha a homlokzat hőszigetelése csak a későbbi tervek között szerepel).

A padlásterek átmenetet képeznek a belső terek és a külvilág között, a fedélszerkezet és a héjalás valamennyire védi a hőszigetelést az időjárás hatásaitól, de nem szabad szem elől téveszteni, hogy ez a védelem közel sem 100%-os. A meglévő, sokszor eleve elöregedett és felújításra szoruló héjazat hibáin keresztül a megfelelő alátétfedés hiányában a csapadék egy része biztosan bejut mind folyékony mind porhó formájában. Ezzel a jelenséggel már elődeink is tisztában voltak, többek között erre szolgált hagyományos épületeinkben az agyagfeltöltés a födémeken, amely a födém légzáróságának növelésén túl mintegy puffer rétegként képes volt kezelni ezt a nedvességet beázási tünetek nélkül. Mivel a hőszigetelés során általában nem kerül az egész héjazat is felújításra (nem tudunk alátétfedést beépíteni) valamilyen egyéb kiegészítő intézkedéssel kell biztosítanunk a hőszigetelés védelmét ettől a külső nedvességterheléstől. Nagyobb nedvességterhelésnek kitéve még a hidrofóbizált hőszigetelések is vesztenek hővezetési ellenállásukból és akár tönkre is mehetnek. A hőszigetelés védelmére valamilyen burkolatot vagy fóliát alkalmazhatunk, azonban ez csak olyan módon történhet, hogy a felülről jövő nedvesség távoltartása mellett az alulról jövő nedvesség továbbra is el tudjon távozni a szerkezetből (kiszellőzés, vagy páraáteresztő fóliák alkalmazása).

Minden külső térelhatároló szerkezetnél meghatározó kérdés a páratechnika és a légzárás. Különösen a faszerkezeteknél számolni kell azzal, hogy a födém légzárósága igen rossz, a nem kívánt filtrációs hőveszteségeken túl nagyon nagy konvektív nedvességáramokkal is kell számolni. Míg egy jól megtervezett rétegrend esetén pusztán páradiffúzióval csak relatív kicsi nedvességmennyiség halad át a szerkezeten (éves szinten akár csak 15-20 kg/m2), addig viszonylag kis légzárósági hibák mellett is a levegővel szállított nedvességmennyiség ezt akár több nagyságrenddel is meghaladhatja. A rétegrend és a fa födém védelmének érdekében légzáró és párafékező réteg beépítésére lehet szükség a födém és a hőszigetelés közé, míg a tetőn bejutó nedvességgel szembeni védelemre pedig a hőszigetelés tetején kell kialakítani egy nedvességtechnikai védelmi síkot. Mindezen rétegek tervezésénél pedig figyelemmel kell lenni az egyes fóliák páradiffúziós ellenállásának az arányára, a nyári fordított irányú diffúzióra és a fa födémszerkezetek kiszáradási potenciáljának biztosítására is.

Korrekt megoldás egy rossz minőségű födém szigetelésére

A hajdúnánási mintaépület borított gerendás fa födémszerkezet légzárósága igen rossz volt. Ezért a teljes padlásfelületen egy légzáró és párafékező fólia került kialakításra ragasztott (légzáró) toldásokkal. A fa fedélszerkezet rúdelemeinek az áttöréseinél (különösen az eresz mentén), ahol ezzel a technikával nem lehetett volna kielégítő módon légzáró kapcsolatokat kialakítani, egy kenhető légzáró szigetelés került kialakításra. Ez a légzárási védelmi sík az épület kerülete mentén körben a szilárd falszerkezethez került lezárása. Mindezen beavatkozások eredményeként jelentősen sikerült növelni az épület légzáróságát, és egyben meggátolni a hőszigetelés túlzott nedvességterhelését a konvektív nedvességáramok által. 

A födém fa szerkezetére való tekintettel a légzáró és párafékező fóliának egy változó páraellenállású membrán került beépítésre (lásd 1. ábra). A fűtési idény alatt, amikor a páraáram iránya a belső fűtött térből a hideg padlástér fele irányul a fólia ellenállása nagy, jelentős mértékben csökkenti a szerkezetbe jutó nedvesség mennyiségét. A nyári időszakban viszont, amikor a külső hőmérséklet és parciális páranyomás sokszor jóval nagyobb, mint a belső, a páraáram iránya megváltozik és a párafékező fólia így a „hideg” oldalra kerülve nedvesség feldúsulást és akár kondenzációt is okozhat. A változó páradiffúziós ellenállású fólia ebben az esetben a relatív nedvességtartalom megnövekedésére az ellenállásának jelentős csökkenésével reagál, ezzel csökkentve a nedvességfeldúsulást.

1. ábra: A Hajdúnánási mintaházon kialakított rétegrend a változó páraellenállású légzáró és párafékező fóliával

A rétegrend megfelelő kialakításán túl a csomópontok kialakítására is nagy hangsúlyt fektetett a szakértői csapat. A 2. ábra a mintaépület eresz kialakítását mutatja. A meglévő szerkezetek kötöttségei mellett lehetőség volt a padlás és a homlokzat hőszigetelésének csatlakoztatására az eresz kisebb léptékű átalakításának árán. A csomóponti és az egyes alternatív kialakítás módok összehasonlítása hőhídszimulációk segítségével történt.

2. ábra: A hajdúnánási mintaházon kialakított eresz + ablak szemöldök csomópont: a légzárás, a szigetelés védelem és a hőszigetelés befordítás kialakítása. (A hőszigetelés befordítása nélkül a vonalmenti hőátbocsátási tényező ψi=0.66 W/mK, és a legkisebb felületi hőmérséklet 13.9°C lett volna)

 

2013. december 6.

Folytatjuk a kísérlet épületfizikai vonatkozásainak elemzéseit Bakonyi Dániel, okl. építészmérnök segítségével, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Épületszerkezettani Tanszékének munkatársával.

A hazai épületenergetikai felújítások leggyakoribb szerkezete a falazatok külső oldali hőszigetelése valamilyen THR (teljes hőszigetelő rendszer) felhasználásával. A tervezőnek a legkülönbözőbb állapotban lévő eltérő falszerkezet hőszigetelését kell megoldania, amelyhez számos gyártó számtalan terméke és rendszere közül választhat. 

Az olyan relatív egyszerű és épületfizikailag „veszélytelennek” tűnő szerkezetek esetében is, mint amilyen a falazat vagy a födém szigetelése, felmerülhetnek későbbiekben problémák, amelyekkel a tervezés és a kivitelezés során is foglalkozni kell.

Miért fontos a légzárás kérdése?

Sokszor nem gondolunk rá, hogy a külső oldali hőszigetelések kialakításánál is nagy szerepe lehet a légzáróságnak, első sorban a külső térelhatároló szerkezetek páratechnikai tervezésében. A falazatokat a legtöbb számítás (pl. az MSZ 04-140-2 szerinti páratechnikai méretezésnél – Glaser módszer) teljesen légzárónak tekinti, holott ez közel sincs feltétlenül így. Különösképpen a különböző vázkerámia falazóblokkok esetében maga a falazat nem képes kielégítő légzárást biztosítani a szerkezetnek a folyamatos vízszintes és függőleges habarcshézagok hiánya és a tégla lukacsos kialakítása miatt. Ebben az esetben csak a vakolat az, ami ezt a zárást biztosíthatja (ezért szükséges egy új építésű ház esetében is a külső falfelületen egy légzáró alapvakolatot elkészíteni mielőtt hőszigetelni lehetne azt). Egy meglévő épület esetében belülről gépészeti és elektromos vezetékek, konnektorok és kapcsolók, a külső felületen pedig kisebb nagyobb repedések és akár vakolat leválások és egyéb hibák jellemezhetik ezt a fontos védelmi síkot, ahogy azt egy blower door mérés is bizonyíthatja. 

A nem kívánt légáramlatok az egyértelmű többlet hőveszteségeken túl komoly nedvességtechnikai gondokat is okozhatnak, ugyanis a filtrációs levegőáram nem csak hőt, hanem nedvességet is szállít magával. Míg egy átlagos vázkerámia falazat 1 m2-én egy téli nap alatt csak pár gramm nedvesség tud keresztülhatolni páradiffúzió útján, addig egy pár mm-es résen keresztül már néhány Pa nyomáskülönbség hatására is ennek a sokszorosa kerülhet a falszerkezetbe [1]. Kedvezőtlen esetben előfordulhat, hogy az új, jó légzáróságú vékonyvakolat mögött a meglévő falszerkezet és vakolat hibái miatt ez a nedvességtartalom feltorlódik és kondenzálódik.

Minden esetben ellenőrizni kellene a meglévő szerkezetek légzáróságát és a hőszigetelés beépítése előtt el kellene végezni a megfelelő javításokat. Szintén fontos a hőszigetelő táblák megfelelő ragasztása, hogy ne alakítsunk ki nagy légréseket a hőszigetelések és a falazat között. 

E jelenség vizsgálatára a „Te mire költenéd a rezsid?” program során a hőszigetelt Hajdúnánási házon két minta falfelületet is kialakítottunk.

Felújítás esetén a megfelelő csomópontok kialakítása mindig hozzáértést igényel

Meglévő szerkezetek tervezése során mindig nagyobbak a megkötések, mint egy új építésű háznál, így a csomópontokat sem mindig lehetséges épületenergetikailag és épületfizikailag optimálisan kialakítani. 

Minden esetben felmerülhet a kérdés: mekkora lesz az elkerülhetetlen kisebb nagyobb hőhidak szerepe az épület energiamérlegében, és a nem megfelelő kialakítás (és különösen a légzáróság egyidejű növelése) esetén nem áll-e fenn a veszélye a belső oldalon felületi állagvédelmi meghibásodásoknak (penészesedésnek)? 

Mivel minden épület más, ezeket a kérdéseket megnyugtatóan csak egyedi méretezéssel, mégpedig hőhídszimulációk segítségével tudjuk megválaszolni. A szerkezeti tervezés e hazánkban is egyre szélesebb körökben terjedő eszközével a vonalmenti hőátbocsátási tényező (Ψ) és a legalacsonyabb felületi hőmérsékletek (θi,min) számított értékeinek ismeretében dönthetünk a pontos csomóponti megoldásokról. 

Az 1. és 2. ábra a hajdúnánási épület oldalsó és felső ablakkáva csomópontjának néhány alternatíváját mutatja be (az értékek tájékoztató jellegűek). A jó állapotú és minőségű meglévő nyílászárók és a redőnyszerkezet megtartásának igénye jelentősen behatárolta a szóba jöhető megoldásokat. Azonban ez a tény nem lehet ok a probléma teljes megkerülésére (lásd az első ábra bal oldalán a teljesen befordítás nélküli hőszigetelés nagyon nagy hőveszteségeit). A tervező feladata a geometriai kötöttségek mellett az optimum megtalálása.

1. ábra: Különböző lehetőségek a hőszigetelés kialakítására meglévő nyílászáró függőleges éle mentén. Vonalmenti hőátbocsátási tényező és a belső felületen mért legkisebb felületi hőmérséklet értékek (DIN 4108-2 állagvédelmi ellenőrzés szerint).

2. ábra: Különböző lehetőségek a hőszigetelés kialakítására meglévő nyílászáró párkánya mentén. Vonalmenti hőátbocsátási tényező és a belső felületen mért legkisebb felületi hőmérséklet értékek (DIN 4108-2 állagvédelmi ellenőrzés szerint).

[1]        Zirkelbach D., Künzel H. M., Schafaczek B., Borsch-Laaks R.: Dampkonvektion wird berechenbar – Instationäres Modell zur Berücksichtigung von konvektivem Feuchteeintrag bei der Simulation von Leichtbaukonstruktionen, In: 4th Intern. Symposium on Building and Ductwork Air tightness , Berlin, 2009

 

2013. november 5.

Az egyedülálló program a Budapesi Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Épületszerkezettani Tanszékének felügyeletével zajlik. A tanszék munkatársa Bakonyi Dániel, okl. építészmérnök, aki a program meghirdetéséhől a résztvevők kiválasztásáig aktív szerpet vállalt, a hőszigetelés kapcsán tekint át néhány épületfizikai kérdést.

Minden szerkezetei beavatkozásnál egy meglévő épületbe a tervezőnek választ kell adnia bizonyos épületfizikai problémákra is. Bár egy hagyományos falazott technológiával épült kisebb léptékű, teljesen átlagosnak nevezhető családi ház külső oldali utólagos hőszigetelését a kevéssé problémás feladatok közé szoktuk besorolni, ilyenkor is felmerülhetnek épületfizikai kérdések. Ilyenek lehetnek (a teljesség igénye nélkül):

  • mennyire lehetséges a hőhidak hőveszteségének minimalizálása (a falak hőtechnikai optimalizálásával egyre fokozottabb figyelmet kell szentelnünk rá);
  • felmerülnek-e belső felületi állagvédelmi (penészesedés) kérdések a beavatkozás után (ugyan a külső oldali hőszigetelés szinte minden helyen megnöveli a legalacsonyabb belső felületi hőmérsékletet, azonban ha a légzáróság javítására is sor kerül, akkor megnövekszik a belső levegő nedvességtartalma is);
  • mekkorák a hőveszteségek a talaj irányában és a lábazaton keresztül, mennyire csökkenthetőek egy még racionális beavatkozással, például egész padlószerkezet felbontása nélkül, elegendően pontos-e egy közelítő számítás ennek megítéléshez;
  • hogyan változik meg a külső térelhatároló szerkezetek (pl. falak, födémek) hő- és nedvességtechnikai (higrotermikus) működése, felmerülhet-e valamelyik szerkezetnél a meghibásodás veszélye, ami miatt különös figyelmet kell szentelni a rétegrend kialakítására?
     

Nem lehetett célunk minden felsorolt kérdéssel egyforma mélységben foglalkozni, ezért egy igen érdekes témát választottunk részletesebb elemzése, amellyel kevesen foglalkoznak: a térelhatároló szerkezetek higrotermikus viselkedése. A „Nálam Szigetelnek” projekt alkalmából lehetőség nyílt a hőszigetelt hajdúnánási épületen a fűtési rendszer által leadott hőn túl további épületfizikai mérések telepítésére is. A délkeleti fal és a padlásfödém 2-2 részén alakítottunk ki mérési pontokat ahol a szerkezetek hő- és nedvességtechnikai jellemzőit mérjük a teljes fűtési idény alatt. A mérések célja a teljesen megegyező peremfeltételek (tájolás, külső és belső hőmérséklet valamint nedvességterhelés) mellett a külső falak és padlásfödémek hőszigetelésére leggyakrabban alkalmazott rétegrendek egy-egy változatának az összehasonlítása. A vizsgált rétegrendi változatokat, valamint a telepített érzékelők típusát és pozícióit a mellékelt ábrák mutatják. A falszerkezet esetében a hőszigetelés és az aljzatának kapcsolatában (teljes felületi vagy csak pontonkénti ragasztás a rossz légzáróságú falon), a padlásfödémnél pedig a csak vízzáró tető alatt a hőszigetelés nedvesség elleni védelmében (páraáteresztő, szél és vízzáró fólia) tettünk különbséget.

A külső fal (balra) és a padlásfödém (jobbra) rétegrendi változatai és a telepített mérési pontok

Ezek az eltérések bár csekélynek tűnhetnek jelentős hatással lehetnek a szerkezet működésére. A mérési eredmények segítésével nem csak ezeknek a megoldásoknak a relatív összehasonlítására lesz mód (pl. nedvesség feldúsulás a szerkezetben, kiszáradási potenciál, nedvességtartalom a hőszigetelésben, stb.), hanem szimulációs modellek validálására is alkalmasak lesznek, amelyek segítségével további számos szerkezeti megoldás részletes elemzése válik majd lehetségessé. Ezek a mérések közvetlenül nem követhetőek a honlapon keresztül, az eredményekről majd későbbi hírlevelekben és egyéb publikációkban számolunk be.

.