Energiagazdálkodásaz építészetben

Gábor Lászlóa Magyar Tudományos Akadémia rendes tagja

Zöld Andrása műszaki tudományok doktora

Akadémiai Kiadó " Budapest 1981

Az ábrák grafikai megtervezése és kiviteleSZOBOSZLAY ISTVÁN építészmérnök munkája

ISBN 963 05 2536 4

© Akadémiai Kiadó, Budapest 1981

A kiadásért felel az Akadémiai Kiadó igazgatója

Felelős szerkesztő : Szente LászlóM ű szaki szerkesztő : Csókvári András

A borító és kötésterv Somlai Vilma munkájaTerjedelem : 28,7 Als ív -}- 1 lap melléklet

AK 1109 k 8184

81 .8811

Akadémiai Nyomda, Budapest - Felelős vezet ő : Bernát Gydrgy

Bevezetés 7

1 . Alapfogalmak 16

1.1 A rendszer 161.2 A mikroklíma 241.3 A környezet 341.4 Az energiaforgalmat befolyásoló tényezők áttekintése 44

2. Határoló szerkezetek 53

2.1 A tömör határoló szerkezetek 532.11 A felületen lejátszódó jelenségek 532.12 A hőátbocsátás 612.13 A hőhidak 752.14 A szellőztetett határoló szerkezetek 882.15 A vízzel elárasztott és permetezett határoló szerkezetek 1042.16 Az időben változó hőhatások 108

2.2 A sugárzást átbocsátó szerkezetek 1242.21 A hőátbocsátás 1252.22 A légáteresztés 1302.23 A napsugárzási hőterhel6s 1332.24 A szellőztetett ablakok 171

3. A helyiségek, terek 175

3.1 A válasz a különböző hőhatásokra 1763 .11 Stacioner hőhatások 1763 .12 Ugrásfüggvény szerint változó hőhatások 1823 .13 A helyiség válasza periodikus hőhatásokra 188

3.2 A hőegyensúly esetei 1983 .21 A hővesztes6g (transzmisszió) 1983.22 A szélsőséges állapotok 2163.23 Hőterhel6s . hűtőterhelés 227

4. Tércsoportok, térkapcsolatok, épületek energiamérlege

251

4.1 A filtrációs levegőforgalom

2514.11 Általános kérdések

2514.12A nyomáseloszlás

2534.13 A légtömegáram

2764.14A filtrációs hőszükséglet változása

2904.2 A méretezési adatok kiválasztása

3054.21 Az energiaforgalmat befolyásoló hatások változása az év folya-

mán

3054.22 Az optimális üzemeltetés feltételeinek biztosítása

317

5. Gyakorlati következtetések

322

Utószó (írta: Szabó János akadémikus)

325

Irodalom

328

Az építészet

Az építészetváltozása

Bevezetés

A címben foglaltak vizsgálata az építészet és az energiagazdálkodásegynéhány fogalmának tisztázását, azok összefüggésének és köl-csönhatásának felderítését követeli meg. Ezen elemzésnek természe-tesena jelenlegi helyzetből, az adottságokbólkell kiindulnia, de e kétalapvető tényező tudományosan előrelátható változását, jövőbelialakulását is feltétlenül számításba kell vennie.

Az építészet közismerten általános feladata : a társadalom és abenne élőkvalamennyi tevékenységét befoglaló térbeli keret, emberijellegűvé formált mesterséges (művi) környezet megteremtése, tehátaz ember egész valójának architektonikus rendbe foglalása, azadott kort és társadalmat hűen kifejező megmintázása, azaz azélet valóságkeretének, teljes és tényleges foglalatának kiformálása,méghozzá (éppen az építészet elidegeníthetetlen belső tulajdonsá-gainál fogva) az emberi és a művészi jelleg kiteljesítésével .

E feladatból adódik, hogy az építészetnek természetszerűen érzé-kenynek, fogékonynak és hajlékonynak kell lennie a történelmi ésa társadalmi változás, fejlődés tekintetében, szükségszerűen ki kellfejeznie korát, korának társadalmi erőit és azok feszültségi állapo-tát, törvényszerűen igazodnia kell korának tudományos és techni-kai felkészültségéhez, elkerülhetetlenül és szigorúan alkalmazkod-nia kell annak anyag-, energia- és munkaerő-gazdálkodási helyze-téhez, gazdasági körülményeihez .

E feltételsorozatból - magától értetődően - következik, hogy azépítészet alkotási szemlélete és módszere is csak a valóság talajánbontakozhat ki, feladatai pedig csupán a körülmények és a lehe-tőségek ismeretében, de a várható fejlődés alapjän, a józanul be-csült jövőt is figyelembe véve választhatók meg, fogalmazhatókmeg, oldhatók meg és hajthatók végre.

Ma már általánosan ismertnek tekinthető az, hogy napjaink építé-szete (még aközelmúltéhoz képest is) alapvetően megváltozik,

mert egészen mások a feladatai, nagyon különböznek a körülmé-nyei, átalakul az ipari háttere, állandóan bővül az anyag-, szerke-zet- és technológiaválasztéka,

mert ezekből adódóan más a feladatok megközelitésének és meg-oldásának útja,

mert mindez új helyzetet jelent és új lehetőségeket hoz a tömeg-formálás és a téralakítás, a tércsoportosítás és a térkapcsolós, atérhatárolás és a térosztás területén,

mert mindez megteremti a térsejtek hihetetlen mennyiségű és ma-gasságú egymásrahalmozásának, az épített tér roppant mértékű ki-tágításának lehetőségét,

hiszen az aránylag vastag falakkal körülvett, a külvilághoz ésegymáshoz viszonylag szűk nyílásokkal kapcsolódó, a szintevégleges lehatárolású, zárt és állandó jellegű terek helyébe alassan már-már kéreggé vékonyodó és nagyméretű nyílások-kal (nem is egyszer teljes felületén) áttört térelhatároló és köny-nyen áthelyezhető (esetleg szerelt) térosztó szerkezetekkel el-választott, nyílt jellegű, akár változtatható méretű, egymásbanyíló, -folyó, -táguló, -táruló terek, tércsoportok és egész tér-rendszerek lépnek,

hiszen a nagy tömegű és a roppant súlyú szerkezetek helyébeegyre inkább a vékony vonalakká keskenyülő, a pontokkázsugorodó, az aránylag kis tömegű és a csekély súlyú szerke-zetek lépnek, az általánosan, a sok célrà és sok formábanhasználható anyagokat pedig a sajátos tulajdonságú és a jel-legzetes alkalmazási területű különleges anyagok és azok meg-határozott rétegrendbe sorakozó együttesei váltják fel.

Ma már tehát az sem szorul igazolásra, hogy az előzőkben elmon-dottak következtében megváltozik az épületek energiaigénye ésenergiaháztartása is, s ez az egyik oka annak, hogy átalakul azépületszerkezetek, az épületgépészeti berendezések tervezésénekszemlélete, módszere, de követelményrendje és igényszintje is .

Az élet színpadát tehát az építészet rendezi be, de az élethez, e szín-

Az energiaigénypadon az előadás megtartásához már energiára, sőt egyre többenergiára van szükség, mert energia nélkül megszűnik a civilizáltélet, elsötétül a világ, lelassul a ritmus, kihűl az otthon, megbénula közlekedés, nincs termelés, nem dolgoznak a munkát segítőgépek, nem működnek az életet könnyítő berendezések. A levegő-ben feszülő, a földbe fektetett, a falakban haladó, a látható és arejtett vezetékekben, hálózatokon át áramló, és szinte észrevehe-tetlenül mindenüvé eljutó energia teremti ugyanis meg a mai életfeltételeit, tárja fel lehetőségeit és szabja meg kereteit .

Az energiaigényváltozása

Az energiahelyzet

Emellett az élet minősége és az energiaigény szorosan összefügg,mert a társadalmi átalakulás és fejlődés az életszínvonal egyenle-tesebbé válásához és emelkedéséhez, az életminőség javulásához,az életforma megváltozásához, a civilizációs igény általános elterje-déséhez és gyorsuló növekedéséhez, következésképpen a termelésfokozásához, a javak nagyobb mennyiségének, jobb minőségénekés bővebb választékának megköveteléséhez vezet, ami az élet kere-teinek bővítését, az otthoni és a közösségi élet feltételeinek javítá-sát tételezi fel, tehát csak egyre több és több energia segítségévelfedezhető .

Vizsgálandó tehát, hogy ajelenlegi és jövőbeli feladatok ellátásáravan-e, illetve lesz-e elegendő energia, hogy a felmerülő szüks6gle-tet milyen mértékben fedezi most és később a hazai termelés, hogymekkora a hiányzó mennyiség, az honnan szerezhető be, meny-nyiért vehető meg, és mivel fizethető ki .

Ma már közismert, hogy az energia világpiaci ára az 1973 -74-esévekben ugrásszerűen megnőtt és árszintje azóta is változatlanulnagyon magas és egyre emelkedik, továbbá az is, hogy a ténylegesenergiaigény és a hazai energiatermelés közötti különbség csaknagymértékű és állandóan növekvő mennyiségű energiabehozatal-lal egyenlíthető ki . Ez a behozatal - amelynek nagyon is számot-tevő része csak dollárért vásárolható meg - a népgazdaságot erő-sen fokozódó mértékben terheli.

Energiahelyzetünknek ez a kedvezőtlen mérlege vezetett az energiá-val való ésszerű gazdálkodás fontosságának megértéséhez, és ez azalapja a szigorú energiatakarékosság parancsoló szüksége felisme-résének és végrehajtása megkövetelésének .

Az épités(ügy)

Ma már az is közismertnek tekinthető, hogy az ország összesenergiaigénye

energiafogyasztásáb61 az építésügyi ágazat részesedése 45-50%-ottesz ki. Ebből az épületek-építmények létrehozásához szükséges,tehát magához az építési folyamathoz tartozó (az anyagok, a szer-kezetek előállításával, szállításával, helyszíni mozgatásával, beépí-tésével kapcsolatos) valamennyi műveletnek energiaigénye a 45-50% mintegy egyharmadára (-17%-ra) becsülhető, míg az országépületállományának üzemeltetéséhez szükséges energiaigény a 45-50% körülbelül kétharmadára (-37%-ra) tehető .

Ma már nem szorul tehát bizonyításra az, hogy az építészet-építésnemcsak az energiagazdálkodás nagyon jelentős tényezője, de - aszükséges körülmények és az elengedhetetlen előfeltételek meg-teremtése esetén - annak számottevő mértékű befolyásolásáraképes, sőt alkalmas is .

Az energiagazdálkodás (a gazdálkodás kifejezést ez esetben nagyonis jelképesen értve) feladata

elsősorban a jelenre meghatározott, és a jövőre nézve becsültenelőrelátható energiaigény fedezése (termeléssel vagy - mint pél-dául nálunk - termeléssel és behozatallal),

majd a rendelkezésre álló energia értelmes elosztása az egyes fo-gyasztási területek között (a kialakult arányok megtartásával vagymódosításával),

továbbá a felhasználók ésszerű befolyásolása az egyes területekenbelül (a követelmény értékek megszabásával),

végül, de nem utolsó sorban az átfogó és helyes népgazdaságiszemlélet érvényesítése a döntő fontosságú területen (az előzőkbenfelsorolt műveletek segítségével) .

Az elmondottakból nyilvánvaló, hogy

egyoldalról az építészet szemléletének lényegbeli változása, fela-datainak - mondhatni - megsokszorozódása, az építés mód-szereinek korszerűsödése, technikájának gépesítése, e területen atömegtermelés elveinek és gyakorlatának bevezetése,

másoldalról pedig a társadalmi fejlődés eredményezte életforma-át-alakulás és életminőség-javulás egyértelműen az energiaigénynagyon is számottevő növelésével jár, sőt

az elmondottakból az is következik, hogy

az energiamennyiség növelésére vonatkozó igény, társulva az ener-gia árának hatalmas mérvű emelkedésével (ami ebben az értelem-ben két vonalon is tetemesen növekvő költséget jelent), az ésszerűenergiagazdálkodás fontosságát csak még jobban kiemeli, szigorúérvényesítését pedig szinte elkerülhetetlenné teszi, de

az elmondottakból már korántsem magától értetődő az, hogy

az életminőség alakulása és annak energiavonzata nem egyformamértékben, esetleg még csak nem is egyirányban mozog, és mégazonos irány esetében sem feltétlenül arányosan változik, mertéppen a tudományos előrehaladás és a technikai fejlődés teremt-heti meg és gyakran meg is adja a lehetőséget arra, hogy a többlet-igény - bizonyos esetekben és körülmények kőzött - nemsokkal több, ső t esetleg még kevesebb energiával is fedezhetőlegyen .

Az építészet-építés egész területének energiagazdálkodás-szemszög űvizsgálata egyrészt az építés teljes folyamatának (mint az alkalma-zott technológiák összességének), másrészt az e folyamat végter-

10

Az energlagazdál-kodás

Az építészet-építésés az energia-gazdálkodás

A vizsgálat célja

mékeként létrejött épületnek (mint műszaki-gazdálkodási egység-nek) alapos elemzését követeli meg.

Az építés technológiai folyamata ugyanis (beleértve a helyszín elő-készítését, és az építéshez szükséges anyagok és szerkezetek elő-állítását is) a különböző munkanemek és mesterségfajták egymásttervszerűen követő és (az ismétlődés tényéből adódóan egymástszükségszerűen) átkaroló műveletsorozatainak összességébő l tevő -dik össze . E műveletsorok mindegyike pedig - az egyre kevesebbszámú és kisebb jelentőségű kivételektő l eltekintve - időben ésösszességében egyre több energia felhasználását tételezi fel (nyil-vánvalóan a gépesítés lehetőségétől, fokától és az előállítás, gyár-tás, szállitás módjától függően) .

Az épületek használata, azaz fenntartása és üzemeltetése ugyan-csak nagyon sok időben növekvő mennyiségű energiát követel .A szükséges energia mennyisége nyilvánvalóan függegyrészt az épület rendeltetésétől, használati módjától és igény-szintjétő l,

másrészt az épület klimatikus és műszaki jellemzőitől, tehát tele-pülési, környezeti, tájolási adottságaitól, továbbá építészeti kiala-kításától, körrajzától, magasságától, alaprajzi- és szerkezeti rend-szerétő l, térelhatároló szerkezeteit ő l, azok nyílásarányától, a tömörés üvegezett részek hővédelmi értékétő l, az esetleges árnyékoláseszközeitő l és módjától, a homlokzati (tető) felületek színétő l,textúrájától stb ., végül épületgépészeti berendezéseitő l : fűtő , hűtőszellőztető rendszerétő l stb .

A vizsgálat

Ez esetben az építészettel-építéssel kapcsolatos energiagazdálkodásleszűkítése

teljes problémaköréb ő l az építészeti, épületszerkezeti és épületfizi-kai tervezéssel kapcsolatos kérdések, majd ezekkel összefüggés-ben az épületek üzemeltetésének, rendeltetésszerű használatánakenergetikai kérdései vizsgálandók,mert az értelmes energiagazdálkodás lehetőségét és hatékonyságá-nak feltételeit is éppen az e szempontból helyes építészeti és szer-kezeti tervezés teremti meg,

mert emellett az épületek üzemeltetésére fordított energia mennyi-sége kb. kétszerese az építéssel közvetlenül összefüggőének, végülmert az üzemeltetés valóban energiatakarékos megoldását is egye-dül az erre törekvő és ehhez értő építészeti, szerkezeti és gépészetitervezés teheti lehetővé .

Az elemzés célja a szóban forgó területen az ésszerű energiagazdál-kodás lehetőségének - ahol lehet példákkal is igazolt - bemuta-tása, tehát

egyrészt a beruházási politika szolgálata a helyes döntéseket lehe-tővé tevő alapelvek és alapadatok kimunkálásával,

másrészt a műszaki tervezés és méretezés segítése a mindig sokfélelehetséges megoldás közül - az adott esetben és feltételek mel-lett - az alkalmas vagy akár a legkedvezőbb kiválasztásában,

mindkét vonatkozásban az egyes szakterületek közötti - már akezdettől egészen a befejezésig tartó - szoros együttműködés meg-teremtése, az állandó együttgondolkodás útján, a közős nyelv meg-találásával, a folytonos párbeszéd segítségével és a kölcsönös be-folyásolás alapján.

A vizsgálat a (szomszédság fogalmára leszűkített) közeli környeze-tet, mint az adott klimatikus hatások érvényesülésének módosító-ját veszi számításba, magát az épületet pedig, mint egy adott ren-deltetésű, építészeti formálású, alaprajzi elrendezésű, szerkezetimegoldású térrendszert, energetikai rendszert, és gazdálkodásiegységet értelmezi, kezeli .

E felfogás alapján :

a település, a földrajzi hely klimatikus jellemzői alatt azok a sta-tisztikailag kiértékelt adatok értendők,

amelyek megadják a külső térre, azon belül a levegő hőmérsékle-tére, nedvességtartalmára, a légmozgás jellegére, a napsugárzásintenzitására, energiahozamára vonatkozó szélső értékeket, és etényezők időbeli alakulását, változását (évi és napi periódusban),valószínűségi jellemzőit és

amelyekből a tervezési és a méretezési alapértékek, kiindulási ada-tok közvetlen kiadódnak, vagy egyszerű módon megállapíthatók;

az épület közeli kőrnyezete alatt azok a települési adottságok éskörülmények értendők, amelyek a klimatikus jellemzőket - kedve-zően vagy kedvezőtlenül, kicsit vagy nagyon, így vagy úgy, demindenképpen - befolyásolják, módosítják, hiszen e tekintetbenaz épület védett (pl. ha keskeny utcában van) vagy éppen kiszolgál-tatott (pl. ha vízparton, hegytetőn, viharoldalon épül) is lehet,emellett még a fellépő hatások is erősíthetők vagy gyengíthetők(pl. a beépítés módjával, a növénytelepítés mértékével, a környe-zet jellemző anyagaival, azok színével, textúrájával stb.) ;

az épület rendeltetése alatt ez esetben azok a - használat jellegé-ből és módjából adódó - igények értendők,

amelyek alapján az egyes terek, tércsoportok ún. belső térklímáját(mikroklímáját) meghatározzák (pl. az azokban folyó emberi tevé-kenység, gyártási eljárás, raktározandó anyag, tárolási módszer

12

A környezet ésaz épület fogalmá-nak értelmezése

alapján), illetve azok a tényezők (pl. a munka jellege, a belsőtérben termelődő hő, az ott keletkező vízgőz), amelyek e mikro-klímát még érdemben befolyásolják, hiszen e tekintetben egészenmás pl . a lakóház, az iskola, a kórház, de más a meleg, a nedves,a hideg üzem, ismét más a durva és a tárolásra érzékeny anyagokraktára stb. ;

az épület komplexen értelmezett építészeti jellemzői alatt ez eset-ben azok a - a tömeg formálásából, az alaprajz szervezéséből, atérelhatárolás és térosztás módjából, a beépített szerkezetek anya-gából, tömegéből és tömegeloszlásából, továbbä a térméretekbőlés a térkapcsolásokból, a térelrendezésből, -csoportosulásból és-halmozódásból már eleve nagyrészt kiadódó - jellemzők érten-dők,

amelyek a belső térklímát (a mikroklímát) és az egész épület hő-technikai, energetikai viselkedését hatékonyan befolyásolják, és

amelyektől a légállapot jellemzők értéke, egyenletes vagy egyenet-len térbeli eloszlása, nyugalmi állapota vagy éppen változása függ,hiszen e tekintetben egészen más a térsejthalmaznak tekinthetőépület (pl. a lak(5ház, a szálloda) és a nagyteres építmény (pl. azipari csarnok, a sportcsarnok), ismét más a hőtechnikai értelem-ben nehéz (pl. a nagy tömegű, súlyú) és könnyű (pl. a kis tömegű,súlyú) térelhatároló és térosztó szerkezetekkel készült épület .

Az elmondottakból nyilvánvalóan következik, hogy az építészetielképzelés már az épületről gondolkodás és képalkotás legkezde-tén szerkezeti feltételezéseket és vele egyidejűleg - akarva, aka-ratlan, de elválaszthatatlanul - már épületfizikai kővetkezménye-ket és energetikai vonzatokat is tartalmaz, tehát e tekintetben ahelyes és a helytelen, az okos és az oktalan, atakarékos és apazarlómegoldás lehetőségét egyaránt magában hordozza, hiszen ebben- a döntés szempontjából legnagyobb szabadságfokú - időszak-ban dől el a környezethez kapcsolódás és a beépítés módja, alakulki a tömeg, az alaprajzi elrendezés, a homlokzatkialakítás, a szer-kezeti- és a térrendszer .

Ez a magyarázata annak, hogy az építésznek már munkája meg-indulásakor

jól tudva azt, hogy az építészeti alkotás : az épület nagyonsokrétű és összetett folyamat terméke, hiszen társadalmi felada-tot teljesít, eszmei mondanivalót hordoz, művészi szándékottükröz, de

megértve azt is, hogy az épület egy meghatározott fizikai tar-talmú sajátos energetikai rendszer is,

nagy figyelmet kell fordítania az épületnek mindazokra az építé-

13

szeti és szerkezeti meghatározóira, jellemzőire, amelyek a rendel-tetésszerű használathoz és üzemeltetéshez szükséges energia meny-nyiségét lényegesen befolyásolják.

E könyv - az építész e feladatának megkönnyítésére - be akarjamutatni, hogy ezen az energetikai rendszeren belüli állapotokmilyen fizikai mennyiségekkel jellemezhetők, fel akarja tárni, hogyaz e rendszerben lejátszódó folyamatok milyen fizikai törvényekalapján határozhatók meg, meg akarja mutatni, hogy az energeti-kai szempontból helyes és szükséges döntések hogyan hatnak visszaaz építészeti, szerkezeti megoldásra, végül meg akarja értetni, hogyaz építészeti és szerkezeti tervezés folyamatában (annak különbözőszakaszaiban) milyen szemlélettel és módszerrel lehet az energeti-kai oldalról nézve is kedvező megoldást megközelíteni, de méginkább elérni .

Ezért az első lépésben(1.) :

kezdetként (1 .1) az épületnek - mint energetikai rendszernek leírá-sához szükséges fontosabb fizikai mennyiségeket és törvényeketkell áttekinteni ;

ezt követően (1 .2) az épület rendeltetésszerű használatának (teháta kitűzött feladat megvalósításának) feltételei közül a fizikai-h ő -technikai mennyiségekkel kifejezhetőket kell bemutatni ;

majd (1.3) az épületet körülvevő - természetes és mesterséges -környezetnek az épület energiaforgalmára kiható, fizikai-hőtechni-kai mennyiségekkel leírható jellemzőit (a meglevő, de befolyásol-ható adottságokat) kell ismertetni ;

a második lépésben (2.) : az építészeti, épületszerkezeti, épületfizi-kai kérdések egész sorát kell elemezni, vagyis az általános érvényűfizikai törvények, a cél és a környezeti feltételek fizikai tartalmátkell megfogalmazni, tehát az épületet a környezettő l elválasztókülönböző kialakítású - sugárzást átengedő (üvegezett), sugár-zást át nem enged ő (tömör), szellőztetett, elárasztott stb . - hatá-roló szerkezeteket (2 .1 -+ 2.4) és az azokon átahaladó áramokatkell tárgyalni;

a harmadik lépésben (3 .) : a határoló szerkezetek által körülvetthelyiségeket, tereket, térrészeket, az ezeket érő hatásokat, az ezek-ben kialakuló hőtechnikai feltételeket, a helyiségek jellemzői általmeghatározott energiamérlegnek az összetevő it kell elemezni(3.1 -> 3.3) ;

a negyedik lépésben (4.) : az egymás mellé és fölé sorolt helyiségekhalmazából épületté szervezett térrendszert kell vizsgálni, azt atérrendszert, amely ugyanakkor egy sajátos és bonyolult energeti-

1 4

kai rendszer is, amely végső soron az energetikai forgalom meg-határozója, a lényeges és kevésbé lényeges jelenségek el- és kivá-lasztásának alapja, de amely egyszersmind az építészeti gondolko-dás, kifejezés célja, tárgya és eszköze is (4.1 --> 4.2).Mindezeknek az elemzéseknek és vizsgálatoknak során azonbannem lehet és nem is szabad megfeledkezni arról, hogy nemcsak azépítészi törekvések, elképzelések, építészeti és épületszerkezeti meg-oldások befolyásolják az épület energiaforgalmát, hanem az épület-tel kapcsolatos energetikai megfontolásokból és épületfizikai tőrvé-nyekből adódó követelmények is szükségszerűen módosítják az épí-tészeti, épületszerkezeti kialakítást .Ezért tartja e könyv alapvető feladatának e sokrétű és több lépcsőskölcsönhatás példázását és igazolását .

1. Alapfogalmak

1.1 A rendszer

Az épület (minden beépített anyagával, szerkezetével, a rendelte-tése megszabta valamennyi felszerelésével, berendezésével és emberitevékenységével együtt) az anyag- és energiaforgalom szempontjá-ból egységes rendszer, tehát a (nagy) térből kiszakított olyan tér-rész, amely az őt, vagyis a rendszert érő hatásokra meghatározottmódon „válaszol".

E térrészt — épületszerkezetek alkotta — valós felületek határol-ják, amelyek azonban — nem lévén tökéletes szigetelők — lehetővéteszik a rendszer (épület) és a környezet (= közeli környezet)közötti kölcsönhatások érvényesülését. Az épület rendeltetésszerűhasználhatóságának, kívánt célra és módon alkalmasságának egyikszükséges feltétele éppen az, hogy a környezet hatásai a rendszer-ből csak bizonyos — méghozzá megszabott korlátok közötti —választ válthatnak ki. E korlátok egyaránt vonatkoznak azokra afizikai mennyiségekre, amelyek a rendszerben uralkodó állapoto-kat jellemzik, és azokra a mennyiségekre, amelyek a rendszer ésa környezet között cserélődnek.

A rendszeren belüli, továbbá a rendszer és a környezet között le- A fizikaijátszódó folyamatokban szereplő mennyiségek két csoportba sorol- mennyiségekhatók:

az extenzív és az intenzív

mennyiségek csoportjába. Az előzőekhez tartoznak azok a meny-nyiségek, amelyek cserélődhetnek, áramolhatnak, az utóbbiakhozpedig azok, amelyeknek egyenlőtlen térbeli eloszlása ezeket a folya-matokat előidézheti.

Az extenzív mennyiségek mértékjellegíl mennyiségek: az egészrendszerre vagy annak meghatározott részeire vonatkoznak és egyadott pontra nem értelmezhetők. Értékük függ a rendszer térfoga-tától (= „nagyságától")- E mennyiségek összegezhetők is. Egyextenzív mennyiség egy rendszeren belül keletkezhet (vagy eltűn-het), vagyis egy extenzív mennyiségnek egy rendszeren ( = térré-

16

Az áram, a forrás-erősség,

a mérlegegyenlet

szen) belül forrása (vagy nyelője) lehet. Ilyen tulajdonságú mennyi-ségek pl. a tömeg, az energia, a térfogat.

Az intenzív mennyiségek lokális jellemzők, azaz a rendszer bár-mely pontjában értelmezhetők. Értékük a rendszer térfogatátólfüggetlen, nem összegezhetők (a rendszer részekre darabolásávalértékük nem változik). Egyenlőtlen térbeli eloszlásuk esetén ki-egyenlítődésre törekszenek, s e folyamat során extenzív mennyisé-gek (ún. vezetési) áramlását (transzportját) okozzák. Ilyen tulaj-donságúak a „feszültségjellegű" mennyiségek, pl. a hőmérséklet, anyomás.

Az extenzív és az intenzív mennyiségek változása között egyértelműkapcsolat áll fenn, amely lehetővé teszi a rendszer és a környezetközötti kölcsönhatások jellemzését.

A rendszer és a környezet között lejátszódó folyamat legegysze-rűbb esete úgy írható le, hogy egy bizonyos intenzív mennyiségegyenlőtlen térbeli eloszlása következtében a hozzá, tartozó exten-zív mennyiségből annak bizonyos része a rendszerből a környezetbemegy át (vagy fordítva). A határoló felületen az időegység alattáthaladó mennyiség az áram. Ha a rendszeren belül egy extenzívmennyiségnek forrása (vagy nyelője) működik, akkor abból bizo-nyos mennyiség keletkezik (vagy eltűnik). Az időegység alatt kelet-kező (vagy eltűnő) mennyiség az ún. forráserősség. A rendszerbena vizsgált extenzív mennyiség időegység alatti megváltozása a for-ráserősség és az áram különbségével egyenlő. Ez az állítás a vizs-gált extenzív mennyiség (adott rendszerre vonatkozó) mérlegegyen-letének (egyszerű szöveges) megfogalmazása.

A feladat ilyen általános megközelítése — bár nehézkesnek tűnik —mégis a tárgyalás egyszerűsítését, a megoldás megkönnyítését szol-gálja. A mérlegegyenletek ugyanis a bennük szereplő mennyiségekkonkrét fizikai tartalmától függetlenül kezelhetők, megoldási mód-szereik általános érvényűek. E körülmény az elvi alapok tisztán-látása, a különböző folyamatokat leíró egyenlettípusok hasonlósá-gának bemutatása szempontjából is fontos, még nagyobb azonbangyakorlati jelentősége, mert a mérlegegyenletek megoldására olyanáltalános számítási módszerek, számítógépes algoritmusok ismere-tesek, amelyek a különböző konkrét fizikai tartalmú (ho, nedves-ség) transzportfolyamatokra egyaránt alkalmazhatók.

Megjegyzés: Vannak olyan fizikai jelenségek is, amikor egy exten-zív mennyiség áramlását több intenzív mennyiség egyenlőtlen tér-beli eloszlása váltja ki. Ez az ún. kereszthatás. Ez bizonyos ese-tekben olyan jelentős, hogy a mérlegegyenletek felírásakor a gya-korlati számításoknál is figyelembe kell venni (pl. a hőmérsékletetés a nedvességtartalmat a nedvességvándorlásnál).

17

Az intenzív mennyiségek egyenlőtlen térbeli eloszlásán kívül olyanmódon is létrejöhet áram, hogy valamely test vagy anyag (makrosz-kopikus értelemben) mozgást végez és az extenzív mennyiségeket�magával viszi" . Ez az ún. konvektív áram. Ilyen eset pl . az, ami-kor az épületbő l kiáramló levegő �hőt", �vízgôôzt" stb. visz magá-val a környezetbe .

E rövid áttekintés alapján is belátható, hogy a mérlegegyenleteksegítségével a rendszer határain átfolyó áramok, a rendszerbenműködő források és a rendszer állapotát jellemző intenzív mennyi-ségek változása egyaránt nyomon követhető . Az ilyen típusú fel-adatok megoldásához először is bizonyos feltételek rögzítése szük-séges . Ezek közül a legfontosabb annak a tisztázása, hogy az adottesetben mi a vizsgált rendszer, kiindulva abból, hogy a rendszera térnek egy lehatárolt és adott viselkedésű (magatartású) része .Eddig az épület volt a vizsgált rendszer, beleértve nemcsak a beépí-tett anyagokat, szerkezeteket, hanem a funkciójához tartozó vala-mennyi felszerelést és berendezést is . Nyilvánvaló azonban, hogya tér más része is képezheti a vizsgálat tárgyát, így pl . kézenfekvő ,hogy maga a (szintén valós felületekkel határolt) helyiség, a fű tő-berendezés, akár egy fűtőtest vagy egy határoló szerkezet legyen avizsgált rendszer . (Ezek tulajdonképpen az épület részrendszerei.)Egy-egy ilyen részrendszer viselkedésének leírása természetesenviszonylag egyszerűbb feladat, ezért gyakran képzeletbeli határolófelületekkel is képeznek további, az elemzést megkönnyítő rész-rendszereket . Az épületben lejátszódó jelenségek azonban nemállíthatók elő az egyes részrendszerekben lejátszódó jelenségekegyszerű összetevésével : a részek összekapcsolása minőségileg másegészt eredményez . Ezért az egyes rendszerek elemzése és az ered-mények szintézisbe foglalása előtt meg kell röviden vizsgálni azépület egészét, hogy a - gyakran különböző szaktudományokterületéhez tartozó - részrendszerek egysége, kölcsönhatása be-mutatható legyen .

A mérlegegyenletek megoldásához rögzítenünk kell az épületet ésa környezetet elválasztó határoló felületekre (= a rendszer pere-mére) vonatkozó feltételeket : meg kell adni az egyes ottani fizikaimennyiségeket adatszerűen vagy függvény formájában .

Bár a peremfeltételek első pillanatban eleve meghatározottnaktűnnek, valójában a választás és a befolyásolás lehetőségei mégismeglehetősen tágak.

A peremre megadandó adatok nagyrészben (pl . az időjárássalösszefüggő jellemzők) véletlenszerűen változnak. A körültekintőstatisztikai elemzésen alapuló adatmegadás a folyamatok valósághű

18

A mérleg-egyenletekmegoldása

A peremfeltételek

A tervezés cétja

leírásának szükséges feltétele, és jelentősen befolyásolja a rendszerhatároló felületén áthaladó áramok méretezési értékeit .

A t:ümyezet

Az adatok egy része a környezet alakításának függvénye. A kbr-nyezet fogalmának tartalma szinte korlátlanul bővíthető : ide tar-toznak egyes időjárási, földrajzi, csillagászati elemek, az építettkörnyezet, tágabb értelmezésben az egész város, az egész táj, azenergiaforgalmat befolyásoló valamennyi folyamattal, tevékeny-séggel egyetemben . Az ilyen bővebb értelmezés a meteorológiai,városépítési, táj (regionális) tervezési kutatás tárgya . Ajelen - épí-tészeti területű - vizsgálat során az időjárási, csillagászati elemek,valamint a horizonton mutatkozó (a vizsgált épületet határoló felü-letekről látható) természetes és mesterséges alakulatok együttesetekintendő környezetnek . E szűkebb értelmezésű környezetben isszámos tudatosan alakítható tényező van, amelyek révén az épülethatárolófelilletein átfolyó áramok célszerűen befolyásolhatók.

A mérlegegyenletek megoldásához rögzíteni kell még a rendszerenbelüli fizikai jellemzők kapcsolatait, továbbá a vizsgált folyamatkezdetén fennálló értékeket (a kezdeti feltételeket) is meg kell adni.

A gyakorlati (tervezési) feladatok megoldása lényegében egy olyanrendszer létrehozását jelenti, amely az őt érő hatásokra az előremegadott célnak megfelelően válaszol, továbbmenve és pontosab-ban : az ilyen viselkedésű rendszerek közül az optimális kiválasz-tása .

Nyilvánvaló azonban, hogy az alkalmas, illetve az optimális rend-szer tulajdonságai, jellemzői a kitűzött célnak is függvényei . A céltaz épület rendeltetése alapján - pl . a benne zajló technológiaifolyamatok követelményeiből, a benne tartózkodó emberek kelle-mes közérzetének feltételeiből kiindulva - kell megfogalmazni.Miután az igények kevésbé szabatos módon meghatározható szub-jektív elemeket is tartalmazhatnak, a megoldás műszaki és gazda-sági jellemzői már a cél gondos, mértéktartó megfogalmazásával isjelentősen befolyásolhatók.

A következők bemutatják a mérlegegyenletek néhány olyan válto-zatát, amelyekkel a vizsgált konkrét feladatok zöme megoldható .

A stacioner äram

Akorábbi szöveges megfogalmazásnak megfelelően a mérlegegyen-let általános alakja egy E extenzív mennyiségre (olyan rendszeresetében, amely nem végez mozgást)

ahol

dE _di - QE - Js,

(1 .1)

A legegyszerűbb esetben áram csak egy x irányban folyik,

ahol

2 0

QE a vizsgált extenzív mennyiség forrása a rendszerben,JE a vizsgált extenzív mennyiség árama a rendszer és a kör-nyezet között,z az idő .

Ha E (vagy a rá jellemző intenzív mennyiség) időben nem válto-zik, az egyenlet bal oldala zérus ; a rendszer állandósult (stacioná-rius) állapotban van. Ez az állapot vagy úgy jön létre, hogy

a rendszerben forrás (nyelő) nem működik és JE = 0, azaz arendszerbe befolyó és az onnan kifolyó áramok egymássalegyenlőek, vagy

a rendszerben működő forrás erőssége megyegyezik a befolyóés a kifolyó áramok különbségével .

JE = - vdi

A ,(1 .2)d

A a felület,i a vizsgált extenzív mennyiséghez tartozó intenzív mennyiség,v a vezetési tényező .

Időben állandósult áramlás alakul ki, ha az azt létrehozó i inten-zív mennyiség egyenlőtlen térbeli eloszlása állandósult (a rendszertulajdonságait időben állandónak feltételezve). Számos olyan jelen-ség közelítő leírására, amely valójában időben változik, gyakranszintén az (1 .2) összefüggést használják. Az, hogy e közelités meny-nyire pontos, az nemcsak az i változásának, hanem a rendszertulajdonságainak is függvénye.

Az (1 .2) egyenletnek többféle konkrét tartalma lehet, éspedig

hővezetés (E a hőmennyiség, i a hőmérséklet),

páravezetés (E a vízgőzmennyiség, i a vízgőz parciális nyo-mása),

nedvességvezetés (E a vízmennyiség, i a nedvességtartalom),

légáram (a lamináris áramlás esete porózus anyagokban, E alégmennyiség, i a légnyomás) .

A v vezetési tényezőt gyakran állandónak tekintik . Valójában v == f(i), azaz a vezetési tényező az intenzív jellemző függvénye, deha utóbbi a folyamat során szűk intervallumban változik, a v vál-tozása elhanyagolható .

Bizonyos esetekben v =f(il) i2 . . . . ), azaz a vezetési tényező többintenzív jellemző függvénye (�kereszthatás") . Például a páraveze-té~ tényező a hőmérséklettől és a nedvességtartalomtól is függ.

Az átadásitényező

Az átbocsátásitényező

Az (1.2) összefüggéshez hasonló, de nem lineáris összefüggésekírják le a réseken áthaladó levegő és általában a csővezetékbenmozgó közegek áramát.

A v vezetési tényező helyett gyakran annak reciproka szerepel, azRv vezetési ellenállás .

Ha a folyamat nem a szilárd anyagon vagy a nyugalomban levőfolyadékon belül, hanem oly módon játszódik le, hogy az áramvalamilyen felülettel érintkező folyadékba vagy gázba lép át, úgya folyamat a felület és a vele érintkező közeg között a

alakban fejezhető ki, ahol az új jelölések :

JE = a(if - ik) A

(1.3)

if az intenzív jellemző értéke a felületen,ik az intenzív jellemző értéke a közegben,A a felület,a az átadási tényező.

Általában a =f(if, ik. . . . ), azaz az átadási tényező az intenzív jel-lemzők függvénye. A felülettel határos közeg azonban ezektőlfüggetlen kényszer hatására is végezhet - konvektív hótranszport-tal járó - mozgást, amely az átadási viszonyokat lényegesen be-folyásolhatja. A gyakorlatban az átadási tényezőt gyakran egyállandó értékkel közelitik.

Az (1 .3) összefüggés tartalma lehet

hőátadás (E a hőmennyiség, i a hőmérséklet),

páraátadás (E a vízgőzmennyiség, i a parciális nyomás).

Az (1.2) és (1 .3) egyenletek analógiája alapján ez esetben is szere-pelhet a reciproka, az R,, átadási ellenállás .

Ha az áram az � 1" közegből a �2" közegbe haladt egy falon át,úgy a teljes folyamatra az átadási ellenállások és a vezetési ellen-állás összegezésével nyert

Rb = RQ,1 + R,, + Ra,2

(1.4)

ún. átbocsátási ellenállás, vagy ennek reciproka, a k ún. átbocsátásitényező jellemző .

Ezzel

ahol az új jelölések :

JE = k(il - i2)A ,

(1.5)

21

22

il az intenzív jellemző értéke az � 1" közegben,i2 az intenzív jellemző értéke a �2" közegben.

A korábbiakhoz hasonlóan a konkrét tartalom szerint hőátbocsá-tásról, páraátbocsátásról lehet szó.

Az (1 .2)-(1.5) összefüggések egyszerűsége, könnyű kezelhetőségemiatt a gyakorlatban sokszor ilyen alakú egyenletekkel írnak leolyan folyamatokat is, amelyek még k6zelit6ssel sem tekinthetőkstacionernek (állandósultnak) és tartalmilag is túllépnek a jelen-ségek eddig tárgyalt körén.

Jellemző erre a

JQ = k(tekv - ti) A

kifejezés, amely a külső fal- és födémszerkezeteken áthaladó hő-áram számítására szolgál. Itt teke, egy olyan fiktív szám, amely ahőmérséklet értékén kívül a külső felület sugárzásos hőcseréjére,a szerkezet tömegére, a tájolásra, az időpontra stb. vonatkozó ada-tokat is tükröz. Természetesen ezekben az esetekben a jelenségeknem követik a (1.6) összefüggést ; a tipikus eseteket tükröző fiktívadatok előzetes feldolgozása és rendezése azonban a felhasználók-nak technikai segítséget jelent, és mindaddig nem is okoz zavart,amíg a felhasználó az ilyen eljárások, adatok alkalmazási lehető-ségeivel és korlátaival egyaránt tisztában van.

Az egyirányú áramlás párhuzamos síkokkal határolt, két-két síkkőzött homogén anyagból készült határoló szerkezeteken át alakulki. Gyakran adódnak azonban olyan geometriai formájú, vagyanyagában inhomogén szerkezetek, esetleg egyes vezetőelemekbőlkialakított hálózatok, amelyekben két-, illetve háromdimenziósáramlás játszódik le . A megoldás elve elegendő számú részrendszerképzése, mégpedig részben a valós határok felhasználásával, rész-ben fiktív elhatárolások bevezetésével . Ezek mindegyikére külön-külön felírható az a mérlegegyenlet, amely az adott részrendszerés a szomszédos részrendszerek (vagy a környezet) közötti egyen-súlyt fejezi ki . Ezek az egyenletek a korábban ismertetett össze-függések felhasználásával a befolyó és a távozó áramokat írjákle . Konkrét tartalmuk többféle lehet (a hő , a vízgőz, a nedvesség,a levegő transzportja). Egyenlet helyett így egy egyenletrendszerkeletkezik, amelyben a szereplő egyenletek számát a részrendszerekszáma határozza meg.

A részrendszerek méretének minden határon túl csökkentése, azazszámuknak minden határon túli növelése a folyamatot leíró diffe-renciálegyenlethez vezet. Miután az analitikus megoldás lehető-

A több dimenziósáramok

Az instacioneráramok

ségei korlátozottak, a részrendszerek méretét rendszerint végesértékűre választják, természetesen a pontossági igényeknek és arendelkezésre álló számítástechnikai lehetőségeknek megfelelően .

Az így kapott differenciaegyenletek megoldására számos hatékonynumerikus, számítógépes eljárás ismeretes. Eredményesen alkal-mazhatók a folyamhálózati algoritmusok, amelyeket eredetilegszállítási feladatok megoldására dolgoztak ki.

A vezetési egyenletek analógiája lehetővé teszi, hogy a vizsgáltprobléma �hasonmását" könnyen mérhető és reprodukálható,más konkrét tartalmú (hidraulikus, elektromos) rendszerben, ana-lóg modellben játszák le, amelyben a jellemző mennyiségek mérés-sel meghatározhatók.

Az időben változó (instacioner) folyamatok esetében a befolyóés távozó áramok, illetve az áram és a forrás általában nincsenekegyensúlyban, így az (1 .1) összefüggés szerint a rendszerben vala-mely extenzív mennyiség s ezzel a rendszer állapotát jellemző vala-mely intenzív mennyiség is az idő függvényében változik . E válto-zások időbeli lefolyása, menetrendje elvileg igen sokféle lehet, dea gyakorlatban a feladatok néhány jellegzetes típus köré csoporto-síthatók . Alegfontosabbak ezek közül : a periodikus, az ugásfdgg-vény és a lineáris jellegű változások, valamint ezek összetételei(szuperpozíciói) .

A periodikus változások lényege az - elvileg számtalanszor -ismétlődő jelenségek egymásutánisâga . Így - bár a folyamat idő-ben változik - kezdeti feltétel nincs, a jelenség kvázistacioner .E periodikus hatásokra a rendszer válasza is periodikus .

Avalóságban az egymást követő, teljesen azonos periódusok számavéges. A tapasztalat szerint azonban elegendő számú (és e számelég kicsiny) periódus után a rendszer viselkedése gyakorlatilagperiodikus (a kezdeti feltételek hatása már elhal).

A periodikus folyamatok számításának alapja az, hogy a rendszerbebefolyó és az onnan távozó áramok (vagy a forráserősség és azáramok) egy periódus időtartamára vonatkozó összege zérus. Ezenaz alapon a rendszer állapotára jellemző intenzív mennyiségek egyperiódusra vonatkozó átlaga egyszerűen - az (1.2)-(1 .6) 6ssze-függésekből kiindulva - határozható meg.

Ha az áramok az idő függvényében középértékük körül ,szabá-lyos" - pl . szinusz - függvény szerint változnak, viszonylag köny-nyen található analitikus módszerekkel összefüggés az áram ampli-túdója és a rendszer állapotát jellemző intenzív mennyiség lengésé-nek amplitúdója között, továbbá számítható a hatás és a válasz

23

közötti időbeli eltolódás is . E kapcsolatok jellemzésére számosfogalmat (hőelnyelés, hőstabilitás, csillapítás) vezettek be . Az elő-zőekben ismertetett összefüggések matematikailag egyszerű eszkö-zökkel tovább vihetők más, kevésbé �szabályos", de periodikusfüggvény szerint változó jelenségekre is .Ugyancsak könnyen található analitikus megoldás azokra az ese-tekre, amikor a változás ugrásfüggvény, vagy lineáris. A válasz arendszer állapotát jellemző intenzív mennyiség exponenciális vál-tozása, melynek sebességét az időállandó fejezi ki .Lényegében bármely tetszőleges időbeli változás az eddig áttekin-tett típusok szuperpozíciójával előállítható. A legbonyolultabb�menetrendű", két- vagy háromdimenziós jelenségek is jól meg-közelíthetők:a rendszert - valós vagy képzelt határoló felilletek-kel - elegendően sok - kicsiny - részrendszerre darabolva, ésa valós időbeli változást elegendően kicsiny ugrásfüggvényekkelközelítve, mindegyik részrendszer mérlegegyenlete felírható. Az ígykapott egyenletrendszer megoldása természetesenjelentós számítás-technikai apparátust, számítógépet igényel. A korábban emlitettekszerint az ilyen típusú feladatok megoldásának célszerű módja azanalóg modellezés is .

1.2 A mikroklima

A mikroklima mindazoknak a tér aránylag kicsiny részére vonat-kozó és egymással kölcsönhatásban is levő elemeknek, tényezők-nek összessége, amelyek az e térben (térrészben, helyiségben) levőélettelen tárgyak és élő szervezetek hő- és anyagcsere-folyamataitbefolyásolják . Az élő szervezet hőérzetét (komfortérzetét) a szer-vezet és a környezet közötti hő- és anyagtranszport határozza meg.Az építészeti, épületfizikai és épületgépészeti tárgyalások során avizsgált tér vagy térrész alatt rendszerint egy adott és a tér többirészétől tényleges épületszerkezetekkel elválasztott és e szerkezetfelületeivel minden irányban és oldalon elhatárolt helyiség értendő.Természetes azonban, hogy a vizsgálat szempontjából a térrészfogalma kiterjeszthető, s így tágabb értelmezésben akár egy utca,egy tér, sőt akár egy egész városrész mikroklímájáról is lehetbeszélni, és ezekben az esetekben a térrészt egyvagy több oldalrólmég képzeletbeli felületek is határolhatják .A mikroklímát az jellemzi, hogy alkotó elemeinek együttese avizsgált térrészt körülvevő tér (terek) hasonló jellemzőitől eltérő ,sajátos módonalakul és változik . Amikroklímára vonatkozó köve-telmények megállapítása, a megengedhető tűrési tartományoknakszabatos meghatározása, adott esetben a fellépő igényeknek mér-

24

A mikroklíma

A mikroklimáravonatkoz6

követelmények

A mikroklíma ésa technológia

téktartó megfogalmazása nagyon fontos, mert a mikroklíma fenn-tartása (a körülvevő tértől eltérő jellemzo6k kialakítása) a hő- ésanyagáramok mérséklését, kiegyenlítését teszi szükségessé. Ez vi-szont építészeti és épületgépészeti eszközök alkalmazásával, s ígynyilvánvalóan mind a két oldalon jelentkező költségekkel jár.

Magától értetődik azonban, hogy egy adott mikroklíma (a környe-zettel együtt) az épületet határoló szerkezetek műszaki jellemzőiegy részének (p1. a nedvességfelvételnek, a lélegzőképességnek) vagylegalábbis azok (pl. a hőszigetelés szükséges) küszöbértékének elő-írását tételezi fel, hiszen csupán e feltételek teljesítésével érhető elaz épület megfelelő minősége, válik egyszerűbbé állagvédelme,könnyebbé karbantartása, ésszerűbbé üzemeltetése, megőrizhe-tőbbé szépsége .

A mikroklímára vonatkozó követelményeket, feltételeket a térrész(helyiség) rendeltetése szabja meg, hiszen pl .

ha egy helyiség (-csoport) emberek tartózkodására, pihenésére,gyógyulására, szórakozására stb. szolgál, akkor a mikroklímáravonatkozó követelmény nem is lehet más, mint a kellemes (vagylegalábbis az adott igényszinten még elfogadható) hőérzet elérése,

ha a szóban forgó tér valamilyen technológiai berendezés, üzemifolyamat, gyártási eljárás befogadására létesül, akkor a mikroklí-mára vonatkozó követelmény(ek) egyértelműen és csakis ezek mű-ködési, üzemi feltételeiből, előírásaiból vezethető(k) le .

A követelmények meghatározása aránylag egyszerű feladat,

ha ún . steril esetekről, azaz egy cél elérésére, egy feladat megoldá-sára rendelt helyiségekről, terekről (pl. hűtőházról, almatárolóról)van szó,

de mindjárt lényegesen bonyolultabbá válik,

ha többféle funkció összegeződésével és eltérő igények együttesé-vel, emellett hosszabb egyidejűségével kell számolni, azaz a techno-lógiai feltételek megteremtése mellett a térben ugyanakkor éshuzamos ideig dolgozó emberek hőérzeti igényeit is ki kellelégíteni .

Ez utóbbi esetben a feladat elfogadható megoldása részben a köl-csönös engedmények elvének, részben pedig a hatás-ellenhatáselvének alkalmazásával érhető el, ami egyoldalról azt jelenti, hogya követelmények (részben vagy egészben) az eltűrhetőség, illetvea káros következménymentesség határáig enyhíthetők, másoldal-ról azt feltételezi, hogy a mikroklímát alkotó elemek közötti össze-függések felhasználásával az egyes, technológiai szempontból fon-

25

tos tényezőknek az emberi hőérzetre gyakorolt kedvezőtlen hatá-sát más, technológiai oldalról nézve kevésbé lényeges tényezőknekellentétes hatását kiváltó módosításával a kívánt mértékig ellen-súlyozni vagy közömbösíteni lehet .

A korszerű épületgépészeti berendezések emellett megadják a lehe-tőségét egy téren (helyiségen) belül - a technológiai, a hőérzetiigényekhez igazodó - egymástól eltérő mikroklímájú térrészekkialakításának is .

A mikroklima tekintetében különleges feladat az állattartási épü-letekre vonatkozó - és ugyancsak a hőérzett ő l függő - követel-mények megállapítása . Ebben a sajátos esetben ugyanis a hőérzet(a hús-, a tej-, a tojáshozamban, az ällatszaporulatban megmutat-kozó) takarmányhasznosítás révén számszerűsíthető, s ily módonjól értékelhető és megbízható tényezőjévé lehet az épületre vonat-kozó (az építészeti, a technológiai beruházás, és az üzemeltetésköltségeit is magába foglaló) komplex gazdaságossägi számításnak.Az ún. �steril" technológiai folyamatokat kiszolgáló helyiségekmikroklimája a technológiai folyamat szerves része . Egyes esetek-ben még számszerű összefüggés is található a termelés valamilyenjellemzője (pl . a selejtarány) és a mikroklimát meghatározó adatokközött, ami viszont a gazdaságossági mérlegelés alapjául szolgálhat.

A hőérzet és a gazdasági eredmény vagy a �termelési minőség'közötti összefüggés (megfelelő adatok) hiányában a szabatos opti-malizálási eljárás elvégzésére ma még nincs lehetőség .

A kellemes hőérzeti állapot feltétele az, hogy az emberi test bio-lógiai hőtermelése az általánosan elfogadott (egészségre nem káros)test- és bőrfelületi hőmérséklet mellett jusson ki a környezetbe .

Ennek a hőátszármaztatási folyamatnak négy legfontosabb ténye-zője :

26

a száraz hőleadás a környezo6 levegőbe,a sugárzásos hőleadás,a légzés útján történő hőleadás, végülaz elpárologtatás útján bekövetkező hőleadás .

A biológiai hőtermelés a fizikában szokásos mértékegységekkel ismegadható, de e célra újabban egy viszonylagos mérőszám, az ún .�met" használatos, amelynek viszonyítási alapja az irodai munkátvégző ember átlagos hőtermelése .

A hőtermelés a tevékenység, a munka jellegétől, az ahhoz sziiksé-ges erőkifejtéstő l függ, és értéke 0,7-7 met között változhat . Érté-két a nem, az életkor, a testsúly, az egészségi állapot és még szá-

A mikroklíma ésaz ember

A hőleadás

Az ellensúlyozáslehetőségei

mos más tényező is befolyásolja. Ezért a hőérzettel kapcsolatosadatok statisztikai jellegűek, s így a hőérzeti méretezés feladatasem lehet más, mint a várható (átlagos) igények szokásos mértékűkielégítése (hasonlóan az emberek által általánosan használt beren-dezések, használati tárgyak, bútorok alakjának és méretének meg-választásához) .

A hőérzeti viszonyokat befolyásolja a ruházat hővezetési ellen-állása . Ezt - a korábbiakhoz hasonlóan - a szokványos �irodaiöltözék" hővezetési ellenállásához hasonlított relatív mérőszám-mal, a clo-értékkel fejezik ki .

A szokásos esetekben és körülmények között a biológiai hőterme-lésnek mintegy 80%-aa száraz hőátszármaztatással, azaz hőâtadás-sal és -sugárzással távozik a test felületéről . A hőátadás a levegőhőmérsékletétől és mozgási sebességétől függ. A sugárzásos hő-leadást viszont az határozza meg, hogy az emberi test felületeimilyen hőmérsékletű , milyen abszorpciós tényezőjű felületeket ésméghozzá milyen 0 térszög alatt �látnak" (1.1 ., 1.2. ábra). Szo-kásos körülmények között a kétféle hőátszármaztatással leadotthőáramok közel egyforma nagyok .

Abban az esetben, ha a hőátszármaztatás feltételei megváltoznak,a szervezet azokhoz igazodni igyekszik, pl .

ha a levegő hőmérséklete nő, a szervezet a bőrfelület hőmérsékle-tének növelésével törekszik annak a hőmérséklet-különbségnekfenntartására, amely mellett a szervezetből a megtermelt hő távoznitud és fordítva,

ha a levegő hőmérséklete csökken, a szervezet a bőrfelület hőmér-sékletének csökkentésével próbálja azt a hőmérséklet-különbségetfenntartani, amely mellett az elfogadható mértékűnél több hő mégnem távozik a szervezetből (1.3 . ábra) .

A szervezet a túlmelegedés ellen verejtékezéssel, míg a túlságos le-hűlés ellen hatékonyabb anyagcserével (tőbb mozgással, nagyobbenergiafogyasztással) védekezik. E védekezési módok a kőrül-ményektől is függenek, erősen korlátozottak, és csak addig enged-hetők meg, míg nem lépik át a kellemes hőérzet határait, ezekentúl ugyanis a káros élettani hatás, az egészségrontás márnem kerül-hető el .

Miután az előzőkben vizsgált hőátszármaztatásnak több különbözőösszetevője van, és azok mindegyike is számos tényezőtől függ, azellensúlyozásnak is sokféle lehetősége adódik :

Pl . a léghőmérséklet növekedésének hatása a hőátadás feltételei-nek javításával, a légsebesség növelésével ellensúlyozható .

27

28

1.1 . ábra. A besugárzási tényező meghatározása szerkesztéssel

(Da=0,104...,, ...

9b= OA37(Pc = 0300Wd= 0,193W�,=0366

3

1.2. ábra . A besugárzási tényezők

9.=0,173fb=02244pa= 0,173Yd=0.033(p,=0391

rya=0,113(Pb=0.075

'Pd=0.0759m=(1419

tp a =0,423wb =0070wa =(1ősa

W m =0349

A különböző - kűls6, belső , fal, mennyezet - felületekre vonatkozó besugárzási tényezők ageometriai viszonyoktól, azaz a helyiségben elfoglalt helyzett ő l is függnek

29

56

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30*C

1.3. ábra . Az emberi szervezet hóleadása1 . az összes hBleadás ; 2. a száraz hBleadás ; 3 . a sugárzásos hBleadás ; 4. a konvekciós hőle-adás ; 5. a nedves hBleadás ; 6. a párolgásos hBleadás

30

W

150

I

mli

- - -

140

130

vL . .. .. . . . . .. . .-r . . ....-. 110

~ III

1100

I

II I

_ 80

l

70

60

50

i ~. 40Ion30

20

_ __I

i

-III~__ I o

Az ellensíilyozáskorlátai

Pl. a hőátadás feltételeinek változása a sugárzásos hőcsere felté-teleinek ellentétes értelmű változtatásával egyenlíthető ki .

Pl. azokban a helyiségekben, ahol a sugárzással leadott hóáramnagy (a külső vagy alacsony hőmérsékletű határoló szerkezeteknagy számavagy felülete következtében), ejelenség a levegő hőmér-sékletének oly mértékű emelésével (azaz a hőátadás csökkentésé-vel) ellensúlyozható, ami lehetővé teszi, hogy az összes száraz hő-leadás mennyisége változatlan maradjon (ehhez viszont nagyobbforráserősségre, azaz nagyobb teljesítményű épületgépészeti beren-dezésre van szükség) .

A felsorolt lehetőségek azonban korlátozottak

Pl . a légsebesség fokozása bizonyos határon túl huzatérzetet okoz(a helyi túlhűlésre a nyak és a boka környéke különösen érzékeny).

Pl . a sugárzásos hőcsere okozta egyoldalas hőelvonás, vagy egyestestrészek (elsősorban a fej) túlhevülése vagy túlságos lehűlése indo-kolt és komoly panaszokat válthat ki .

Pl . huzatérzetet (helyi túlhűlést) okozhat az ablakok üvegfelüle-teinek téli alacsony belső hőmérséklete.

Az alacsony üvegfelületi hőmérséklet következményeként fellépőpanaszok a

tf >- 14 -4,

(1 .7)

egyenlőtlenség teljesülésével szűnnek meg. Ebben az összefüggés-ben tf a felület hőmérséklete [°C], 0 a fej és a felület közötti be-sugárzási tényező, amely kielégítő pontossággal állapítható meg a

egyenletből, ahol

Az (1.7) és (1 .8) összefüggések alapján

= 1 - 0,8

x

(1.8)JA-

x a fej és a felület közötti távolság [m],A a szóban forgó felület nagysága [m2] (szabályos idom ese-tén oldalhossz, átló).

adott felületi hőmérséklethez (szerkezethez) kijelölhető az az xszélességű sáv, az ún. diszkomfort zóna, amelyen belül - atúlságosan nagy sugárzási hőleadás miatt - a hőérzet nem meg-felelő,

adott rendeltetéshez, helyiség felhasználáshoz, berendezéshez meg-határozható - az állandó tartózkodásra szánt hely és a hideg

31

(ablak) felület közötti távolságból kiindulva - a megengedhetőlegkisebb felületi hőmérséklet .

A diszkomfort zóna szélessége természetesen a külső hőmérsékletfüggvényében változik ; emellett egyes tényezők (pl . az ablak réseinát beáramló hideg levegő) rontják, mások (pl . az üvegezésen átbejutó napsugárzás) javítják a hőérzeti feltételeket (1.4 . ábra) .

A sugárzásos hőcsere okozta túlhevülés a

t f <-- 19,2 + ,7

(1 .9)

egyenlőtlenség alapján ítélhető meg, amelynek teljesülése eseténa túlhevülésre vonatkozó hőérzeti panaszokkal már nem kellszámolni [1] .

Az emberi szervezet a túlmelegedés ellen - ha a száraz hőátszár-maztatás lehetőségei korlátozottak vagy kimerültek - a párolog-tatás útján történő hőleadás növelésével védekezik. A bőr felüle-tére kijutó verejték elpárologtatásával ugyan jelentős hőmennyiségkerül a környezetbe, de ezzel egyidejűleg a verejtékezés fokozódásakövetkezményeként a hőérzet is romlik . A verejték elpárolgásánakmértékét a levegő hőmérséklete, nedvességtartalma és mozgásá-nak sebessége határozza meg .

Az elmondottakból következik, hogy a hőérzet számos tényezőfüggvénye és a léghőmérséklet csak egy ezek közül. Ezért a lég-hőmérséklet egyedül nem teremtheti meg a kellemes, a jó hőérzetkialakulásának feltételeit, még akkor sem, ha a megfelelő vagyelőírt értéket eléri és azon marad is . A szóban forgó feltételekközött még a környező felületek (a besugárzási tényező szerintsúlyozott) közepes hőmérséklete is lényeges szerepet játszik . Ez atér minden pontján lényegében azonos értékű, ha a környező felü-letek hőmérséklete is közel azonos, de más és más az értéke, haazok hőmérséklete (mint általános) egymástól eltér (pl . a külsőfalakon, a nyílászárókon és a belső felületeken) . Ezért az átlag-értékkel leginkább a helyiség középpontjában tartózkodó személyhőérzete jellemezhető , míg, ha abból kilépve valamelyik felülethezközeledik, egyre inkább annak hatása érvényesül . Ennélfogva azegyoldali túlhevülés vagy túlhűlés lehetőségének és mértékénekellenőrzése is szükséges, sőt fontos, különösen, ha a környezőfelületek egy részének vagy azok egy szakaszának hőmérsékleteszámottevően eltér a többiekétől, vagy ha a vizsgált felület és atérben tartózkodók közötti besugárzási tényez ő nagy, ami akkoris létrejöhet, ha a személy a felülethez közel (pl . a helyiség szélére,1 .1 . ábra) kerül. Ezeken kívül a hőérzetet még a légsebesség és alevegő nedvességtartalma is komoly mértékben befolyásolja .

32

A hőérzetjelzőszámai

HOMLOKZATI ÜVEGARANY: U; kabl ak=36 W/m2K

t,=-15 -C

4-_-5 -C

te=+5'C

;-j L71

HOMLDKZATI ÜVEGARANY: 0,7; k.blk =3,6 Wlm2K

te= -15 *C

4=-5'C

4wsc

HOMLOKZATI ÜVEGARANY: 0,7: k.bl.k=30 W/mzK

t.=-15 T

0-5'C

4"5 *C

W LaE1.4 . ábra . A diszkomfort zónák

21-.

.(IJ L

Példák a diszkomfort zóna méreteire kdl6nbdz6 ablaktípusok 6s kdldnbbz6 kdls6 h őmér-sékletek mellett

33

A felsorolt tényezők közül a levegő hőmérséklete és a közepessugárzási hőmérséklet (a sugárzást elnyelő gömbbel felszerelt hő-mérővel) mérhető. E két érték számtani átlaga (vagy kisebb kiigazí-tással számított átlaga) az ún . eredő hőmérséklet már jól jellernzia �száraz" hőleadás feltételeit.

A légsebesség elvileg mérhető, de kis sebességek esetén ehhez meg-lehetősen bonyolult felszerelésre van szükség. A mérés nehézségénekelkerülésére dolgozták ki az ún . KATA számot, amely egy erre acélra készített hőmérő lehűlési sebessége alapján fejezi ki a lég-sebesség, a léghőmérséklet (és a sugárzást jól elnyelő felületű érzé-kelő alkalmazásakor még a sugárzási hőmérséklet) együttes hatá-sát a hőérzetre . A mérőszámokat - kísérleti alapon megállapítottés szóban megfogalmazott - ítéletek (pl. �kissé meleg") egészí-tik ki .

A hőérzet teljesebb igényű leírásához a levegő nedvességtartalmá-nak hatását is figyelembe kell venni. A nedvességtartalom mérhető.

A léghőmérsékletre, a közepes sugárzási hőmérsékletre, a 16gsebes-s6gre és a nedvességtartalomra vonatkozó adatokat rendezve - afizikai mennyiségek, a mérhető fiziológiai adatok és a szubjektívítéletek közötti kapcsolatok statisztikai feldolgozása alapján -számos ún . hőérzeti jellemző számot vezettek be . Ezek a számokönmagukban nem mérhetok, csak azok az egyes adatok, amelyek-ből e számértékek képletek vagy diagramok segítségével meg-határozhatók .Az ilyen fajtájú hőérzeti jellemző számok közül legismertebbek :az �effektív hőmérséklet" és az �új effektív hőmérséklet" [2].

1.3 A környezet

A környezet elemei közül sorrendben és jelentőségben egyarántelső a napsugárzás. A Nap egész Földünk léte, energiaforgalma ésenergiaforrásainak kialakulása szempontjából elsődleges, sőt meg-határozó szerepet tölt be, de ugyanez mondható el az épületekenergiaforgalmával kapcsolatos - részben közvetlenül, részbenáttételesen érvényesülő - szerepéről is .

A Nap felületi hőmérséklete mintegy 6000 K, sugárzásánakspektruma azonban jelentősen módosul a Föld légkörén való át-haladás következtében . A módosulás mértéke a levegőben megtettút hosszától (vagyis az időponttól, a szélességi körtől, a tenger-szint feletti magasságtól), a levegő vízgőztartalmától, a levegőbenlevő több atomos gázok és az aeroszolok mennyiségétől függ .

34

A mérhetőség

A napsugárzásjellemzői

A felszínre érkező sugárzás spektrális eloszlását az 1.5. ábramutatja. Természetesen ettől eltérő spektrumokat is tapasztaltak,éppen a felsorolt tényezők változásának függvényében . A felszínreérkező sugárzás spektruma gyakorlatilag a 0,3 um és a 2,5 ymhullámhossztartományban van. A felszínre érkező energiánakgyakorlatilag mintegy fele az infravörös sugárzás tartományára

EINTENZITÁS

1 ANGSTROM

LÁTHATFÉNY

1 CENTIMETER

300 400 500

900 1000

1500

AfnmlINFRAVOROS

1.5 . ábra . A Föld felszínére érkező napsugárzás spektrális eloszlása

1 KILOMETER

35

koz ik X su Gr fradar

'g¢ ma

), 10 -6 104 10-1 1 1

.v.lu

10 2

In(rvo

104

¢s

106 10e r

G G

10 1, nm

esik, csaknem ugyanennyi jut a látható fény tartományára . Az 61et-tani szempontból igen fontos ultraibolya sugárzás az energiafor-galomban - mondhatni - elhanyagolható szerepet játszik.A sugárzás egy része - a légkörben szétszóródva - szórt sugár-zásként érkezik a Föld felszínére . A levegőben levő vízgőz és aero-szolok hosszúhullámú (infravörös) sugárzást bocsátanak ki . Sze-repük a tekintetben döntő , hogy a földi felszínről (talaj, növény-zet, épületek stb .) kiinduló sugárzást is elnyelik : ők a felszínsugárzási partnerei .

Egy adott helyen a légkör határára érkező napsugárzás intenzitása

A napsugárzás- az egységnyi felületre időegység alatt beérkező energia - az idő

intenzitása

függvényében periodikusan változik . A különféle tájolású és haj-lású földi felületekre jutó intenzitásadatok közül elsősorban a mére-tezési állapotnak megfelelőek ismertek . A napsugárzás hatása

140

130

120

110

100

90

e0

0

60

50

30

z0

10

_Wmz

aumaI.

\

unr~~~~~~,1/

1

MIIa VÀ à'IL

r0 MINEv

~ií~~Bannir~MEMEMEM

I .

II.

III .

IV

V

VI.

VII.

VIII.

IX.

X.-

XI .

XII . z

1.6 . ábra. A napsugárzás egy napra eső energiahozamának változása az évfolyamán

36

A napsugárzásintenzitásátbefolyásoló

tényezők

azonban nemcsak a nyári időszakban figyelemreméltó . Az 1.6 .ábra bizonyítja, hogy az intenzitás napi lehetséges összege, illetvelehetséges maximum értéke az őszi-tavaszi hónapokban is magasés még télen sem hanyagolható el .

A napsugárzás intenzitásának lehetséges értékét és időbeli lefutá-sát a horizonton levő terepalakulatok, épületek és magának a vizs-gált épületnek kiugró tömegei, árnyékvető részei is korlátozhat-ják (1.7. ábra). A folyamat egyszerű trigonometrikus összefüggő-sekkel vagy az ismert árnyékmaszk-szerkesztéssel könnyen k6vet-hető. Az épület energiaforgalma - fűtési, hűtési, világítási ener-giaigénye - tehát jelentős mértékben függ a környező be6pítás-től, a domborzattól, a növényzett ől, a tájolástól, a tómegformá-lástól .

A kérdés másik oldala viszont az, hogy ha a horizont nagyobbrészét �földi" tárgyak takarják, a vizsgált épület saját sugárzásakövetkeztében kevésbé hűl le, hiszen közel azonos hőmérsékletűfelületekkel kerül sugárzásos hőcserébe.

Mindeddig csak arról volt szó, hogy a geometriai viszonyok hogyanbefolyásolják a lehetséges napfénytartamot, és ezen keresztül avizsgált felületre sugárzással jutó energiát . A napsugárzás hatásaazonban még több más tényezőtől is függ.

Minél sűrűbb a beépítés ugyanis, annál �érdesebbé" válik a fel-szín, ami viszont azzal jár, hogy a beeső napsugárzásból 20-25%-kal többet nyel el, mint amennyi az épületek, burkolatok, talajstb. atlagos elnyelése, s így ennek megfelelően saját kisugárzása isnagyobb. (Ez az egyik oka a városok felett kialakuló magasabbkülső léghőmérsékletnek, az ún. ,hőszigetnek" is .)

A felszínre érkező napsugárzás intenzitása a település, város nagy-ságától, beépítési módjától, a benne folyó emberi tevékenység jel-legétől és mértékétől, az ipar és a közlekedés okozta 16gszennye-ződ6stől függően csökken. Avároson kívüli felszínre érkező sugár-zás intenzitásához képest kiadódó különbségjelentős, így pl . Buda-pesten a téli hónapokban 17,8-23,4y. között mozog (1960-62között mért adatok) (3) . Az emberi tevékenység szerepét jól bizo-nyítja, hogy az 1937-39-es években csupán e különbség felét m6r-ték. Ugyanez az oka annak, hogy a természetes megvilágítás inten-zitása a város belterületén mintegy 32%-kal kisebb, mint a váro-son kívül.

A levegő páratartalma, a felhőzet is jelentősen befolyásolja a nap-sugárzás intenzitását . A felsorolt tényezők a felszínre érkező sugár-zás várható értékét tovább csökkentik .

37

1.7. ábra . Az ún . égbolt körrajz

38

METSZET

HELYSZÎNRAJZ

Olyan adatgyűjtés és feldolgozás, amely a várható napsugárzás- e tényezőktől függő - intenzitásadatait tartalmazná, e könyvmegírásakor az Országos Meteorológiai Szolgálatnál volt folya-matban. A várható érték becsléséhez azonban támpontul szolgál-hatnak a napsütéses órák számára vonatkozó, havi bontásban ésóraközökre is feldolgozott adatok . Jól közelithető a várható értékolyan módon, hogy a vízszintes felületen mért (és rendelkezésreálló) tényleges intenzitási adatok és az ugyanarra vonatkozó lehet-séges intenzitási adatok arányában torzítják a függőleges felüle-tekre vonatkozó lehetséges intenzitásértékeket . Feltételezve azt,hogy ez az arány nem irányfüggő, ebből az arányszámból és alehetséges intenzitásadatokból a függőleges felületeken várhatóintenzitásadatok egyszerű szorzással előállíthatók [4].

A külső levegő

A külső levegő jellemzői közül legfontosabb a levegő (száraz) hőállapotlellemzői

mérséklete . E területről ismert a legtöbb, a legrészletesebben fel-dolgozott adat. Az éves adatokból előállított gyakorisági és sűrű-ségfüggvények (1.8 . és 1.9. ábrák) mellett rendelkezésre állanaka téli, nyári félévekre, a fűtési és hűtési idényre, a havi reprezentánsnapokra, félnapokra vonatkozó gyakorisági adatok is .

Hasonló feldolgozásokban állnak rendelkezésünkre a külső levegőhőtartalmára (entalpiájára) vonatkozó adatok. A hőmérséklet- ésa hőtartalomadatokból a levegő bármely további állapotjellemzője(relatív nedvesség, nedves hőmérséklet) meghatározható .

Az épületgépészeti berendezések tervezéséhez fontos a külső 16g-hőmérséklet-hőtartalom (értékpórok) együttes előfordulásának,gyakoriságának ismerete . A tervezést jelentősen megkönnyíti a 16g-állapotjellemzők újszerű grafikus feldolgozása [4] .

20

365 -0 NAPOK SZÁMA350

300

250

200

150

100

5040 30 20 10 0/////saungnoucou////aloi/i=icoula°iIMeFAINEH/�

anla

Imam

/////

ausnoBasis

43ii

II //

ïIlnrBar

a%Mama338/// un/l.3..-./níoan/n

//

Loll

some

I

il

///I.II.//

tI IKNOM

/ II/Ii

also

ino

IC//////////90013101

iiSamIrrars/illn°x-zo

0 10 2030 40 50 150 200 250 300 350NAPOK SZÁMA 0

----

~365

1.8. ábra . A külső hőmérséklet gyakorisági függvénye (Budapesten)

6

E

2.~1f0 (f)

39

nn,50

45

40

35

30

25

20

15

10

0- .

.

i

i

i

i

i-20 -15 -10 -5 0 +5 +10 +15 .20 +25 +30

t [°C1

1.9. ábra . A külső hőmérséklet sűrűségfüggvénye

A napsugárzás intenzitásához hasonlóan ez utóbbi adatok is füg-genek a beépítéstől, a város nagyságától, az ott folyó tevékenység-től. Ennek példázására szolgál néhány, Budapestre vonatkozó adat .Az 1.10. ábra a január havi átlagos külső léghőmérsékleteketmutatja.

Az I. táblázat a fűtési hőfokhídadatokat ismerteti . A fűtési hőfok-híd az előírt belső hőmérséklet és a külső hőmérséklet különbségé-nek az 1.11. ábra szerinti időbeli integrálja, a fűtési idény során afűtőberendezéssel áthidalandó hőmérséklet-különbséggel, s így azenergiafogyasztással arányos. A vârosokon belüli magasabb külsőhőmérséklet okai között szerepel a �városi felületek" - már emlí-tett - sugárzási mérlege. Közrehat az a tény, hogy a városi (beépí-tett, leburkolt, vízelvezetéssel ellátott) felületekről szinte telje-sen hiányzik a párolgási hőleadás, ami a természetes talajokés a növénytakaró felszínének hőmérlegében lényeges szerepetjátszik.

A városi környezet módosító hatása leginkább a szél esetében érvé-nyesül . A szabad környezetben mért szélirány- és szélsebesség-adatok lényegében semmi információt nem adnak a sűrűn beépí-

40

A hbfokhld

A szél hatása

:-:10,0

'C

0.0--G5 'C

-05--1,0'C

-1,0--15'C

=15-2,0 1C

-2A--25 *C

<- -2.5 'C

1.10. ábra. Ajanuári havi átlagos külső léghőmérséklet területi megoszlása(Budapesten)

tett területeken belül ténylegesen kialakuló széljárásról . A beépítésmódosító hatása számítással nem követhető , megbízható adatokcsak ahelyszínen, illetve maketteken végzett mérések útján szerez-hetők be .

Az eddigi elemzések, melyeket a szélsebesség és a léghőmérsékletegyüttes előfordulásának (értékpórjainak) gyakoriságával kapcso-latban végeztek, azt mutatják, hogy csak igen gyenge függvény-kapcsolat van a két érték között. Az a tendencia megállapíthatóvolt, hogy - Magyarországon - a külső hőmérséklet csökkené-sével a szél sebessége is általában csökken.

41

42

CD0

.0-2D

SZEPTEMBER

365 f

30350

OKTÔBER NOVEMBER DECEMBER JANUAR FEBRUÀR MÁRCIUS ÁPRILIS

MÁJUS

Mm

~y k3

M

Mmx

u';'u

.. .

mun

1.11. ábra . A fűtési hőfokhíd megállapítása a külső hőmérséklet időbeli vál-tozásátábrázoló függvénybő l

200uuu u

,

r~..r a uorinuF=un umm �.. .m n....mnn

Moueununnn a n.u

allm nu. nm mini

uumnmnu imu úri .in. iunrii

n~n==u. _sunuu

i

un. nu~ nn . m

u "-:m=unRmuiezn.0

:nu::iumou=u~ ~un.~no: ::::= : ::~::i :::í

ru au nn. nnn::nn

a s n::n...nu iiiiiinuuunnn~~: :~ ~. :iinuun.uu.

malmena

ni~nn~ communn unnu

u.

n

~u~mumu

e

nm ~!n::n::::

mou mou

° : ::ú :

::nn °ï. :::::. n

MOI100 2000 10 20 30 40 50

NAPOK SZÁMA 0 --

1.12 . ábra . A fűtési hőfokhíd ábrázolása a gyakorisági görbe felett

0 NAPOK SZÁMA50 40 30 20 10 0

350

365

A �méretezési"

Az egyes jellemzőkről rajzolt eloszlási görbék az épületgépészetiadatok

berendezések beépítendő teljesítményének és a különböző üzem-állapotok gyakoriságának számításához szolgáltatnak lényegesinformációkat.

Természetszerű, hogy az egyes berendezések teljesítménye nem ameteorológiai észlelési időszak alatt egyetlen egyszer előfordulóabszolút szélsőértékből kiindulva határozandó meg, hiszen ez túl-zott biztonsági tartalékokhoz és gazdaságtalan berendezések ki-alakításához vezetne. A szélső- és az ahhoz közeli értékek előfor-dulásának valószínűsége ugyanis igen csekély. A gyakorisági gör-béről leolvasható, hogy egy megadott értéknél kedvezőtlenebbérték az év (vagy más vizsgált időszak) folyamán összesen hány óra(nap) időtartamban fordulhat elő (1.12. ábra), illetve hogy ennekhány százalékos a valószínűsége . Miután egy épületgépészeti be-rendezés alulméretezettsége nem a létesítmény tönkremenetelét

43

1. táblázat

Helység OG/12Z' _ 18G_o

zs

Bp . Meteorológiai Intézet 3090 189 2546 170Bp . Csillagda 3634 215 3043 193Sopron 3283 205 2712 183Szombathely 3342 208 2763 185Nagykanizsa 3116 201 2546 176Pécs 2928 187 2392 165Paks 3056 193 2501 169Székesfehérvár 3072 193 2527 171Gyór 3059 193 2494 170Veszprém 3298 203 2743 182Siófok 3031 192 2484 169Keszthely 3026 193 2477 170Magyaróvár 3258 202 2700 180Salgótarján 3472 210 2891 188Eger 3265 200 2612 179Miskolc 3414 201 2849 179Putnok 3497 209 2912 187Alsófügöd 3470 205 2914 184Nyíregyháza 3372 203 2824 181Mátészalka 3352 200 2912 187Debrecen 3353 202 2801 181Szarvas 3050 189 2516 168Békéscsaba 3001 187 2477 166Túrkeve 3171 193 2635 172Szeged 2933 186 2490 163Vác 3195 196 2650 174Jászberény 3192 194 2663 174Nagykőrös 3172 195 2635 174

G: h őfokhídz : fű tési napok száma

okozza, hanem csak pl. a hőérzeti feltételek csekély mérvű átme-neti romlásával jár, a beépített teljesítmény meghatározásakor azésszerű kockázat vállalása teljesen indokolt . A kockázati szint ebbenaz összefüggésben azt jelenti, hogy hány százalék a valószínűségeolyan értékek előfordulásának, amelyek a méretezés alapjául válasz-tott értéknél kedvezőtlenebbek . A kockázati szintről az épület ren-deltetése, hőtechnikai jellemzői, a berendezés jellege alapján lehetdönteni . Reális értéknek látszanak például a következők:kórházfűtőberendezése esetén 2%, lakóépület fűtőberendezése esetén 55/.,ipari épület fűtőberendezése esetén 15% .

Valójában az elégtelen teljesítmény kockázata jóval kisebb, minta fentiek szerinti kockázati szint. A méretezés alapjául szolgálóértéknél kedvezőtlenebb értékek ugyanis nem egy összefüggő idő-tartamban fordulnak elő, hanem ez az időtartam több részre oszlikmeg. Így egy-egy olyan időtartam hossza, amely alatt a vizsgáltérték a választottnál kedvezőtlenebb, igen rövid, sokszor csak egy-két napot tesz ki . Ilyen rövid idő nem elegendő ahhoz, hogy azadott értékekhez tartozó stacionárius (állandósult) állapotnak meg-felelő áramok kialakuljanak, s így az épületek belső tereinek álla-potára jellemző mennyiségek csak csekély mértékű változást szen-vednek. (A helyiségek, épületek - ún . külső - időállandói egy-két-három nap értékűek.)

Ugyancsak csökkenti a kockázatot az a körülmény is, hogy az épü-letek energiaforgalma több tényező függvénye, melyek mind való-színűségi változók. A méretezés során több tényező hatását veszikfigyelembe. E tényezők azonban gyakorlatilag egymástól függetle-nül változnak . Szinte elhanyagolható annak valószínűsége, hogyamikor az egyik tényező (pl . a léghőmérséklet) legkedvezőtlenebbértékét veszi fel, ugyanakkor adódjék más tényezők (pl . a nap-sugárzás, a szél) legkedvezőtlenebb értéke is .

A méretezési teljesítmény mellett igen fontos kérdés a berendezé-sek lehetséges üzemállapotainak vizsgälata . A különféle állapotokgyakoriságáról az eloszlásfüggvény ad tájékoztatást, a legnagyobbgyakorisággal előforduló állapotok a görbe legkevésbé meredekszakaszához tartoznak .

1.4 Az energiaforgalmat befolyásoló tényezők áttekintése

A vizsgált rendszer - az eddig (az 1 .1 alfejezetben) elmondottakértelmében - maga az épület (méghozzá anyagaival, szerkezetei-vel, berendezéseivel, emberi tevékenységeivel, gépi üzemeivelegyütt) . E rendszert környezetétől (építészeti-épületszerkezeti) felü-letek választják el .

44

A rendszer

A részrendszerek

Abban az esetben, ha az épület helyiségek csoportjából, halmazá-ból áll, kézenfekvő , hogy maguk az egyes helyiségek vagy azokvalamilyen (tájolás szerinti, funkció alapján összefüggő, térbelilegegybekapcsolt, szintszerint azonos) csoportja az épület (mint rend-szer) részrendszereinek tekinthető . Abban az esetben, ha az épületegyterű - nagyterű , csarnokjellegű stb. - a részrendszerek kép-zeletbeli (fiktív) elválasztó felületekkel is kialakíthatók, ha a ren-deltetés, a használati mód, a téralak vagy térméret következtébenaz intenzív jellemzők (pl. a hőmérséklet, a páranyomás, a világításerőssége, a szennyező anyagok töménysége) eloszlása az egésztéren belül annyira egyenlőtlen, hogy azok átlagértékkel - számot-tevő hibaveszély nélkül - már nem jellemezhetők.

Az áramok

Az épületben (vagy azok egyes helyiségeiben, tereiben) a rendelte-kialakulása

tésnek (használati módjuknak) megfelelően egy vagy több - a

Az áramok

A kialakuló áramok nagysága függ a rendszert, a lehatárolt tér-részt, azaz az épületet körülzáró felületek méreteitől .nagysága

mikroklímára jellemző - intenzív mennyiséget - pl . a hőmérsék-letet, a nedvességtartalmat - egy megadott (előírt) értéken vagyegy meghatározott értéktartományon belül kell tartani. Mivel ezaz érték a környezet megfelelő (adott vagy feltételezett) értékeitőlaz év kisebb-nagyobb részében többé-kevésbé eltér, az intenzívmennyiségek egyenlőtlen térbeli eloszlása, s következményükkéntáramok kialakulása elkerülhetetlen .

A kialakuló áramok - mivel többféle intenzív mennyiségről vanszó - részben vagy teljesen kiegyenlíthetik egymást, mégpedigakár az egyes részrendszerek, akár a teljes rendszer, azaz az egészépület vonatkozásában .

A rendszeren belüli (emberi szervezetből, tevékenységből, techno-lógiai berendezésből, folyamatból, világításból stb. származó)ún. spontán források (vagy nyelők) az érkező (befolyó) és a távozó(kifolyó) áramok különbségét annak előjelétől függően növelikvagy csökkentik .

E méretek viszont aránylag széles sávban és meglehetősen kötetle-nül választhatók meg, sőt még az építészeti elképzeléshez, a szer-kezetek valamilyen előre megszabott rendjéhez és egyéb adott fel-tételekhez (pl. a tömegtermelés szempontjaihoz, az épületfizikaigényeihez, az értelmes energiagazdálkodás követelményeihez) istöbb-kevesebb szabadsággal hozzäigazíthatók, bár azokat nyilván-valóan az épületnek - a tömegformálásra és a térrendszer kialakí-tására egyaránt kiható - rendeltetése, és annak - ajellemző hasz-nálati adatokból, méretrendből kiadódó - kubatúrája is számot-tevően befolyásolja .

45

Az előzőkből következik, hogy az áramok először - és nem iscsekély mértékben - a térrész geometriájával, az épület tömeg6-nek alakításával befolyásolhatók . Ez a lehetőség a tervezés teljesfolyamata alatt adott, tehát az első építészeti elképzeléstől a végle-ges kiformálódásig tartó egész úton érvényesíthető .

Magától értetődik azonban, hogy e feladat nem egyszerűsíthető lea �legnagyobb tömeghez rendelt legkisebb felület" megkereséseelvének meghirdetésére, sem annak adott feltételek melletti meg-valósítására,

46

hiszen rendkívül összetett probléma megoldásáról, nagyonsokféle (pl. városképre, építészetre, funkcióra, szerkezetrevonatkozó) igény, egymással nehezen összeférő (pl . zárt épí-tési rendszer mellett a használati hajlékonyság, kis alapterüle-ten a nagy lakóérték elérésére vonatkozó) feltétel, nemegy-szer nem is mérhető (pl . a használati értékre, az otthonosságra,a szépségre vonatkozó) követelmény értékelésérő l, majd sza-bályozásáról, végül egyeztetésérő l, s ha lehet, összhangba hozá-sáról van szó,

hanem ehelyett az áramok kiegyenlítődésének az elérhető leg-nagyobb mértékű lehetőségét (és az ehhez szükséges feltételeket)kell megteremteni,

hiszen az egyes állapotjellemz ők a legegyszerűbb és egyben alegolcsóbb módon éppen az áramok szervezésével érhetők el(ennek példázó igazolására : a magasabb és alacsonyabb hő -mérsékletű terek ésszerű csoportosítása, a világításból és másspontán forrásokból felszabaduló hő hasznosítása stb .) .

Magától értetődik továbbá az is, hogy ha nagy térfogatú épületrőlvan szó, akkor a tömeg és a felület viszonya szempontjából ked-vező (pl . ideálisan a gömbhöz vagy a kockához, a zömök hasábhozközelálló) alak kiválasztása - a felület és a belső mag messzirekerülése következtében - nagyon is jelentős építészeti hátrányok-kal, használatiérték-csökkenéssel jár,

hiszen a belső rész vagy sötét, levegőtlen, s így csak másod-rendű funkció ellátására alkalmas, vagy

mind a beruházás, mind az üzemeltetés költségét számottevőennöveli,

hiszen a belső tércsoport, térsáv mesterséges szellőztetésre,világításra szorul, amihez külön forrásokra, azaz épületgépé-szeti berendezésekre, és azok csaknem állandó üzemeltetésérevan szükség, ami

az energiamérleget is kedvezőtlenül befolyásolja, a viszonylagkicsiny külső határoló felületek kedvező hatását lerontja.

A tömeg alakjaés mérete

A tájolás, az

A külső hatások egy része (pl. a napsugárzás, a szél) irányfüggő,uralkodó szélirány

azaz az épületeknek (térelhatároló felületeiknek) az égtájhoz viszo-nyítva szabadon megválasztható vagy (pl. utcavonallal) adott hely-zetétől, illetve a tapasztalati adatok alapján feltételezett uralkodószéliránytól függ. Ez azt jelenti, hogy egy adott pillanatban a telje-sen azonos minőségű (anyagú, méretű, kialakítású, tulajdonságú),de eltérő tájolású felületek energiaforgalma egymástól lényegesenkülönbözhet, sőt, az áramok eredőjének előjele még ellenkező islehet.

A körrajztagoltsága

A felületekösszméretei és

minősége

Az energiaforgalmat természetesen a körrajz tagoltsága is befolyá-solja, egyoldalról a felület/térfogat viszony módosulása következ-tében, másoldalról a .beeső napsugárzási energia, az épület felüle-téről kisugárzott energia, az épület körül - a szél hatására - ki-alakuló nyomáseloszlás megváltozása révén. A hatás tehát össze-tett, és előnyös vagy hátrányos vonásai a környezeti feltételek vál-tozásával az év folyamán ugyancsak változnak.

Az épületet határoló felületek összméretei az energiaforgalmat nem-csak mennyiségi, hanem minőségi értelemben is befolyásolják.Ennek példázó bemutatására : a felületek vízszintes irányú méreteijelentősen befolyásolják a szél hatására, függőleges méretei pediga fajsúlykülönbség hatására kialakuló nyomáseloszlást, s így arendszer és a környezet közötti levegőforgalmat is (a konvektívhőáramot).

Az épületet lehatároló szerkezetek külső felületének kialakítása,anyagainak, tulajdonságainak, textúrájának, színének megválasz-tása, felületének megmunkálása, mind a napsugárzással szembeniviselkedés tekintetében, mind a saját kisugárzás szempontjábólnagy fontosságú .

Az iivegarány

E tekintetben döntő a különbség a napsugárzást kisebb-nagyobbmértékben átengedő felületek (pl. az üvegezés, az árnyékolók) és asugárzást át nem bocsátó felületek (pl. a tömör falak, a tetők)között. Éppen ezért e kétféle csoportba tartozó felületek egymás-közti (kedvező, megfelelő vagy éppen elfogadható) arányának meg-állapítása energetikai szempontból egyenesen meghatározó, ugyan-akkor és szükségszerűen építészeti, szerkezeti és funkcionális szem-pontból is nagyon fontos, hiszen lényeges szerepet játszik a tömegformálásában és tagolásában, következésképpen az építési rendszerés méretrend, az alaprajzi elrendezés és a homlokzati szerkezetekmegválasztásában, végül, de nem utolsósorban a homlokzat építé-szeti kialakításában, az áttört és zárt felületek arányának, a fénylőés fénytelen részek viszonyának, a csillogó és tompa szakaszokmonoton vagy ritmizált váltakozásának megállapításában.

47

Az elmondottakból világosan következik, hogy a kétféle (a sugár-zást áteresztő és át nem bocsátó) felület arányának helyes megvá-lasztása, az értelmesen szóba jöhető változatok kimunkálása M116-nösen nehéz feladat,

hiszen a téli és a nyári időszak igényei e tekintetben egészen mások,

hiszen a hő- és a világítástechnika szempontjai is ellentétesen vál-toznak,

hiszen az épületet nem egy választott időszakra vagy állapotra,hanem egész élettartamára kell megtervezni, méghozzá annak ege-szét és nem is egyes részeit,

hiszen az egyes részek önmagukban előnyös kialakítása a másrészek oldaláról nézve akár kedvezőtlen is lehet (pl . a légtechnikavagy hűtőberendezés területén mutatkozó előnyök a világítás- ésfűtéstechnika szempontjából még jelentő s hátrányokkal járhat-nak) .

A tömör határoló szerkezetek hőátbocsátási-hőszigetelési tulaj-donságai a - megadott feltételek mellett kialakuló - vezetéseshőáramok meghatározói, míg a felületek légáteresztési jellemző i akialakuló légáramot és a vele járó konvektív hőáramot befolyá-solják .A sugárzást átengedoô és át nem bocsátó felületek aránya, a felület-képzések módja, az egyes vezetési tényezők egymás közti viszonyadönti azt el, hogy az eddig felvázolt jelenségek közül melyekneklesz �uralkodó" (domináns) szerepe . A jelenségek ,rangsorának-kérdésébe természetesen a befoglaló méretek nagysága és a kör-rajz, a tömegalakítás is belejátszik .

A környezet, az egyes áramokat kiváltó intenzív jellemzők az évfolyamán különböző módon változnak . Ennek következtében arendszer és a környezet közötti áramok értéke, egymáshoz valóviszonya is változik, ami azt jelenti, hogy az egyes tényezők szere-pet cserélnek, a �rangsor" módosul, az �uralkodó" szerepet mástényezők veszik át . Rendkívül fontos annak felismerése, hogy azegyes mennyiségek milyen értékei mellett alakulnak ki olyan minő-ségileg új helyzetek, amelyek az egyes tényezők szerepcseréjéhez,új uralkodó tényező fellépéséhez vezetnek, mert az épület és a kör-nyezet közötti áramok tényleges és tudatos befolyásolása csak az�uralkodó" tényezőn keresztül lehetséges .

A környezet intenzív jellemzői az épület körül egymástól függetle-nül, különbözőképpen és különböző módon értékelendo6en változ-nak, hiszen a külső levegő hőmérsékletének térbeli alakulása álta-lában figyelemen kívül hagyható, míg a napsugárzás intenzitása a

48

A határolószerkezettulajdonságai

A környezetintenzívjellemzőinekváltozása

tájolástól és a környezet árnyékvető hatásától függően, a 16gnyo-más eloszlása pedig a tájolás (szélirány) és a magasság függvényé-ben, méghozzá mindkettő vonatkozásában (igen differenciáltan)változik .

Az épületen belüli

Az épületen belül a léghőmérséklet értékeit általában (hatósági)hő- és légáramok

rendelkezések írják elő . Az egyes helyiségekre megadott értékektöbbnyire azonosak vagy legalábbis közel azonosak . A légnyomástekintetében ilyen megkötöttségek általánosan nincsenek, legfel-jebb a �kisebb vagy nagyobb legyen" feltétel kikötése szokásos (pl.a kedvezőtlen szag beáramlásának meggátlására) . Az épületenbelül tehát az egyes helyiségek között a hőmérséklet-különbség-ből adódóan jelentős hóáramok rendszerint nem alakulnak ki,következésképpen a részrendszereket elválasztó határoló szerkeze-tek hőszigetelő értéke sem játszik többnyire számottevő szerepet.Ugyanakkor az épületen belüli egyenlőtlen nyomáseloszlás - amely-nek differenciáltsága az épület körrajzától, befoglaló méreteitőlés tájolásától függ - nagyon is jelentős légáramokat és konvektívhőáramokat hozhat létre . E szempontból az épület (külső és belső)határoló szerkezeteinek minősége, a különböző jellegű (külső ésbelső) légáteresztő szerkezetek ellenállása, az épület és a környe-zet, különösen az egyes helyiségek közötti kapcsolatrendszer ko-moly szerepet játszik.

Az áramokváltozása

Az elmondottakból következik, hogy a levegőforgalom, s az ezzelkapcsolatos, konvektív hőáramok alakulása az épület egészétőlfügg, következésképpen annak a kérdésnek a megítélése, hogy azépület energiaforgalmában milyen a hőátbocsátás, a sugárzásos ésa konvektív hőcsere viszonya, szintén csak az épület egészénekismeretében lehetséges .

Ugyancsak az épület egészére - a tereket körülvevő külső és belsőhatároló szerkezetek összességére, a levegőforgalomra, a berende-zési tárgyakra - vonatkozó kérdés az is, hogy a rendszeren belülegy extenzívjellemzőmegváltozása ahozzá tartozó intenzív jellemzőmilyen mértékű és mikor bekövetkező változásaival jár együtt .Például : ha a rendszer hőt vesz fel, hőmérséklete megváltozik.Nem közömbös azonban, hogy e változás milyen mértékű, hiszenegyrészt a szükséges kompenzációnak ezzel kell arányosnak len-nie, másrészt ha a változás olyan kicsi, hogy az a helyiség, a tér,az épület rendeltetésszerű használatát nem zavarja, nincs is tenni-való. A legegyszerűbb �szabályos" menetrendek esetén a hő- és ahőmérséklet-változás közötti kapcsolat az időállandóval, a csilla-pítással, a késleltetéssel, a hőstabilitással jellemezhető .

Az, hogy az épület és a környezet közötti áramokat előidézo" inten-zív mennyiségek az idő függvényében változnak, adottság, követ-

kezésképpen az épület határoló felületein áthaladó áramok válto-zása is szükségszerűség. Az azonban, hogy az áramok és azok vál-tozásai mekkorák lesznek, az elhatárolás helyes kialakításával ked-vező irányban befolyásolható . A rendszerbe befolyó és onnantávozó áramok különbsége tehát az idő folyamán kisebb vagynagyobb mértékben változik (ezt jól példázza a napi periódusú vál-tozás, amikor a különbségnek nemcsak a nagysága más, de mégaz előjele is változhat). E kiegyenlitetlen különbség (a példában anapi ingadozás) a rendszerben a hő felszaporodását, illetve kisülé-sét idézi elő, amelyet a rendszer állapotára jellemző hőmérséklet-ingadozás kísér.Ha az ingadozás a �tűrési határ"-on belül van, kompenzálásranincs szükség, tehát nem kell forrást igénybe venni, azaz az épületépületgépészeti beavatkozás nélkül üzemeltethető.Ha az ingadozás átlépi az elfogadható tartomány határait, akkora befolyó és a távozó áramok (és a korábban már emlitett �spon-tán", azaz nem épületgépészeti céllal működtetett, de kihatásaik-ban azt érintő források) közötti eltérést mesterséges forrással (nye-lővel), tehát épületgépészeti beavatkozással kell kompenzálni. Ez aművelet kisebb forráserősséggel - gyengébb teljesítményű beren-dezéssel - is végrehajtható, ha a rendszer úgymond �lusta" .

Az elmondottakból világosan kiderül, hogy az épület tömegformá-lásától és körrajz kialakításától kezdve, a határoló felületek és abelső szerkezetek megoldásán keresztül egészen a térkapcsolatokrendszeréig számos lehetőség nyílik az épület és a környezet közöttkialakuló áramok ésszerű befolyásolására, a részrendszerek közöttiáramok célszerű szervezésére, a befolyó és a távozó áramok killönb-ségének időbeli változásából adódó hatások mérséklésére .E lehetőségek nemcsak kihasználhatók és kihasználandók, de (akti-vizálással) még fokozhatók is . Az épület természetes szellőztetésé-vel, a külső és belső határoló szerkezetek kiszellőztetésével ugyanisolyan konvektív áramok hozhatók létre, amelyekkel az épület ésa környezet közötti áramok kedvező irányban befolyásolhatók, arendszer és a környezet közötti hőcsere a rendeltetésszerű haszná-latra szánt térrészek elkerülésével valósítható meg.További lehetőségek adódnak az épületen belül működő �spon-tán" források figyelembevételéből, sőt aktivizálásából . A �spon-tán" források számításbavétele már része a szokványos méretezésieljárásnak a hűtőterhelés meghatározásakor (hiszen figyelembeveszik a technológiai berendezések, az emberek, a világítás hőleadá-sát), de még nem része - bár indokolt volna - a fűtőteljesítménymegállapításakor (hiszen egy mai átlagos méretű lakás világításá-hoz és háztartásai gépeihez szükséges csatlakozási teljesítmény el-

50

A befolyásoláslehetőségei

Az ëpületüzemeltetése

éri a fűtőteljesítmény 23-30%-át, és atényleges kihasználás együttnő a fokozódó komfortigényekkel), különösen olyan esetekben(pl. nagy megvilágítás igényű köz- és ipari épületekben), ahol avilágítási- és a fűtésiteljesítmény összemérhető. Ezek a spontánfonások is aktivizálhatók, hőleadásuk konvektív áramok segítsé-gével az épületből a rendeltetésszerű használatra szolgáló terekelkerülésével eltávolítható, sőt az épületnek azokba a helyiségeibeszállítható, vagy olyan épületgépészeti berendezéseihez is elvihető,ahol fűtőteljesítményre van szükség.

Ezekkel és hasonló intézkedésekkel a rendszerbe befolyó és azonnan távozó áramok és a spontán források erőssége közti különb-ség - amit természetesen további forrásokkal, épületgépészeti be-rendezésekkel kell még kiegyenlíteni - optimális értékűre csök-kenthető.

Az eddig elmondottakból nyilvánvaló, hogy

a fűtő- vagy a hűtőteljesítmény meghatározásakor az épületés a környezet közötti áramokon kívül a spontán forrásokerősségét is figyelembe kell venni,

aberendezések kialakítása során lehetőleg a különböző épiilet-gépészeti rendszerek közötti szervezett energiaforgalom fel-tételeit is meg kell teremteni,

az épületgépészeti rendszerek részeként egyes épületszerkeze-tek (pl. a szellőztetett épülethéjak) aktivizálására is kell töre-kedni.

Különösen - még a teljesítmény kérdését is meghaladóan - fon-tos, hogy az épületgépészeti berendezések működése, szabályo-zása - az épület viselkedésével teljes összhangban - mindig azelőírt intenzív jellemzők biztosításával kompenzálja az áramokkülönbségét. E feladat megoldása főként akkor nehéz, amikor azépület sok vagy nagyon sok helyiségből áll, hiszen az egyes helyi-ségek differenciáltságát az épület nagy befoglaló méretei, körrajzá-nak tagoltsága, egyes homlokzatainak különböző tájolása, a kör-nyezet beépítésének változatossága még tovább fokozza, bonyo-lítja.

Az egyes helyiségek energiaforgalmában más és más tényezők ját-szanak uralkodó szerepet : a külső hatások a helyiségek különbözőválaszait váltják ki .

Az előzőkből következik, hogy

egy közös és egységesen szabályozott épületgépészeti rendszerrelaz eltérő, esetleg az erősen különböző igények maradéktalanulnem elégíthetők ki,

meg kell találni az épületgépészeti rendszereknek - az eltérő visel-kedésű helyiségekhez (helyiségcsoportokhoz) igazodó és különszabályozott részekre, zónákra bontásának módját, és (lehetőlegoptimális) mértékét,

a tervezés során a különféle üzemállapotok gyakoriságát is figye-lembe kell venni.

A külső felületek hőmérsékletének meghatározása az épületbe(helyiségbe, térbe) bejutó vagy onnan eltávozó hőáramok számí-tásának része, emellett kiinduló adatokat szolgáltat a hőhatásokozta mozgások és az akadályozott mozgásból keletkező feszült-ségek mértékének számításához, végül lehetőséget ad a felületöregedésének megítélésére, károsodásának megbecsülésére.

A külső felületi

Asugárzást át nemengedő külső felületeken át lejátszódó hőtransz-hőtranszport

port négy alapvető jelenségből tevődik össze, éspedig

A szabad áramlás

2. Határoló szerkezetek

2.1 A tömör határoló szerkezetek

2.11 A felületen lejátszódó jelenségek

a felület és a külső levegő között konvektív hőátadás játszó-dik le (qk),

a felület a beeső napsugárzás egy részét elnyeli, más részétvisszaveri (qN),a felület és a környezet között sugárzásos hőcsere jön létre(qj,a felület és a mögötte levő rétegek között vezetéses hőáramalakul ki (qj.

A felület hőmérlege tehát (2.1 . ábra)

qk+qN+qB+q,=0 .

A konvektiv

Afelület és a külső levegő közötti konvektív hőátadás a hőátadásibUtadás

tényezővel jellemezhető. A korábban felírt (1 .3) összefüggés sze-rint az átadott hő a hőmérséklet-különbség és a hőátadási tényezőszorzatával egyenlő . Az összefüggés csak látszólag egyszerű, hiszena hőátadási tényező (mint már volt róla szó), nem egy adott, rög-zített számérték.A konvektív hőátadás - mint elnevezéséből is következik - afolyamatban részt vevő levegő áramlásával jár.

Ha az áramlást csak a hőátadás folyamatát előidéző hőmérséklet-különbség, illetve az ezzel együttjáró sűrűségkülönbség okozza, a

53

jelenséget szabad áramlásnak nevezik. A szabad áramlás képe ésvele együtt a hőátadási tényező értéke függ attól, hogy milyen ahatároló felület helyzete, mérete és milyen a hőátadás iránya .

2.1 . ábra . A határoló szerkezet külső felülete hőmérlegének sémája

54

A függőleges

Függőleges felületek esetén azok mentén egy nagyon vékony, afelület esete

felületi súrlódás folytán zavart áramlású, (a felülettagolás helyeinmegszakadó, majd újra létrejövő) határréteg alakul ki, amelyentúl az áramlás már zavartalan . Az áramlás iránya felszálló (a felü-let mellett), ha a hőátadás a felületről megy a levegőbe. A hőát-adási tényező - egyszerű, tapasztalati, kőzelitő összefüggésekszerint - a hőmérséklet-különbség és a felületmagasság függvénye.Számértéke a reális esetekben 2 és 5 W/m' Kközé esik .

A vizszintes

Vizszintes felület eseténfelület esete

A kényszeráramlás

ha a hőátadás iránya megegyezik a levegő mozgásának irányával(pl . a levegőnél melegebb felületről felfelé), a távozó levegő helyébekis konvektív �kutak" formájában kerül friss levegő, a hőátadásintenzívebbé válik, és a hőátadási tényező számértéke - reáliseseteket feltételezve - 2 és 7 W/m' K kőzötti, mígha a hőátadás iránya és a levegő mozgásának iránya ellentétes, afolyamat kibontakozását a levegő rétegződése, a kialakuló �párna"fékezi .

Ha a levegő áramlását (a hőmérséklet-különbségen kívül) vala-milyen külső hatás - ez esetben a szél - idézi elő, akkor a jelen-séget kényszeráramlásnak nevezik.

A hőátadási tényező értéke közelítő tapasztalati összefüggésszerint :

a = 7w°°7e

a=6-15 .

w > 5 m/s szélsebesség esetén . Ha pedig a szélsebesség ennélkisebb, a szabad áramlás hatása is számottevő, s így közelítéssel

a = 5,57 + 4 w .(2 .2)

Mivel az átlagos szélsebesség értéke 2 m/s körüli, a hőátadásitényező számértéke általában:

A hőátadás folyamata gyakorlatilag nem befolyásolható . A fal-éh födémszerkezetek hőátbocsátási tényezője azonban többnyirenem is érzékeny a hőátadási tényező vältozására. Pl. egy a maikövetelményeknek megfelelő (k = 0,50,7) hőátbocsátási ténye-zőjű fal hőátbocsátása mindössze 3-5%-kal változik, ha a külsőhőátadási tényező átlagos értékének kétszeresére nő .

55

Abeeső napsugárzásból a felület âltal elnyelt hányad az aN nap-sugárzásra vonatkozó abszorpciós tényezővel fejezhető ki :

Orr = aN I ,

ahol I a napsugárzás intenzitása . A napsugárzásra vonatkozó ab-szorpciós tényezőt a felület színe, a felületet borító festék pigment-tartalma, a felület érdessége befolyäsolja .

A visszavert sugárzás a felület hómérlege szempontjából a továb-biakban általában már közömbös . Egyes sajátos vagy kivételesesetekben azonban (pl. ha az épület környékén nagy visszaverőképességű a felszín vagy az épület ún . lepényrészének tetőfelülete,vagy a szemközti épület homlokzata), a környezetből visszaverődőnapsugárzás, illetve a két �földi" felület között többszörösen oda-vissza verődő napsugárzás az energiamérleget már észrevehetőenbefolyásolhatja, ami tulajdonképpen az I értékének a visszaverő-dött hányaddal való megnövekedéséből adódik.

A napsugárzásra vonatkozó abszorpciós tényező a felület hőmér-legében lényeges szerepet játszik. Vizsgálatára rendszerint akkorkerül sor, ha a feladat az épületbe nyáron bejutó hóáramok mér-séklése és a hőhatás okozta alakváltozâs, mozgás korlátozása.Eterületen sokáig az az álláspont érvényesült, hogy e célok elérésé-nek egyetlen módja az aN értékének csökkentése, vagyis világos,sima felületek kialakítása . E módszer valóban célravezető, de csakabban az esetben, ha ennek következtében a felület más tulajdon-ságai nem ellentétes értelmű összhatást kiváltó módon változnakmeg. A felület hőmérlegében ugyanis a felületről kisugárzott ener-gia, a felület és a környezet közötti sugárzási hőcsere is fontosszerepet játszik.

A vizsgált felület hőmérséklete a sugárzási jellemzők szempontjá-ból �szűk" határok között mozog (mert e tekintetben a -100 °C+ 100 °C közötti tartomány �szűknek" tekinthető), és e hőmér-séklet a már elterjedt szóhasználat szerint �alacsonynak" minősül(mert a megadott tartományon belüli értékek a Nap felületi hő-mérsékletéhez viszonyítva valóban �alacsonyak") . Az ilyen ala-csony hőmérsékletű felületekről infravörös sugárzás lép ki . Emiatta felület sugárzási jellemzői (az alacsony hőmérsékletű infravörössugárzás tekintetében) csupán a felület anyagától és érdességétőlfüggenek, de színétől nem.

Az e területen végzett részletes vizsgálatok [5] igazolták, hogy

56

az említett szűk hőmérséklet-tartományban az abszorpcióstényező hőmérsékletfüggése elhanyagolható,

az alacsony hőmérsékleti sugárzásra vonatkozó abszorpcióstényező és emisszióképesség gyakorlatilag azonos értékű.

A beesőnapsugárzás

A kisugárzottenergia

A földi felületekközötti sugárzásos

hUsere

Ezért az egységnyi felületről időegység alatt kisugárzott energia a

összefüggéssel fejezhető ki, ahol

T 4q = E

f

i l00 l(2.3)

s az alacsony hőmérsékleti sugárzásra vonatkozó emisszióstényező,Tfa felület (abszolút) hőmérséklete [K].

A környezetben található földi felületek (a szomszédos épületek,az út- és járdaburkolatok, a talaj, a növényzet) hőmérsékleteugyanabbaatartományba esik, mint a vizsgált felületé . Ennek követ-keztében a vizsgált felület és a többi földi felület között - az infra-vörös tartományban - sugárzásos hőcsere játszódik le, a vizsgáltfelületre érkező sugárzás a = e hányadát a felület elnyeli.

E sugárzásos hőcsere mérlege attól függ, hogy

a folyamatban szereplő felületeknek mekkorák a hőmérsékleteik,.és mekkorák az alacsony hőmérsékleti abszorpciós (= emissziós)tényezőik, továbbá, hogy

a szóban forgó felületek milyen térszög alatt �látják egymást"(vagyis, mekkora a kölcsönös besugárzási tényező).

A földi felületek között lejátszódó sugárzásos hőcsere a

T14

T24

-Qi-2 = aia2COOI-2CI 100,

100))

(2.4)

összefüggéssel fejezhető ki, ahol

a az - alacsony hőmérsékleti - abszorpciós tényező,T a felületek - abszolút - hőmérséklete [K],q5 a kölcsönös besugárzási tényező,Co állandó (5,67 W/m2 K),1, 2 a két felületre vonatkozó indexek.

A (2.4) összefüggés birtokában elvileg nem okoz nehézséget a földifelületek közötti sugárzásos hőcsere szämítása. Ennek akkor vangyakorlati jelentősége, ha

akét felület hőmérséklet-különbsége - azok minősége és/vagytájolása folytán - �tetemes" és emellett

e felületek kölcsönös besugárzási tényezője is jelentős.

(A �jelentős" kifejezés szämszerüsít6se attól is függ, hogy a szóbanforgó falfelületen áthaladó áram a vizsgált épület egésze szem-pontjából mennyire fontos szerepet játszik.)

A felsorolt feltételek ritkán valósulnak meg együttesen, mert haa két felület közötti kölcsönös besugárzási tényező �jelentős",

57

akkor e felületek többnyire annyira takarják egymást, hogy - ahosszú időn át érvényesülő közvetlen napsugárzási behatás hiá-nyában - még eltérő anyagi jellemzők mellett sem alakul kiközöttük �tetemes" hőmérséklet-különbség.

Abban a térszögben, amelyben a �vizsgált felület" nem más földifelületet, hanem az égboltot �látja", a sugárzásos hőcserében résztvevő �másik felület" a levegőben lebegő vízgőz, az aeroszolok ésa felhőzet együttese. E képzeletbeli �felület" diszperz és több ezerméter vastagságú légrétegben szétszórt és

ha a szétszóródás �ritka", akkor a nagy magasságokban elhelyez-kedő elemi felületek szerepe is számottevő, míg

ha a szétszóródás �sűrű", akkor az alsó rétegek már önmagukbanmeghatározó jelentőségűek (2.2. ábra) .A �ritkaság", illetve �sűrűség" a levegőben levő vízgőz résznyo-másától, a felhőzettől, a felhőzet fajtájától függ .

Miután a légkör hőmérséklete a magassággal arányosan csökken,e képzeletbeli felület képzeletbeli - egyenértékű - hőmérsékleteattól függ, hogy e tekintetben még milyen magasságban levő 16g-rétegek figyelembevétele indokolt.

Ezeknek az adatoknak ismeretében a hőcsere a

Q = aCo(1 - cn)

1 100 4- [ 1 -f(p) ] [

100, 4,

(2.5)

összefüggéssel fejezhető ki, ahol az új jelölések :

c a felhőzet fajtájától függő tényező (c = 0,7 - 0,8),naz átlagos felhőzet (az égbolt felhőzettel takart hányada),f(p) tapasztalati függvény, értéke a páranyomás növekedésé-vel 0,4-ről 0,2-re csökken (2.3 . ábra),Tv a külső levegő - abszolút - hőmérséklete [K].

Az égbolt felé sugárzással leadott hőnek sok esetben nagyon isszámottevő szerepe van. Például: e jelenség következtében felhőt-len téli éjszakákon a tetőfelületek hőmérséklete akár 10-12 °C-kalis a külső levegő hőfoka alá hűlhet.

Az anyag és a felületkezelés módjának megválasztása mind a nap-sugárzásra vonatkozó, mind az alacsony hőmérsékleti abszorpcióstényezőre kihat. Ezért pl ., ha a felület felmelegedésének mérsék-lésére a felület minőségét úgy változtatják meg, hogy a nap-sugárzásra vonatkozó abszorpciós tényező csökkenjen, ellenőriznikell, hogy ennek következtében az alacsony hőmérsékleti abszorp-ciós tényező és a felület hőmérlege hogyan változik meg. A fel-melegedés legkisebb mértéke ugyanis nem a napsugárzásra vonat-kozó abszorpciós tényező minimalizálásával, hanem a napsugár-

58

Az égbolt és aföldi felűktekkdzdtti sugárzásoshőcsere

a) ha a vízg őztartalomkicsi - . a víz a leveg ő -ben ritka - a parciálispáranyomás kicsi -. atalálati valószínűség iskicsi, tehát a magasbanlevő vízg őz is szerephezjut -" a sugárzási part-ner hidegebb

b) ha a vízgő ztartalomnagy -. a víz a levegő-ben surfi -. a parciálispáranyomás nagy -. atalálati valószínűség isnagy, tehát csak az alsórétegekben levő vízgőzjátszik szerepet -. asugárzási partner mele-gebb (párás időben azéjszakai lehűlés kisebb)

2.2 . ábra . A levegő vízgőztartalmának szerepe

59

zásra vonatkozó és az alacsony hőmérsékleti abszorpciós tényezőoptimális viszonyának megteremtésével érhető el.

Az abszorpciós tényezők hatása számszerűen a 2.4. ábra alapjánállapítható meg .

f(p)

0,4

0,3-1

02

OA-~

2.3 . ábra. Az f(p) tapasztalati függvény

t f-t~CKl

16

14

12

10

20 30 40 50 60 70 80 90 100

a,, I [WIm'l10

2.4. ábra. A határoló szerkezet külső felületi hőmérsékletének változása

60

Az abszorpciós tényezők szerepe a fűtési hőigény oldaláról nézvesem közömbös . A felület napsugárzás okozta felmelegedésének, aföldi felületekkel és az égbolttal folytatott sugárzásos hőcseréjénekhatását a k hőátbocsátási tényező látszólagos megváltoztatásávalkifejezve a különböző feltételek mellett a 2.5. ábrán bemutatottszámszerű eredmények adódnak.

Q ~QmazMl

+20

0

-20

-30-

13

2 4

-15 -10 -5 0 +5 +10 +15 +20

te (°C12.5 . ábra . A hőátbocsátási tényező látszólagos változása1.aNZ0,7,aAZ0,7 ;2.aNZ0,7,aA<0,7 ;3.aN<0,7,aAZ0,7 ;4.aN<0,7,aA<0,7

A felület hőmérlege a vezetéssel odaérkező (vagy onnan távozó)hőáramtól is függ. A kapcsolat egyértelmű, mert minél nagyobbáram érkezik a szerkezeten át a felülethez, a felületi hőmérsékletannál magasabb . E kérdés már a határoló szerkezet rétegtervével,hőszigetelésével, hőátbocsátási tényezőjével függ össze .

2.12 A hőátbocsátás

A fal- és födémszerkezet két szemben levő (a külső és belső) oldala.rendszerint különböző hőmérsékletű levegővel érintkezik. A hő amelegebb oldalról a szerkezeten át levegőből -> levegőbe megy át.E folyamatot a hőátbocsátási ellenállás, illetve ennek reciproka, ahőátbocsátási tényező jellemzi .

A hőátbocsátási

A hőátbocsátási tényezőt - párhuzamos síklapokkal határolt -tényez6

rétegekből álló szerkezetek esetén a

61

62

összefüggéssel szokás kifejezni, ahol

k =

1

n

8 .

1

(2.6)-+ + +-a; i=1 %j

~Lc

a; a belső oldali hőátadási tényező,a e a külső oldali hőátadási tényező ,S a rétegvastagság,À a réteg anyagának hővezetési tényez ője,n a rétegek száma .

A (2.6) összefüggés érvényessége több, részben kimondott, r6sz-ben hallgatólagos feltételhez kötött .

Az összefüggés időben állandósult állapotot tételez fel, és olyanpárhuzamos síklapokkal határolt szerkezetekre vonatkozik, ame-lyekben a hőáram egyirányú, tehát

egy-egy réteg homogén,a vastagsági méretre merőleges (felületi) méretek - elvileg -végtelen nagyok (de gyakorlatilag már a nagyságrendi különb-ség is elegendő) .

A szerkezet mindkét (külső és belső) felülete sugárzásos hőcseré-ben áll más felületekkel . E sugárzásos hőcsere nincs közvetlenülkapcsolatban a hőátadással . A gyakorlatban a; és ae helyébe rend-szerint olyan számértékeket helyettesítenek be, amelyek nemcsaka konvektív hőátadási tényezőt tartalmazzák, hanem több-keve-sebb közelítéssel a sugárzásos hőleadás hatását is tükrözik (a kon-vektív hőátadási tényező látszólagos megnövelése révén) . E k6zelí-tésnek kizárólag a számítás egyszerűsítése a célja, és a valóságosfizikai folyamatokhoz nincs is köze .

Az elmondottakból következik, hogy a hőátbocsátási tényező nem-csak a szerkezet jellemzője, hanem még attól is függ, hogy a szó-ban forgó szerkezet milyen környezeti feltételek között, milyenhelyzetben és milyen befoglaló méretekkel készül . A konvektívhőátadási tényezők ugyanis szabad áramlás esetén a hőmérséklet-viszonyok, a hőáramlás iránya és a geometriai méretek függvényé-ben változnak, kényszeráramlás esetében pedig közreható tényező -ként még a szélsebesség is jelentkezik .

A felületek sugárzásos hőcseréjét szintén számos - az előzőekben(2.1 alfejezetben) részletezett és - a vizsgált szerkezettől függetlentényező befolyásolja . Magára a szerkezetre nézve tulajdonképpencsak az

alR� = Y-

(2.7)i=1 Âi

A hővezetésiellenállás

A téli feltételek

A nyári feltételek,követelmények

séklet"

hővezetési ellenállás jellemző . A (2.6) összefüggésből azonban azis világosan kitűnik, hogy a hőátbocsátási tényező szempontjábóla felületeken lejátszódó jelenségek annál kevésbé jelentősek, minélnagyobb a szerkezet hővezetési ellenállása.

A valóság feltételei között időben állandósult állapotok nem ala-kulnak ki, és még a felsorolt feltételek is ritkán fordulnak elő .

A (2.6) összefüggés mégis - méghozzá különösebb gond nélkül -számos feladat megoldására alkalmazható, mert

téli feltételek között a külső léghőmérséklet napi ingadozása és azegymást követő napok középhőmérsékletének megváltozása (azún. interdiurnus változékonyság) egyaránt csekély (3 K alatti),

a hagyományos építés szerkezetei - aránylag kis hibát elkövetve -nagyjából és egészében homogénként kezelhetők, ami a mai köny-nyű és több rétegű térelhatárolásokról már egyáltalán nem mond-ható el,

a hagyományos szerkezetek a környezeti hatások időbeli változá-saira �lustán" válaszolnak és a kisebb változásokra gyakorlatilag�érzéketlenek" maradnak, ami a mai ún. korszerű szerkezetekesetében igazán nem állítható .A felsorolt okok következtében a (2.6) összefüggés a téli feltételekközött kialakuló hőáramok számítására általában alkalmas, csaka kistömegű szerkezetek esetében kell - a később kifejtésrekerülő - kiigazításokat is figyelembe venni.

A nyári feltételek mellett a helyzet azonban már egészen más,nyáron ugyanis a befolyásoló tényezők egy, a téli feltételek közöttelhanyagolható csoportjának hatása annyira felerősödik, hogyszámításbavétele már elengedhetetlenné válik.

E tényezők egyike a napsugárzás. A napsugárzás hatása az előzőfejezetben ismertetett eljárás alapján számítható, és a szerkezethőmérlege egy egyenletrendszerrel írható le . Az eljárás viszonyla-gos nehézkessége miatt a feladat megoldására, vagyis a nyári fel-tételek között kialakuló hőáram számítására egy olyan eljárástdolgoztak ki, amely formailag a (2.6) összefüggés felhasználásátjelenti . Ennek alapja az, hogy - részletes számításokkal - előremegállapítják a határoló szerkezet felmelegedését a napsugárzáshatására .

A �naplég-hőmir-

A felmelegedés hatását egy fiktív külső hőmérséklet (az ún.�naplég-hőmérséklet" :tO segítségével fejezik ki .

Ezzel az eljárással az egységnyi felületre a hőáram a

q = k(t, - t)

(2.8)

összefüggéssel számítható.

63

Az összefüggés pontosságát a napsugárzás hatását is kifejező fik-tív külső hőmérséklet számításának pontossága határozza meg.Nagyon lényeges azonban annak felismerése, hogy a t$ nem kizáró-lag meteorológiai jellemző , mert bár függ a napsugárzás intenzitá-sától (ezáltal a tájolástól, a délkörtől, a naptári és a napi időpont-tól, valamint a külső léghőmérséklettő l), emellett azonban a szer-kezet jellemzőinek (az abszorpciós tényezőknek) is függvénye .Ezért a naplég-hőmérséklet adatokat közlő források használható-sága korlátozott, az adatok mindegyike csak konkrét meteorológiaifeltételekre és konkrét szerkezetekre vonatkozik .

Nyári viszonyok között jelentős a napsugárzás intenzitásának és akülső léghőmérsékletnek napi ingadozása . Az e feltételre érvényes(és később közlésre kerülő) számítási eljárások egyszerűsítéséreolyan eljárást is kidolgoztak, amely formailag ugyancsak a (2.6)összefüggés alkalmazását jelenti, és a

4 = k(tekv - ti)

(2.9)

kifejezésben szereplő teke (= ekvivalens külső hőmérséklet) szám-értékében érvényesíti a napi periódusban változó napsugárzás in-tenzitás és a külső léghőmérséklet hatását . A számítás pontossá-gára és érvényességi körére vonatkozóan a naplég-hőmérséklettelkapcsolatban e tekintetben elmondottak értelemszerűen 6rv6-nyesek .

A hőátbocsátási tényező olyan szerkezetekre is értelmezhető , ame-lyek a bevezet őben felsorolt (a homogenitásra, a vastagsághozképest nagy méretekre vonatkozó) feltételeknek nem felelnek meg.A hőáramot ebben az esetben részletes számítások vagy kísérleteksegítségével állapítják meg . A kapott értéket a felülettel és a hő-mérséklet-különbséggel osztva egy olyan átlagos hőátbocsátásitényező adódik ki, amely nem a szerkezet egy-egy metszetére, ha-nem a szerkezet egészére vonatkozik, s így nem alkalmas a szerke-zeten belüli hőmérséklet-eloszlás meghatározására, de megfelel aszerkezet egészén átjutó hőáram számítására . Ez az átlagérték agyakorlatban rendszerint valamilyen adott szerkezetfajtára, annakvalamiféle egységére (pl. egy panelra) vonatkozik. Hasonló módonképezhet ő az átlagos hővezetési ellenállás is .

A hőátbocsátási tényező (vagy a hővezetési ellenállás) értéke és aszerkezet ára között közvetlen összefüggés van, mert a nagyobbhővezetési ellenállás adott anyag esetén a hőszigetelő réteg vastagí-tásával, vagy egy jobb, nemesebb hőszigetelő anyag használatával,azaz mindkét esetben csak többletköltséggel érhető el . E t6bblet-költséggel szemben azonban számottevő megtakarítás mutatkoz-hat az épületgépészeti berendezések beruházási és üzemeltetésiköltségeiben . Ebből a három tényezőből (amortizálással vagy disz-

64

Az átlagosh6átboesátásit6nyez6

Az optimálishdszigetel8

rétegvastagság

kontálással) képezett eredő költség minimalizálása útján határoz-ható meg - adott anyagra nézve - az a hőszigetelő rétegvastag-ság, amelyet �optimálisnak" szokás nevezni.

Az eljárás gondolatmenetét a 2.6. ábra szemlélteti . A szerkezetköltségei két részből tevődnek össze, mégpedig a hőszigetelésköltségeiből és az egyéb költségekből. A hőszigetelés ára adottanyag esetén a rétegvastagsággal arányos, de a zérus vastagságúszigetelésnek is van ára (ami a kellősítésből, a szomszédos rétegekkialakításából, az átkötésből stb. adódik ki).

KOLTSI`G[Ft /MYévl

2.6 . ábra. Az optimálás alapelve

~ODl

4

ászlml

1 . az összköltség görbéje; 2. a határol6 szerkezet beruházási költségének görbéje ; 3. a £ütő-berendezés beruházási költségének görbéje ; 4. a fűtés üzemeltetési költségének görbéje

65

Az épületgépészeti beruházási költségek a hőátbocsátási tényezőnövekedésével arányosan nőnek, és ugyanez vonatkozik az egyévre vetített üzemköltségre is . A számítás elvét az, hogy a beruhá-zási költségeket vetítjük-e egy évre, vagy, hogy az üzemeltetési

66

á, 6Z 6sz.opt 63 64 65

2.7. ábra. Az optimális vastagságú hőszigetelés tartománya1 . az összköltség görbéje; 2. az optimumtartomány

d', [MI

költségeket halmozzuk fel egy időszakra (előírt kamatláb, eszköz-lekötési járulék alkalmazásával) nem befolyásolja .

Az eljárás korlátai nyilvánvalóak, hiszen ezzel a módszerrel csakazt lehet eldönteni, hogy valamilyen, adott hőszigetelő anyag hasz-nálatakor annak milyen rétegvastagsága mellett érhető el a költsé-gek minimuma (egyéb tényezőktől - pl. a hőhidaktól - elte-kintve) .

A megoldandó feladat azonban a valóságban általában korántsemilyen egyértelmű és egyszer ű , mivel a hőszigetelés (az anyag vonat-kozásában) másból, (a szerkezethez képest) máshol, (a kialakításmódja tekintetében) másként is készíthető .

A itôszigeteléskérdése

A �másból", �máshol" és �másként" kérdése emellett még szoro-san összefügg, sőt egymással többszörös kölcsönhatásban is van,hiszen a hőszigetelő anyag megválasztásának (éppen azok nagyonis különböző jellege, eltérő tulajdonságai és hőtechnikai jellemzőik

KÖLTStG(Ftlm'évl

dopt 6

b) a követelményértéknek megfelel ő szerkezetek tartománya

Esz (m]

2.8. ábra . Példa arra az esetre, amikor az optimális vastagságii hőszigetelésnem elégíti ki a hővédelmi követelményértéket1. az összköltség görbéje; a) a követelményértéknek nem megfelel ő szerkezetek tartománya ;

következtében) messzemenően nemegyszer meghatározó, (sőt nemis ritkán még építészeti) következményei is vannak .

Ennek bemutatására : az anyag kiválasztása befolyásolja (esetlegel is döntheti)

a vele szomszédos (kívül-belül érintkező) szerkezetek (vagy réte-gek) anyagának (árának) megválasztását, e szerkezetek (rétegek)feladatát(ait), kialakításuk, egymás közti és peremmenti kapcsola-taik módját, továbbá egymásra (egymás mellé) építésének vagy

szerelésének, vagy gyártásának rendjét és mikéntjét, esetleges védel-mének megoldását, majd

az egyéb áramokkal (a párával, a nedvességgel, a levegővel) kap-csolatos jelenségekbő l adódó tennivalókat, például új (párazáróvagy párafékező ) réteg beépítésének szükségét, ezt követően

a térelosztó szerkezet végleges rétegeinek és rétegrendjének meg-állapítását, az azonos és eltérő síkú (pl . fal) vagy más (pl . födémvagy harántfal) szerkezetekhez való illeszkedés és csatlakozás meg-oldását, végül szükségszerűen a falba kerülő nyílászáró szerkezetek-kel szemben (az igényszintek szükséges közelítésére, vagy a közelegyenértékűség elvére épülve) támasztott követelmények mértékét,következésképpen azok méretének, anyagának, működtetési mód-jának, szerkezetének stb . megállapítását, az esetleg szükségessé válókiegészítő (pl. fényzáró, árnyékoló stb .) szerkezetek jellegét, helyét,elrendezését .

KÖLTSI~G[Ft/m'6v]

68

6sz.opt2 6szoptl 6szopl3

6szopt4 (sz.opt5 652 1ml

2.9 . ábra. A különböző hőszigetelő anyagokkal készített külső határolószerkezetek összköltséggörbéinek összehasonlítása, az optimális megoldáskiváíasztása

a=.0pt ósz lm l

2.10. ábra . A különböző hőszigetelő anyagokkal készített külső határolószerkezetek összköltséggörbéinek összehasonlítása, az optimumtartomány(ok) kiválasztása

Tovább elemezve és bontva a kérdést, de annak sokféleségét ésösszetettségét csupán magára a hőszigetelőrétegre (annak anya-gára, térbeli helyzetére, üzemi vagy helyszíni beépítési helyére ésmódjára) vonatkozó változatokkal és lehetőségekkel példázva :

a hőszigetelés lehetd valamilyen gyártott falszerkezet része, éskészülhet

többnyire a (pl. panel) falszerkezet két (külső és belső) szilárdrétege közé magában a gyártó helyen beépített (az anyag jel-legétől és előállítási módjától függően) tetszés szerinti vagy azadott méretlépesőkhöz igazodó vastagságú rétegként (betét-ként) ;

újabban és egyre gyakrabban az ún . könnyűszerkezetes építésirendszerek térelhatároló falaiban, azok kétoldali (külső ésbelső) felületképző szerkezetei közé behelyezett, (beszerelt, fel-függesztett) hővédelmi rétegként (betétként, paplanként) ;

69

KÖLTStC,

Q KÖLTStr,

0 et

SZIGETELETLEN FAL BERUH. KÖLTSÉGE

FM,

r\~si

70

dsrig cl,

KÖLTStG

C KOLTStG

dopt

SG

dszl9

b

d

2.11. ábra. A költségek alakulása járulékos hőszigetelő réteggel és elemek-ből épülő fal esetén

a, b) az ősszköltségekalakulása a jánilékoshőszigetelő réteg vas-tagságának fű ggvényé-ben ; a hószigeteletlenfal esetleg kedvez őbb(a), illetve bizonyos bbvastagság alatti h8szi-getel ő réteg káros (b) ;a 0-bR közötti vastag-ság csak akkor alkal-mazható, ha a műszakikővetelményérték más-képp nem elégithető ki(de ez el őnytelen kény-szermegoldás)

c, d) az elemekből épí-tettfal ősszkőltségénekalakulása a falvastag.ság (elemsorok száma)függvényében (c); azelemekkel hő szigeteltfal ősszkő ltségének ala-kulása a hőszigetelésvastagságának függvé-nyében (d)

n

wY

w

SSEGwVNWMIS

ó stwa~ Y

SZIGETELETLEN FAL ÖSSZKÖLTSÉGE SZIGETELETLEN FALa a ÖSSZKÖLTSÉGEw

w

Ná à~MLI- ó

e42A5T/

ö5SZKÖLTSÉG

HÖSZIG .NÉLKÜLI FAL- " - - -

KÖLTSEG�OPfIMAL15" BERUHAZASIFALVASTAG6AG KÖLTSÉG

Hö5ZIG . ÜZEMELTETÉSI

NÉLKÜLI FAL KÖLTSÉGBERUH. KTSG.

elvétve magára aviszonylag nehéz térelhatároló falszerkezetre,annak külső oldalára, az üzemben rágyártott sajátos (a hővé-delem, a csapadékvédelem és az építészeti felületképzés cél-jára egyaránt megfelelő) anyagú burkolati kéregként ;

a hőszigetelés szerepét maga atérelhatároló szerkezet is betöltheti,ha a fal anyaga, készítési eljárása és vastagsági mérete következté-ben a teherhordási és a hővédelmi feladat teljesítésére egyarántalkalmas, sőt vastagsági méretének és/vagy anyagszerkezeténekváltoztatásával, vagyis a S és A megfelelő megválasztásával, azokkülön-külön és közös optimumának megkeresése is lehetővé válik ;

a hőszigetelés lehet valamilyen helyszínen megépített térelhatárolóvagy teherhordó (tégla, kő, beton stb. anyagú) falnak kiegészítőszerkezete is, és készülhet arra lehetőleg a külső oldalon felragasz-tott, esetleg annak két rétege közé beépített vagy (ha pl. az anyagfizikai jellemzői miatt más lehetőség nincs) arra a belső oldalonfelragasztott egy (ritkábban egymáshoz képest hézagcserében készí-tett két-)rétegű kéregként is ;

a hőszigetelés kérdése nem vizsgálható az annak hatékonyságávalés kritikus szakaszával, pontjaival, sávjaival szorosan összefüggőhőhíd, illesztési rés, csatlakozási hézag, építési (habarcs) hézagháló-zat figyelmen kívül hagyásával és nem értékelhető a hőszigetelőréteg kialakításával kapcsolatos valamennyi szerkezeti és technoló-giai gond, valamint (gyártott szerkezet esetén még az ún . zérusvastagságú réteg feltételezésekor is jelentkező) költségtényező, gaz-dasági kihatás számításbavétele nélkül .

A talajra fektetett

A határoló szerkezetek egy sajátos fajtája a talajra fektetett padló.padló

E padló hőtechnikai viselkedése a következőkben tér el az egyébhatároló szerkezetekétől :

a határoló szerkezet, vagyis a padlót alkotó rétegek egy olyanszilárd közeggel érintkeznek, amely gyakorlatilag végtelenféltérnek tekinthető ;

a talaj hőmérséklete a mélyebb rétegekben kevésbé változikés néhány méterrel a felszín alatt már az egész év folyamángyakorlatilag állandó ;

ha a talajra fektetett padló területe minden határon túl nő,a padló és a talaj között egydimenziós hőáram alakul ki ;

ez ahőáram kezdetben (a helyiség fűtő- vagy hűtőberendezésé-nek üzembe helyezésekor) viszonylag nagyobb, de az idő folya-mán csökken, mégpedig annak megfelelően, hogy a padlóalatti talaj egyre inkább felmelegszik vagy lehűl ;

71

k1,5

0,5

72

30 60 90 120 150 dszig

2.12 . ábra. A hőhidak hatása az eredő hőátbocsátási tényezőre (k)

k/k3

2

1. az általános rétegterv szerinti k; 2. az átlagórték k; 3. a k/k viszony. A hőszigetelôrétegvastagságának növelésével elért eredményt a hőhidak lényegesen leronthatják, mégpedigviszonylag annál inkább, minél jobb a hőhidmentes részek hőszigetelése

A geometriaiadottságok

szerepe

egy-két hét után a talajba hatoló hőáram a kezdeti érték né-hány százalékára csökken.

A padló alatti átmelegedett vagy áthűlt talajtömeg rendkívül jelen-tős hőmérséklet-stabilizáló hatást gyakorol a helyiségre, amelyennek következtében kevésbé érzékennyé válik a rövid ideig tartóhideg (illetve hőség) hullámokra, a napi periódusú vagy a hétvégiüzemszünetekre .

A padlónak az épület kontúrjához közel eső sávjai (szakaszai) ésa talaj között több dimenziós hőáramok alakulnak ki, az épületalapterületén kívül eső talajtömegek és a talaj felszíne irányában.Miután e helyeken az egységnyi padlóterülethez viszonylag nagyobbtalajtömeg tartozik és a talajfelszínhez közeli talajrétegek �élén-kebben" követik a külső légköri jellemzők változásait, a körrajz-hoz közelebbi padlósávokon áthaladó hőáramok nagyobbak(2.13. ábra) .

Az eddigiekből következik, hogy a talajra fektetett padló egészénáthaladó hőáram a padló alapterületének nagyságától, az alap-terület és a körvonalméret viszonyától függ, éspedig minélnagyobb

b

2.13 . ábra . A talajra fektetett nagy felületű padlóa, b) a méretek hatása a hâveszteségre; c� cj a hőszigetelés elhelyezésének két lehetségesmódja

73

a padló és minél kisebb az egységnyi alapterületre jutó körvonal-méret, annál kisebb az egységnyi alapterületrejutó átlagos hőáram-sűrűség. Anagy alapterületű padló belső részében, magjában a hő-szigetelés inkább csak a talaj átmelegedését vagy áthűlését késlel-teti és a kezdeti időszak után a padlóba hatoló hőáramot lényegé-ben nem befolyásolja . A hőszigetelés elsősorban a kerület mentinéhány méter szélességű sávban, és/vagy a lábazat és az alapozásfelmenő részeinek függőleges felületein elhelyezve hatékony .

Atalajba jutó hőáram nagyságát befolyásolja a talajvíz jelenléte ésszintje. A nedves talaj fajhője nagyobb, mint a szárazé, tehát át-melegedése vagy áthűlése több hőtartalom-változással jár. Adottesetben a talajvíz mozoghat, áramolhat is, így a padló alatti talajhőtartalma konvektív úton is változhat. E hatások nyilván annálerősebbek, minél közelebb van a talajvízszint a padlószinthez.Bizonyos esetekben a talajvíz jelenléte hőtechnikai beavatkozást iskövetel : pl. egy hűtőház alatti talajtömeg átfagyása jéglencsekép-ződéshez s ezáltal szerkezeti károsodáshoz vezethet, ami ellen apadló alatti tér melegebb levegővel való átszellőztetésével, fűtésé-vel lehet védekezni.

Wm2Kz.0

1 .91,81 .71 .6

1 .5

1 .41 .31,2

1 .11,00.908

0.7

0.60.50,4

0 .3az0 .10.0101

2

3

4

6

810 22

3 .4

6

8 103

2

3

4

6 8 104

F [m2]

74

2.14 . ábra . A padló egyenértékű hőátbocsátási tényezője

1/b élarány, z a talajvíz szintje, F a padl6fe13let

A talajvíz szerepe

A hődram

A több dimenzióshőmérsékletmezők

kialakulása

Apadlón át aatalajba jutó hőáram számítása analitikus összefiig-gésekkel csak jelentős egyszerűsítések árán lehetséges . Viszonylagpontosabb adatok csak tetemes számítástechnikai apparátussal ésidőráfordítással határozhatók meg. A gyakorlati feladatok meg-oldására k6zelitő összefüggések szolgálnak . Jól használható k6ze-litő összefüggés a

ahol

2.13 A hőhidak

Ennek lehet oka az, hogy

Q = FIk

.(ti - 1) + h (ti -tf)J

(2.10)

F a padló felülete,ka az egyenértékű hőátbocsátási tényező, értéke az alapterületés az oldalméretek arányának függvényében a 2.14. ábráb6lolvasható le [15],ti a belső hőmérséklet,tt a talaj hőmérséklete,It a talaj hővezetési tényezője,h a talajvízszint távolsága a padlószinttől,tf a talajvíz hőmérséklete .

Pontosabb adatok hiányában t t = 0 °C, tf=10 °C,~ît = 1,2 W/mKértékek vehetők figyelembe .

Az egydimenziós hővezetés kialakulásának feltételei meglehetősenszigorúak, ritkán teljesülnek és ez nemcsak elvileg van így, de agyakorlati számítások szempontjából is igaz, a valóságos körül-mények között ugyanis mindig vannak a határoló szerkezetnekolyan részei, amelyek mentén az egydimenziós hővezetés még köze-lítő feltételezésként sem fogadható el.

a szóban forgó épületszerkezetet, szerkezeti részt nem két pár-huzamos síkfelület határolja (pl. ha falsarokról, falkeresztező-désről, fal- és födémcsatlakozásról van szó) ;

a határoló szerkezet egy-egy szakasza, része, rétege anyagá-ban nem homogén (pl. ha a falba más anyagú pillér vagymerevítő borda kerül, a falra kerülő hőszigetelő réteg anyagavált);

a szerkezet keresztmetszet- vagy szelvényváltása és heterogeni-tása társultan (vagyis egy helyen és együtt) jelentkezik (pl. hakülönböző anyagú falak csatlakoznak, kereszteződnek).

75

3

Q

b

~M

2.15. ábra. A hőhídtípusok

76

a) az anyagváltás okoz-ta hő hidak példái(1 " 4)

b) a forma okozta hő -hidak példái (1,2)

A hőhidak hatása

A hőhidak hatása, gyakorlati következménye kettős, mert

elkerülhetetlensége

A hőhídmentesszerkezet

A határoló épületszerkezeteknek azokat a helyeit (pontjait, sáv-jait, szakaszait) ahol - ageometriai viszonyok és/vagy a különbözőfajtájú és tulajdonságú anyagok együttes alkalmazása következté-ben- két- vagy háromdimenziós hőáramok alakulnak ki, �hőhidak"-nak nevezik(2.15. ábra) .

a hőhidak (belső) felületi hőmérséklete a határoló szerkezethőhídmentes általános felületének hőmérsékleténél alacso-nyabb, akár lényegesen alacsonyabb is lehet, ami a szerkezetállapotát, használati értékét rontja, akár veszélyeztetheti is(hiszen e helyeken páralecsapódással, elszíneződéssel vagy máselváltozással is számolni kell) ;

a hőhidakon áthaladó hőáramok nagyobbak, mint a határolószerkezet ugyanakkora hőhídmentes felületén áthaladó hő-áramok, s ennek következtében a hőhidakkövetkezményekénta szerkezet egészén áthaladó hőáram lényegesen nagyobb,akár 50-100%-kal is több lehet, mint az ugyanakkora felii-letű, de hőhídmentes szerkezeteké .

A hőhidak

Ahőhidak - még az épületfizikai szempontból leggondosabb ter-vezés esetén is - elkerülhetetlenek,

hiszen egy valóságos szerkezet mindig végződik valahol, ahhozmindig csatlakozik valami, abba mindig beleépül valami, arramindig ráépül valami;

hiszen még homogén anyagú szerkezet esetén is : a falvégek,a falsarkok, a falkávák, a fal- és födémcsatlakozások stb.mindenképpen hőhidat jelentenek .

A gyakorlat szóhasználatában �hőhídmentes"-nek azokat a szer-kezeteket nevezik, amelyekben az inhomogén szerkezet, a külön-bözőhőtechnikai tulajdonságú anyagok beépítése (az anyagokmeg-választása és a szerkezeti kialakítás módja következtében) alig,vagy csak elhanyagolható mértékben idéz elő változást a belsőfelület hőmérsékletében, illetve a hőáram nagyságában. Az e faj-tájú hőhídmentesség - a lehetőleg homogén rétegekből való szer-kesztésre törekvés mellett - a hőtechnikai kiegyenlítést meg-kísérlő szerkezettervezés segítségével közelíthető meg, jó esetbenérhető el . Például, ha a térelhatároló falba tartószerkezeti okbólnagy teherbírású és a falétól nagymértékben eltérő hőtechnikaitulajdonságú (nagy hővezetési tényezőjű) acél vagy vasbeton pillé-rek (oszlopok) kerülnek, akkor ennek az elrendezésnek kedvezőt-len hatása - éppen a szerkezeti inhomogenitás fokozásával - ki-tűnő hőszigetelő anyagú réteg(ek), sáv(ok) beépítésével csökkent-

77

hető, esetleg ki is küszöbölhető. Ehhez azonban (természetesen)olyan geometriai kialakítás (szerkezeti elrendezés) szükséges, amelylehetővé teszi, hogy a hőszigetelő rétegek) a hő fő áramlásiirányára merőleges helyzetben legyen(ek) .

A szerkezeti inhomogenitásból adódó hőhidak leginkább és leg-gyakrabban a több rétegű térelhatároló szerkezetekben fordulnakelő. E szerkezetek tervezési elve ugyanis az, hogy a térelhatárolásegészére értelmezett (és vonatkozó) valamennyi követelményt azokkülön-külön kielégítésére szolgáló (felületképző, csapadékvédelmi,hőszigetelő, párazáró stb.) rétegek összessége teljesíti, míg a teher-hordás vagy e rétegek (e célra alkalmas) valamelyikének, vagygyakran magába a térelhatároló szerkezetbe beépülő, illetve (sű-rűbben) a mögé, (ritkábban) az elé kerülő függőleges vázszerkezetielemek, vagy a térelhatárolás síkjára merőleges helyzetű haránt-falak sorának feladata.

A teherhordási és térelhatárolási funkciók szétválasztása, továbbáa térelhatárolás többféle feladatának elkülönítése egy sor killdn-b6zó tulajdonságú (szilárdságú, sérülésérzékenységű, tartósságú,hőszigetelő értékű, párazárású, csapadékellenállású) réteg

szerkezeti szempontból: káros elváltozás- és alakváltozás-mentes, míg

építészeti szempontból: (minden értelemben) értékcsökkenésnélküli,

össze- és egymás mellé, vagy egymásra építését, s ahol szükségesegyüttdolgozását tételezi fel, sőt követeli meg.

A hőhidat okozó elem hatását annak szerkezetbeli helyzete, átmenővagy megszakított volta, egyszerű vagy összetett alakja és két vagyháromirányú (de főként abefogadó szerkezet síkjával párhuzamos)mérete (karcsúsága) határozza meg.

A hőhíd hatása annál kedvezőtlenebb, minél �szélesebb" a falvastagsági méretéhez képest (2.16. ábra) . Egyszerű alak esetén aszélesség/vastagság hányadost a hőhíd �karcsúságának" nevezik.Összetett alak esetén a méretfelvétel és -értelmezés esetenkénti ésmegállapodásszerű . Ezért a �karcsúság", mint mérőszám csakazonos formatípusú hőhidak jellemzésére használható (2.17.ábra).

A hőhidat létrehozó elem hatása jelentős mértékben függ attól,hogy a szóban forgó elem a határoló szerkezet teljes vastagságán�átmegy"-e vagy sem (2.18. ábra). Magától értetődik, hogy az�átmenő" hőhíd hatása jóval kedvezőtlenebb.

78

A hőhíd és azépítési mód

A hőhíd�karcsúsága"

Az �átmenö"hőhíd

A �nem átmenő",a megszakított

hőhíd

2.16 . ábra. A hőhidak ún . karcsúsága

2.17 . ábra . Példák a hőhíd alaki változataira

2.18 . ábra. Az átmenő és nem átmenő hőhidak

Az �átmenő hőhíd" hatása az �átmenő" jelleg megszüntetésével,azaz a hőhíd megszakításával számottevően mérsékelhető, javít-ható . Ennek legegyszerűbb és legkevésbé hatékony példája az, haa térelhatároló szerkezetek egy saját anyagú sávja - a hőhíd előtt(mögött) átmenve - azt megszakítja. A �nem átmenő" hőhidakhatása a szerkezet inhomogenitásának fokozásával, vagyis - ahőhíd előtt vagy mögött, esetleg előtte és mögötte is - hőszigetelősávok beépítésével mégtovábbjavítható, esetleg mégki is küszöböl-hető . E megoldás azonban csak akkor hatékony igazán, ha a hő-szigetelő sávok szélessége a hőhidat jóval meghaladja, mert a hő-

79

áram - képletesen szólva - nem a geometriailag, hanem a hőveze-tési ellenállás szempontjából legrövidebb utat keresi és találja ismeg (2.19. ábra) .

2.19. ábra . A hőhíd menti hószigetelés alkalmazása (a túlnyúlás szükséges-ségének bemutatásával)

A hőszigetelő sáv szükséges szélessége ezért a térelhatároló (fal)szerkezet vastagságának kb. kétszerese, a tapasztalat szerint ugyanisez az a sávszélesség, amelyen kívül a hőhidat okozó elem hatásagyakorlatilag �elhal", vagyis a hővezetés már egydimenziósnaktekinthető .

A 2.17., 2.18 . ábrákon bemutatott hőhídtípusok elsősorban a szi-likátbázisú (főként vasbeton) vázas és táblás (paneles) építési mó-dokra, szerkezeti rendszerekre jellemzőek . Ezek néhány egyszerűbbformatípusára a szabványok egyszerű , közelítő számítási összefüg-gésekkel szolgálnak .

A szilikátbázisú szerkezeti rendszerekkel kapcsolatban tárgyalha-tók a nagy elemek (nagy blokkok, panelek) illesztési hézagai, ahola több dimenziós hőmérsékletmező kialakulásának és a hőáramváltozásának - azaz hatásában egy hőhídszerű jelenség kialaku-lásának - a hézagon keresztül beáramló levegő az oka .

A levegő áramlását a légnyomáskülönbség idézi elő , amely a fel-hajtóerő, a szél vagy a szellőztető berendezés következtében alakulki . (A száraz levegő parciális nyomáskülönbségébő l származó 16g-áramlás elhanyagolható .)

A résen átjutó, egy folyóméterre vonatkozó fajlagos légtömegáram,ha a dp nyomáskülönbség ismert, a

80

A hő szigetelő sávszükségesszélessége

A szilikátbázisúépületek hőhídjai

összefüggésbő l határozható meg, egyébként az épület filtrációslevegőforgalmának számítása során határozható meg . Az össze-függésben R az egységnyi hosszúságú rés fajlagos légáteresztésiellenállása .

A felületi

Ha a hideg levegő áramlik a résen át a helyiségbe, a légáram azhőmérséklet

elemek bütüfelületét lehűti, a beáramló levegő felmelegszik, de abelső felület hőmérsékletét nem éri el. A fal belső felületi hőmérsék-lete a rés mellett alacsonyabb lesz, mint a réstő l távolabb. Értékea 2.20 . ábra segítségével határozható meg.

tx - tati - ta

0.350,30

0.25

0.20

0.15

tx 0.100,2 0.5 110 20 50 10,0 20,0

Gc -

tl

PARAM&ER:Ro SZERKEZET HbATBOCSATASI ELLENÁLLASA

2.20 . ábra . A belső felületi hőmérséklet a légrés tövében

Minél jobb hőszigetelésű a fal, annál alacsonyabb lesz a rés mel-letti sarok hőmérséklete és a helyiségbe bejutó levegő hőmérsék-lete . A jó hőszigetelés miatt ugyanis kevesebb hő áramlik a falsíkjával párhuzamosan az elem tütüfelülete felé .A résen bejutó levegő helyiség-hőmérsékletre való felfűtése továbbiforrást - fűtőteljesítményt - igényel . (Ez a szellőzési vagy filtrá-ciós hőigény egyik összetevője .) Megjegyzendő, hogy a hideg lég-áram - különösen, ha fal- és padlófelület csatlakozásánál jut ahelyiségbe - kielégítő átlagos mikroklíma feltételek mellett is hő-érzeti panaszokat okozhat .

8 1

A ma egyre inkább elterjedő fém- és műanyagbázisú könnyűszer-kezetes építési rendszerekre jellemző hőhídtípusok - az előzők-ben emutett fajtáknál - már jóval nehezebben kezelhetők. Ennekoka és magyarázata az, hogy e szerkezeti rendszerek térelhatárolófalainak tömör részei két - egymástól nagyon is eltérő hőtechni-kai tulajdonságú - anyagfajtából készülnek, éspedig

a falak keretezését, peremezését, merevítését és felületképzését álta-lában fémből szerkesztik, tehát olyan anyagból, amelynek hőveze-tési tényezője �százas" nagyságrendű , míg

e falak hőszigetelését valamilyen fajtájú kitűnő szigetelőértékűmű-anyaghab-rétegekből, paplanokból alakítják ki, tehát olyan anyag-ból, amelynek hővezetési tényezője csupán �század" nagyságrendű,

következésképpen két olyan fajtájú anyag társításáról van szó,amelyek közül az egyik hővezetési tényezője több ezerszerese amásikénak (a hagyományos anyagok és szerkezeti rendszerek alkal-mazásakor ilyen arányok nem fordulnak elő, sőt el sem képzel-hetők) .

Magától értetődik, hogy ilyen körülmények között nincs különö-sebb jelentősége annak, hogy ez esetben a hőhidat alkotó elemek(éppen a fémek nagy szilárdsága és szerkezeti kialakításának adottlehetősége következtében) �karcsúak", vagy akár �nagyon kar-csúak" is, hiszen a karcsúság csak akkor játszhatna szerepet, ha ahőhidat okozó elemek felülete csak ezred-tízezred része lenne avizsgált fal felületének (2.21. ábra) .

A hővezetési tényezők közötti több nagyságrendi eltérés miatt ahőátbocsátási tényezők közötti eltérés is nagyságrendi, s így ott,ahol �átmenő" fémes hőhíd keletkezik, a hőátbocsátási tényezőgyakorlatilag csak a hőátadási tényezők függvénye. Ezért - ajelenség megengedhető egyszerűsítésével - az egész szerkezet átla-gos hőátbocsátási tényezője becsléssel úgy állapítható meg, hogyahány százalékát teszi ki az átmenő fémes hőhidak felülete az egészszerkezet homlokfelületének, annyiszor tíz százalékkal lesz nagyobbaz átlagos hőátbocsátási tényező a - hőhídmentes helyre a réteg-terv alapján - számított hőátbocsátási tényezőnél.

A fém anyagú felületképző rétegeket összekötő fémes hőhidak- nagy karcsúságuk ellenére is - másfél-kétszeresére növelhetika vizsgált falszerkezet átlagos hőátbocsátási tényezőjét. Emellett ahőhidat okozó elemek hatása - a felületképző rétegek nagyon jóhővezető képessége folytán - az elem helyétől viszonylag nagytávolságban is észlelhető. Ez csupán átmenő fémes összekötéseknélküli ,hőhídmentes" szerkezet kialakításival kerülhető el. Azeddig elmondottakból következik, hogy az átmenő fémes össze-

82

A könnyűszerke-zetes épületekhőhidlai

A hővezetésitényezők eltérése,aránya

A hőátbocsátásitényezők eltérése,növekedése

A közelítőösszeiggések

tredete

2.21 . ábra . A szerelt könnyűszerkezetek hóhídjai (közbül és aperem mentén)

kötések megszakításával olyan hatás érhető el, amely egyenértékűa teljes hőszigetelő-réteg vastagságának megkétszerezésével a szer-kezet teljes felületén.

A hőhidak hatását gyakran vizsgâlják kísérleti úton . Ilyenkorrendszerint egy nagyobb szerkezeti egységet helyeznek egy olyanvizsgáló berendezésbe (klímakamrába), amelyben a szerkezet kétoldalán a légállapotok szabályozhatók. A mérési eredményekből ahőáramok meghatározhatók és a hőmérséklet-eloszlás is megálla-pítható. Ahőmérséklet-eloszlâsból a szerkezet állagvédelmére lehetkövetkeztetni, míg a hőáramokból rendszerint egy a szerkezet egé-szét (általában annak valamilyen természetes egységét) jellemzőátlagos hőátbocsátási tényezőt (vagy âtlagos hővezetési ellenállást)lehet meghatározni .

A szerzett tapasztalatok alapján néhány olyan tájékoztató össze-függés kidolgozására is sor került, amelyek segítségével egyes fal(pl. panel) típusok hőátbocsátási tényezője előre megbecsülhető,mégpedig a kerület és terület viszonyának, az átmenő fémes kap-csolatok hossza és a terület viszonyának függvényében .

A kísérleti eredmények feldolgozásából származó és bizonyosformatípusokra korlátozódó érvényességű közelitő összefüggésekmellett léteznek a két- és háromdimenziós hőáramok és hőmérsék-let-eloszlások számításának általános érvényű módszerei is . Az

83

j-1.. . .... .. . . ...~. .. .. .. . :.. . .. ..,

84

0.0

~. PoMOIWmWíp/.I :":

y l :i'15" ' "

5."t:

WE0

j//u raap,.e *:/

:

~i~~('o17111

'Ii~~IJJi Ip4~~JJJiVJ~ p~d1W

%~~:,% AJI III ~JI /JJU~O~III

woo FWAMMI

pP'

~III,~II~IIIIIyF,~~V";/,, Illii j/ illl � I" II

._

t:WAwl*0WY-

WA'.

"P, IMPI,PAF/IVEWe

2.22. ábra. A szerkezet képzeletbeli egyenletes felosztása a hőmérleg szá-mításához

ezekre épülő eljárások hosszadalmassága azonban már számítás-technikai berendezések alkalmazását teszi szükségessé .

Ezeknek az eljárásoknak az az alapja, hogy a vizsgálandó épület-szerkezetet vagy annak egy kiragadott részét képzeletbeli lehatáro-lásokkal - egyenesekkel, síkokkal - számos �elemi" részrend-szerre bontják, darabolják (2.22. ábra) . Az egyes elemi részrend-szerekre a mérlegegyenletek felírhatók, annak feltételezésével, hogyegy-egy elemen belül az intenzív jellemzők (ez esetben a hőmérsék-let) egyetlen átlagértékkel megadhatók. E mérlegegyenletek össze-függő egyenletrendszert alkotnak, amelynek megoldása adja a vég-eredményt .

Az általánosérvénye számitásieljárások

A képzeletbeli felbontással, osztással létrehozott részrendszerekszámát úgy kell megállapítani, hogy

az egy elemen belüli hőmérséklet-eloszlás elhanyagolása azeredményben még ne lépje túl az elfogadható hiba határát ;

az elemek számának növelésével együttjáró (az adatelőkészí-tésre és a számításra fordított) munka- és időbefektetés nelegyen aránytalanul sok a szâmítási hiba csökkenésének mér-tékéhez képest ;

az elemek geometriai méretei arányos összhangban legyeneka vizsgált épület szerkezetével .

A képzeletbeli felbontással kapcsolatban azonban nem követel-mény, hogy négyzet, illetve kocka alakú elemek jöjjenek létre.A vizsgált szerkezet alakjától és kialakításától függően ugyanisesetleg más alakú elemek, vagy akár változó méretű elemek alkal-mazása is indokolt, sőt még kedvezőbb is lehet . Ez utóbbi bontásakkor kedvező , ha az ún. �érdekesebb" helyeken az elemek ,kiseb-bek", mint a kevésbé érdekes helyek elemei (2.23. ábra) .

Ha a vizsgálat tárgya a szerkezet egy kiragadott része, akkor annakhatárain - a feltételezés szerint - a hőáramlás egydimenziós .Ez a feltétel azonban gyakorlatilag csak akkor teljesül, ha a kira-gadott rész szélessége legalább a falvastagság kétszerese . E feltevésa hőmérséklet-eloszlás vizsgálatakor kapott eredmények alapjánellenőrizhető, sőt - szükség esetén - ki is igazítható .

A �darabolás" elvégeztével nagyszámú részrendszer keletkezik .A rendszeren belül minden elem kapcsolatban áll a szomszédoselemekkel, emellett egyes elemek a környezettel is érintkeznek .

01

i

IV~i/y/ W.4wo,rW,W,ay :

II

I Ip I I~Ç`ÎIII'

...

1w-, 9 5,0 WA

WO5

~

í

s

R,NM

ME0,W1,100114, 94

11,lodpolal

2.23 . ábra. A szerkezet képzeletbeli nem egyenletes (a finomabb szakaszonsűrűbb, a durvább részen ritkább) felosztása a hőmérleg számításához.

85

Az egyes elemekre a hőmérséklet, kapcsolataikra pedig a hőveze-tési tényező (vagy ellenállás) a jellemző . Az elemek - ezeknek azadatoknak alapján és függvényében - csoportosíthatók, és a ki-indulási adatok ily módon összevonva is megadhatók.

Miután ez esetben időben állandósult és forrásmentes jelenségrő l

Az aiaipösszefüggésvan szó, az egy-egy elemre vonatkozó egyensúlyi állapot a befolyóés távozó áramok egyenlőségét jelenti, vagyis

V(Í,i),(Í-l,i)(t(i,i) - 1(i-"j» + V(i,i),(i+l,i)(t(i,1) - t(i+l,i)) ++ v(i,i),(i,i-1)(t(i,i) - t(i,i-1)) + V(i,l),(i,i+1)(t(i,i) - t(i,i+l)) = O .

(2.l1)

(Háromdimenziós hőmérséklet-eloszlás esetén egy elemnek hatszomszédja van, s így az azokkal való kapcsolatának kifejezéséhezaz egyenlet még két további hasonló taggal bővül ki.)A fenti összefüggésben a V vezetőképességek a

összefüggéssel számíthatók, és ha a dx méreten belül többféleanyag fordul elő, akkor

A kömyezettel is érintkező elemek esetében

86

V = A EÂ .(2 .13)

V

1

1 Ax

(2.l4)

a + 2A

alakú vezetőképességek is előfordulnak, ahol a a hőátadási tényező.

A (2.11) összefüggésnek megfelelő mérlegegyenletek felírásávallineáris egyenletrendszer keletkezik, amelynek megoldására t6bb-féle eljárás is alkalmazható .

Igen hatékony és a valódi fizikai tartalomtól, valamint a konkrétvezetési törvények formájától független megoldási módszer aprobléma szállitási feladatként való kezelése . Ehhez fel kell írniaz egyes részrendszerek - �csúcsok" - közötti �élek" mentén azáramló extenzív mennyiség ältal az ellenállás legyőzésére fordított- ún . disszipációs - munkát, vagyis az áram és az ellenállástör-vény szorzatának az áram szerinti integrálját (ami egyébként a szál-

A Mir= is aszáftisá fetadat

lítási feladatoknál szereplő költségfüggvény megfelelője). A vizs-gált esetre

c(j,i)( (j,i)) - R(j,i)(f(t,i)) .

A disszipációs munkának az egész rendszerre - valamennyi élre -kiterjedő összegzésével az ún . célfunkcionált

E c(;,i)(f(+,j))I f R(í,j)(f(+,i)) df .

A célfunkcionái minimalizálásával a megoldás előállitható. Az álli-tás könnyen belátható:a valódi fizikai áramok és az intenzív jel-lemzők eloszlása úgy alakul, hogy az áram által a rendszerben levőellenállások legyőzésére fordított munka a lehető legkisebb legyen.

A �csúcsok" és �élek" emlitése egyben utalás is arra, hogy az egyeselemi részrendszerek szomszédsági viszonyai és kapcsolatrendszereegy gráf segítségével is felírhatók .

(2.15)

(2.16)

2.24. ábra . A szerkezet hőtani viselkedésének villamos modellje

87

A célfunkcionál minimalizálására a szállítási feladatok probléma-köréből ismert hatékony eljárások (pl. a duális gradiens módszer)alkalmazható .

A vezetési törvények azonos formája, a jelenségek hasonlóságafolytán ugyanez az eljárás alkalmazható a két- és háromdimenziósparciális vízgőznyomás-eloszlás számításira is . Ennek feltétele,hogy a vízgőzáramlás lecsapódásmentes legyen, viszont a lecsapó-dás ténye amúgyis a szerkezet alkalmatlanságit jelzi.

Ugyancsak a vezetési törvények azonos formája, ajelenség hason-lósága alapján a hőmérséklet-eloszlás analóg modellezéssel is meg-határozható. A 2.22., 2.23. ábrákon feltüntetett �hálózat" hason-mását - pl. elektromos vezetők, ellenállások (2.24. ábra) felhasz-nálásával - kialakítva a csúcsbeli feszültségek egyszerűen mérhe-tők, a feszültségeloszlás és a hőmérséklet-eloszlás pedig egymás-nak kölcsönösen megfeleltethető .

2.14 A szellőztetett határoló szerkezetek

A környezetből a helyiségbe (térbe) bejutó hőáramok csökken-tésének egyik hatékony módszere, építészeti-épületszerkezeti esz-köze a határoló szerkezet kéthéjú, kiszellőztetett légréses kialakí-tása .

Ennek legegyszerűbb esete, ha a határoló szerkezet két héja közöttáramló levegő mozgását a sűrűségkülönbségből származó felhaj-tó erő és a szél hatására kialakuló nyomáskülönbség idézi elő.A felhajtó erő hatása értelemszerűen a falak és a nagyhajlású(meredek) tetők esetén érvényesül, a szél hatása pedig főként akishajlású és a lapos tetők esetében használható ki . Míg a felhajtó-erő kialakulása mondhatni �automatikus", addig a szél hatásanagyon is esetleges . Ezért a mesterséges kiszellőztetés elsősorban alapostetők esetében indokolt .

A legegyszerűbb és leggyakoribb változatokban a két héj közöttilégrétegbe ún. kezeletlen külső levegő kerül. Abban az esetben,ha az épületben légtechnikai berendezés is működik, további cél-szerű változatok is kialakíthatók, így pl . nyáron az épületszer-kezetek az éjszakai hidegebb levegővel előhűthetők, télen pediga belülről távozó melegebb szellőző levegővel átöblíthetők.E folyamatba nemcsak a külső , hanem a belső határoló szerke-zetek, sőt az ablakszerkezetek is bevonhatók . (Az utóbbiakonkeresztül sugárzásos hőtranszport is lejátszódik, ezért vizsgála-tukra a sugárzást átbocsátó szerkezetek tárgyalásával együtt kerülsor.)

88

Analógiák

A légréteglevegőjénekmozgása

2.25. ábra . A kiszellőztetett határoló szerkezet hőmérlegének sémája

Legyen a vizsgálat tárgya egy olyan falszerkezet egységnyi széles-ségű , h magasságú sávja, amelynek homloksíkjait a valóságos felü-letek határolják . A hőáramlás a metszet síkjában (2.25 . ábra)játszódik le, és a feltételezés szerint a �bütük" irányában hőáram-lás nincs .

A jelenség

A határoló szerkezet külső héja a felületét érő napsugárzás követlefolyása

keztében felmelegszik . Ennek következményeként egyrészt sugár-zásos hőátszármaztatás jön létre a két héj egymással szembenézőfelületei között, másrészt hőátadás alakul ki e felületek és az álta-luk közrezárt rétegben levő levegő között . Az utóbbi hatás követ-keztében a levegő hőmérséklete megnő , sűrűsége csökken, a 16g-réteg és a környezet között pedig légkörzés alakul ki . A 16gréteg-

89

ből távozó levegővel együtt a szerkezetből konvektív hőáram jutki a környezetbe, ami által a helyiségbe (térbe) kerülő hőáramcsökken.

A folyamat az �elemi" mérlegegyenletek módszerével követhet ő.Az előzőkben (2.3 alfejezet) ismertetett eljárást az alábbiak szerintkell bővíteni .A külső héj külső felületén lejátszódó hőátadásra, napsugárzás-elnyelésre és sugárzásos hőcserére vonatkozó kifejezésekben nincsváltozás . Hasonló alakú kifejezés írja le a külső héj belső felületénlejátszódó hőátadást. A sugárzásos hőcserét leíró kifejezéssel kap-csolatban pedig annyi a változás, hogy a folyamatban a vizsgáltfelület �társa" a belső héj külső felülete, továbbá, hogy a két felü-let egymással párhuzamos .E feltételekre a sugárzással egységnyi felületről időegység alatt át-származtatott hő

ahol

ahol a jelölések :

90

`L1-2 -

1 l1 11 [ (ÎOU1al a2

a az alacsony hőmérsékleti abszorpciós tényező,T a felület - abszolút skálán mért - hőmérséklete .

(2 .17)

A külső héj hőszigeteletlen, gyakran csekély vastagságú és lemez-szerű, ezért mindkét felületén azonos hőmérséklet tételezhető fel.A belső héjra felirt összefüggésekben a változás mindössze annyi,hogy természetszerűleg nem szerepel benne a napsugárzás elnyelé-sére vonatkozó tag, a sugárzásos hőcserét pedig a (2.17) egyenletfejezi ki (2.26. ábra).A légréteg egy dx magasságú elemi térfogatára a hőmérleg :

al(tl ,, - ti,) dx + a2(t2 x - tl x) dx - Avp c(tl .x+dx - tl,x) - 0 e(2.18)

a a hőátadási tényező,t a hőmérséklet,v a légsebesség,p a levegő sűrűsége,c a levegő fajhője,A az egységnyi szélességű légréteg áramlási keresztmetszete.

A folyamatkövetése elemimérlegegyenletek-kel

A folyamatkövetése këzelítő

számítással

N

a

w

!low[,(~~~~1'[ 'I ;j$

v~ ,ay))~,IIInÍ

e

e

1 d1

di

Id1d1d1dldldl

A (2.18) összefüggés analitikusan megoldható

t

c c

OCltl, x + CC2t2,x + [(acl + a2)te - 12t2,x - altl,x]tx -a1+062

2.26. ábra. A kiszellőztetett határoló szerkezet hőmérlegének számítása azelemi mérlegegyenletek m6dszerével

epcA

(2.19)

A levegő áramlási sebessége a nyomáskülönbségből és az áramlásiellenállásból számítható, és ha a nyomáskülönbség a hőmérséklet-különbség függvénye (azaz a levegő afelhajtóerő hatására mozog),akkor a számítás iterációs .

A feladat az elemi mérlegegyenletek módszerével elvi nehézségnélkül megoldható, de a megoldás - hosszadalmassága folytán -számítógép alkalmazását teszi szükségessé.

Tekintettel arra, hogy a szellőztetett légréteges határoló szerkeze-tek egyszersmind általában könnyű szerkezetek is,

amelyekben az állandósult állapothoz közeli hőmérséklet-el-oszlás rövid idő alatt kialakul,

a folyamat az állandósult állapotot leíró egyszerűsített össze-függésekkel is kielégítő pontossággal kezelhető .

91

2.27. ábra . Az elemi levegő-térfogatelem hőmérlegének sémája

92

A légrétegben áramló levegő hőmérsékletének lehetséges felsőhatárértéke (nagyon hosszú légréteg vagy nagyon kicsiny áramlásisebesség esetén) állandósult állapotban :

összefüggéssel számolható,ahol

kb ti + kk teth -

kb + kk

illetve a külső és a belső hőmérséklet különbségére vonatkoztatottsajátléptékben

ti - th

kk©h =

ti-

ta= kb + kk

aholkb a belső héj hőátbocsátási tényezője,kk a külső héj hőátbocsátási tényezője .

Az elemi mérlegegyenletek módszeréhez képest az elhanyagolás ittabban jelentkezik, hogy a kk és a kb értékeiben a légréteg és a felü-letek közötti hőátadási tényező mellett a szembenéző felületeksugárzásos hőcseréje csak a hőátadási tényező fiktív megnövelésé-vel vehető figyelembe [1 ] .A konvektív hőátadási tényező átlagos értéke a szembenéző felü-letek és a légrétegben áramló levegő között az

3,51 + 0,02 tl + t2

VP

0,2

tl a külső héj belső felületének hőmérséklete,t2 a belső héj külső felületének hőmérséklete,v az áramlási sebesség,p a sűrűség,Si a légréteg vastagsága .

A szokásos feltételek mellett a, = 5 - 8 W/m' K.A rendszer hőmérlege abból a megfontolásból írható fel, hogy akülső héjon áthaladó és a belső héjon áthaladó hőáramok különb-sége egyenlő a levegővel távozó konvektív hőárammal. A légréteg-ben áramló levegő hőmérséklete (a levezetés mellőzésével) saját-léptékben a beömlő nyílástól számított x magasságban :

Ox =ekb+kkVpc

(2.20)

(2.21)

(2.23)

93

1,0

0.9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0.0

. k; + ke x

HELYI

ÈRTÉKEK:

Í

L (J c

ATLAGÈRTI=K:

2

2.28 . ábra . A kiszellőztetett légréteg hőmérsékletének sajátléptékben mértváltozása

ahol az új jelölések

94

V a légrétegben áramló levegő tömegárama (a határoló szer-kezet egységnyi sávjára vonatkozó érték),c a levegő fajhője.

Az x helyébe a belépő és a kilépő nyílás közötti magasságkül6nb-séget írva a távozó levegő sajátléptékben mért hőmérséklete adó-dik (2.28. ábra) .

A levegő sajátléptékben mért átlaghőmérséklete a- kb+kc h

-1 - e

VPc

kb + kk hVpc

összefüggésbő l, illetve a 2.28 . ábráb6l határozható meg .

(2.24)

A sajátléptékben mért hőmérsékletből:

Ha a levegő áramlását a felhajtóerő okozza, akkor a számítás ite-rációsan végzendő, a felhajtó erő ugyanis a távozó levegő hőmér-sékletének függvénye

A nyomáskülönbségből a légsebesség a

összefüggés alkalmazható .

összefüggés alapján.

ti = ti - ©1(ti - ta) .

(2.25)

AP = 2 g(P. - Pd ,(2 .26)

aholp a levegő sűrűsége,g a gravitációs gyorsulás,t index a légrétegből távozó levegőre utal .

A távozó levegő hőmérséklete ugyanakkor a (2.23) összefüggésszerint a légtömegáramnak, vagyis - miután az áramlási kereszt-metszet adott - a légsebességnek függvénye.

__ J2Apv PLC

összefüggéssel számítható, ahol C az alaki ellenállás tényező.

(2.27)

Ha az alaki ellenállás csak a belépésből, a kilépésből és az e kéthelyen bekövetkező irányváltoztatâsból származik, akkor a (2.27)egyenlet helyett az egyszerűbb

v = 0,15

2(t~ - ti)

(2.28)

Ha a levegő áramlása a szél vagy a mesterséges szellőztetés hatá-sára jön létre, iterációra nincs szükség, a légtömegáram és az áram-lási sebesség független a hőmérséklet-különbségtől .A helyiségbe jutó hőáram a légtérben kialakult közepes hőmérs6k-let és a belső hőmérséklet-különbségéből, továbbá a belső héj hő-átbocsátási ellenállásából határozható meg az ismert

Q = AkbQI - t i)

(2.29)

95

h16 14 12 10 8 6 4 2

[MI

18

,20

At[KI

16128

6

4

3

2

96

2.29. ábra . A kiszellőztetett légrétegben kialakuló légsebesség számítása

" , " " " LEOLVASÁS

6

5_

4.~

3

2

W [M/s ,C."

1

0,5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.C

i

i

i

v

A szellőztetettfalak

A szellőztetettalapok

A hőmérséklet exponenciális eloszlása elhanyagolható, ha a (2.23)és a (2.24) összefüggésekben szereplő kitevőre nézve teljesül a

kb+kkh>3Vpc -

feltétel (ami kis áramlási sebesség vagy az áramlás irányában hosszúlégréteg esetén tételezhető fel) . Ebben az esetben ugyanis - egyelhanyagolhatóan rövid kezdeti szakasztól eltekintve - gyakor-latilag a légréteg teljes hossza mentén a levegő hőmérséklete a t.határhőmérséklettel (2.20) egyenlő .

Egy adott szerkezetű kiszellőztetett külső fal egyetlen hőtechnikaiadattal nem jellemezhető , mivel a szerkezet viselkedése : a külsőhéjon, a belső héjon áthaladó és a levegővel távozó hóáramokviszonya a meteorológiai jellemzők és a tájolás függvénye. A ki-szellőztetés a keleti täjoläsú falaknâl a leghatékonyabb, mert anapsugárzás legnagyobb (maximális) intenzitâsa és a külső 16g-hőmérséklet csúcsa (maximuma) időben távol esik egymás-tól, hiszen a legnagyobb sugárzás intenzitâsnak kitett szerkezetetmég viszonylag hideg levegő öbliti, amikor pedig legnagyobb alevegő hőmérséklete, a szerkezetet már nem éri közvetlen nap-sugárzás .

Ugyaneme megfontolás alapjân kevésbé hatékony a déli, és leg-kevésbé az a nyugati tájolású falak kiszellőztetése.

A hatékony kiszellőztetés mellett a szembenéző felületek sugárzásitulajdonságai is jelentős szerepet jâtszanak. Előnyös, ha ezek ala-csony hőmérsékleti abszorpciós tényezői kicsinyek. E köve-telményt a gyakorlatban hasznâlt anyagok közül a nyers alumí-nium, a festékek közül pedig az alumínium-bronz festékek elégí-tik ki .

A kiszellőztetés hatékonysága azon mérheto le, hogy a belső héjkülső felületéről mennyivel kevesebb hőáram jut be az épületbe,mint a kiszellőztetés és a külső héjjal létrehozott árnyékolás nél-küli megoldás esetén . Ez a napi ätlagérték szempontjából is figye-lemreméltó lehet, de különösen a csúcsérték vonatkozásábanjelentős.

Akiszellőztetés �csúcselkenő" hatása jelentős, kivéve adélnyugati-nyugati tájolási tartományba eső szerkezetek esetét .

Az alápincézetlen, egyszintes épületek legnagyobb hőtároló képes-ségű határoló szerkezete a talajra fektetett padló, és a padló alatti

97

Q

2.30 . ábra . A szellőztetett külső falak sémái

98

a) épúletmagasságú ;b) szintmagasságú

v

v

v

c) mellvéd magasság(t ;d) elnyelő úvegbő lkészített árnyékvet őmögötti tér

Q

v

A szellőztetettlapos tetők

talajnak az a része (rétege), amelyben a különféle, időben változóhőhatások még érzékelhető hőmérséklet-változást okoznak. Egy-szintes, könnyűszerkezetes épületek esetében a padlónak meghatá-rozó szerepe van abban, hogy a helyiség az időben változó hőhatá-sokra hogyan �válaszol".

A padló nagy hőtároló képessége aktivizálható és előnyösen ki-használható ún. szellőztetett alap kialakítâsa révén. Ennek lényegeegy, a padló alá terített, 40-50 mm szemcsenagyságú, egyszemcséskőzúzalék vagy kavicságy, amelyen a szellőző levegő nem túlzot-tan nagy ventillátormunkával átszívhat6. A kavicságy hőtárolóképességének aktív felhasználása a következő példákon mutat-ható be :

a padlófelület által elnyelt hő az éjszakai hűvösebb levegővelelszállítható,

a kavicságy előhűtése után napközben a helyiségbe befújtvagy a szellőztetett tetőszerkezetbe bejuttatott levegő hőmér-séklete csökkenthető a kavicságyon való átszívással,

télen a helyiségből távozó levegővel a kavicságy felmelegít-hető, vagyis az épület lehűlése éjjel, vagy fűtési üzemszünet-ben a kavicságy hőtartalmának rovására mérsékelhető .

A felsorolt egyszerűbb eseteken kívül még további változatok iskialakíthatók. Ezek lényege az, hogy a szellőztetett alap (az ágya-zás) az épületgépészeti rendszer (a szellőztetés, az adiabatikus hűtés,a hőtároló fűtés) egyik elemévé válik. Kavics- vagy kőágy helyettolyan - műanyagedényekbe zárt - vegyi anyagok, hőtároló töl-tetek is alkalmazhatók a hőtárolás céljâra, amelyek a hőfelvételhatására �megolvadnak", a hőelvonâs következtében pedig vissza-dermednek. (A valóságos folyamat ennél bonyolultabb, pl . kristá-lyosodás, illetve kristályvíz felszabadulása, de a lényege az, hogyállandó hőmérsékleten játszódik le .)

Méretezési szempontból különleges esetnek minősülnek a kéthéjúszellőztetett lapos tetők.

Ha a kiszellőztetés a szél hatásárajön létre, akkor a számítás mód-szere nem különbözik a korábban ismertetett módszertől : a levegőaz egyik homlokzaton kiképzett belépőnyílástól a másik szembe-néző homlokzaton kialakított kilépőnyílásig egy irányban áram-lik, a szél okozta torlónyomások különbsége és az áramlási útellenállása által meghatározott sebességgel . A hőmérséklet-elosz-lás, a levegő által elszállított konvektív hőáram a (2.23)-(2.29)összefüggésekkel számítható .

Ha akiszellőztetést gépi elszívással oldják meg, akkor a méretezésimódszer lényegesen megváltozik. A gépi elszívás ugyanis gyakor-latilag pontszerűnek tekinthető, hiszen a tető alapterületéhez viszo-nyítva az elszívó ventillátor szívócsonkjának átmérője elhanyagol-ható (2.31. ábra).

NOWNwJ`ml~

2.31 . ábra . Tetőfödém kiszellőztetésének sémája

A két héj közötti térben a levegő sugárirányban áramlik az elszíváshelye felé . Az azonos sebességű és azonos hőmérsékletű pontokmértani helyei közelítőleg az elszívó ventillátor köré írt koncentri-kus körök (2.32. ábra). Ez a szabályossâg nagyobb sugarak ese-tén már eltorzul : egy elszívó ventillátorhoz ugyanis rendszerintnem egy kör, hanem egy paralelogramma ältal határolt tetőfelülettartozik .

2.32. ábra . Tetőfödém kiszellőztető ventillátorok hatásterületének értel-mezése

A szerkezet hőmérlege - egy r sugarú körhöz illesztett dr széles-ségű körgyűrűre (2.33. ábra) felírva - azt fejezi ki, hogy a kör-gyűrű felületén a külső héjazaton átjutó hőáram és a belső héja-zaton átjutó hőáram különbsége megegyezik a két héj között

100

rr-dr

2.33 . ábra. A kiszellő ztetett tetőfödém hőmérlegének sémája

áramló szellőző levegő hőtartalmának növekedésével :

azaz a légrétegben áramló levegő hőmérsékletének az a lehetségesfelső határértéke, amely igen kis sebesség vagy igen nagy áramlásiúthossz esetén alakul ki .

Az összefüggésekben az integrálisi állandó

Gc(2.33)

[kk(tk - tr) - kb(tr - tf 2r 7r dr = Gc dt . (2.30)

Az egyenlet megoldása :e Cr=

tr = th - -ecR3 (th te) e (2.31)

ahol+

thkk t k kb tb

- , (2.32)kk + kb

ahol az egyes jelölések :

kk a külső héj hőátbocsátási tényezője,kb a belső héj hőátbocsátási tényezője,t k a külső �naplég"-hőmérséklet,te a külső levegő hőmérséklete,t; a belső hőmérséklet,tr a légrétegben áramló levegő hőmérséklete az elszívás helyé-től mért r távolságban,r a sugár,G az elszívott levegő tömegárama,c a levegő fajhője,R a belépőnyílás és az elszívócsonk közötti távolság.

A távozó levegő hőmérséklete r = 0 helyettesítéssel adódik . (Ter-mészetesen a valódi elszívócsonkm6ret is behelyettesíthető .)

Megjegyzendő, hogy az itt bemutatott közelitő összefüggésekbőlnem tűnik ki a két héjazat szembenéző felületeinek szerepe, de akorábban említettek alapján a hőterhelés szempontjából igen fon-tos, hogy ezek alacsony hőmérsékleti emissziós (= abszorpciós)tényezői lehetőleg kicsinyek legyenek .

A tetőfödémek kiszellőztetésével a szerkezeten átjutó hőterhel6sfelületmenti eloszlása egyenletesebb, mint a külső falak esetén .Ez a centrális elrendezés következménye . A belépéshez közel alevegő hőmérséklet-növekedése viszonylag gyorsabb, részben anagyobb hőmérséklet-különbség, részben az egységnyi felületrejutó légtömegáram kisebb értéke miatt . A sugár mentén továbbhaladva az elszívás helye felé, a hőmérséklet-különbség csökken,ugyanakkor az egységnyi felületre jutó légtömegáram nagyobb lesz.Így a sugár függvényében lassabban éri el az aszimptotikus jelle-get (2.34 . ábra) .

A külső kerület (az épület párkánya) mentén 0,1 m/s nagyság-rendű belépő légsebesség minden tekintetben reális érték . A külsőkerület mentén e sebesség az áramlási ellenállás szempontjából ked-vező . Az elvileg pontszerű elszívás helyére egy valóságos ventil-látor szívócsonkját képzelve az áramlási sebesség a szívócsonksugarának megfelelő henger palástfelületén 10 m/s nagyságrendűlesz, ami szintén megfelel az áramlási ellenállások, a kapcsolatosakusztikai problémák szempontjából, és megegyezik a légtechnikairendszerekben szokásos értékkel . Az egész födémszerkezet nőter-helése szempontjából az a meghatározó, hogy ha 30-250 m2 felü-letű födémszerkezetre számítanak egy elszívó ventillátort (mely-nek légszállítása 1500-6000 m/h között van), akkor C értéke0,01-0,04 nagyságúra adódik. A födém alapterületeknek megfe-lelő R értékeket behelyettesítve és ro = 0 közelítő feltételezésből

102

C= 0.01

C=0,02-------

C=O.G4-_-_._

2.34 . ábra. A szellőző levegő túlhőmérsékletének változása a sugár mentén.(Pontszerű elszívás)

(pontszerű elszívás) kiindulva a légréteget kiszellőztető levegő túl-hőmérsékletének változására a 2.34. ábra szerinti görbék adódnak.(Az összehasonlithatóság érdekében egy ábrán különböző suga-rakra vonatkozó túlhőmérséklet-eloszlâsok szerepelnek egymásrarajzolva, a sugár függvényében .) Az ábrából megállapítható, hogya hatékony hővédelem szempontjából a kis CR2 értékek kívánato-sak. A CR2 <__ 1 feltételből kiindulva, ez azt jelenti, hogy az elszívóventillátor légszállítását a

ot, + kkG<_A 0

C

feltétel alapján kell megvälasztani, ahol az új jelölések :

Ao az elszívó ventillátorhoz tartozó födémterület,a, a hőátadási tényező a belső héj külső felületén.

Az egyenlőtlenségben szereplő hőátadási és hőátbocsátási ténye-zők átlagos értékét, a levegő fajhője és sűrűsége közepes értékeitfigyelembe véve irányszámként az adható meg, hogy a födém kiszel-lőztetésére szolgáló légtömegáram (V m3/h) számértéke a födémalapterületének mintegy harmincszorosa legyen, azaz pl . 100 m2

103

födémterületre 3000 m3/h . Ennél kisebb érték nem nyújt eléggéhatékony megoldást, ennél nagyobb érték esetén a ventillátor-munkában, a zaj- és rezgésproblémákban jelentkező többletgon-dok pedig egyre kevésbé állanak arányban az elérhető eredmé-nyekkel .

2.15 A vízzel elárasztott és permetezett határoló szerkezetek

A lapos tetők (tetőfödémek) és más határoló szerkezetek vízzelelárasztása, illetve permetezése a hótechnikai viszonyokat alap-vetően három módon befolyásolja, éspedig

a víz mint párolgó közeg jelentós hőmennyiség leadásáraképes ;

a vízréteg megváltoztatja a szerkezet hővezetési ellenállását ;

a víz az elárasztás esetén - mint egy újabb nagy hőtehetetlen-ségií réteg - növeli a tető (eredeti) hótehetetlenségét, javítjahőcsillapítását .

Az elárasztás, illetve a permetezés a nyâri időszakban

lényegesen csökkenti az épületek tetőfödémén, illetve falszerkeze-tein át a térbe (helyiségekbe) bejutó hóterhelést, és

lehetővé teszi a klímaberendezés teljesítményének és energia-fogyasztásának nagyon is számottevő mérséklését,

esetleg megoldhatja a kielégítő hőérzeti viszonyok - klímaberen-dezés alkalmazása nélküli - elérését .

A számítás elve a következő :

A vízréteg hőmérlege :

ahol

104

q,,+qk+qp +qs =0, (2.34)

qv a vízréteg alatti rétegbe vagy rétegbő l vezetéssel származta-tott hőmennyiség,qp a párolgási hőmennyiség,qk a víz és a levegő közötti konvekciós hőcsere,qs a sugárzásos hóterhelés .

A felületről elpárolgó víz mennyisége a ß' párolgási tényező beveze-tésével a

W = ß'(P", - P.)

(2.35)

Az elárasztás,permetezéshőtechnikaihatása

A számítás elve

Az elpárolgó vízmennyisége

összefüggésből számítható, ahol

pH, a vízfelület hőmérsékletéhez tartozó telítési parciális víz-gőznyomás,Pe a külső levegőben uralkodó parciális vízgőznyomás .

A párolgási tényező a következő összefüggéssel fejezhető ki :

i'=0,022+0,17v,

ahol v a levegő sebessége a vízfelület fölött .

A párolgással

Az elpárolgó vízmennyiség ismeretében a párolgással elvont hő-elvont hőmennyiség mennyiség:

ahol r a párolgási hőmennyiség.

qn = Wr ,

(2.36)

A (2.36) egyenlet nem veszi figyelembe, hogy milyen hőmérsék-letű víz került a tetőre. Gyakorlatilag ugyanis a párolgási hő mel-12tt elhanyagolható az a hőmennyiség, amely a víz kb . 10 K-nelvaló felmelegítéséhez szükséges. (Permetezés esetén pedig a le-csorgó víz visszaforgatása miatt a külső levegő állapotjellemzőinekfüggvényében beáll a víz egyensúlyi hőmérséklete.)

DIRE'KT

ISSIA, ER-

H~vESZTESE'G

tiAjAT SUGÁRZÁS

JU~ARZAS

A,vYA PARO'_GASSA_ HöATADÁ

JEZ~?ESES Hn4F'_ .,.

2.35. ábra. Elárasztott lapos tető hőegyensúlyának sémája

105

Az egységnyi vízfelület és a levegő közötti konvektív hőcsere :

A külső hőátadási tényező :

qk = ae(tw - te) 9

aholae a külső hőátadási tényező,tw a víz hőmérséklete,te a külső léghőmérséklet.

(2.37)

ae =5,8+4v .

(2.38)

A víztükör alatti rétegbe (vagy rétegből) vezetéssel átszármaztatott

A víztükör alattihőáram

rétegbe vezetésselbejutó hűáram

q, = K(tw - t) ,

(2.39)

ahol t; a helyiséghőmérséklet, K a hőátszármaztatási tényező , abelső tér és a vízréteg között, amelynek értéke

K =

1

- .

(2.40)

Elárasztott tető esetén a rétegekbe a vízréteg is beleértendő , és avízréteg tényleges vastagságával és a nyugvó víz hővezetési ténye-zőjével kell számolni . Ezt az indokolja, hogy a méretezés szem-pontjából �érdekes" esetben a hőáram felülrő l lefelé halad, s így(+4 °C-nál magasabb hőmérséklet mellett) a vízben �stabil" réteg-ződés alakul ki .

Permetezett tetők és határoló szerkezetek esetén a vízréteg vastag-sága elhanyagolható, tehát a (2.40) összefüggésbe csak a szerkezetirétegek számítandók be .

A vízfelületre jutó napsugárzásból az egységnyi felület által el-nyelt hő

q s =a7,

(2.41)

ahol a a vízfelület abszorpciós tényezője, I a napsugárzás intenzi-tása .

A (2.34) összefüggést a (2.35)-(2.41) képletek alkalmazásával rész-letesen kifejtve :

106

K(tw - ti) = aI - ae (tw - te) - ß'r(pw - pe) "

(2.42)

A vízfelület és alevegő közöttikonvektív hőcsere

A napsugárzásbólelnyelt hő

A szerkezeth őmérlege

A permetezett tető

Az összefüggésben gondot okoz a tw, vízhőmérséklet. Az egyszerűkezelhetőség céljából indokoltnak látszik - a naplég-hőmérsékletanalógiájára - a ,,nedves naplég-hőmérséklet" fogalmának beveze-tése, amelyben a (2.42) összefüggésben szereplő tényezők össze-foglalhatók.

A (2.41) összefüggés átalakításával a�nedves naplég-hőmérséklet"

+

aI+_

of . te +_

ß'rpee

ae + p'rY

'

következésképpen a szerkezeten áthaladó hőáram

(2.43)

q - k(té - ti) ,

(2.44)

ahol a korábbiak szerint a k értékében elárasztás esetén a vízréteghővezetési ellenállása is szerepel).

Megjegyzés : az összefüggésekben Y a parciális vízgőznyomás és ahőmérséklet közötti lineáris közelítő összefüggésben szereplőegyüttható :

Pw = Ytw . (2.45)

A (2.43) összefüggés - a számszerű adatok behelyettesítésével -számításra alkalmas módon kifejtve :

t+ _0,9I + (5,8 + 4 v) te + (13,1 + 10,1 v) p.

19,5 + 14,5 v

a vízréteg vastagsága elhanyagolhatóan kevés,

(2.46)

Permetezett szerkezet esetén az alábbi körülmények t6telezen-dők fel :

a permetezés valóban elegendő vizet juttat a felületre ahhoz,hogy azon összefüggő vízréteg alakulhasson ki,

az elcsurgó víz (visszaforgatása után) a rendszerbe bevezetvepermetként újra a tetőfelületre kerül,

az öntöző- vagy porlasztófejeknek a szerkezet síkjától mérttávolsága csekély.

Ez esetben az előző példa egyéb adatait változatlannak tekintve azalábbi közelítő módszer alkalmazható :

te számítása változatlan,k számításánál a vízréteg elmarad.

A meteorológiai

A közölt összefüggésekből megállapítható, hogytényezők hatása

a szélsebesség fokozásával a párolgási és a konvektív hőleadásegyaránt nő, a helyiségbe jutó hőáram csökken ;

107

a napsugárzás intenzitásának növekedésével a ,,nedves naplég-hő-mérséklet" és a helyiségbe bejutó hőáram nő ;

a külső hőmérséklet emelkedésével a,,nedves naplég-hőmérséklet"növekszik;

a külső levegő páratartalmának fokozásával a párolgási hőleadáscsökken, a �nedves naplég-hőmérséklet" értéke viszont nő ;

de megjegyzendő, hogy a levegő páratartalmának növekedése afelszínre érkező napsugárzás intenzitásának csökkenését idézi elő,ami viszont csökkenti a �nedves naplég-hőmérséklet" értékét, s ígya jelenség bizonyos fokig �önszabályozó" jellegű.

II . táblázat

Anedves naplég-hőmérséklet nagyon nagy mértékben függ a külön-böző meteorológiai jellemzőktől. Értéke a külső léghőmérséklet-nél még alacsonyabb is lehet. Ez a II. táblázatban található néhányadatsorral példázható.

2.16 Az időben változó hőhatások

A környezetben végbemenő változások sora, a forráserősség válto-zása, vagyis az egyes épületgépészeti berendezések - valamilyenprogram szerinti - változó teljesítményű üzemeltetése, a spontánfonások erősségének időbeli változásamaga után vonjaahatároló-szerkezeteken áthaladó áramok változását .

A szerkezetek e változásokra az állapotukra jellemző intenzívmennyiség változása révén válaszolnak, a feladat tehát az extenzívés intenzív mennyiségek változása közötti kapcsolat felhasználásá-val oldható meg. Adott esetben a közölt hő és a hőmérséklet-vál-tozás közötti összefüggésre van szükség. Ez a legegyszerűbb ésleggyakoribb esetben

dQ = mcdt,ahol

m a tömeg,c a fajhő ,Q a közölt hő ,dt ahőmérséklet-változás.

108

(2.47)

A feladat általmosbemutatása

te 0 pe kJ te[ .cl s [ %l [Pal mhh [ Cl

28 0,9 0 50 1933 2930 48,828 0,9 1 50 1933 2930 34,928 0,9 3 50 1933 2930 26,428 0,9 1 75 2800 2930 39,5

Más összefüggés használandó akkor, ha a hőközlés hatására vala-milyen fázisváltozás is lejátszódik, pl. a szerkezetben levő nedves-ség elpárolog, vagy a szerkezetbe fűtőberendezést építettek be,vagy a szerkezetbe beépített töltetanyagban kémiai folyamat ját-szódik le .

A nem állandósult

A mérlegegyenlet nem állandósult állapotra :állapot

mérlegegyenlete

dE=Q-I . (2.48)

A (2.48) összefüggés azt fejezi ki, hogy az extenzív mennyiség meg-változása a forráserősség és az áramok különbségével egyenlő.

A továbbiakban a vizsgálat tárgya a sugárzást át nem eresztőtömör külső határoló szerkezet. A vizsgált rendszer most tehát egyilyen határoló szerkezetnek egy olyan egységnyi homlokfelületűdarabja, amelyet a térből két valós homlokfelület és a bütük men-tén négy képzeletbeli sík metsz ki . Egydimenziós jelenség esetén a.képzeletbeli felületeken áram nem halad át .

A vizsgált rendszerben - az előzőekben említett sajátos eseteketkizárva = hőtartalom-változás csak a rendszerbe befolyó és azonnan távozó áramok különbségéből eredhet, a rendszeren belülpedig forrás vagy nyelő nem működik.

A feladat

Afeladat általános megközelítésének gondolatmenete :megközelítése

a vizsgált rendszert képzeletbeli síkokkal elegendően nagy-számú, elegendően kicsiny térfogatú részrendszerekre dara-bolva egy-egy ilyen elemi részrendszeren belül az intenzívjellemzők térbeli változásától el lehet tekinteni, vagyis az elemirészrendszer hőmérséklete egy adattal jellemezhető ,

az előbbiek szerint kialakított elemi részrendszeren belüliváltozások annál kisebbek, minél rövidebb a vizsgált jelenségidőtartama, ezért

arövid - elemi - időtartamok alatt lejátszódó változások azállandósult állapotokra vonatkozó összefüggéseket felhasz-nálva - kielégítő pontossággal - leírhatók.

Elemi részrendszereket kialakítva és a folyamat időbeli lefutásátelemi kis lépésekre aprózva e gondolatmenet alapján, az elemi hő-mérlegek módszerével bármely jelenség követhető.

Abban az esetben, ha a vizsgált rendszer egy külső határoló fal'egy egységnyi felületű darabja, az elemi részrendszereket a pár-huzamos síkokkal határolt, elemi dx vastagságú rétegek alkotják .

109.

A felosztás tetszőleges, az egyes rétegek célszerűen sorszámmal- Axj - jelölhetők. A folyamatot Az hosszúságú elemi időtarta-mokra felaprózva, egy adott időpont a folyamat kezdetétő l eltelt- AT - időegységek sorszámozásával - AT,, - jelölhető .

Egy elemi rendszerre nézve - a hely és az idő jelölésére a mostbevezetett eljárást alkalmazva - a mérlegegyenlet :

AQj,,, = Ij- 1., . AT - I,,, AT .

(2.49)

Az I áramot és a hőtartamváltozást részletesen felírva :

cjmj( tj,n+l - ti, .) = Axr_, (tj,n-1 - tj,n)AAti -

Axj ( tl , n - tj, n+t) AA r .

Az A felület célszerűen egységnyire választandó .

(2.50)

Ha az elemi réteg a rendszer határán fekszik, úgy az összefüggésbena hővezetés helyett a hőátadás szerepel . Ha a vizsgált rendszerbena j-edik rétegben forrás (vagy nyelő) is működik, amelynek erő s-sége az a-edik elemi időtartamban Fn, akkor

AQj,n = Fj,n Az + J;_l,nAT - Jj,� A'r .

(2.51)

Forrásként kezelhető a felületre beeső sugárzás elnyelése, a szer-kezetbe beépített hőleadó stb .

Elvileg nem, csak terjedelmében más feladat a két- és háromdimen-ziós jelenségre vonatkozó mérlegegyenletek felírása .

A megoldáshoz meg kell adni a peremfeltételeket és a rendszerkiinduló állapotát jellemző kezdeti feltételeket.

Az elemi mérlegegyenletek alkotta egyenletrendszer minden külö-nösebb elvi nehézség nélkül, számítógéppel is megoldható. Gya-korlati kérdés a Ax és Ai értékek megválasztása, e két érték ugyanisnem adható meg egymástól függetlenül . Az eljárás stabilitása érde-kében a Ax értékhez rendszerint igen kicsiny Ai értéket kell válasz-tani . Ez a pontosság szempontjából nem hátrány, de a számításidőtartama szempontjából igen .

A tárgyalt feladat megoldásához - a leíró egyenletek azonos for-mája, a jelenségek hasonlósága alapján - analóg modellek is fel-használhatók .

A részrendszerek méretét és az elemi lépések időtartamát mindenhatáron túl csökkentve, a tömeg helyett a sűrűséget, a forráserős-

Az elemimérlegegyenlet

ség helyett a forrássűrűséget bevezetve a jelenséget leíró differenciál-egyenlet adódik.

Edifferenciálegyenlet néhány speciális esetben analitikusan is meg-oldható. E megoldások közül néhány gyakorlati jelentőségű, ésbemutatásukra a következőkben kerül sor.

Az ugrásfüggvény

Az egyik legegyszerűbb �szabályos" változású folyamat - amelybizonyos egyszerűsítések után analitikus megoldással követhető -úgy keletkezik, hogy a folyamatot kiváltó jellemző - hirtelenmegváltozva - új értéket vesz fel . Ilyen ugrásfüggvényekkel bonyo-lultabb jelenségek is közelíthetők. A valóság körülményei között iselőfordulnak �tiszta" ugrásfüggvények, pl . egy épületgépészeti be-rendezés leállításakor vagy megindításakor .

Legyen a vizsgálat tárgya egy egységnyi homlokfelületű fal. Állan-dósult állapotban a falban kialakuló hőmérsékleteloszlós egysze-rűen meghatározható (2.36. ábra) . A teljes keresztmetszetébento hőmérsékletű falhoz viszonyítva a feltárolt hő az egyes rétegekrevonatkozó

Wi = mi ci 9i

(2.52)

szorzatokkal fejezhető ki, ahol 3 a to értékhez viszonyított túl-hőmérséklet.

E kifejezések összege Waz adott viszonyítási alaphoz mérten aszerkezetben feltárolt hőmennyiséggel egyenlő .

Ha e kifejezések összegét a szerkezet két oldalán levő közegek egy-ségnyi hőmérséklet-különbségére vonatkoztatják, akkor az a szer-kezet hőtároló képességét adja meg.

Ha a túlhőmérséklet elemi d9 változást szenved, akkor a tárolt hőrovására a szerkezeten elemi dz időtartam alatt áthaladó hőáram:

Átrendezve :

A megoldás

ahol9o a kezdeti túlhőmérséklet [K],Za szerkezet időállandója [h].

A 2.36. ábra tanúsága szerint a hőtároló képesség a rétegsorrend-től és a hőátadási tényezőktől is függ, éppen ezért az időállandó

Wd9 = k9 dz . (2.53)

dz0

==k 99 Z 9 ' (2.54)

9 = 9,e z , (2.55)

I

m

AXj ej Cj vJ

F- AXj Cj Cj em'

j=1

2ei

2.36. ábra. A határoló szerkezet hőtároló képessége

>

>

I

I

I

111.-

I i I

I

i

I

I

I

Imlnx

a) külső

b) belső

c) a rétegsorrend hatásaa h ő tároló képességre

A lineáris változás

8

attól is függ, hogy az ugrásfüggvény szerinti változás a szerkezetmelyik oldalán játszódott le .

A nagy időállandójú szerkezetek az időben változó hatásokra lustánválaszolnak. A nagy időállandó többnyire kedvező, mert a lustánváltozó áramok kompenzálása könnyebb .

Hasonló eljárással oldható meg a feladat, ha a változás nem ugrás-függvény szerinti, hanem lineáris.

A kiinduló összefüggés ez esetben

ahol B a hőmérséklet-változás sebessége .

A megoldás egy, a 90 + Bz egyenletű egyeneshez simuló exponen-ciális függvény . Ezek között a d90 kezdeti különbség az idő függ-

Z

vényében (1 - e z)-szeresen csökken (2.37. ábra) .

Wd9 = k(90 + Bz) dz,

(2.56)

z

2.37. ábra . A helyiség hőmérsékletének változása időben lineárisan változóhőhatás következtében

Az időben nem állandósult hatások egyik leggyakoribb és legtipi-kusabb esete a napi periódusú, kvázistacioner változás . Ilyen jel-leggel változik számos, a környezetre jellemző mennyiség, az épület-ben, térben, helyiségben működő spontán fonások többsége,gyakran az épületgépészeti berendezések teljesítménye.

Legyen a vizsgált rendszer először egy egységnyi homlokfelületű,homogén sík fal. A hővezetés differenciálegyenlete erre

Ennek egy megoldása:

at altPC 8z = I.áx2 .

_ Zx'T

xs ~it(x, T) = e

L.

(Oo ch

+

qo

ish

xsxs

S.J

Az összefüggésekben

t a hőmérséklet,q a hőáramsűrűség,ao a periódusidő,x a vizsgált sík koordinátája,À a hővezetési tényező,i a képzetes egység,s a szerkezet anyagának hőelnyelési tényezője,Oo a hőmérséklet-ingadozás amplitúdója,a �0" index az z = 0 síkra vonatkozik .

Egy anyag hőelnyelési tényezője az

(2.57)

s = ~2OAcp

(2.59)TO

érték, ami azt fejezi ki, hogy az adott anyagból készített végtelenvastag fal felületén milyen a hőáram-ingadozás és a hőmérséklet-ingadozás kapcsolata, vagyis hány W/m' amplitúdójú, szinusz-görbe szerinti ingadozás okoz egységnyi hőmérséklet-ingadozást .A hőáram- és a hőmérséklet-ingadozás között egynyolcad peri-ódusnyi időbeli eltérés van.

Látható, hogy a (2.58) összefüggés két függvény szorzata : az elsőa hőmérsékletnek az időtől, a második a helytől való függésétfejezi ki. Az exponenciális tag a hőmérséklet-ingadozásnak az idő-től való függését fejezi ki. Az exponenciális tag a komplex szám-síkon egy olyan vektorral jellemezhető, amelynek abszolút értékemindig 1, fázisszöge pedig úgy változik, hogy egy periódus alatt2n-vel nő, vagyis a vektor egy periódus alatt egy teljes fordulatottesz meg. Az exponenciális taggal szorozva a zárójeles tagot az

A kvázistacionerváltozás

Az általánosmegoldás

A esiliapitás

utóbbi abszolút értéke (egy adott x helyen) nem változik. Változikazonban fázisszöge és valós értéke, ami megfelel annak, hogy bár-mely x helyen a hőmérséklet-ingadozás egy periódus lejátszódásasorán egyszer eléri maximumát, egyszer minimumát, és a periódusvégén ugyanazt az értéket veszi fel, mint ahonnan a 0 időpontbankiindult .

Egy időpont meghatározása esetén, tehát az exponenciális tagértékét rögzítve, mintegy pillanatfelvétel keletkezik arról, hogy azadott időpontban a hely függvényében a hőmérséklet hogyan vál-tozik. Így pl . a i = 0 időpontban az x koordinátájú síkban a hő-mérséklet-ingadozás amplitúdója :

Ox=

eoch xs V i

+

90_shxs V t

.

(2.60)Â

s/i

Az összefüggés egyszerű módszert kínál egy adott határoló szer-kezet minőségének megítélésére : a szerkezet ugyanis azzal jelle-mezhető, hogy az egyik felületén (x = S) lejátszódó hőmérséklet-ingadozás hogyan viszonyul a másik felülettel érintkező térben le-játszódó hőmérséklet-ingadozáshoz :

összefüggést,

ß =-= ch Rs

1+

90 _ sh Rs ,,,Ii .

(2.6l)OoO os Ji

A(2.61) összefüggéssel megadott ß viszonyszám avizsgált homogénréteg csillapítási tényezője, és mint látható, komplex szám. Abszo-lút értéke azt fejezi ki, hogy az x = S helyen a hőmérséklet-inga-dozás amplitúdója hányszorosa az x = 0 helyen lejátszódó hőmér-séklet-ingadozásénak, fázisszöge pedig azt, hogy a két ingadozásmaximuma között mekkora időbeli eltérés, vagyis késleltetés mutat-kozik. (Egy periódus : 27c (vagy 360°) 24 órának felel meg.) Azegyenlet felírásakor felhasználásra került a hővezetési ellenállásravonatkozó (2.7) összefüggés.

Az építési gyakorlatban a feladat annak megállapítása, hogy akülső hatások által okozott hőmérséklet-ingadozás a határoló szer-kezet belső síkján mekkora hőmérséklet-ingadozást okoz. A koor-dináta-rendszer x = 0helye ekkor a határoló szerkezet belső síkja.Felhasználva a belső síkra vonatkozó

q,= eoa, (2.62)

ßa

= ch Rs1+s.Ji

sh Rs ,,Ii . (2.63)

Megemlítendő, hogy az összefüggésben szereplő Rs kifejezést aszakirodalom általában hitehetetlenségi tényezőnek nevezi . (Elő-fordul a hőinercia, illetve az orosz irodalomban a �látszólagos vas-tagság" elnevezés is . Szokásos jele : D.)

Tekintettel arra, hogy a hőmérséklet a helynek és időnek egyarántfüggvénye, grafikus ábrázolása meglehetősen nehéz. A fentiekbenleírt jelenséget a 2.38. ábra szemlélteti . Az ábra bal oldalán a falmetszetében a hely függvényében a hőmérséklet-eloszlás néhány�pillanatfelvétele" látható, különböző rögzített időpontokban.Az egyes x értékekhez tartozó maximumok a rajzolt két burkoló-görbével köthetők össze. Középen az ábra az idő függvényébenazt mutatja, hogy egy-egy konkrét, rögzített helyen hogyan válto-zik a hőmérséklet. Az ábrán az időbeli fáziseltolódások jól meg-figyelhetők. A jobb oldal a (2.58) egyenlet megoldásait ábrázolja.Az amplitúdócs6kkenés a hosszak arányából, a fáziskésés a k6zbe-zárt szögekből jól látható.

(t- T) . (t-1)-t

val6s tengelyt=cmst x=const

'ri

2.38 . ábra . A hőmérséklet térbeli és időbeli változása (időben szinuszosanváltozó hőhatás következtében)

Általában külön határozzák meg a középértéket és külön az inga-dozásokat. Ennek megfelelően a tárgyalt összefüggések is csak azingadozás:a középértéktől való eltérés meghatározására szolgál-nak. A középhőmérséklet vonala a fal két oldalának napi átlag-hőmérsékletéből az ismert stacioner összefüggéssel határozhatómeg. A hőmérséklet-ingadozás a középhőmérséklet-vonal körüljátszódik le (2.39. ábra) .

A bőelnyelés

2.39. ábra . Az átlagértékek és az ingadozások szuperpozíciója

A (2.60) egyenlet deriválásával felírható az egységnyi felületrevonatkozó hőáram - azaz a hőáramsűrűs6g - ingadozása . Ez avizsgált homogén réteg jellemzésére egy további lehetőséget kínál.Az x = 6 helyére a hőáramsűrűs6g ingadozásának és a hőm6rs6k-let ingadozásának viszonya :

q,,e8

sh Rs Ji +

qo

ch Rs ,Ii00 s vi

ch Rs Ji +

q°

sh Rs ~,liOos Ji

s,/I. = M8 s li .

(2.64)

E viszonyszám a véges vastagságú szerkezet hőelnyelési tényezője.Abszolút értéke azt fejezi ki, hogy hány W/m' amplitúdójú, szinusz-görbe szerinti ingadozás okoz a felületen egységnyi amplitúdójúhőmérséklet-ingadozást .

A gyakorlati feladatokban a kérdés az, hogy a helyiségből a hatá-roló szerkezetbe behatoló, időben változó hőáramok a belső felü-leten mekkora hőmérséklet-változást okoznak. Ezért ez esetbenx = 6 a belső sík, a koordináta-rendszer x = 0 síkja pedig a szer-kezet külső síkja .

A több rétege

Ha a szerkezet több, különböző anyagú és tulajdonságú rétegbőlszerkezetek

áll, akkor a számítás abból a meggondolásból indul ki, hogy aréteghatárokon a hőmérséklet és a hőáramsűrűség értékében nincsugrásszerű változás (mert a réteghatáron sem forrás, sem nyelőnem működik) .A hőáram behatolásával ellentétesen irányítva az x tengelyt, ahőáram behatolása felőli oldalt �támadott", míg a másikat �v6-

dett" oldalnak nevezve és ennek megfelelően t és v indexekkeljelölve, a rétegeket pedig az x tengely irányításának megfelelőensorszámozva a j-edik réteg csillapítása :

aholßi =chRisi ,/-i +Mj, v shRi si Ji,

(2.65)

M() =

q(

-

(2.66)O o ~ so

-,Ii

A (2.65) és (2.66) összefüggések felhasználásával

Migi_1,t shRi_ 1 si_ 1~+Mi_1,,chRi_ 1 si_ 1~

_1,t =

_Oi_ 1 , 1sjJi

eh Ri_1si_ 1 Ji+Mi_1,,,shRi_1si_1 Ji.(2.67)

Részletesen felírva az

hányadost, átrendezés után :

csillapítást is .

Mi,�

mi-l' t

Mi, = M, -l, tSi_ 1

Si

ß

= l + Mm, t Sm0.e

(2.68)

A (2.68) összefüggés felhasználásával a több egymásra kővetkezőréteg csillapítási tényezői rekurzív módon számíthatók. A rétegekegyüttesének eredő csillapítási tényezője az egyes ß csillapításitényezők szorzata .

Ha a szerkezetet érő hatás a külső közeg hőmérsékletének ingado-zása, akkor számítani kell a közeg és a felület közötti

(2.69)

A határoló szerkezet csillapítási tényezője a rétegek csillapításitényezőjének, továbbá a közeg és a felület közötti csillapítási ténye-zőnek a szorzata . Ez azt fejezi ki, hogy a külső közeg mekkorahőmérséklet-ingadozása okoz a szerkezet belső felületén egységnyihőmérséklet-ingadozást .

A több rétegű szerkezet hőelnyelési tényezőjének számítása ugyan-ilyen módon tőrténik, de az x tengely irányítása fordított (kívülrőlbefelé) hiszen ez esetben azt a kérdést kell megválaszolni, hogyhogyan változik a határoló szerkezet belső felületének hőmérsék-lete a helyiség felől bejutó hőáram ingadozása következtében.

Az egyenértékhSméraéklet-

külőnbség

A hőelnyelési tényező

U = M.,~s. .Ji ,

(2.70)

ahol m az utolsó (itt legbelső) réteg sorszáma.

Megjegyzendő, hogy ha valamelyik rétegre nézve Rs > 1, akkoraz gyakorlatilag végtelen vastagnak tekinthető . Ez esetben a szá-mítást csak e rétegtől a �támadott" oldalig kell elvégezni. Ha eréteg sorszáma f, akkor

Mf+ 1 =Sf

sf+ 1(2.71)

Ha e réteg a legutolsó, támadott felületnél levő réteg, akkor a szer-kezet hőelnyelési tényezője :

t1 = Sf P, -

(2.72)

A közölt rekurzív összefüggések alapján a csillapítás és a hőelnye-lés kézi úton és számítógéppel egyaránt meghatározható . A kéziszámítás hosszadalmassága következtében a feladat megoldásárakülönböző közelítő összefüggéseket dolgoztak ki . Az egyrétegűszerkezetekre kimunkált diagramok (2.40., 2.41. ábrák) pontoseredményt adnak. A több rétegű szerkezetekre kidolgozott k6ze-litő számítási módszerek egy része csak bizonyos feltételek telje-sülése esetén alkalmazható, az általános érvényűség igényével ki-dolgozott közelítő összefüggések pedig teljesen megbízhatatlanok,az eredményekben még az 50-100%-os hibák is gyakoriak.

A gyakorlati munkát ma már megkönnyítik a számítógépekenmeghatározott adatokat táblázatos formában rendszerező segéd-letek [6].

A számítási nehézségek megkerülésére elterjedten alkalmazzák azegyenértékű hőmérséklet-különbségek módszerét, amelynek lényegeaz, hogy a hőáramsűrűség a

9 = k(tckv - ti)

(2.73)

alakú összefüggésből adódik (lásd az 1.3 alfejezetben).

A tekv természetesen egy képzeletbeli jellemző, amelynek értékeita határoló felület sugárzási jellemzőinek, a napsugárzás intenzi-tásának, a hőmérséklet-amplitúdók csillapításának és k6sleltetésé-nek függvényében kell meghatározni . A módszer a tervezési gya-korlatot azzal és annyira segíti, amennyire a rendelkezésre bocsá-tott adatok száma ehhez elégséges, és a segédletekben történő

~s~""num."""wemr~r"Ir~ummurmermnu ~ ;///nnm//rrnn/orrml~l~~/~u~unranl~~1~~~1111/lO~~NII~~ll1-l~"'I,III,lI~DINI~n_n__mn_mn_mm~unirir_n~r_nir~~uu~e

ie,dViriwnidÎI~IIIIIllÍIl%I11111

/~~IIIIIIIUU111~=1%3.111//ÎI//%/11111Í11/ //11/""r1l~%/ .%/%

~~l/~/I/ll/. /llll-~~ va

I,UIu uuuin".mpm.

15 ~ uu.~u11.200.'u~~Itl~li/lilli/~~Il~l~%~/'~~--- M Eo 1

M:::::NENNIN-"á"

."nr

;s:~w~i wir"vi~PnnnFA

'ra;ffliroMiiiii"iiiiiiiiiii"i Mw~- ///i/~

mono=;

MMÉMEű111

mu un

ao,

o :

n/_1v1/c[h .l"JaW11q~~.7~IW1144"al~i\~ //nil ~I

PARAMtTER: HOYEZETtSI ELLENÁLLAS R

2.40. ábra. Egyrétegű határoló szerkezet csillapítási tényez ője

rendszerezése is megfelelő. A segédletek használata természetesenannál könnyebb, minél inkább �kész" adatokat tartalmaznak(azaz a teke értékét minél kevesebb lépésben lehet meghatározni) .A �teljesen kész" adatokat tartalmazó segédletek használhatóságaazonban korlátozottabb, mivel a táblázatba foglalt tekv vagy(tekv - ti) értékek tényleges szerkezetekre vonatkoznak, tehát alkal-mazási lehetőségeiket és feltételeiket tisztázni, ellenőrizni kell .

Ha ismert egy külső falszerkezet csillapítási tényezője, továbbá a

A kőáramkülső (egyenértékű , �naplég"-) hőmérséklet átlaga lk és ingado-

számitása

zása Ok, akkor a szerkezet egységnyi felületén át a helyiségbe jutóhőterhelés

120,

70

fia

50

40

30

2018

161<

12

10sB

6 ,

6

4 tA

3 áa

2 U

átlagértéke aq = k(ik - t) , (2.74)

az átlagtól való pillanatnyi eltérése a

-dq(z)Ok(Z

e)= a; (2.75)v

A szerkezetértékelése

N

h1102.0

111.190 -

aa -

á0 4

SA _

410 -

3,0 -

2.0 -I

10

0 .5 10.4

<n 0,31

nnn3101111 mann=~,rrr~",//////llilnnImu/anuuu ,À' iiv zin.N ~à/Mn

RFA kLIÁ0'LÍLLÍ'~.L~%Î'I~~,"""""n1Gor ffilÀF1'/.Î/., vle_ oâomin1NINlll~r S~AM'/,~Í/ÍIINíI /~

~wn1N1IDD0 ~1

M r.~~

n aI'l liir/l ~2F. .,~r aI

IIIII~Ií7No

1G0

!1~ . "Cminn 11N11AM~A-á

l

f/~ .A r/WOU~ ""~~no~O""" so

"onn~iy

MM"""oun ,in. .~ Irr i

~i~í~ nn

NONE

111111Îr I~~LIII~%~' IIi 11

N

"NnnN111111'05

0b

0.7

0.8 09 1 .0

1 .2

1.4

1.6 1 .8 2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7A 40ANYAG HOELNYELESI TÉNYEZOJEs LW/m2K1

PARAMI_TER: HOVEZET~SI ELLENÁLLAS R

2.41. ábra . Egyrétegű határoló szerkezet késleltetése

összefüggéssel határozható meg, ahol

Mint látható, a határoló szerkezeten átjutó

4(z) = q + 49(z)

9A100

FOK200160160140

120

10090807060

50

40

30

20181614

1098

6

5

4

3

k a hőátbocsátási tényező abszolút értéke,

e a csillapítási tényező fázisszöge, a késleltetés,

ai a belső hőátadási tényező, .

Ok(z - E) a külső hőmérséklet eltérése az átlagtól a vizsgált

időpont (z) élőtt e órával .

(2.76)

hőáram egyaránt lehet pozitív és negatív, előjele a nap folyón is

változhat.

A gyakorlatban általában azt az esetet tekintik kedvezőnek, ami-

kor mind a csillapítási tényező, mind a hőelnyelési tényező

nagy .

Ha a csillapítási tényező nagy, akkor a környezetben lejátszódóhőmérséklet-ingadozások hatása legyengítve jelentkezik a helyi-ségben. A határoló szerkezeteken át a helyiségbe bejutó hőáramokcsúcsértéke kisebb, s így az áram kompenzálására szolgáló fonáserőssége - az épületgépészeti berendezés csúcsteljesítménye - iskevesebb lehet, illetve - ha a hőáram ingadozása okozta hatás atűréstartományon belül marad, kompenzálásra nincs is szükség.Ha a hőelnyelési tényező nagy, akkor a helyiségben működő külön-féle fonások erősségének változására a határoló szerkezet �lustán"válaszol . A határoló szerkezet felületi hőmérsékletének adott mér-tékű megváltozását csupán a szerkezetbe jutó hőáram jelentősmérvű megváltoztatásával lehet előidézni .Az időben változó hőáram egy szerkezetbe annál könnyebbenhatol be, és a behatolás oldalán - a támadott belső felületen -annál kisebb hőmérséklet-változást okoz,

122

minél jobb hővezetésű rétegeken kell áthatolnia,minél nagyobb e rétegek tömege és fajhője.

Ez azt jelenti, hogy egy külső határoló szerkezet hőelnyelése nagylehet, ha

a beépített anyagok tömege és fajhője nagy, mert ezek hőmér-sékletének megváltoztatásához jelentős hőáram változtatásravan szükség,

a szerkezet hővezetési ellenállása kicsiny, mert ekkor a szer-kezeten áthaladó hőáram jelentős megváltoztatásával érhetőcsak el a belső felületi hőmérséklet egységnyi megváltozása .

Az időben változó hőáram egy szerkezeten annál nehezebben hatolát és a behatolás oldalával szemközti, védett belső felületen annálkisebb hőmérséklet-ingadozást okoz

minél nagyobb a beépített anyagok tőmege és fajhője,

minél nagyobb a szerkezet hővezetési ellenállása .

Az elmondottakból világos, hogy a nagy tömeg és a nagy fajhőmind a hőelnyelés, mind a csillapítás szempontjából előnyős .Gyakorlatilag tulajdonképpen itt csak a tömegről van szó, merta fától és néhány más nemjellemző kivételtől eltekintve az építő-anyagok fajhői között nincs lényeges eltérés .Ahővezetési ellenállás tekintetében a megítélés már nem ilyen egy-értelmű, hiszen itt a most tárgyalt két jellemzőszámon kívül egyébtényezőket is figyelembe kell venni.A közölt összefüggésekből kiderül, hogy a csillapítás és a hőelnye-lés egyaránt függ a szerkezet rétegrendjétől . Ha a nehéz réteg

kívül van, az elsősorban a csillapítási tényezőt, míg ha belülrekerül, elsősorban a hőelnyelési tényezőt növeli .

A könnyű külsô határoló szerkezetek csillapítási tényezőjével kap-csolatban le kell szögezni azt, hogy azok - a közhiedelemmelellentétben - elfogadható nagyságúak, de nem szabad szem előltéveszteni azt, hogy a csillapítási tényező - meghatározása sze-rint - a hőmérséklet-ingadozások és nem a hőáramok viszonyátfejezi ki.

Legyen egy szerkezet olyan mértékben könnyű, hogy tömegénekés fajhőjének szorzata elhanyagolható . Egy ilyen szerkezetben astacioner állapot azonnal beáll. Tehát ha a külső hőmérséklet Oeértékkel megváltozik, a hőáramsűrűség megváltozása :

A (2.77) összefüggésből

dq = ke. = ocí ej .

(2.77)

A stacioner viszonyok folytán a belső felületen áthaladó hőáramugyanakkora, mint a szerkezetbe belépő hőáram, hiszen a zérustömegű szerkezet felmelegítéséhez nincs hőre szükség.

(2.78)

tehát a jó hőszigetelésű könnyű határoló szerkezetek csillapításitényezője tíznél nagyobb szám, emellett a valóságos érték ennélmindig kedvezőbb, mivel még a legkönnyebb határoló szerkezetektömege sem elhanyagolható .

A (2.78) összefüggés egyébként megadja a bármilyen szerkezet csil-lapítási tényezőjének elvileg lehetséges alsó korlátját is .

A (2.78) összefüggés tulajdonképpen a hőátbocsátási ellenállásokozta csillapítást fejezi ki . Erre bevezetve az

k = ßx

jelölést, egy szerkezet csillapítási tényezője

(2.79)

ß = fix l'm

(2.80)

alakban is felírható, ahol fim a tömeg okozta csillapítás . (Megjegy-zendő, hogy az angolszász szakirodalom ez utóbbit nevezi a csilla-pítási tényezőnek.)

123

2.2 A sugárzást átbocsátó szerkezetek

A sugárzást átbocsátó szerkezetek (ablakok, ablakszerű ajtók,üvegfalak, különleges üvegek és üvegszerkezetek stb.) hőtechnikaiszempontból alapvetően abban különböznek a sugárzást át nembocsátó tömör (falszerű) határoló szerkezetekt ő l, hogy az átbo-csátó szerkezeteknél (a vezetéses hőáram és a légáteresztés kbvet-kezményeként esetleg létrejövő konvektív hőáram mellett) a lát-ható fény és a (3-4 ym-nál rövidebb hullámhosszúságú tarto-mánybeli) infravörös sugárzás átbocsátása útján is történik hőát-származtatás .

A sugárzást átbocsátó szerkezetek hőtechnikai viselkedését az- alább következő - sajátszerűségekből kiindulva helyes és cél-szerű vizsgálni :

A homlokzati falnyílást elzáró szerkezetek felületjellegű sugárzástátbocsátó elemeit (a különböző minőségű , tulajdonságú, vastag-ságú szervetlen és szerves üvegtáblákat, üvegtéglákat, üvegszer-kezeteket) valamilyen befogadó szerkezetbe

124

nem mozgatható szerkezetek esetében (kő , beton, vasbeton,fém, fa, műanyag) vázelemekbe, keretbe, tokba,

mozgatható (nyíló, bukó, toló, billenő , forgó stb .) szerkezetekalkalmazásakor pedig (fa, fém, műanyag) szárnykeretbe

szerelik, építik be . A befogadó szerkezet anyagának hővezetésitényezője általában lényegesen eltér a su¬árzást átbocsátóétól,lehet annál kisebb (pl . fa esetén), de sokkal nagyobb is (pl. alumí-nium esetében) .

A sugárzást átbocsátó határoló szerkezetekben (vagy szerkezetirészekben) gyakran viszonylag nagy szélességi és magassági méretűlégrétegek adódnak . Ezekben (sugárzásból, hőátbocsátásból, hő -vezetésbő l és - a légkörzés következményeként - konvektívhőáramból összetevődő) összetett hőátszármaztatási folyamatokjátszódnak le .

A sugárzást átbocsátó szerkezetek nagy többsége ún. nyílászárószerkezet . Ezek beépítése, de különösen működtetése nem képzel-hető el illeszkedési rések, ütközési hézagok kialakítása nélkül (pl .a tok és az azt befogadó fal, a szárnyak és az azokat hordozó tokközött) . Az épületen (a rendszeren) belüli légnyomás és a környe-zetben uralkodó légnyomás különbsége következtében a levegőezeken a réseken, hézagokon keresztül ki- vagy beáramlik, tehátex-, illetve infiltráció jön létre . A levegő áramlása konvektív hő -áramok kialakulásával jár együtt. E jelenség bonyolultabbá válik,ha a folyamatba a szerkezeten belüli légréteg is belekapcsolódik.

A h5technikaisajátosságokróláltalában

A napsugárzás átbocsátása azonban nemcsak hőtechnikai, hanemvilágítástechnikai szempontból is jelentős és értékelendő . A hőtech-nikai és a világítástechnikai követelmények között időszakos ellen-tétek adódnak.Az előzőekben ismertetett összetett hőátszármaztatási folyamategyes összetevői gyakorlatilag egymástól függetlenül változnak,következésképpen a szerkezet viselkedését sem lehet egy vagy kétrészfolyamat alapján nyomon követni. Az egyes részfolyamatokazonos jelentőségűek, súlyúak lehetnek, s így a környezeti felt6te-lek térbeli és időbeli változásától függ az, hogy közülük hol, mikorés melyik játszik uralkodó szerepet .

A sugárzást átbocsátó szerkezet tömege (a kevés számú és nem isjellemző kivételtől eltekintve) csekély, ezért

az időben állandósult állapotra jellemző hőmérséklet-el-oszlások már viszonylag nagyon rövid időn (fél-egy órán) belülkialakulnak,a jóformán hőtehetetlens6g nélküli szerkezet a környezeti fel-tételek változását nagyon gyorsan követi (és természetesenközvetíti is az épületbe),

következésképpen a sugárzást átbocsátó szerkezetek leírására azállandósult állapotot tükröző összefüggések alkalmazhatók.

2.21 A hőátbocsátás

A sugárzást átbocsátó szerkezetek hőátbocsátási tényezője a (2.6)összefüggéssel formailag megegyező

1 S 1a. +E

+~i

e

(2.81)

alakú egyenlettel írható le . A (2.81) összefüggés alkalmazása soránazonban számos nehézség is felmerül . Ezek a következők :A szerkezet üvegtábláinak vastagsága kicsiny, hővezetési tényezőjepedig nagy, s így azok hővezetési ellenállása nagyon kicsiny, gya-korlatilag szinte elhanyagolható .Ha a szerkezeten belül légréteg van, abban - az előzőkben elmon-dottak szerint - összetett hőátszármaztatás játszódik le . (A gya-korlati számítások megkönnyítésére a légrétegekre fiktív egyen-értékű hővezetési ellenállási adatokat dolgoztak ki . Ezek - atalán megtévesztő elnevezés dacára - a hőátadás, a légrétegben

125

kialakuló légkörzés és a sugárzás hatását is tükrözik. A megfelelőadatokat a légréteg vastagságának függvényében és a hőáram irányaszerint rendezve a vonatkozó műszaki előírások, a kézikönyvektartalmazzák . Az adatok pontosságát a légréteget határoló felüle-tek sugárzásos jellemzői és hőmérsékletei befolyásolják .)

A hőátbocsátási ellenállás értékét - miután az üvegtáblák hő-vezetési ellenállása elhanyagolható, a légrétegé pedig ugyancsakcsekély (0,1-0,23 K m/W) - a hőátadási tényez ők számértékeijelentősen befolyásolják . Üvegezett felületek esetén - a hőátadásitényezőre nézve korábban elmondottakból következően - nagyobbszámértékű hőátadási tényező várható (a nagyobb hőm6rséklet-különbség miatt) mint a falszerkezeteknél . Ennek a külső oldalonkisebb a jelentősége (mivel ott a kényszeráramlás - a szél - hatásadominál), mint a belső oldalon, (ahol egyáltalán nem közömbös,hogy a levegő áramlását a fűtőtestek elhelyezése, a szellőző levegőmozgása befolyásolja-e) .

Meg kell jegyezni azt, hogy a hazai gyakorlat a nyílászáró szerke-zetek hőátbocsátási tényezője helyett olyan fiktív értékeket hasz-nál, amelyek - a szó eredeti értelmében vett - hőátbocsátásonkívül egy bizonyos - közelebbrő l meg nem határozott - mértékűinfiltrációból származó konvektív hőáram hatását is kifejezik. Eza feltételezés és az arra épülő eljárás azonban teljesen megalapo-zatlan és téves . A réseken bejut6 levegő tömegárama ugyanis nyil-vánvalóan a nyomáskiA3nbségfüggvénye és semmi köze nincs a hő-átbocsátáshoz . Az pedig, hogy az adott környezeti feltételek mel-lett a réseken át infiltráció vagy exfiltráció játszódik-e le, az anyílászáró szerkezetnek az adott épületben elfoglalt helyzetétőlfügg . Az eljárásnak - az elvi hibán túlmenően - gyakorlati k6vet-kezményei is vannak, amelyek a fűtőteljesítmények hibás, arány-talan meghatározásában, s ebből eredően hőérzeti panaszok-ban, vagy éppen többlet-energiafogyasztásban mutatkoznakmeg.

Az üvegfalak tábláit befogadó, hordozó, merevítő vázelemek (tar-tók, bordák), illetve a nyílászáró szerkezetek üvegtábláit keretező,befoglaló, hordozó tok- és szárnykeretek felülete az üvegfal, illetvea nyílászáró szerkezet teljes homlokfelületének csupán kis hánya-dát teszi ki . Ez az - egyébként hőhídként működő - hányad azértelmesen szerkesztett és gyártott szerkezeteknél általában nemhaladja meg a homlokfelület 15 - 20%-át, szerkezeti szemléletűkarcsú szerkesztéskor pedig 10%-ra, sőt még az alá is leszorítható,a technológia elsőbbségéből kiinduló szerkesztéskor azonban a20%-ot is meghaladhatja, sőt még a 25%-ot is elérheti . Ez utóbbiesetben a felületnek már akkora részérő l van szó, hogy arról szintemár nem is lehet hőhídként beszélni, hanem azt falként kellene

126

A befogadó(befoglaló)szerkezet

A kiegészit8,árnyékoló,

fényzárószerkezetek hatása

100 120 140

ö [mm]2.42. ábra. Az üvegtáblák közötti légréteg egyenértékű hővezetési ellenállása

kezelni, és természetesen a falra vonatkozó követelményeknek meg-felelően kellene kialakítani .

A hőhíd fogalmába a nem egydimenziós hőáram és a nem egy-dimenziós hőmérséklet-eloszlás tartozik . Adott esetben tehát az aszerkezeti elem is ,hőhidat" okoz, amelynek hővezetési ellenállásanagyobb, mint a környező határoló szerkezetéi . Üvegezett felüle-tek esetében ilyen helyzet alakul ki, ha a befogadó keretező szer-kezet fából, műanyagból készül . Ezekben az esetekben a hőhidakhomlokfelületének növelése az egész szerkezet hőátbocsátási ellen-állásának növekedését eredményezi. Fordított helyzet adódik ter-mészetesen akkor, ha a befogadó szerkezet hővezetési ellenállásakisebb, mint az üvegezetté .

Érthető és indokolt igény az, hogy a sugárzást átbocsátó szerkeze-tek hőátbocsátási tényezője az e szerkezetek gyártmány egységé-ben (ablakban, ajtóban, kapuban, panelben stb.) levő hőhidakhatását is tükrözze. Ezért gyakran kerül sor a hőhidak hatását iskifejező , a �természetes egységre" - ablakra, ajtóra - vonatkozóátlagos hőátbocsátási tényezők megadására és használatára.

Az elmondottakat a 2.42.- 2.44. ábrák igazolják, amelyeken alégréteg vastagságának hatása, továbbá a befogadó (keretező) szer-kezet homlokfelületi arányának hatása külön-külön is, de együtte-sen is értékelhető .

Az árnyékoló és fényzáró szerkezetek a sugárzást átbocsátó szer-kezetek szerves kiegészítő (gyakran elválaszthatatlan) részekéntkezelendők, részben a fizikai folyamatokban megnyilvánuló hason-lóság, részben pedig a szigorú szerkezeti összetartozás alapján.

127

k[W/M2K 1

[W/M2K]

0í EGYSZERES ÜVEGEZÉSb KETTŐS ÜVEGEZÉS

128

2.43. ábra. A hőátbocsátási tényező a keret felületarányának függvényében

k

k[W/M2KI

[W/M2K)

080

100 0

20

40

60

80

100Ó [mm]

d [mm]FA KERET

FÈM KERET

2.44 . ábra . Ahőátbocsátási tényező a keret felületarányának és a légrétegvastagságának függvényében

A hdérzet

A hószigeteiés

E szerkezeteknek a hőátbocsátásra gyakorolt hatását - bár telje-sen indokolt volna - mégsem szokás figyelembe venni. Ez az el-járás a mozgatható árnyékoló- és fényzáró szerkezetek esetébenmég csak magyarázható azzal, hogy ezek hatása esetleges, e szer-kezetek működése csak feltételezhető, de nem biztosítható, de fixbeépítésű szerkezetek alkalmazásakor már semmiképpen semindokolt .

Abban az esetben,

ha az árnyékoló szerkezet az üvegezés belső oldalára kerül, az üve-gezett szerkezet hőátbocsátási ellenállása - a légmozgás korláto-zása, s ezáltal a hőátadási tényező csökkenése révén - javul, azaznagyobb lesz ;

ha az árnyékoló szerkezet az üvegtáblák között helyezkedik el, azüvegezett szerkezet hőátbocsátási tényezője - a légmozgás és azalacsony hőmérsékleti sugárzásos hőcsere korlátozása folytán -kisebb lesz ;

ha az árnyékoló szerkezet kívülre, az üvegezés elé kerül, akkor azgátolja az alacsony hőmérsékleti sugárzásos hőleadást, tehát a hő-átbocsátási tényező csökken.

A sugárzást átbocsátó szerkezetek hőátbocsátási ellenállása nem-csak a szerkezeten áthaladó hőáram tekintetében, hanem a belsőfelületek hőmérsékletének a hőérzetre gyakorolt hatása szempont-jából is érdekes. Az üvegezett felületekre irányuló, túlzott mértékűegyoldali sugárzásos hőleadás ugyanis hőérzeti panaszokat vált kimég olyan helyiségekben is, ahol egyébként a mikroklimára jel-lemző összes egyéb tényező megfelel a követelményeknek .

Az 1.4 . ábra a különböző méretű és hőátbocsátási tényezőjű abla-kok előtt különböző külső hőmérsékletek mellett kialakuló disz-komfort zónákat mutatja (amelyek az 1 .2 alfejezetben szereplő(1 .7)-(1 .8) összefüggések alapjánállapíthatók meg). Az ábra szem-léletesen bizonyítja, hogy

a diszkomfort zóna (pl. lakás, iroda, tanterem esetén) a helyiségalapterületének számottevő részét teheti ki, helyes lenne e zónákatfigyelembe venni a helyiség berendezési tervének elkészítésekor, abútorzási sávok és az állandó tartózkodásra szánt helyek kijelö-lésekor.

Az üvegezett szerkezetek hőátbocsátási tényezője arétegek - s ez-által a közbezárt légrétegek - számának szaporításával mérsékel-hető. Ennél azonban jóval hatékonyabb - és még a befogadó szer-kezetek (tokok, szárnykeretek) két oldalról is kedvező, sokkal kar-csúbb kialakítását is lehetővé tevő - módszer a hőszigetelő üvege-

zés alkalmazása . Hőszigetelő üvegezésnek a kerülete mentén for-rasztással, ragasztással légmentesen összeépített két (esetleg három)réteg üvegből álló táblák alkalmazását nevezik . A táblák közöttilégréteg vastagsága elég nagy ahhoz, hogy hővezetési ellenállásajelentő s legyen, de elegend ően kicsiny ahhoz, hogy az egymássalszemben elmozduló levegőrétegek egymást fékező hatása folytánerőteljesebb légkörzés ne alakulhasson ki . A táblák közötti tereta páralecsapódás elkerülésére száraz levegővel vagy semleges gáz-zal töltik ki (utóbbi esetben a hőszigetelő képesség a levegőénélrosszabb hővezető képességű gáz alkalmazásával még fokozható is) .

2.22 A légáteresztés

A sugárzást átengedő szerkezetek nagy többsége nyílászáró szer-kezet . E szerkezetek beépítése, részekből összeépítése, teljes vagyrészleges mozgatása (nyitása, buktatása, billentése, forgatása, to-lása stb .) nem képzelhető el illesztési, csatlakozási és ütköztetésirések, hézagok nélkül . Ezeken keresztül a külső és belső 16g-nyomás különbsége miatt lég be-, illetve kiáramlás játszódik le.Ehhez a filtrációs levegőforgalomhoz konvektív hőáramok kiala-kulása járul, ha a külső és a belső hőmérséklet nem egyforma.Ezek a konvektív hőáramok a helyiség, tér, épület teljes energia-forgalmának igen jelentő s hányadát tehetik ki. E hőáramok ener-getikai szempontból azért is kedvezőtlenek, mert tehetetlenség(inercia) nélkül változnak, s így nagyon nehéz a fonások erőssé-gét (az épületgépészeti berendezések teljesítményét) úgy szabá-lyozni, hogy az áramok kiegyenlitődése mindig a belső hőmérsék-let előírt értéke mellett következzék be .

A rések légáteresztésére vonatkozó vezetési (légáteresztési) törvényalakja :

ahol

130

V = adp" ,

(2.82)

V az egységnyi réshosszra vonatkozó térfogatáram,dp a nyomáskülönbség,a, n a típustól függő állandók.

Kis nyomáskülönbségek mellett a résekben lamináris jellegű áram-lás alakul ki (n = 1) . A rések alákjától és méretét ő l függően egybizonyos nyomáskülönbség felett turbulens áramlás jön létre(n = 0,5) . A gyakorlat szempontjából leginkább érdekes nyomás-különbségek e határérték körül adódnak. Miután a határértékpontos megállapítása nehéz, a számítás pedig e feltétel ellenőrzé-sével és a különféle összefüggések alkalmazásával túl hosszadat-

Az árasanUsjellege

A konkrétlégáteresztési

tőrvények

mas lenne, az ellenállásfüggvények e szakaszát egyetlen, a (2.82)egyenletnek megfelelő függvénnyel írják le . A �vegyes" jellegnekmegfelelően a kitevő értéke n = 0,5 -1 között van, és leggyakorib-bak az n = 0,63-0,75 tartományba eső értékek.

Az a állandó a rés méretétől és kialakításától függ . Szokásos elne-vezése : fajlagos légáteresztési tényező . E tényező néhány jellemzőértéke a III. táblázatban látható .

III . táblázat

A fajlagos légáteresztési tényező jellemző értékei

Eszámok csak tájékoztatásul szolgálnak, az egyes gyártmányféles6-gek között ugyanis igen nagy eltérések lehetségesek, sőt - a techno-lógiai fegyelemtől, az anyagminőség egyenletességétől függően -az adatok még egy gyártmányfajtán belül is jelentősen szórhatnak .

Az egyes réstípusok légáteresztési törvényeinek általános érvényűszámszerű adatai nem ismeretesek. Ennek az az oka, hogy az ellen-állástörvény nemköthető egyértelműen egy rés kialakításhoz : a rés-méretek ugyanis a nyílászáró szerkezet anyagától, méreteitől, mű-ködési módjától, az alkalmazott szelvények erősségétől, várhatóalakváltozásának mértékétől, emellett a vasalások fajtájától, minő-ségétől, beépítési szabatosságától stb. is függenek . Ennek következ-tében a (2.82) összefüggésben szereplő a és a állandókat nyílászárógyártmányfajtánként kísérleti úton lehet és kell meghatározni.

Ha a vizsgálat tárgya csak egy résmodell, akkor az ellenállástörvényáltalában független az áramlás irányától . A nyílászáró szerkezetekegyes fajtáinál azonban az ellenállástörvény irányfüggősége is meg-figyelhető . Ennek az oka azonban nema rés áramlástechnikai tulaj-donságaiban keresendő, hanem abban a könnyen belátható és iga-zolható tényben, hogy a szárnykeret a nyomáskülönbség hatására(természetesen a mérettől, a mozgatás módjától, a vasalat jellegétől

Nyílászáró szerkezettípusa

a[ml/m h Pa)

Fakeretes, egyszeres ablak 0,30Fakeretes, kapcsolt szárnyú ablak 0,25Fakeretes, kettős ablak 0,20Fémkeretes, egyszeres ablak 0,15Fémkeretes, kettős ablak 0,12Küszöb nélküli ajtó 4,00Ajtó, küszöbbel 1,50Jó minőségű, tömített ablak 0,02-0,04

és minőségétő l is függően) másként fekszik be a tokba, ha a külsőilletve a belső oldali nyomás a nagyobb .

Az eddigiekben, a légáteresztési törvényről, mint a nyílászáróvagyis egy gyártmány tulajdonságáról volt szó . Bár kétségtelen,hogy a légáteresztési tulajdonságok a gyártmány megítélése, minő-sítése szempontjából alapvetően fontosak, de legalább annyira nyil-vánvaló az is, hogy a valóságban az épület határoló felületénektulajdonságai a beépített nyílászáró szerkezetek viselkedésétő l isfüggenek . A beépített szerkezet légáteresztése viszont és magátólértetődően a tok és a fal illeszkedése mentén kialakuló csatlakozásirések légáteresztését ől is függ . Ez utóbbi szerepe egyébként a tokés a szárny közötti ütköztetési rések szerepével akár egyenrangú islehet .

A beépített szerkezetek légáteresztési törvényei csak kísérleti útonállapíthatók meg. A lehetséges nagy különbségek miatt egy-egyfeladat megoldása során feltétlenül tisztázni kell, hogy a számítás-hoz felhasznált légáteresztési adatok csupán a gyártmányra, vagymár a beépített szerkezetre vonatkoznak-e .

A filtrációs levegőforgalom a rések, hézagok légáteresztő képessé-gének csökkentésével (vagyis a légáteresztési ellenállás növelésével)mérsékelhető . Az áram nagysága azonban a nyomáskülönbségtő lés az áramlás útjában levő egyéb ellenállásoktól is függ, s ezért afiltrációs levegőforgalom elemzésekor az épület egészét kell vizs-gálni.

A nyílászáró szerkezetek légáteresztési tulajdonságainak javítása,ha nem is az egyetlen, de az egyik, ső t talán legfontosabb építé-szeti-épületszerkezeti eszköz a filtrációs levegőforgalom mérsék-lésére.

A filtrációs levegőforgalom befolyásolására, mérséklésére alkalmas

A filtrációsépítészeti-épületszerkezeti lehetőségek és eszközök a következők :

levegőforgalombefolyásolása

132

a nyílászáró szerkezet méreteinek, vagyis a homlokzati nyílás-aránynak módosítása (csökkentése),

a nyitható működtetett hányad mértékének változtatása (csök-kentése),

a működtetési mód megválasztása,a kedvező működtetés vasalatainak megfelelő kiválasztása,

a beépítés módjának javítása (kávával, tömítéssel),

a szárny és a tok ütköztetése számának és módjának helyesmegválasztása (növelése, illetve tömítése),

az üvegtáblák megfelelő (résmentes, tömítéses) ágyazása stb-

A sugárzásátbocsátása

Az átbocsátottspektrum

A hőátszármaztatásmódja

2.23 A napsugárzási hőterhelés

Míg az előzőkben (2.21), (2.22) tárgyalt folyamatok - méghozzálényegében azonos fizikai tartalommal, ha más és más konkrét fel-tételek mellett is - a sugárzást át nem bocsátó valamennyi határolószerkezetben (a falakban, a födémekben, a tömör nyílászáró szer-kezetekben) is lejátszódtak, addig a sugárzás átbocsátása már csakaz üvegezett szerkezetek, az árnyékoló és a fényzáró szerkezetek (ésezek együtteseinek), továbbá az egyes szerves üveg- és műanyagszerkezeteknek sajátossága .

A felületre beeső sugárzás egy része a szerkezeten átjut, egy részeelnyelődik, egy része pedig visszaverődik. Az átbocsátott t, az el-nyelt aN és a visszavert r hányadokra a

összefüggés érvényes .

t+aN +r=1

(2.83)

E hányadok viszonya a szerkezet anyagától, felületképzésétől, vas-tagságától, a sugárzást átbocsátó rétegek számától, sorrendjétől ésa beesési szögtől függ .

A beesési szög

A beesési szög a határoló szerkezet normálisa és a közvetlen nap-sugárzás iránya által bezárt szög (2.45 ábra). A beesési szöggelkapcsolatban tudni kell, hogy sík üveglap esetében az áteresztetthányad 0-65° között csak elhanyagolhatóan kis mértékben válto-zik, az áteresztés csak az egészen �lapos" beesési szögekesetén cs6k-ken számottevően . A t, aN és r értékek és a beesési szög összefiiggé-sét a 2.46. ábra példázza .

Az átbocsátott hányad a beeső sugárzás hullámhosszának is függ-vénye. Ez az összefüggés a közönséges ablaküvegre nézve a 2.47.ábra szerint alakul. Miután a napsugárzás intenzitásában a 2,5 pm-nél nagyobb hullámhosszhoz tartozó hányad már elhanyagolhatószerepű, a 2.47. ábra szerinti függvénykapcsolatnak a napsugárzásáteresztése tekintetében semmi szerepe nincs. Nagyon lényegesviszont, hogy - amint ezt a 2.47. ábra is mutatja - a közönségesüveg gyakorlatilag teljesen átlátszatlan a földi felületek által kibo-csátott hosszúhullámú (8 -12 pm) hősugárzással szemben (2.48.ábra) .

A sugárzás átbocsátása révén egyrészt közvetlen, másrészt többkülönböző (járulékos) közvetett hőátszármaztatás megy végbe akörnyezet és a helyiség között .

133

2.45. ábra. Az árnyékszögek értelmezése

134

Oo

dATBOCSATAS

1%]

30°60°

90° 0°

2.46. ábra . Az áteresztési (t), az elnyelési (a) és a visszaverési (r) hányadokváltozása a beesési szög függvényébena) elnyelő üveg esetén ; b) 6 mm vastag normál üveg esetén ; c) 3 mm vastag normálüveg esetén

0 .5 1 .0

30°

60°'

90° 01?

30°

60°

90°BEESÉSI SZÖG

2.0

INFRAVÖRÖS

2,5 3.0 3.5A HULLÁMHOSSZ Inml

2.47. ábra. Az áteresztési hányad változása a hullámhossz függvényében

135

ÁTERESZTÉS VISSZAVERÉS ELNYELÉS

1 .0 1 .0 1.0

09 0.9 0.9011111101108 QB 0801111011110 .7 0 .7 0.7 maman0.6 0.6 0.6

05

0.4a

0.5

0,4n G

0.5

0

03 Q3 0.3II

02

0.1

0.2

0 .1a

c

0.2

0.1

MMMw1

Q0 0.0 0.0

100

90

80

70

60

50

40 OEM W"=30

20 M Mor!010 0 mom 0 ME

SUGARZAS RÖVID HULLAMHOSSZON

~~ KONVEKTÎV HŐLEADASSUGARZAS HOSSZABB HULLAMHOSSZON ,'ELNYELTHb

MOM

2.48 . ábra . Az üvegházhatás

Az elsődleges jelenség az, hogy az átbocsátott sugárzás tovább-haladva - arendszeren (épületen, helyiségen, téren) belül - a su-gárzást át nem bocsátó szerkezetekre (falra, padlóra, bútorra stb.)esik, amelyek azt - részben azonnal, részben többszöri visszaverő-dés után - elnyelik. Ezzel a rendszer hőtartalma természetszerűlegnövekszik (2.48. ábra) .

A beeső sugárzásnak a külső felületről visszavert hányada az épületközvetlen energiamérlegét általában nem befolyásolja (egyes ki-vételt jelentő ellenpéldákat a 2.49., 2.50. ábrák mutatnak) . Avissza-vert sugárzás az épület közvetlen környezetének mikroklímájára,a szomszédos épületek energiamérlegére esetleg azonban hatássallehet .

Abeeső sugárzásból a szerkezet által elnyelt hányad annak felmele-gedését okozza . Miután kis tömegű szerkezetekről van szó, ez a fel-melegedés jelentős . A felmelegedett felület - hőmérsékletétől ésalacsony hőmérsékleti abszorpciós tényezőjétől függő mértékben -sugárzásos hőcserébe lép részben a rendszeren belüli felületekkel,részben a környezettel .

A befelé és kifelé - hosszúhullámú - sugárzással leadott hő a�partnerként" szereplő felületek sugárzási paramétereitől, hőmér-sékletétől, a kölcsönös besugárzási tényezőktől függ. A �partnerek"

136

Az áteresztés

A visszaverés

Az elnyelés

A hosszúhullámúsugárzás

2.49 . ábra . Példa a környező épületekről visszaverődő sugárzás hő terheléstnövelő hatására

2.50. ábra . Példa az épület alacsonyabb részéről visszaverődő sugárzáskőterhelést növelő hatására

137

a belső oldalon a helyiséget határoló felületek, az ott levő bútorzat,az ott tartózkodó emberek stb., míg a külső oldalon a természetesvagy burkolt felszín, a szomszédos épületek, az égbolt.

A felmelegedés következtében a felület és a környező közegek kö-zött hőátadás jön létre. Ahőátadás révén az épületbe, illetve a kör-nyezetbe jutó hő arányát a belső, illetve külső léghőmérséklet,továbbá a hőátadási tényezők határozzák meg, ez utóbbi pedig ageometriai méretektől, kényszeráramlás (szél, gépi szellőzés) eseténpedig még a légsebességtől is függ . Az elmondottakat a 2.51. ábraszemlélteti .

Az eddigi rövid ismertetés is talán elegendő annak érzékeltetésére,hogy a sugárzást átbocsátó szerkezetekben lejátszódó hőátszármaz-tatás rendkívül összetett és bonyolult folyamat, amelyet nagyonsok, gyakran az adott szerkezettől is teljesen független tényező be-folyásol, alakít . Ehhez még azt is hozzá kell tenni, hogy emellett ahivatkozott leírás a valóságos folyamatot még mértéktelenül le isegyszerűsíti, hiszen maga �a sugárzást átbocsátó szerkezet" is több-nyire több �rétegből" (általában két üvegtáblából, egy árnyékoló ésegy fényzáró rétegből) tevődik össze . Az átbocsátás tehát több ré-tegben ismétlődik. A visszavert hányad egy részét a többi réteg át-

2.51 . ábra. Az üvegezésen át bejutó hóterhelés sémája

138

A hőátadás

A folyamatösszetettsége

A naptényező

ereszti, más részét elnyeli, a maradék ismételt visszaverődést szen-ved stb. Az elnyelt hányad következtében felmelegedett rétegek aközéjük �bezárt" réteg levegőjét felmelegítik, míg a �nyitott" réteg-ben légkörzés megy végbe stb.

Ezeknek - még csak nem is a teljesség igényével felsorolt - össze-tett és egymással kölcsönhatásban levő folyamatoknak a számítása- még jelentős egyszerűsítések alkalmazása esetén is - annyirahosszadalmas és munkaigényes, hogy - a sajátos kutatási felada-toktól eltekintve - a gyakorlati tervezési feladatok megoldásáramás eljárást kell keresni .

A gyakorlatban adódó feladatok megoldására használható eljárásalapja az a tény, hogy két különböző szerkezetre nézve az ismerte-tett folyamatok együttes hatásának eredményeként a helyiségbejutó energiaáramok - a napsugárzási hőterhelések - aránya állan-dó. (E megállapítás alól csak az egészen �lapos" s így a gyakorlatszemszögéből kevésbé érdekes beesési szögek jelentenek kivételt .}A közölt tény alapján a sugárzást átbocsátó szerkezetek bármelyike,vagy azok akármilyen kombinációja a következő gondolatmenetalapján értékelhető :Első lépésként : ki kell választani a viszonyítási alapként szolgáló- lehetőleg egyszerűen és könnyen előállitható, beszerezhető -szerkezetet. E szerkezet az árnyékolatlan, közönséges, tiszta 3 mmvastag ablaküveg .Második lépésként : meg kell egyszer határozni a viszonyítási alapulszolgáló szerkezetre, különféle beesési szögek mellett (azaz kű)ön-bőző szélességi körökre, tájolásokra, hajlásszögekre, időpontokra.nézve) a rajta keresztül - az előzőkben ismertetett folyamatokeredményeként - a helyiségbe bejutó napsugárzási hőterhelést.(Magyarországra nézve ezek az adatok segédlet formájában [12]beszerezhetők és e segédletben ezeknek a hőterhelés adatoknak ajelölése ISRG.)

Harmadik lépésként : meg kell egyszer határozni egy beesési szögmellett a vizsgált szerkezetre nézve a rajta keresztül a helyiségbebejutó napsugárzási hőterhelést .

Negyedik lépésként : meg kell határozni a harmadik lépésként meg-állapított napsugárzási hőterhelésnek és a viszonyítási alapul szol-gáló szerkezet ugyanilyen beesési szöghöz tartozó adatának hánya-dosát.Ez a naptényező (N) .

Ötödik lépésként (de a tervezési munka egyetlen lépéseként, hiszena korábbiak egy egyszeri előzetes kísérleti vagy minősítési eljárásrészét képezték) : meg kell határozni a naptényező segítségével a

139

bejutó napsugárzási hőterhelést, ami - miután a naptényező gya-korlatilag állandó, a vizsgált szerkezetre jellemző szám - a viszo-nyítási alapul szolgáló szerkezeten át azonos beesési szög mellettbejutó hőterhelésnek és a naptényezőnek szorzata :

q = NISRG (2.84)

Miután a viszonyítási alapul választottnál kedvezőtlenebb szerkezetnincs, N S 1 .

Az elmondottakból teljesen nyilvánvaló, hogy a naptényező egyösszetett folyamat hatására jellemző , nempedig a sugárzás átbocsá-tására . A hosszúhullámú sugárzás és a hőátadás - vagyis a szer-kezet abszorpciója - miatt mindig igaz, hogy N > t .

A napsugárzásból származó hőterhelésnek nemcsak a meghatáro-zása, hanem a megítélése is bonyolult feladat.

Nyilvánvaló ugyanis, hogy a téli hónapokban e hőterhelés kedvezőaz egyéb hőáramok kiegyenlitése szempontjából, hiszen kisebb tel-jesítményű fű tőberendezés beépítését teszi lehetővé . Magától érte-tődik továbbá az is, hogy az átmeneti időszakokban - részben akülső és belső hőmérséklet különbségének csökkenése, részbenpedig a nagyobb intenzitás következtében - a napsugárzási hőter-helés hatása fokozódik, majd teljesen kiegyenlíti az egyéb hőáramo-kat . Sőt az is világos, hogy az átmeneti szakaszt követően a nap-sugárzási hőterhelés - önmagában vagy a spontán források hatá-sával összegeződve - olyan helyzetet teremthet, amelyben márszükségszerűvé válik a mesterséges hűtés .

A napsugárzási hőterhelés a természetes megvilágítással is kapcso-latos . Az intenzívebb megvilágítás - egészen a �fénylárma", a káp-rázás határáig - az évszaktól függetlenül előnyös .

Kiindulva abból, hogy a magyarországi klimatikus körülményekmellett fűtőberendezésre rendszerint szükség van, mesterséges hű-tésre viszont csak egyes esetekben,

a téli hónapok napsugárzási hőterhelése tekintetében a kérdés �csu-pán" az, hogy kisebb vagy nagyobb lesz-e a fűtőberendezés teljesít-ménye és energiafogyasztása,

a nyári hónapok esetében azonban a hűtőberendezésre vonatkozóhasonló kérdést jogosan egy másik kérdés előzi meg, éspedig az,hogy egyáltalán szükség van-e mesterséges hűtésre.

E kérdés feltevését egyrészt az indokolja, hogy a hűtés beruházásiés üzemeltetési költségei többszörösét teszik ki a fűtésre vonatko-

140

A napsugárzásbólszármazó hSterhe-lés megitélése

Az üvegezésiarány megválasz-

tása

A tájolás

Az árnyékvetés

zóaknak, másrészt az magyarázza, hogy a napsugárzási hőterheléscsökkentésével jelentő s megtakarítások érhetők el . A szóbajöhetőmegoldások áttekintése során azonban mindig értékelni és mérle-gelni kell, hogy az adott megoldás milyen fű tési következményekkelés milyen világítási kihatással jár .

A napsugárzási hőterhelés csökkentésének legkézenfekvőbb módjaaz üvegezett felületek nagyságának ésszerű, a szóban forgó helyiség,tér funkciójával, használati módjával összhangban álló megválasz-tása . A napsugárzási hőterhelés ugyanis egyenesen arányos a sugár-zást átbocsátó szerkezet felületével . E felület csökkentése egy bizo-nyos határig még nem veszélyezteti a szükséges (kielégítő ) termé-szetes megvilágítást . A napsugárzási hőterhelés csökkentése a télihónapokban ugyan hátrányos, de ezt ellensúlyozza az a körülmény,hogy a falszerkezetek hőátbocsátási tényezője - a szokásos szer-kezetek esetében - kedvezőbb, mint az üvegezetteké .

A napsugárzási hőterhelés alakulása - aránylag egyszerű módon -az üvegezett felületek okos tájolásával is kedvezően befolyásolható .E tekintetben a déli tájolás a legkedvezőbb, többek között azért,

mert ez esetben a napsugárzási hőterhelés nyáron viszonylagkisebb (ami csökkenti a túlmelegedés veszélyét), a tavaszi-ő szihónapokban pedig nagy (csúcsértékeit márciusban és szeptem-berben éri el, ami az átmeneti időszak mérlegét számottevőenjavítja), de még a téli hónapokban is igen jelentő s (ami a mér-leget még kedvezőbbé teszi),

mert ez esetben és ilymódon a fűtési, a hűtési és a világításiszempontok közötti ellentmondások viszonylag kisebbek,

a keleti és nyugati tájolás pedig kedvezőtlenebb,

mert a napsugárzási hőterhelés éves �menetrendje" korántsemilyen előnyös .

A napsugárzási hőterhelés értéke az üvegezett felületre eső (az épii-let valamely része, eleme, a szomszédos épületek, a környező nö-vényzet által vetett) árnyékkal számottevően befolyásolható, csök-kenthet ő . E kérdés elemzése, az ebben rejlő lehetőségek számításba-vétele a település- és az építészeti tervezés feladata, része . A környe-zet ilyen értelmű hatása - a körülményekt ő l függően - kedvező,de kedvezőtlen is lehet .

Az üveg

A napsugárzási hőterhelés mérséklésének egyik lehetősége olyanüvegek alkalmazása, amelyeknek sugárzásátbocsátó és egyéb hő-technikai tulajdonságai előnyösebbek, mint az általánosan használtközönséges ablaküvegeké .

2.52. ábra . Az elnyelő üvegezés hőmérlegének sémája

142

Megjegyzés : Ahőtechnikai szempontból szóbajöhető üvegek színé-nek (ami szürke, sötétszürke, kék, zöld, bronz, arany stb. egyarántlehet) helyes megválasztása mind az építészet szempontjából (hiszenszámottevően belejátszik a homlokzat hatásába), mind a tér (helyi-ség) használati értéke szempontjából (hiszen befolyásolja a látás-értéket, az ott tartózkodók hőérzetét, idegállapotát, munkakészsé-gét, hangulatát) nagyon lényeges .

Az üveg sugárzásátbocsátó képessége elvileg két módon csökkent-hető:az elnyelő képesség fokozásával vagy a visszaverő képesség nö-velésével. (Ennek megfelelően beszélnek hőelnyelő, illetve hővissza-verő ,hőv6dő" üvegről .)

Az üveg hőelnyelő képességét az anyagba a gyártás során belekevertfém �szennyezés" növeli . Ez az üveg visszaverő képességét gyakor-latilag nem változtatja, de az elnyelési tényező az aN = 0,5 értéketis elérheti, tehát a sugárzásból áteresztett hányad ily módon fele-

Az elnyelő üveg

akkora, mint a közönséges ablaküvegeknél . (A hőegyensúly sémá-ját az 2.52. ábra mutatja.)

A helyiséget érő napsugárzási hőterhelés azonban már nem ilyenkedvezően alakul, mivel az elnyelt nagyon jelentős hőmennyiséghatására az üvegtábla erősen felmelegszik s ígyhőmérséklete a kör-nyező levegőét akár 30-50 K-nel is meghaladhatja (lásd a 2.53.ábra - tájékoztató jellegű - görbéjét). Az üvegtábla magashőmér-séklete következtében nagy lesz a hőátadás és a hosszúhullámúsugárzás révén a helyiségbejutó hőterhelés, vagyis a napsugárzásihőterhelés korántsem csökken olyan mértékben, mint maga a sugár-zásátbocsátó képesség. Gondot okoz továbbá az is, hogy a - szo-kásos fűtőtest-hőmérsékletű - üvegtábla sugárzó fűtésként műkö-dik, tehát környezetében nyáron diszkomfort (kedvezőtlen hőérzeti)zóna alakul ki .

Ahelyiségbe jutó napsugárzási hőterhelés valamelyest mérsékelhetőaz elnyelő üvegek és a - hőátbocsátás szempontjából amúgy.szükséges - szokásos üveg(ek) ésszerű együttesének alkalmazásá-val, továbbá az elnyelő üvegtábla mögötti légréteg kiszellőztetésé-vel (2.54. ábra) .

Az elnyelő üveg alkalmazásakor a sugárzásátbocsátó képességcsökkenésének megfelelően mérséklődik a természetes megvilágítás

.c

60

50

40

30

20

10

10 20 30 40 50 60 70 80 90 10C

ELNYELÖKÉPESSÈG °lo

2.53 . ábra. Az elnyelő üvegek felmelegedése

143

II

II" K~TAKOL+kR

+i TËRM0Pr N Ff;1IA

alllI,, ,II

r

_

TERMOP ~N

NQRMAL _ÜVEG

TÁMADOTTOLDAL

HÖELNYELÖNEG

voloaiFledi

I F//P2.54. ábra . Az elnyelő és a normál üveg együttes alkalmazása

144

VtDETTOLDAL

NORMÁLÜVEG

Megjegyzés : Az elnyelő üveg felmelegedése épületszerkezeti szem-pontból is gondokat okoz, mert az üvegtábla a szokásost jóval meg-haladó mértékben mozog, következésképpen megnő beültetési hely-igénye, nehezebben oldható meg ágyazása és annak repedésmentes-sége is .

A fotorop üveg

Az elnyelő üveg sajátos fajtája az ún . fototrop üveg . Ez az üveg- az anyagába a gyártáskor bekevert �szennyező" ezüst-halogeni-dek viselkedése folytán - a napsugárzás intenzitásától függő mértékben megváltoztatja áteresztő képességét, vagyis minél erősebba napsugárzás, annál inkább elsötétül, tehát áteresztő képességeannál kisebb és fordítva, ha a napsugárzás intenzitása csökken- a csekély késéssel fordított irányban is lejátszódó folyamat kö-vetkeztében - áteresztő képessége megnő . Az üveg e tulajdonságakövetkeztében - mondhatni önműködően - maga igazodik a fel-tételek megváltozásához (amire természetesen csak nyáron lenneszükség) .

A visszaverőüveg

erőssége is . Ez a nyári hónapokban még nem jelent hátrányt, de azév tekintélyes számú órájában - a természetes világítás nem kielé-gítő volta következtében - már a mesterséges világítás bekapcso-lását teszi szükségessé . A természetes világítás szempontjából azelnyelő üveg színének megválasztása is szerepet játszik.

A napsugárzási hőterhelés csökkenése a téli hónapokban a fűtésiüzem szempontjából hátrányos .

Az üveg sugárzásvisszaverő képességét a felületére felhordott vé-kony fém- vagy műanyagréteg fokozza . Ezzel azabszorpciós tényez őgyakorlatilag nem változik, a visszaverési tényező azonban a 0,5értéket is elérheti az áteresztett hányad rovására. Ezeknek az üve-geknek az előállítása bonyolultabb és drágább, mint az elnyelő üve-geké . (A nagy pontossággal síkra csiszolt táblákra igen vékonyrétegben - a rétegvastagság nagyon kis tűrése mellett - ionpor-lasztással, vákuumban végzett felgőzöléssel fém- vagy nemesfémbe-vonatot hordanak fel .) Az üveg színárnyalata a felhordott réteganyagától és vastagságától függ. Ezért van az azonos rétegvastag-ságnak nagy jelentősége, hiszen egyébként az üveg színe egy táblánbelül változna (ún . �foltos" lenne) .

A visszaverő üveg hőegyensúlyának sematikus képét a 2.55. ábramutatja . A napsugárzási hőterhelés egyébként nagyon kedvezőenalakul, egyrészt, mert az áteresztett hányad kicsiny, másrészt, mert- a csekély elnyelés folytán - az üveg felmelegedése jelentéktelens így felületérő l hosszúhullámú sugárzással és hőátadással csakkevés hő jut be a helyiségbe .

146

2.55. ábra. A visszaverő üvegezés hőmérlegének sémája

Az üvegfajta fejlesztése során olyan bevonatolást is kimunkáltak,amellyel az átbocsátó képesség szelektívvétehető:kisebb mértékbencsökken a látható fény tartományában és erősebben az infravöröstartományában.

A visszaverő üvegezés naptényezője kicsiny, ami a nyári hónapok-ban(a kis napsugárzási hôterhelés következtében) előnyös ; az pedig,hogy ez a téli hónapokban hátrányos, szükségszerű.

A sugárzást visszaverő üveg közönséges üvegtáblával (táblákkal)összeépítve, azaz a két- (vagy több) rétegűhőszigetelő üvegezés része-ként is jól alkalmazható, s így a visszaverésből adódó előny ahőát-bocsátási ellenállás növeléséből származó haszonnal jól társítható.Ez esetben a visszaverő bevonat alégréteggel határos belső felületrekerül.

Magától értetődik, hogy a hővédő üvegezés (fajtájától függetlenül)csak akkor hatékony, ha az ablak (ablakszerű ajtó) zárva van, kö-

Az árnyékoló ésárnyékvetőszerkezetek

A belső árnyékolószerkezetek

vetkezésképpen alkalmazásának csak akkor van értelme, ha az épb-let (tér) nyári szellőzése a nyílászáró szerkezetek zárt állapotában ismegoldható, de az is természetes, hogy e feltétel teljesülése eseténmég számos egyéb tényező t is mérlegelni kell, hiszen a hővédő üve-gezés ugyan mérsékli a napsugárzási hőterhelésbő l származó gon-dokat, de nem kevésbé komoly következményekkel és költségekkeljár a fűtés és a világítás területén .

A nyílászáró szerkezetekhez viszonyított térbeli helyzetük alapjánbelső (a helyiség felő li oldalra kerülő), közbenső (a nyílászáró szer-kezet üvegrétegei, táblái közé beépített) árnyékoló szerkezetek éskülső (a külvilág felőli oldalra helyezett) árnyékoló szerkezetekkülönböztethetők meg. Ez utóbbiak változatai az ún. árnyékvetőszerkezetek.

A belső árnyékolók jellegzetesen több funkciós szerkezetek, hiszena napsugárzási hőterhelés csökkentése mellett a belátás megakadá-lyozása, a védettség érzésének megteremtése, egyes esetekben méga belső tér építészeti értékének növelése, hangulati hatásának foko-zása is feladatuk . E szerkezetek jellegük és használati módjuk k6-vetkeztében csak mozgathatóan készíthetők .

A belső árnyékolók közül a napsugárzási hőterhelés szempontjábóla nagy visszaverő képességűek a hatásosabbak. A visszavert sugár-

1

zás nagy része ugyanis az üvegezésen keresztül ismét a környezetbejut . Az elnyelt napsugárzás által felmelegített árnyékoló viszontmindkét oldalán a helyiség levegőjének hő t ad át és a helyiségethatároló szerkezetek felületeivel is - hosszúhullámú - sugárzásoshőcserébe lép . A hőegyensúly sematikus képét a 2.56. ábra mutatja .A belső árnyékoló szerkezetek anyaguk, szerkezetük és mozgathatómódjuk alapján osztályozhatók és eszerint

leereszthető , illetve felhúzható (színes vagy színtelen vászon) redő -nyök (fa, fém, műanyag), zsaluziák, továbbá

elhúzható (áttetsző , alig átlátszó, át nem látszó, különböző szövés ű ,hurkolású, színű , rajzú, textúrájú, textil anyagú), egy- vagy kétréte-gű függönyök különböztethetők meg.

A vászonredőnyök fényzárási hatékonysága és építészeti megjele-nése azok színétől és két oldali (szabad vagy horonyban csúszó)vezetési módjától függ .

A zsaluziák fényzárási hatékonyságát és (a kitekintés, a külvilággalvaló kapcsolat lehetőségét is figyelembe vevő) építészeti értékét alamellák színe és átállíthatósága (azaz egymásra takartatása, illetvepárhuzamosra állítása) határozza meg .

RL&M2.56. ábra . A belső árnyékoló szerkezet hőmérlegének sémája

148

H.6Á[ADAS

HELYISk Lc-

VEGöJÉNEK

riOMU'W~:J ._

A? AZ Ü'JE'3E .

ZE ~, Ni

_. r10 +'l.OA~

_- .

i- RAv0 .RO

..

.lC : 7 f~:_JC3L

B=

~TO . i Ff r

A közbensőárnyékoló

szerkezetek

A függönyök építészeti és épületfizikai értékelése már jóval össze-tettebb feladat, hiszen ebben az esetben (a belső oldali elhelyezésmiatt amúgyis erősen korlátozott mértékű) épületfizikai funkciótgyakran (és joggal) háttérbe szoríthatja az az építészeti elképzelés,amely a tér színesítésében, élénkítésében, hangulatosabbá, meghit-tebbé vagy akár éppen védettebbé tételében az alkalmazandó füg-gönynek, függönyöknek is komoly szerepet szán .Ez a magyarázata annak, hogy az

építészeti és épületfizikai igény nem mindig és nem is könnyenegyeztethető össze,sokszor kétféle függöny együttes alkalmazására kerül sor,

a kétféle követelmény kielégítésének feltételei is külön vizsgálandók .

Afüggöny építészeti hatása elsősorban anyagának minőségétől (szí-nétől, fényétől, hullásától, esetleges rajzától, mintázottságától stb.)függ, míg fényzárása (s ezzel összefüggésben átlátszósága) mértékéta készítéséhez felhasznált fonalak (szokásosan világos, közepes éssötét kategóriákba sorolt) színe és szövésének-hurkolásának (szoká-sosan ritka, közepes és sűrű csoportokba sorolt) szálvezetése hatá-rozza meg.Anapsugárzási hőterhelés csökkentésére a világos fonal-ból sűrű szövéssel előállított függöny a kedvezőbb . A kitekintéstekintetében a sötét fonalból ritka szövéssel készített függöny, míga belátás vonatkozásában a világos fonalból sűrű szövéssel gyártottfüggöny az előnyösebb (amelyen át ugyanis a tárgyak nemláthatók,még közepes sűrűségű szövés esetén a nagyobb tárgyak körvonalaimár felismerhetők, ritka szövés esetén pedig a függöny a látástmondhatni nem, vagy csak alig nehezíti, zavarja.)

A belső árnyékoló szerkezetekkel felszerelt szokásos üvegezésű nyí-lászáró szerkezet naptényezője 0,5-0,8 közé esik . Ebből az adatbólmár nyilvánvaló, hogy a belső oldali árnyékoló szerkezetek a nap-sugárzási hőterhelés csökkentésének nem éppen a leghatékonyabbeszközei . Alkalmazásukat egyszerű szerkezetük, könnyű kezelhető-ségük, a változó igényhez mindig igazodni tudó mozgathatóságuk,több feladat egyidejű ellátására alkalmas voltuk indokolja. Előnyüktovábbá, hogy az üvegezés körüli ún . diszkomfort zónát (télen ésnyáron egyaránt) csökkentik .

A közbenső árnyékolók a nyílászáró szerkezetek két üvegtáblája(rétege) közé épülnek be . Közülük a napsugárzási hőterhelés szem-pontjából (a belső árnyékoló szerkezetekhez hasonlóan) a jó vissza-verő képességűek a hatásosabbak. Az árnyékolók által elnyelt hőaz üvegtáblákat és a közöttük levő levegőt melegíti s így alkalmazá-suk valamivel előnyösebb, mint a belső oldali árnyékolóké. Nap-tényezőjük 0,2-0,3 közé esik .

149

A napsugárzási hőterhelés csökkentésére szolgáló külső oldali szer-kezetek síkjuktól függően két csoportra oszthatók, éspedig a hom-lokzati síkkal párhuzamos (közel párhuzamos) síkban elhelyezettekaz árnyékolók, az arra merőlegesen (közel merőlegesen) beépülőkpedig az árnyékvetők.

Az üvegezés síkjával párhuzamos síkba kerülő, de attól eltérő síkúelemeket is tartalmazó külső árnyékoló (fényzáró) szerkezetekanya-guk és szerkezetük szerint a következők :tömör, fix táblák : jóval a homlokzati sík elé szerelt és helyzetükbőladódóan állandó légáramlást (és öntisztulást is) lehetővé tevő fő-ként D-i, DK-i, DNy-i tájolásra alkalmas (fém, vasbeton, üveg)szerkezetek ;tömör, mozgatható táblák : keskeny légrés közbeiktatásával (víz-szintes vagy függőleges irányban) tolható (fa, ritkán fémanyagú),esetleg résekkel, áttört vagy leveles kialakítású, minden tájolásiirányban védő szerkezetek ;függőleges síkban szerkesztett, vízszintes és függőleges lamella-sorok: fix (vasbeton, fém- vagy faanyagú), illetve mozgatható (több-nyire fémből készülő) és légáteresztésre alkalmas módonkialakítottszerkezetek, amelyek fix kialakítással K-i, Ny-i, míg a mozgathatóváltozatban még DK-i és DNy-i tájolásra is alkalmasak ;zsaluziák : leeresztve - a (fém vagy műanyag) lamellák elfordításá-val a fényzárás mértékének szabályozását lehetővé tevő vékonylamellasorokból készített, elsősorban D-i, DK-i, DNy-i homlokza-tokon alkalmazható, de - zárt állapotban minden tájolási iránybólvédő szerkezetek;

ponyvák: vezetékben mozgó és az ablak előtt leengedhető (felhúz-ható) színes vászon és minden tájolási irányból védő szerkezetek ;kitámasztható gördülő ponyvák : leeresztés után kitámasztható s ígylégcserét és kitekintést is lehetővé tevő, kitámasztva D-i tájolás ese-tén, leeresztve minden irányban védő színes vászon szerkezetek ;gördülő és kitámasztható redőnyök : leeresztés esetén teljesen fény-záró, de leengedett állapotban ritkítható (tehát kismértékű légcserétengedő), kitámasztás esetén szellőzést és kitekintést is lehetővé tevő(fa, fém vagy műanyag) lécsoros szerkezetek, kitámasztva főkéntD-i tájolás esetén, sűrűre zárva minden irányból védő árnyé-kolók ;függőleges síkú rácsok : (beton, műkő , kerámia vagy fém) elemeksorolásával kialakított, a felület rajzától, az elemek lyukbőségétől,nagyságától, mélységi méretétől, dőlési szögétől függő hatékony-ságú szerkezetek.

150

A külső árnyékolóés árnyékvetőszerkezetek

A külső árnyékolószerkezetek

",lliilR,

s

i

I

1111111I '11111.

2.57. ábra . A küls ő árnyékoló szerkezet hőmérlegének sémája

A napsugárzási hőterhelés csökkentésére a külső árnyékoló szer-kezetek a leghatékonyabbak. Ezeknél ugyanis az elnyelt hő tő l fel-melegedett szerkezet hőátadással csak a külső levegő t melegíti, ahosszúhullámú sugárzás az egyik felületér ő l a környezet felé irányul,igaz, hogy a másik felületér ő l az ablak felé, de azon áthatolni nemtud és csak kismértékben melegíti az üvegtáblát . Emellett e hatás iscsökken, ha az árnyékoló szerkezet épület felé néző felületénekalacsony hőmérsékleti abszorpciós tényezője kicsiny (2.57. ábra) .

A lamellás - zsalus szerkezetek sugárzás átbocsátásának háromlehetséges módja:

152

a lamellák - zsalulevelek anyaga sugárzásátbocsátó ;

a lamellák - zsalulevelek állásszöge lehetővé teszi a közvetlensugárzás egy részének átjutását (2.58 . ábra) ;

a közvetlen sugárzás egy része a lamellák - zsalulevelek felii-letéről egyszeri vagy többszöri visszaverődés után (2.59 . ábra)részben mint visszavert közvetlen, részben mint diffúz (szét-szórt) sugárzás jut át .

2.58. ábra . A zárási szög

2.59. ábra. A zsalus árnyékolón át bejutó hőterhelés sémája

153

b2.60 . ábra . A homlokzati síkra merőleges vízszintes árnyékvető szerkezetek

154

a) a tömör lemezpéldája

b) a fix lamellasorpéldája

b) a tömör mozgathatótábla példája

2.61 . ábra. A homlokzati síkkal párhuzamos fiiggőleges árnyékoló és fény-záró szerkezetek

155

NY "

NYé-

156

2 .62 . ábra. A homlokzati síkkal párhuzamos függőleges árnyékoló és fény-záró szerkezetek

a) a függő leges síkmozgathat6 vízszidlamellasor példái

b) a mozgatható függő-leges lamellasor példája

a) a külső zsaluzia

Qpéldája

b) a küls ő ponyva(vászonredőny) példája

2.63 . ábra . A homlokzati síkkal párhuzamos függőleges árnyékoló és f6ny-záró szerkezetek

157

b

158

. . . . 1..

. . . .. ... .. .. . . . . . . . . . . .. . .. .

2.64 . ábra . A homlokzati síkkal párhuzamos függőleges árnyékoló ésfényzáró szerkezetek

a) a kitámasztható gör-dül ő ponyva példája

b) a gördül ő és kitá-masztható redőnypéldája

2.65 . ábra . A homlokzati síkkal párhuzamos függőleges árnyékoló rácspéldája

A mondottakból következik, hogy a lamellák - zsalulevelek �kül-ső -felső" felületén a jó visszaverés és a nagy alacsony hômérsékletiabszorpciós tényező, �belső -alsó" felületén pedig a rossz vissza-verés és - a korábbiak szerinti - kicsi alacsony hőmérsékleti ab-szorpciós tényező az előnyös .A IV. táblázat néhány tájékoztatójellegű naptényezőadattal szolgál.Bár a napsugárzási hőterhelés csökkentésére valóban a külső árnyé-kolók a leghatékonyabbak, mégis nem mozgatható kialakításukesetén a fűtés és a világítás energiaigényének növelése miatt legalábbolyan károsak télen (és az átmeneti időszakban), mint amennyirehasznosak a nyári hűtési igény szempontjából . Ezen a mozgathatókialakítás segít ugyan, mert lehetővé teszi a változó igényekhez valóigazodást, de csak a bonyolultabb szerkezetbő l, a nehézkesebb keze-lésből és a gyakoribb karbantartásból származó jóval magasabbköltség árán .

159

IV . táblázat0

Különböző üvegezés-árnyékolás kombinációk naptényezője a [20] irodalom alapján

Bels ővelencei Bels ő

Közbensővelencei

Küls ő fűg-Sáleges Külső ponyva Külső

velenceiredőny vászon redőny redőny fém árnyé-

koló zsalunapernyő

Füg- redőnygöny-Árnyé- -

Típus kolásnélkül

nem át-látszó átlát-

nyelkombi-

kívűlvilá-gos (közép vilá- szó

vilá-vilá-Bos közép közép sötét világos

köz.ép

vnált

üvegezésvilá-

vdágosgos(fe- sötét gos

, sötétgos

gos

hér) j

Egyrétegű üvegezés 3-12 mm vastag 1,0- 0,19- 0,24- 0,35-0,88 0,55 0,64 0,25 1 0,59 0,39 - - - - 0,20 0,25 0,8 - -

Hőelnyelő 3-6 mm vastag 0,67- 1 1 1 0,12- 0,16- 0,3-üveg 0,71 0,53 . 0,57 0,3 0,45 0,36 - - - - 0,16 0,2 0,6 - -

I10 mm vastag 0,57 0,52,0,54 0,28 0,40 0,32 - - - - -

12 mm vastag - 0,50 0,51 0,28 0,36 0,31 - - - - - - - - -

Kettős Normál üveg 3 mm vastag 0, ~ 0,18 0,22--- - -

üvegezés --1 0,51 0,57 0,25 0,6 0,36 0,33 10,36 - - --- -Normál üveg 6 mm vastag

~! 0,35-

0,83 0,16 0,20 0,65 - -6 mm vastag a külső hő- 0,30-

elnyelő üveg 0,56 0,36 0,39 0,22 0,40 0,30 0,28 0,30 - -

--

0,10 0,13 0,50 - -6 mm vastag a külső üveg

külső bevonattal 0,42 - - - - - - - - - - - - - -

6 mm vastag a belső üveg

Ibelso bevonattal 0,29

Három- Rétegenként 3 mm vastag 0,83 0,48 0,56 0,64 0,18 0,12 0,16 0,2 - 0,12 0,11--rétegű

üvegezés Rétegenként 6 mm vastag 0,69 0,47 0,52 0,57 0,15 0,1 0,14 0,17-- 0,10 0,10

IV . táblázat (folytatás)

Különböző üvegezés-árnyékolás kombinációk naptényezője a [20] irodalom alapján

Belsó velencei redőny (45° víz- Külső velencei Küls ő árnyékoló Külső ponyva-

Típus Árnyékolásszintes vagy függâleges) vagy

bels ő függönyredóny

(45° vízszintes)zsalu

(17° vízszintes) napernyőnélkül

világos közép sötét világos közép v.sötét közép sötét világos közép v.

sötét

Normál üveg 1,0 0,56 0,65 0,75 0,15 0,13 0,22 0,15 0,20 0,25

Tábla üveg 6 mm vastag 0,94 0,56 0,65 0,74 0,14 0,12 0,21 0,14 0,19 0,24

Abszorbens 40-48% abszorpció 0,80 0,56 0,62 0,72 0,12 0,11 0,18 0,12 0,16 0,20üveg --

~

--48-56% abszorpció 0,73 0,53 0,59 0,62 0,11 0,10 0,10 0,11 0,15 0,18

56-70% abszorpció 0,62 0,51 0,54 0,56 0,10 9,10 0,14 0,10 0,12 0,16

Normál üveg 0,90 0,54 0,61 0,67 0,14 0,12 0,20 0,14 0,18 0,22

Kettős Tábla üveg 6 mm vastag 0,80 0,52 0,59 0,65 0,12 0,11 0,18 0,12 0,16 0,20-- ------üvegezés - - -

Kívül48-56 %abszorpciójú,belül normál üveg 0,52 0,36 0,39 0,43 0,10 0,10 0,11 0,10 0,10 0,13

Kívül 48- 56 %abszorpciójú,belül tábla üveg 0,50 0,36 0,39 0,43 0,10 0,10 0,11 0,10 0,10 0,12

Hármas Normál üveg 0,83 0,48 0,56 0,64 0,12 0,11 0,18 0,12 0,16 0,20üvegezés -- --- -

Tábla üveg 0,69 0,47 0,52 0,57 0,10 0,10 1 0,15 0,10 I 0,14 0,17

D

IMEMO

mil/~IIIum~mil~~ililnIllu~imilaülu~-Ill"

2.66. ábra. A k6zbfiW árnyékolók és fényzárók

162

a) az átfordítással kiils6oldalrakerűl6 belső

zsalnzia két változata(forgó és bilkn6ablakokesetén)

a

b)a bekő fliag6nypéldála

L

'i

EpI,AOFAOP

Ili~

III

0.C-

NY

KA

>K

N ly .

2.67. ábra . A belső oldali árnyékolók és fényzárók

A külső árnyékvető szerkezetek az üvegezés síkjára merőleges (kö-zel merőleges) helyzetük következtében korlátozzák a közvetlennapsugárzásnak az üvegfelületre való beesését . Szerkezetük mássíkú, sőt az üveg síkjával párhuzamos helyzetű elemeket is tartal-mazhat .

E szerkezetek anyaguk és kialakításuk alapján a következők :

tömör lemezek : enyhe kifelé lejtésű , a homlokzati csatlakozás men-tén levegő átöblítésre szolgáló légréssel kialakított (csaknem mindigvasbeton anyagú) D-i, DK-i, DNY-itájolás esetén hatékony szer-kezetek;

fix lamella sorok: állandó levegőátöblitést engedő, öntisztulásraalkalmas szelvénnyel és sorolással készített (fém, fa vagy vasbetonanyagú), D-i, DK-i, DNY-i tájolás esetében célszerű szerkeze-tek.

2.68. ábra . A lamellás fix árnyékvető méreteinek értelmezése

164

A kAL őárnyékvetők

1 .0

019

0.8

0 .7

0.6

0.5

0.4

0,3

0.2

0.1

0,0

MM-M

MOMENILI NEVA

d =z .o

I .

Il.

iii .

IV

V

VI .

VIL

VIII.

lx .

X.

XI.

XII . Z

2.69. ábra . A lamellás fix árnyékvető átlagos naptényezőjének éves változásakeleti tájolás esetén

1.0

0.9

0.8

0 ;7

0.6

0,5

0.4

0.3

0 .2

0.1

MEMEMEEMEMEMEMEMEMEMEMEIMMEMEMEMEMEMEMEMEME NINEME 0 mmMM&

010

I.

u.

Ili .

Iv

v

VI .

vll.

vul.

Ix .

x .

xI .

xll . z2.70. ábra . Alamellás fix árnyékvető átlagos naptényezőjének éves változásadéli tájolás esetén

165

110

019

018

0,7

0.6

015

0.4

0,3

0,2

0,1

o,o

166

MEEMEMEMEEMEEMMMMMEMEMFAMMEEMEMMEMENEEMOMENEEMOMEMEMILEMEMErAMMEEMEMEMEMEMEMEMEMEMEWAMEMEMEEMENEEMEMEMOMMEMEMEMEM

2.71. ábra.A lamellás fixárnyékvető relatívnaptényezőjénekévi menete keleti

l

IL

III.

IV.

V

VI.

VIi.

VIII.

IX.

X.

Xi.

XII . z

tájolás esetén

_NNmax

110

0,9

MENU mao .a MEN M0,7 I NOME M0.6

0 .5

0,4

0,3Î

0,2 2.72 . ábra.A lamellás fix

011 MEME árnyékvető relatívnaptényezőjének

010 évi menete déliIII . IV. V VI. VII . VIIl . IX . X . XI . XII. z tájolás esetén

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

i

~eM /M

m -0No 1 00

I. II . III . IV. V VI . VII . VIII . IX . X. XI . XII . z

2.73 . ábra. A lamellás fix árnyékvetőn át bejutó hőterhelés várható értéké-nek évi menete

Árnyékvetők beépítése esetén a napsugárzás a következő módokonjuthat el az üvegfelületre :

az árnyékvető szerkezet körvonalának geometriai méretei, továbbáaz üvegezéshez viszonyított térbeli helyzete lehetővé teszik, hogyaz üvegezés felületére vagy annak egy részére közvetlen napsu-gárzás jusson az árnyékvető által nyitva hagyott térrészben(2.60. ábra),

az árnyékvető szerkezet körvonalának helyzete a közvetlen nap-sugárzás behatolását ugyan meggátolja, de

több árnyékvető felülete közötti egyszeres vagy többszörösvisszaverődést követően visszavert közvetlen és szétszórt sugár-zás jut el az üvegezésre (2.60a. ábra),

egy árnyékvető elemei között egyszeres vagy többszörös vissza-verődés után visszavert közvetlen és szétszórt sugárzás esik azüvegezésre (2.60b . ábra),

az árnyékvető sugárzást átbocsátó anyagból készül.

167

Az árnyékvetőkkel a napsugárzási hőterhelés jelentős csökkenéseérhető el. Ez azonban magától értetődően és arányosan a természe-tes megvilágítás csökkenésével is jár. Azt pedig meghatározni, hogya téli fűtési és a nyári hűtési igények közötti ellentmondások - ame-lyek nyilvánvalóan az árnyékvető és az üvegezett felület geometriaiviszonyaitól függenek - hogyan alakulnak, a geometriai viszonyokalapos elemzését követeli meg, méghozzá nemcsak a nyári mére-tezési állapotokra nézve, hanem az átmeneti és a téli hónapoktekintetében is. Az elemzést az ismert árnyékmaszk szerkesztésselvagy az árnyékszögek ismeretében trigonometrikus összefüggésekalapján lehet elvégezni [12, 13].A néhány jellemző esetre elvégzett elemzés eredményeit a 2.68. -2.78. ábrák mutatják. Ezekből látható, hogy bizonyos esetekbenaz árnyékvetők a téli hónapokban - amikor ez egyébként teljesenfelesleges, sőt kifejezetten hátrányos is - hatékonyabb védelmetnyújtanak, mint a nyári hónapokban. Ez a tény is azt bizonyítja,hogy az árnyékvetők alkalmazási feltételeinek, geometriai méretei-

>1x

2.74. ábra . A vízszintes fix árnyékvető méreteinek értelmezése

168

un mmumaman

MÀ un

0.9

0,8

0,6

0,5

0.4

0,3

0

0,1

0,0L IL ni. IV v vl .

2.75 . ábra. A vízszintes fix árnyékvető átlagos naptényezőjének évi menetedéli tájolás esetén

2,0

0,8

0,6

0,4

0,2

vil.

vin.

IK

X.

XL

XII. z

0,01 .

11 .

11L

IV.

V.

VL

VII.

Vin.

1X.

X.

X1.

XIL Z

2.76. ábra . A vízszintes fix árnyékvető átlagos naptényezőjének évi menetekeleti tájolás esetén

169

MURa MUR

Imm Mm»--u

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0.1

0,0

1,0

0,9

0,8

0.7

0.6

0, 5

0,4

0,3

0,2

0,1

010

Nmax

Nm.x

170

~~

MEN EMMEMEMEN M~ ME

N

I . 11 . III . IV V VI . VII. VIII. IX. X. XI .

2.77. ábra.A vízszintes fixárnyékvető relatívnaptényezőjénekévi menete déli

XII . z

tájolás esetén

2.78. ábra.A vízszintes fixárnyékvető relatívnaptényezőjénekévi menete keleti

I .

1I .

Ili .

IV.

V

VI .

VIt.

VIIi.

IX.

X.

XI.

XII. z

tájolás esetén

A műkődésl elv

A téli hőveszteség

nek, tájolási összefüggéseinek vizsgálatához egyáltalán nem elegen-dők a nyári adatok .

Több szinten egymás felett sorakozó árnyékvetők esetében az ár-nyékvetőkközötti terek átszellőzéséről feltétlenül gondoskodni kell .Az árnyékvetők ugyanis az elnyelt napsugárzás következtében fel-melegednek, s így a kellő légmozgás hiányában a közöttük pangólevegőhőmérséklete a külső léghőmérsékletnél észrevehetően maga-sabbra emelkedhet .

2.24 A szellőztetett ablakok

A szellőztetett ablak az ablak funkcióinak ellátása mellett a 16gtech-nikai rendszer egyik eleme is . Ebből természetesen következik, hogyalkalmazására csupán légtechnikai rendszerrel ellátott (elsősorbanköz-) épületekben kerülhet sor.Az ablak szerkezeti szempontból egy külső és egy belső �részből"áll, az előbbi célszerűen hőszigetelő üvegezésű , az utóbbi pedigközönséges egyrétegű üvegezésű, A két rész között alakul ki azablaknak az a tere, amelya légcsatornahálózat egy elemeként műkö-dik. E térbe rendszerint mozgatható árnyékoló szerkezet is beepí-tésre kerül.

Az ablakszárnyaknak - miután tulajdonképpen egy légcsatorna�falai"-nak feladatát teljesítik - igen jól kell zárniok, de a meg-felelő működésnek a nem mozgatható beépítés nem feltétele. Ezegyébként a karbantartást, tisztítást is megnehezítené. Az pedig tel-jesen magától értetődik, hogy miután a helyiség légtechnikai rend-szerrel el van látva, az ablaknyitására szellőztetés céljából sincsszükség.

A szellőztetett ablakba a helyiségből távozó levegő kerül. Ez a leve-gő vagy a klímaközpontba jut vissza, vagy az ablak átöblítése utánaszabadba távozik. Az első esetben �zárt", a másodikban �nyitott"rendszerű szellőztetett ablakról van szó (2.79. ábra) . Aszellőztetettablak szellőztetett mellvéddel (mellvédfallal) is összeépíthető(2.80. ábra) .

Aszellőztetett ablak működésének lényege az, hogy a rajta áthaladólevegő által szállitott konvektívhőáram megváltozik és ez a helyiséghőmérlegét mind télen, mind nyáron kedvezően befolyásolja .

Télen a szellőztetett ablak légterébe olyan levegő kerül, amelynekhőmérséklete ahelyiség hőmérséklettel megegyezik . Ezt a levegőt ahagyományos kialakítású szellőztetőberendezés közvetlenül szívnáel a helyiségből egy légcsatornahálózaton át, s így az elszívott levegőhőtartalma elveszne a helyiség számára. Jelen esetben azonban az

172

b

2.79 . ábra. A szellőztetett ablaka) a nyitott kivitel példája ; b) a zárt kivitel példája

ablaktáblák között eltávozó levegő lehűl, s az így elvesztett hőtar-talma lefedezi a külső táblán át akörnyezetbe távozó hőveszteséget .A lehűlés mértéke - adott szerkezetben - az átáramló levegőmennyiségének függvénye, de akét tábla közötti levegő átlaghőmér-séklete nem sokkal alacsonyabb a helyiség-hőmérsékletnél . A helyi-ségből az �ablakba", a belső szárnyon át transzmisszióval távozóhőveszteség - ami ettől a hőmérséklet-különbségt ől függ - igencsekély.

Az eddigiekből az is nyilvánvaló, hogy a szellőztetett ablak nemértékelhető és méretezhető a szokványos módon. A szellőztetettablakon át távozó hőáram nagy részét a távozó levegő egyébkéntamúgy is veszendőbe menő hőtartalmának változása fedezi, a helyi-ségből transzmisszióval az ablakon át távozó hőáram pedig kicsiny.Ha ez utóbbit a méretezési hőmérséklet-különbségre vonatkoztat-juk, az így kapott látszólagos, egyenértékű hőátbocsátási tényező

A hőátbocsátásitényező

A nyári hőmérleg

KOLSŐ TÈR

TULNYOMASCSAPPANTYIJ

-3o BELSO TtRBOL TAVOZO LEVEGŐ

2.80. ábra . A szellőztetett ablak és a szellőztetett mellvéd

értéke : k = 0,5-1,0 W/m2 K! Így a szellőztetett ablak e tekintetbena fallal szinte egyenrangú homlokzati elemnek tűnik, valójábanazonban annál is jobb, hiszen a napsugárzás jelentős részét is át-bocsájtja. Ennek következtében a téli félév hónapjaiban átlagosanvárható napsugárzásból olyan hőnyereség jut a helyiségbe, amelya helyiségből transzmisszió révén az ablakon át távozó hővesztesé-getmégkedvezőtlen tájolás esetén és mégdecemberben is jelentősencsökkenti. Ezáltal még a nagy homlokzati üvegezési arány esetesem válik energetikailag hátrányossá. Ehhez járul ajobb természe-tes megvilágításból adódó valamennyi előny is .

A légtechnikai rendszer üzemeltetési költsége zárt rendszerű szel-lőztetett ablak esetén azzal csökkenthető , hogy az ablakokból el-szívott távozó levegőmegmaradt hőtartalmának egyjelentős továb-bi hányadát hővisszanyerőkben hasznosítják.

Akorábbiak alapján kialakított, előnyösnek nevezett nagy homlok-zati üvegezési aránynyáron sem okoz különösebb problémát. A két

173

szárny közötti szellőztetett térbe beépített mozgatható árnyékolószerkezet ugyanis lényegesen hatékonyabban működik, mint másközbenső (üvegtáblák között elhelyezett) árnyékoló, emellett álta-lában egyszerűbb szerkezetű és építésű , mint a mozgatható külsőárnyékoló szerkezetek, és karbantartása is jóval könnyebben old-ható meg .

A külső üvegezésen bejutó napsugárzás az árnyékolóra jut, amelyannak egy részét átengedi, más részét elnyeli, illetve visszaveri .Az elnyelt hányad az árnyékoló szerkezetet felmelegíti. Jelen eset-ben azonban az árnyékoló szerkezetet a helyiségbő l távozó levegőöblíti körül, amely a felmelegedett árnyékoló szerkezetet - ésugyanúgy a felmelegedett üvegtáblákat is - hűti . A levegő hőmér-séklete ennek következtében ugyan megnő , de ez a levegő már el-hagyta a helyiséget . Ezért a helyiségbe gyakorlatilag alig jut hőát-adás vagy hosszúhullámú sugárzás révén hőterhelés . A naptényezőértéke ezzel a módszerrel N = 0,11-0,15 értékre leszorítható .

Az eddigiek a szellőztetett ablak energetikai előnyeit nyilvánvalóváteszik. Adott esetben nem csekély előny az sem, hogy a homlokzatiüvegezési arány az egyéb igényekhez igazodva szinte korlátozásnélkül növelhető , mégpedig az ésszerűség követelményének és atakarékosság kívánalmának megsértése nélkül . A bemutatott szer-kezeti elem az épület és az épületgépészeti rendszerek összefüggését,integrálási lehetőségét isjól példázza, de nyilvánvalóan csak gondo-san megtervezett épülethez, és légtechnikai rendszerhez illeszthető .

3. A helyiségek, terek

Akülönféle fal- és födémszerkezetek, üvegfelületek, üvegezések ésnyílászárók helyiségeket (térrészeket) burkolnak, azok sorozatátszervezik épületté, méghozzá valamilyen adott funkció betöltéséreés meghatározott igényszint kielégítésére alkalmas módon. A hatá-rolásra szolgáló egyes felületek energiagazdálkodási szempontbóllegfontosabb tulajdonságai - az előzőek során - már ismertetésrekerültek. Ekorábbi vizsgálat tárgya az volt, hogy akülönböző álla-potú tereket elválasztó szerkezetekben az intenzívjellemzők (pl. hő-mérséklet) milyen eloszlása várható, az extenzív jellemzők milyenáramai alakulnak ki .

Amikor a burkoló felületek helyiségeket alakítanak ki, a határolószerkezetek között lesz (vagy lehet) olyan, amelyahelyiséget a külsőtértől választja el . Más határoló felületek a teret más (szintén építé-szeti eszközökkel kialakított) térrészektől, szomszédos helyiségek-től választják el. Ez utóbbiakban a vizsgált helyiségben uralkodóállapotokkal megegyező , vagy azoktól eltérő állapotok lehetnek .Ezek az alapvető különbségek természetesen a helyiség energia-mérlegében is megmutatkoznak . Ugyancsak meghatározó szerepetjátszik az is, hogy a helyiséget határoló valamely geometriai felület,idom egy azonos jellegű és felépítésű határoló szerkezettel van-ekitöltve, vagy egy-egy geometriai felület, idom letakarására esetlegtöbbféle szerkezet (pl. fal, ablak, loggia-ajtó) együttese szolgál-e.Számottevő különbség származik abból is, ha a méretek és a szer-kezet tekintetében egyébként teljesen azonos határoló felületek akülső térhez viszonyítva különféleképpen helyezkednek el, hiszen akülső határoló felületeket érő hatások egy része (a napsugárzás, aszél) irányfüggő .

A fentiekből következik, hogy egy helyiség energiamérlegének fel-írása összetett feladat, hiszen nemcsak a határoló felületek (és aszomszédos terek) sokféleségével kell számolni, hanem e határolófelületek egymásra gyakorolt hatását, a burkoló felület és a tér-részen belüli levegő, a helyiségben tartózkodó emberek, technológiastb. összefüggéseit is figyelembe kell venni.

175

3.1 A válasz a különböző hóűatásokra

3.11 Stacioner hőhatások

A helyiség energiamérlegének felírásakor első kdzelitésként elfogad-ható az a feltételezés, hogy az intenzív mennyiségek térbeli eloszlásaa helyiségen belül egyenletes .

Kisebb méretű helyiségek (pl . lakószoba) esetében e feltételezésb ő lkiindulva az energiamérleg kielégítő pontossággal meghatározható,és a térbeli eloszlás egyenlőtlenségét legfeljebb a hőérzeti ellenőrzéssorán kell figyelembe venni.

Nagyobb méretű , csarnok jellegű terek esetében azonban az ener-giamérleg felírása és a hőérzeti ellenőrzés során egyaránt és feltét-lenül figyelembe kell venni azt, hogy az intenzívjellemzők a helyiségterében nem egyenletesen oszlanak el. E figyelembevétel szükséges-sége és a számítás megkívánt részletessége azonban nemcsak a tér-rész (tér, csarnok) méreteitő l és alakjától függ, hanem az ebben le-játszódó funkciótól, az abban esetleg működő technológiai beren-dezésektő l, továbbá a fűtés és a szellőztetés módjától is .

A legegyszerűbb eset az állandósult feltételekre vonatkozó hőmér-leg . A számítás áttekinthetősége érdekében azonban még ebben azesetben is a következő egyszerű sítő feltételezéseket kell figyelembevenni

176

a helyiségben a léghőmérséklet térbeli eloszlása egyenletes ;

egy-egy határoló szerkezet külső felületén a hőmérséklet-elosz-lás egyenletes ;

egy-egy határoló szerkezet hőátbocsátási tényezője olyan átlag-érték, amely a szerkezetben levő hőhidak hatását is kifejezi ;

egy-egy határoló felület mentén a belső hőátadási tényező ál-landó.

A helyiséget belülrő l burkoló felületek mindegyikére felírható egy-egy egyenlet, amely azt fejezi ki, hogy az adott belső felület és ahelyiséget belülrő l burkoló többi felület, valamint az esetleg a helyi-ségben levő fű tőtestek) közötti sugárzásos hőcsere, a felületen át-haladó hőáram, továbbá a felület és a helyiség levegője közötti hő-csere algebrai összege zérus (3.1 . ábra) :

Aj[ECj.hbi.h(tb,i-tb,h)Oi,h-Fai,j(tb,i-tb .J+Ki(tb,j-te)1+Qj = 0-

A helyiség levegőjének hőegyensúlyi egyenlete tehát azt fejezi ki,hogy a levegő és a helyiséget burkoló felületek közötti hőcseretovábbá a levegővel konvektív úton közölt hő algebrai összege

zérus :EAj ai,j(tb, 1 - tb,j) + QI = 0.

(3.2)

Az összefüggésekben

Aj a j-edik belülről burkoló vagy fűtőfelület területe,ai ,j a hőátadási tényező aj-edik belülről burkoló felület mentén,Y'j,h a kölcsönös besugárzási tényező aj és a h sorszámú felü-letek között,tb j aj-edik felület hőmérséklete,tb, , a belső levegő hőmérséklete,te a külső hőmérséklet,

QI a levegővel konvektív úton közölt hőáram,Qj aj-edik felületen levő hőforrás pl . sugárzó fűtőfelület telje-sítménye,Cj,h a kölcsönös sugárzási együttható,bj,h a hőmérsékleti tényező :

Ti4

~Th

( 1001

100,bj,h =

T - 7,h

(3.3)

Taz abszolút hőmérséklet,rcj a j-edik határoló szerkezet hőátbocsátási tényezője a belső

a. SUGARZASOS HŐCSEREb. H64TADAS

C. HöATBOCSATAS

,. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,

3.1 . ábra . Helyiség hőmérlegének sémája

felület és a külső közeg között

ae Aiahol

ae a külső hőátadási tényező ,S a rétegvastagság,A ahővezetési tényező .

Mint a (3.1- 3.4) összefüggések is mutatják, még a legegyszerűbb-nekminősülő eset is egy meglehetősen terjedelmes egyenletrendszer-rel fejezhető csak ki . Az egyenletrendszerben az ismeretlenek egyi-kének a konkrét feltételek alapján vagy a helyiség rendeltetésévelösszhangban értéket adva a többi ismeretlen is kiszámítható .Az egyenletek megoldása a következő adatokat szolgáltatja :

178

a belső levegő hőmérsékletét ;az egyes határoló szerkezetek belső felületi hőmérsékletét ;a léghőmérsékletből és a felületi hőmérsékletből számíthatóeredő helyiség-hőmérsékletet ;a határoló szerkezeteken át a külső környezetbe távozó h6-áramokat;

a helyiség levegőjével, illetve burkoló felületeivel közölt fűtő-teljesítményt.

A felsorolt adatok alapján ellenőrizhető, hogy a helyiség hőérzetiszempontból megfelelő-e, kiszámítható, hogy mennyi hő távozik ahelyiségből a környezetbe, hogy az állandósult állapot fenntartásamennyi fűtőteljesítményt igényel.

Ilyen részletességű számításra van feltétlen szükség nagyméretű,csarnokjellegű helyiségek, terek méretezésekor. Kisebb helyiségekesetében azonban a méretezés a következő meggondolások alapjánegyszerűsíthető

az egyes burkoló felületek közötti hőmérséklet-különbségektöbbnyire csekélyek, sőt gyakran több burkoló felület hőmér-séklete is azonos, hiszen a határoló szerkezetek többsége azo-nos vagy közel azonos hőmérsékletű , egymás mellé vagy fölésorolt helyiségeket választ el,

következésképpen a burkoló felület és a helyiség levegőjénekhőmérsékletei közötti különbség is csekély, hiszen a felületekközött többnyire csak egy tartozik külső határoló szerkezethez .

Ilyen feltételek mellett a gyakorlati célokat szolgáló közelitő számí-tásokban a (3 .1) összefüggésben felírt, a sugárzásos hőcserét kifejezőtagok elhanyagolhatók. A hőátadást és a hőátbocsátást kifejezőtagok pedig összevonhatók. A külső határoló szerkezet belső felü-

lete és a többi, belső határoló szerkezet felülete közötti sugárzásoshőcsere hatását úgy veszik figyelembe, hogy ai értékét egy fiktívszámmal: a �sugárzási hőátadási tényezővel" megnövelik.Így a hőegyensúlyt egyetlen

EAJ kj(ti - ta) + Qf = 0

(3.5)

alakú egyenlet fejezi ki, ahol Qf fűtőteljesítmény (konvektív éssugárzó).E közelités a helyiségből a környezetbe távozó hőáramok tekinteté-ben kielégítő pontosságú eredményt ad . Hőérzeti szempontból iscsak akkor van szükség külön ellenőrzésre, ha egy, a külső határolószerkezethez közeli hely vizsgálatára kerül sor.E közelités hiányosságai azonban rögtön nyilvánvalóvá válnak,ha az adott helyiségnek két vagy több külső határoló szerkezetevan. Ilyen esetekben - a határoló szerkezet belső felületének ala-csonyabb átlagos hőmérséklete miatt - a belső levegő hőmérsék-letének megemelésére van szükség a megfelelő hőérzet biztosításavégett, amelynek szükséges mértékét egyes eljárások bizonyos kor-rekciós tényezők alkalmazásával veszik figyelembe.Az a hőáram, amely a helyiséget burkoló felületeken át hőátbocsá-tás révén a helyiségből távozik, a transzmissziós hőáram. Az a transz-missziós hőáram, amely a méretezési hőmérséklet-különbség eseténés állandósult feltételek mellett lép fel, a helyiség alaphővesztesége .A helyiségből hőátbocsátással távozó - transzmissziós - hőáramnagysága adott hőmérséklet-különbség esetén a burkoló felületeknagyságától és a határoló szerkezetek hőátbocsátási tényezőjétőlfügg. Ezekből az adatokból egyetlen helyiségjellemző szám, a qctranszmissziós hőkarakterisztika képezhető .A helyiség transzmissziós hőkarakterisztikája az a transzmisszióshőáram, amely egységnyi hőmérséklet-különbség mellett alakul ki,azaz

aholqc =

AJkJ(3 .6)külső

AJ az j-edik határolószerkezet felülete,kJ az j-edik határolószerkezet hőátbocsátási tényezője,és a Z jelkép azt fejezi ki, hogy az összegezést a helyiség

külső

külső határoló felületeire kell elvégezni .Kevésbé szabatosan fogalmazva a transzmissziós hőkarakterisztikatulajdonképpen a helyiség transzmissziós ,hővesztők6pess6g6t"fejezi ki.

Az, hogy egy adott helyiséget burkoló felület a transzmissziós hő-áram tekintetében milyen tulajdonságú, igen jól jellemezhető egymásik számmal is, amely szám a transzmissziós hőkarakterisztiká-nak és a helyiséget határoló valamennyi belső felületnek, vagyis a�doboz" mind a hat oldalának hányadosa :

I A; k;kfils6

K-A

,o

ahol Ao a helyiséget burkoló összfeliilet .

(3.7)

(Megjegyzendő, hogy e jellemzőszámot az 1963 előtti hőveszteség-számítási szabályzat alkalmazta és több ország hővesztes6g-számí-tási előírása ma is használja a német eredeti után �D-Wert", D-érték megnevezéssel.)

AKjellemzőszám annyival mond többet a transzmissziós hőkarak-terisztikánál, hogy nemcsak a külső határoló szerkezetek felületé-nek és hőátbocsátási tényezőjének nagyságát, hanem a külső hatá-roló szerkezetek felületének és az 8sszfelületnek az arányát is kife-jezi . Ily módon a helyiség körülépítettségéről, védett vagy a külsőhatásoknak kitett helyzetéről is tájékoztat .

Ha K értéke nagy, akkor

180

a külső határoló szerkezetek hőátbocsátási ellenállása kicsiny,hőszigetelése gyenge, és/vagy a külső (lehűlő) felületek nagy-sága az összfelülethez viszonyítva nagy ;a belső hőforrások kikapcsolása, fűtési üzemszünet esetén ahelyiség gyorsabban lehűl ;a belső hőforrások bekapcsolása, a fűtési üzem megindításaesetén a helyiség gyorsabban felmelegszik, a felfűtés viszonylagkevesebb energiát igényel;a belső felületek átlagos hőmérséklete alacsonyabb, ennekellensúlyozására - a megfelelő hőérzet biztosításához - tehátmagasabb belső léghőmérséklet tartása szükséges.

Ha K értéke kicsiny, értelemszerűen az előző állítások ellentétjeiérvényesek .Részletes indoklás nélkül megállapítható, hogy energetikai szem-pontból a kicsiny Kérték a kedvezőbb .Ahelyiség viselkedését, a helyiség-hőmérséklet változásátjelentősenbefolyásolja a helyiség terében levő levegő és a helyiséget határolófelületek közötti konvektív hőátadás, amely arányos a helyiségetburkoló valamennyi határoló szerkezet területéből és a hőátadási

tényezőkből képezett jellemzőszámmal :

A = E A; a ;,i .

(3.8)Az összefüggésben

Aj a �j-edik" határoló szerkezet területe,a i,j a belső hőátadási tényező a �j-edik" felület mentén .

Az összegezés valamennyi, a helyiséget burkoló felületre elvég-zendő .

A (3.8) összefüggésbő l adódó Ajellemzőszám egy adott helyiségbenelsősorban a fűtési és a légtechnikai berendezések függvénye .

Az ún. légfűtés esetén a fűtőteljesítmény a levegő közvetítésévelkonvektív hőáramként jut a helyiségbe, és elsődlegesen hőátadássaljut a határoló szerkezetbe . A légfűtés vagy a mesterséges szellőzte-tés következtében kialakuló intenzívebb légmozgás nagyobb hő át-adási tényezőt eredményez .

A szokványos, ún . ,konvekciós" fűtések (radiátor, bordáscső ) ese-tében a fűtőteljesítmény nagyobb hányada szintén konvektív hő -áramként jut a helyiségbe, egy kisebb hányad (10-15%) azonbanhősugárzás formájában, a fű tőfelület és a határoló szerkezetekközötti sugárzásos hőcsere révén . Ez utóbbit a helyiség levegője éshatároló felületei közötti konvektív hőátadás közvetlenül nem be-folyásolja.Az ún. sugárzó fűtések esetében afűtőteljesítmény nagyobb hányadaa fűtőfelületek és a helyiség határoló szerkezetei közötti sugárzásoshőcsere, egy kisebb hányad pedig konvektív hőáram formájábanjut a helyiségbe .

A helyiség méretei szintén befolyásolják A értékét : nagyobb bel-magasság mellett intenzívebb szabadáram alakul ki, a hőátadásitényező értéke nagyobb .Ha A értéke nagy, akkor légfűtés vagy konvektív fűtés esetén iskicsi a helyiség levegőjének hőmérséklete és a helyiséget burkolófelületek hőmérséklete közötti különbség, ami hőérzetileg kedvező .A helyiség a belső hőforrások kikapcsolásakor, a fűtési üzem leállí-tásakor viszonylag lassabban hű l le, de a fűtési üzem elindítása utánviszonylag lassabban is melegszik fel .

Ha A értéke kisebb, a helyiség levegőjének hőmérséklete és a helyi-séget belülről határoló felületek hőmérséklete közötti különbségnagyobb, a helyiség levegője viszonylag gyorsabban lehűl, illetvegyorsabban felmelegíthető . Annak eldöntése, hogy melyik eset akedvezőbb, általános érvénnyel nem lehetséges, az csak egy-egyadott esetre és több lényeges szempont mérlegelésével állapíthatóMeg .

3.12 Ugrásfüggvény szerint változó hőhatások

Az állandósult állapotok feltételezésével számított adatok a valósá-gos viszonyokat csak durván közelítik meg, s így ez az eljárás csakbizonyos célokra alkalmas .

A valóságban a helyiség és a környezete közötti energiaforgalmatbefolyásoló jellemzők az idő függvényében változnak. E változásokoka, jellege, és időbeli lefutása (menetrendje) igen sokféle lehet.Egy teljesen általános megfogalmazás esetén a feladat - a mérleg-egyenlet - megoldása nagy nehézségekbe ütközik, jelentős számí-tástechnikai felkészülést igényel. A különböző változásokban fel-lelhető több-kevesebb szabályszerűség alapján és a megoldás meg-könnyítésére felirható a mérlegegyenletnek néhány olyan sajátos,egyszerűbb változata, amely az időben �szabályosan" változó hatá-sokra vonatkozik . A szabályos időbeli változás lehetővé tesziugyanis a jelenség viszonylag egyszerű formájú függvényekkel valóleírását és a mérlegegyenlet analitikus megoldását .

Az egyik legegyszerűbb időfüggvény az ún . ugrásfüggvény (3.2 .ábra). Az ugrásfüggvény szerinti változás azt jelenti, hogy

egy bizonyos időpont előtt ajelenséget (pl. a hőátbocsátást) befolyá-soló paraméterek állandóak, a jelenség időben állandósult (stacio-ner) ;

egy bizonyos időpontban ajelenséget befolyásoló paraméterek egyi-ke hirtelen �ugrásszerűen" megváltozik ;

e bizonyos időpont után az a paraméter, amely ugrásszerűen egy újértéket vett fel, a továbbiakban ezen az értéken marad.

A kérdéses paraméter ugrásszerűen felvett új értéke következtébena korábbi - vagyis az ugrás időpontja előtti - állandósult állapotfelborul, a jelenséget jellemző többi mennyiség időben változik .Mivel az ugrásszerű változás után a kérdéses paraméter ismét állan-dó marad, elvileg végtelen, gyakorlatilag elegendően hosszú időután (amely a jelenség természetétől függően a néhány perctől anéhány napon át egészen a néhány évig terjedhet) egy új, állandó-sult állapot fog kialakulni, ami a kérdéses paraméter ugrással fel-vett új értékéhez fog majd igazodni . Az elegendően hosszú értékpéldázására : Egy villamos fűtőtest bekapcsolását (a feszültség ug-rásszerűen változik) követően igen rövid idő alatt a fűtőszál hőmér-séklete állandósul . Ugyanakkor az építési nedvesség, ami viszonylagrövid idő alatt (gyakorlatilag ugrásszerű jelleggel) kerül a szerkezet-be, igen hosszú idő alatt távozik, s így csak sokára alakul ki a 16g-állapotnak megfelelő állandósult helyzet.

182

A feladatmegküzelitése

Az ugrásfüggvény

QA HATÁS

fA VÁLASZ

_ 3T_ ..

3.2 . ábra . A helyiség válasza ugrásszerű hőhatásra

a külső hőmérséklet hirtelen megváltozása .

Taz iddállandó ; 3T iddtartam alatt a folyamat �lecseng", gyakorlatilag kialakul az újállapotnak megfeleld egyensúly

A gyakorlatban van néhány olyan eset, amikor a jelenség ténylegjól leírható ugrásfüggvénnyel . A vizsgált területen például ilyen:

a fűtő vagy légtechnikai berendezések üzemének beindítása, leállí-tása, általában a helyiségen belüli valamilyen forrás erősségének(épületgépészeti rendszer teljesítményének) hirtelen megváltozta-tása ;

A helyiségnek a példabeli hatásokra adott válasza az ugrásfügg-vényre vonatkozó összefüggésekkel jó közelitéssel meghatározható .Ezek a szóban forgó esetek eléggé sajátosak és nem is nagy számbanfordulnak elő. Az ugrásfüggvényre kidolgozott megoldás azonbanfelhasználható más, összetettebb, a valós feltételeket jobban meg-közelítő jelenségek, pl . az idővel arányos változás követésére is.

183

A konkrét feladat megoldásán kívül az ugrásfüggvényre vonatkozómegoldás azért is jelentős, mert viszonylag egyszerű módon olyantájékoztatást ad a rendszerről (a helyiségről), amelynek alapján arendszer �lustasága", a helyiségnek az ő t érő hatásokra adott vála-szainak �hevessége", �késése", �élénksége", �lustasága", az egyesjellemzők változásának meredeksége vagy lanyhasága jól jellemez-hető .

A 2.16 pontban már szó volt a határoló szerkezetek hőtároló-k6pesség6ről (lásd : (2.55) összefüggés : 2.36. ábra) és időállandójá-ról .

Egy helyiség hőtároló képességét határoló szerkezeteinek hőtárolóképessége alapján határozzák meg. A külső határoló szerkezetekhőtároló képességét a korábban (2.16 pont) ismertetett módon kellmegállapítani . A belső határoló szerkezetekben állandósult álla-potban a hőmérséklet eloszlása egy vízszintessel jellemezhető -a hőmérséklet első közelitésben nem változik a hely függvényé-ben -, feltételezve, hogy a szóban forgó szerkezet azonos hőmér-sékletű helyiségeket választ el . Ez a közelítés akkor igaz, ha azegymással szomszédos helyiségek hőtechnikai jellemz ő i azonosak,mint ahogy ez a nagyobb méretű , cellás rendszerű épületekbena lakószobák, a szállodaszobák, az irodák esetében általában lenniszokott. Ha a szomszédos helyiségek hőtechnikai jellemz ő i külön-bözőek, a szuperpozíció elve alkalmazható, ha a helyiség-hőmér-sékletek különbözőek, a belső határoló szerkezetekben kialakulóhőmérséklet-eloszlást ugyanúgy kell meghatározni, mint a külsőhatároló szerkezetek esetében .

A belső határoló szerkezetek hőmérsékletét a következő közelítőszámítás alapján lehet meghatározni.

A helyiséget belülrő l burkoló (összes) felületek átlagos if hőm6r-s6klete a

6sszefüggésbő l :

184

Qr = di(t - if)

(3.9)

(3.10)

aholQf a fű tőteljesítmény,A a helyiség burkoló felületén lejátszódó hőátadásra jellemzőszám .

A külső határoló szerkezetek belső felületének hőmérséklete azismert

tf, k - ti - k (ti - te)

(3.11)ac i

A helyiségh6tiroló képessége

összefüggés alapján határozható meg. A belső határoló szerkezetekfelületének tf, k hőmérséklete a burkoló felület tf átlaghőmérsékleté-ből és a külső határoló szerkezetek belső felületének tf, k hőmérsék-letéből

AO tf - Ak tf, ktf, b - AO - Ak

aholAo a helyiséget burkoló felület,Ak a külső határoló szerkezetek felülete .

Ha a belső határoló szerkezetek teljes vastagságában azonos hő-mérséklet uralkodik, akkor a kapott hőmérséklet megegyezik abelső határoló szerkezet teljes vastagságában uralkodó t,,, hőmér-séklettel . Ennek ismeretében a belső határoló szerkezetben tárolthő meghatározható, annak figyelembevételével, hogy az a két szom-szédos helyiség között megoszlik (3.3 . ábra) .

A reguláris

Akorábban bevezetett (2.53)-(2.55) összefüggések alapján megfolyamatok elve

határozható, hogy hogyan válaszol egy határoló szerkezet egy, avele határos közegben lejátszódó ugrásszerű hőmérséklet-válto-zásra. Az egymással bonyolult hőtechnikai kapcsolatban álló külsőés belső határoló szerkezetekből összetett rendszer viselkedése ter-mészetesen bonyolultabb, mint amilyen az egy külön vizsgált hatá-roló szerkezeté volt . Ennek ellenére a gyakorlati szempontbólérdekes feladatok viszonylag egyszerű eszközökkel vizsgálhatók .

3.3 . ábra . A helyiség hőtároló képessége

(3.12)

185

A �reguláris folyamatok" alaptétele értelmében mind a homogénés izotrop testek, mind pedig a bonyolultabb, több különbözőanyagból álló energetikai rendszerek valamely pontiénak lehűlése(illetve felmelegedése) a

9 = AUe

z +AjUj e

z. + A2U2 e

zs + . . .

(3.13)

alakú kifejezéssel írható le, ahol

1 1 10<Z<

<- 2 . . .,iU, Ul, . . . a vizsgált pont koordinátáinak véges függvényei, A,A z, . . . állandó, véges, a koordinátáktól és az időt ől függetlenszámok, 9 a túlhőmérséklet .Egyszerűsítő feltétel az, hogy az anyagjellemzők és a hőátadásitényezők a vizsgált folyamat hőmérséklethatárain belül állandónaktekinthetők.A kezdeti z = zo időpont után z növekedésével a (3.13) kifeje-zés egyes tagjai a feltétel értelmében különböző �gyorsasággal"változnak. Bizonyos z = z, időponttól kezdve a második és vala-mennyi további tag összege elhanyagolhatóan kicsiny lesz az elsőtaghoz viszonyítva. Ez egyszerűen az exponenciális függvényektermészetéből következik . Így z > z, esetén bármely pont túlhő-mérsékletének változása a

186

__Z9 =AUe z

(3.14)

exponenciális összefüggéssel írható le. Ez azt jelenti, hogy z > z,.esetén a túlhőmérséklet-mező �önmagához hasonlóan" változik,a bonyolult, összetett kőtechnikai rendszer is egy tárolós szakasz-ként kezelhető , a folyamat �regulárissá" (szabályossá) válik.Az a z, időtartam, aminek letelte után a folyamat regulárisnaktekinthető, a helyiség adottságaitól függ . A folyamat kezdetétől az, ideig tartó szakasz nem reguláris jellegét elvileg elsősorban ahelyiségben levő levegő hatása okozza, amelynek szintén vanhőtároló képessége és ez a felírt összefüggésekben nem szerepel .A cellás épületek helyiségeiben levő levegő hőtároló képessége ahatároló szerkezetekéhez viszonyítva tényleg elhanyagolhatóankicsiny, a helyiség levegőjének felmelegedése vagy lehűlése gyakor-latilag tíz-húsz perc alatt lejátszódik, anélkül, hogy a levegőbentárolt hőmennyiség változása a határoló szerkezetekben tárolt hő-mennyiséget észrevehetően megváltoztatná. Egy könnyűszerkezetescsarnok esetében ez az elhanyagolás már durva közelítést ered-ményez, mert a helyiség levegőjének hőtároló képessége ez esetben

_4 számítás afapjiai

már összemérhető a határoló szerkezetek hőtároló képességével .Gyakorlati szempontból a reguláris folyamat kialakulását zavarjamég az a körülmény, hogy ajelenség kezdetén a határoló szerkeze-tekben uralkodó hőmérséklet-eloszlás nem pontosan egyezik azállandósult állapotoknak megfelelővel.

Avalós körülmények között végzett megfigyelések és az elemi mér-legegyenletek módszerével elvégzett számítógépes elemzések egy-aránt azt bizonyítják, hogy a reguláris szakasz a jelenség kezdete(az ugrás) után 1-3 órával gyakorlatilag már kialakul, és ettőlkezdve az egyszerű analitikus összefüggések a folyamatot már ki-elégítő pontossággal írják le .

A folyamatot leíró analitikus összefüggések felírásának gondolat-menete a következő.

Legyen egy helyiség hőtároló képessége W hőkarakterisztikájaqt . A helyiségben, annak határoló szerkezeteiben az állandósultállapotoknak megfelelő feltételek uralkodnak. A z = zo pillanat-ban a helyiség és a környezet közötti hőmérséklet-különbség 90értékkel ugrásszerűen megváltozik. Ez az ugrásszerű változás adottesetben, még a folyamat irreguláris szakaszában létrehozhat egygyakorlatilag szintén ugrásszerű változást egy másik jellemző 6rt6-k6ben, amely 9őértékét 9.-re módosítja.

Az ugrásszerű változás lezajlása utáni folyamatot leíró m6rleg-egyenlet alapja az a tény, hogy a helyiségből a környezetbe távozóhőáramot a helyiség által tárolt hő változása fedezi

q9 dz = -Wd9,

(3.l5)

azaz, amennyi hő távozott dz idő alatt a környezetbe, annyivalcsökkent a helyiség által feltárolt hőmennyiség.

Az összefüggés átrendezésével :

(3 .16)

A kezdeti feltétel szerint zo = 0 időpontban S(zo) = 9, Ezzel amegoldás

__Z

9(z) = 9ó e

z

(3.l7)

Az összefüggésekben szereplő Z érték a helyiség (külső) időállan-dója . Minél nagyobb a helyiség hőtároló képessége (W) és minélkisebb a hőkarakterisztikája (q), annál nagyobb az időállandó,vagyis annál lustábban válaszol a helyiség.

187

A (3.17) összefüggésben szereplőz/Zhányados aFourier-szám egymodifikációja. Az a z érték, amelytől kezdve a folyamat �reguláris-nak" fogadható el, a z/Z >-_ 0,12 feltételből számítható [1 ] . E szám-értéknél a (3.17) összefüggés hibahatára 5%, amely növekvő érté-kekkel csökken. Tekintettel arra, hogy Z értéke kb. 24-48 óra,a (3.17) összefüggés a vizsgált, aránylag lassú folyamatok túlnyomórészét megfelelő pontossággal írja le . E megállapítást a számító-gépes programok felhasználásával nyert eredmények, valamint atermészetes körülmények között végzett mérések eredményei egy-aránt igazolják [1, 7] .

3.13 A helyiség válasza periodikus hőhatásokra

A helyiséget érő hatások között jelentős számban fordulnak előolyanok, amelyek az idő függvényében több-kevesebb szabályszerű-séggel periodikusan változnak. E hatások periódusideje rendszerint24 óra.

Ilyen periodikus jelleggel változik a napsugárzás intenzitása :amennyiben a felhőzet mértékében közben nincs lényeges változás(pl. több derült nap követi egymást) . A külső határoló szerkezetek-re, üvegezett felületekre jutó napsugárzás intenzitásának időbeliváltozása kizárólag a földrajzi hely és az idő függvénye.

A meteorológiai jellemzők közül ugyancsak periodikus jelleggelváltozik a külső levegő hőmérséklete, a külső léghőmérséklet napiváltozása egy szinuszgörbével jól közelíthető.

Számos belső hőforrás időbeli változása is periodikus jellegű.A mesterséges világítás üzemeltetési menetrendje például a helyi-ség funkciójának és a természetes megvilágítás változásának függ-vénye. Miután ez utóbbi periodikusan változik, amesterséges meg-világítás be és kikapcsolására is nagyjából szabályosan, ugyanazonórákban kerül sor. Ha a helyiségben valamilyen technológiai be-rendezés van, annak üzemeltetése a funkció és a munkabeosztásfüggvényében - legalább is a munkanapokon - szabályszerűperiodikus jelleggel folyik. A helyiség rendeltetésétől függ, hogyaz ott tartózkodó emberek hőleadásából származó hőterhelésmennyire szabályszerűen periodikus változású : például nyilván-való, hogy a szabályszerűség inkább kimutatható egy iroda eseté-ben, mint egy szállodai szobával kapcsolatban .

Ha egy helyiséget periodikus hőhatások érnek, a feladat annakmegállapítása, hogy

188

milyen hőmérséklet-változással válaszol a helyiség az őt érőperiodikus hatásokra,

A periodikusanváltozó hatások

A periodikusváltozásokjellemzői

A helyiségh6stabilitása

a helyiség válaszát milyen építészeti, épületszerkezeti eszkö-zökkel lehet a kívánt irányban és mértékben befolyásolni,

milyen - az üzemeltető által szabályozott forrásból származó- hőterhel6ssel lehet a helyiséget érő hatásokat úgy kompen-zálni, hogy a válasz, a belső hőmérséklet egy megadott érték-nek feleljen meg.

A feladat lényege valamennyi esetben az, hogy kapcsolatot kellkeresni egy adott hőtechnikai tulajdonságú helyiséget érő hőterhe-lések ingadozása és a helyiség-hőmérséklet ingadozása között . Ezt akapcsolatot egy-egy határoló szerkezet és az azt érő hatások vonat-kozásában a korábban (2.16) már tárgyalt hőelnyelési tényező ésfajlagos hőstabilitás fejezi ki . Ejellemzőszámok ismeretébena belsőburkoló felület hőmérséklet-ingadozása és a burkoló felületbe be-hatoló hőáram-ingadozás közötti kapcsolatot a helyiség hőelnye-lési tényezője :

a helyiség hőmérséklet ingadozása és a helyiségbe jutó hőáramin-gadozás közötti kapcsolatot pedig a helyiség hőstabilitása :

A fenti összefüggésekben

Y= EA., U;,

(3.18)

H = I AiB;

(3 .19)

fejezi ki . Mindkét jellemzőszám azt adja meg, hogy mekkora -időben szinuszfiiggvény szerint változó - hőáram-ingadozás okoz .egységnyi amplitúdójú hőmérséklet-ingadozást :

Y= AQ,

H=AQ'

At,

Ay

Aj a j-edik határoló szerkezet felülete,AQ a hőáram-ingadozás amplitúdója,Atb a burkoló felület (súlyozott) átlaghőmérséklet-ingadozásá-nak amplitúdója,Aa a helyiség hőmérséklet-ingadozásának amplitúdója (3.4 .ábra).

Az összegezés a helyiséget burkoló valamennyi felületrevonatkozik.

A (2.70) -(2.72) összefüggésekkel rokon módon Y és H egyarántkomplex számok, amelyeknek abszolút értéke az amplitúdókhányadosának abszolút értékét adja, fázisszöge pedig azt fejeziki, hogy mennyi késéssel követi a hőmérséklet-ingadozás az őtkiváltó hőáram-ingadozásokat . A jellemzőszámok komplex voltaaz összefüggésekben azt jelenti, hogy az összegezés is komplexszámokra vonatkozik, azaz vektorok összegezéséről van szó.

189°

t ;

HELYIS~GHbMtRSE`KLET

HbTERHEL~S

H

Î Aoi

3.4. ábra. Az időben szinuszosan változó hőterhelés és az általa előidézetthelyiség-hőmérséklet meneteAp

H a helyiség hőstabilitásának abszolút értéke ; sH a hőmérséklet-változás késéseAtta hőterhelés-változáshoz képest

A burkoló felületek hőelnyelésén kívül a méretezés pontosításavégett bizonyos esetekben még egyéb tényezőket is figyelembe kellvenni a helyiség hőelnyelésénekvagy hőstabilitásának számításakor.Egy kisméretű helyiségben a levegő hőtartalmának változása a bur-koló felületekéhez viszonyítva elhanyagolható. Ha azonban egykönnyűszerkezetes, esarnokjellegű helyiségről van szó, e két meny-nyiség már összemérhető, és a levegő hőtartalom-változásánakszerepe viszonylag jelentős.

A helyiség térfogatában levő levegő hőstabilitása :

aholVa helyiség térfogata,p a levegő sűrűsége,c a levegő fajhője,i a képzetes egység,zo a periódusidő.

190

Hl = Yp c2n i

,

(3 .20)z0

Az egyébkörülményekhatása a helyiséghőstabilitásäm

A hőstabilitást figyelemreméltóan befolyásolhatják egyes esetek-ben a helyiségben levő �berendezési tárgyak" (bútor, gép, raktáro-zott áru) is az általuk elnyelt hő révén. Ezek vagy viszonylag vékonylemezekből állbaknak, vagy vastag, tömör testeknek tekinthetők ésúgy vehetők számításba, mint egy olyan vékony vagy vastag belsőhatároló szerkezet, amelynek minden felülete a vizsgált helyiségbennyel el hőt .Adott esetben a helyiségnek az előzőek figyelembevételével értel-mezett hőstabilitását úgy számítják, hogy a (3.17) összefüggésszerinti értékhez - a számok komplex volta miatt vektoriálisan -hozzáadják a levegő és a berendezési tárgyak hőstabilitását .

pulzáló hőhatások

Az eddig vizsgált esetekben az időben szinuszosan változó hőhatá-sok és hőmérséklet-ingadozások kapcsolatáról volt szó. Egyeshatások (pl. a külső léghőmérséklet változása) szinuszfüggvénnyelvalóban jól közelíthetők, más hatásokra viszont nem a középértékkörüli ingadozás, hanem a �vagy van, vagy nincs", a megszakított

TV

3.5. ábra . A pulzáló hőterhelés okozta túlhőmérséklet

lökésszerű, a pulzáló jelleg a jellemző (pl . a mesterséges világítás) .A pulzáló hőhatások számításának gondolatmenete a következő :

A pulzáló hőterhelést jellemzi a hőáram nagysága (Qp), a hőterhe-lés időtartama (Tr) és a periódusidő (io) . (Megjegyzend ő , hogy ahűtés is hőterhelés, csak olyan hőterhelés, amely értelemszerűenellentétes irányú hőmérséklet-változásokat okoz.) A 3.5. ábra sze-rinti függvény Fourier-sor segítségével felírható végtelen sok szi-nuszfüggvény szuperpozíciójával. E szinuszfüggvényekre - a hő-elnyelési tényező és a periódusidő közötti kapcsolat jellege alapján- a hőáram-ingadozás és a hőmérséklet-ingadozás kapcsolata fel-írható . E művelet eredménye az S2 jelölésű segédérték, amely a pe-riódusidő (iu), a hőterhelés időtartama (ir) és a pillanatnyi idő -pont (z) függvényeként adható meg és táblázatos, illetve grafikusfeldolgozásban hozzáférhető (3.6. ábra) [l, 8] . Ezzel a felületenáthaladó hőáram és a tb felületi hőmérséklet változásának kapcso-

S2019

0,8

0 .7

0 .6

0 .5

0 .4

013

0.2

0.1

0 .0

-011

-0 .2

-0,3

-0 .4

-0 .5

-0 .6

-0 .7

-0,8

-0 .9 0

192

1 2 3 4

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24T [hl

3.6. ábra . dl értékei (az egyes görbékre írt számok a pulzáló hőterhel6sidőtartamát jelentik)

10 1-1

n18

ir

ami azt fejezi ki, hogy az a hőmennyiség, amely egy nap alatt ahelyiségbe bejut, egy nap alatt onnan el is távozik. A helyiségetburkoló felületek napi átlaghőmérséklete annyival kell, hogy na-gyobb legyen a külső hőmérséklet napi átlagánál, hogy ennekkövetkezményeként a helyiség adott hőkarakterisztikája és burkolófelületének adott hőátadási viszonyai mellett a helyiségben jelent-kező hőterhelés távozni tudjon .Az alatt az idő alatt, amíg QP nem hat, hőterhelés nincs, a burkolófelületek (súlyozott) átlaghőmérséklete és a helyiség levegőjénekhőmérséklete megegyezik : a viszonylag csekély hőtároló képességűlevegő hőmérséklete az őt bezáró �dobozfelület' hőmérsékletétköveti, azaz

ti(T) = tb(T) = lb + dtb(T) . (3.24)

Hogy ez az összefüggés hogyan módosul az alatt az idő alatt, amígQP hat, ez a pulzáló hőterhelés minőségétől függ . Ha QP sugárzá-sos hőterhelés, az összefüggés változatlan marad, hiszen a hőterhe-lés a levegő közvetítése nélkül, közvetlenül éri a burkoló felületet .Ha a hőterhelés tisztán konvektív jellegű, akkor ahhoz, hogy az alevegőből a burkoló felületre jusson,

ti(r) - t (T) - QP

(3.25)

értékkel kell a helyiség-hőmérsékletnek a burkoló felület hőmérs6k-let6n6l nagyobbnak lennie . Ennek alapján értelemszerűen, ha ahőterhelés r hányada sugárzó, (1 - r) hányada konvektív,

ti(T)- tb(T) - (1 ~)QP

(3.26)

lata :

dtb(T) QP- Q(T, TP) . (3.2l)

A pulzáló hőterhelés átlagértéke a teljes periódusra :

OP -TP, - QP (3.22)0

Ezzel a felület-túlhőm6rs6klet átlaga :

1 1b9_- P

QTP'

(3.23)'ro 1 el

amikor a hőterhelés nem hat .

Külön kérdés még, hogy mi az a napi átlagos külső hőmérséklet,amelyhez a 0 túlhőmérséklet viszonyítandó . A transzmisszió szem-pontjából ez lehet egy fiktív, egyenértékű �naplég-hőmérséklet"(ts), filtráció szempontjából viszont nyilván a külső levegő hőmér-sékletéről (te) van szó . Miután a helyiségből mindkét úton távozikhő , a transzmissziós és filtrációs hőkarakterisztikák függvényébensúlyozott átlag számítható, a

q, is + qfíe (3.29)

összefüggés alapján . Megjegyzendő azonban, hogy ha az üveg-arány Ü > 0,3 vagy a légcsereszám n > 5, ennek a lépésnek külö-nösebb jelentősége nincs, a viszonyítási alapként te elfogadható,azaz

194

ti(T) = oi(T) + te (3.30)

A konvektív és a sugárzó hőterhelések közötti különbség miatt pl .egy sugárzó hőterhelés hatásának kompenzálására kisebb - ésidőben másként változó - konvektív hőterhelés szükséges .

Bizonyos hőhatások valóban megfeleltethet ők pulzáló hőterhelé-seknek, vagy legalábbis - a görbék alatti területek egyenlőségealapján - mód van arra, hogy a tényleges hatást pulzáló hőterhe-léssel közelítsék (3.7. ábra) . Avalóságos esetek nagy részében azon-ban a hőterhelésgörbe tényleges alakja jóval kevésbé szabályszerű ,mint a pulzáló hőterhelésé (pl . a napsugárzás intenzitásának válto-zása). Kielégítő pontosságú eredményt ekkor a szuperpozíció elvé-nek alkalmazásával lehet kapni . Ehhez az adott periodikus hőter-helést elegend ően sok �hasáb" (pulzáló hőterhelés) összetevésévelkell előállítani . A válaszok, a helyiség-hőmérséklet változásai min-den egyes összetevő pulzáló hőterhelésee külön-külön meghatároz-

Periodikushőhatások

és így a helyiség túlhőmérséklete :

_zP _TP-

,4i(T)Q(T, TP) To To 1 r

= QP - -y +4A + A ) (3 .27)

amíg QP hat és_TP _TP

&i(T)Q(T, TP) To To

= QP -y

+9

(3.28)

A feladat általánosmegfogalmazása

3.7. ábra . A hőterhelés közelítése egy pulzáló hőterheléssel

hatók. Az azonos időpontra eső értékek összegezésével az eredetiperiodikus hőterhelés következtében kialakuló helyiség-hőmérsék-let adódik ki (3.8 . ábra) .Bár az eddigiek során a kérdés mindig úgy vetődött fel, hogy milyenhőmérséklet-változással válaszol a helyiség valamilyen hőterhelésre,külön részletezés nélkül is belátható, hogy ugyanezen összefüggé-sekkel határozható meg az is, hogy mekkora hőterhelés (hűtő vagyfűtőteljesítmény) szükséges egy megàdott helyiséghőmérséklet-vál-tozás létrehozásához .

A helyiséget érő hőterhelés és a helyiség-hőmérséklet kapcsolatabármilyen is az az idő függvényében, tetszőlegesen változó nemállandósult esetre is meghatározható . A jelenséget leíró egyenlet-rendszer formailag a (3.50) egyenletrendszerhez hasonlít, azzal azeltéréssel, hogy

HÁTAS

VALASZ

Q .

1YB

~tT

3.8. ábra. A szuperpozíció elvének alkalmazása

196

VALASZOK

bSSZEGEZ~SE

*T

-->T

*T

F-I0

).T L-

1YB

L )T1Yg

171Q

t -

-)T

1~

L-

lye

t

Megoldásimódszerek

az állandósult hőáramok helyett mindenütt a hőáram pilla-natnyi értéke szerepel ;

a hőátbocsátást leíró tag helyett a (2.48) összefüggésnek meg-felelően a határoló szerkezet egyes elemi rétegein áthaladóhőáramokat és e rétegek hőtartalom-változását kifejező tagokszerepelnek;

a helyiség levegőjének egyensúlyát leíró egyenletben megjele-nik egy, a levegő hőtartalom-változását leíró tag is .

Általános esetben természetesen az egyenletrendszernek analitikusmegoldása nincs, eredmény csak valamilyen közelitő eljárássalkapható.

A periodikus vagy a tetszőleges instacioner változásokat leíróösszefüggések közül a legegyszerűbbek analitikus megoldása ismert .A méretezés megkönnyítését a hőtechnikai jellemzők számértékeittartalmazó táblázatok segítik [6].

Jelentős számítási munka takarítható meg a hasonlóságelméletialapon kidolgozott méretezési eljárással [9].

A helyiségek hasonlósága ebben az esetben azt jelenti, hogy azonosfajlagos értékű pulzáló hőterhelésre azonos hőmérséklet-változás-sal válaszolnak. A hőmérséklet-változások a hőterhelés időbeli vál-tozása alapján rendezve, a helyiség hőtechnikai jellemzőinek függ-vényében ábrázolva munkalapokról olvashatók le, a feladat mind-össze az azonosításra szolgáló három-négy hasonlósági kritériumkiszámítására korlátozódik .

A szuperpozíciós eljárás (3.8. ábra) lényegében kézi számításra isalkalmas, de időigénye aránylag nagy. E módszernek több számító-gépes adaptációja ismert .

A teljesen általános esetre vonatkozó egyenletrendszer, tekintettela hőterhel6sek tetszés szerinti változására, analitikus úton nem old-ható meg. Az ismert számítógépes adaptációk differenciaegyenletrendszerként, az elemi mérlegegyenletek módszerével oldják mega feladatot [5].

Bármilyen esetre egyaránt alkalmazható az analóg modellezésmódszere. Miután ajelenségeket leíró differenciálegyenletek azonosalakúak, a folyamatok lejátszhatók egy ellenállásokból és kapacitá-sokból összeállított modellben. A kölcsönös megfeleltetés alapjána feszültségek, áramok értékeiből a hőmérséklet- és hőáramadatokmeghatározhatók.

197

3.2 A hőegyensúly esetei

3.21 A hőveszteség (transzmisszió)

Az alaphőveszteség a helyiség határoló szerkezetein át a méretezésihőmérséklet-különbség mellett és stacioner feltételek között hő át-bocsátással távozó hőáramok összege .A stacioner viszonyok feltételezése természetesen csak fikció ; avalóságos feltételek időben változóak és ez különösen így van ameteorológiai jellemzők szélsőséges értékeinek fellépésekor.A meteorológiai jellemz ők napi változásának elhanyagolása in-kább indokolható. Egyrészt a fűtési idényben az egyes meteoroló-giai jellemzők (külső hőmérséklet, napsugárzási intenzitás) válto-zása tényleg kisebb mértékű , mint az év más időszakaiban, másrészta napi átlagértékekből számított transzmissziós hőveszteséghezviszonyítva - különösen, ha a külső hőmérséklet alacsony - azingadozások hatása aránylag kicsiny. E közelítés természetesenmár nem igaz a fűtési idény kezdetén és végén, az ún . átmenetiidőszakokban, amikoris a napi átlagértékekbő l számított alaphő-veszteség és a meteorológiai jellemzők napi ingadozásának hatásaazonos nagyságú, és így akár a helyiség határoló felületén áthaladóhőáram iránya is változhat a nap folyamán . E körülményt a rend-szer méretezésekor, a szabályozás kialakításakor természetesenfigyelembe kell venni . Ugyancsak további vizsgálatok szükségesekakkor, ha az épületgépészeti berendezések üzeme napi programszerint változik (pl . csökkentett vagy megszakított üzemű fűtés) .

A korábban meghatározott transzmissziós alaphőveszteség - ép-pen azért, mert számítási módja igen sok egyszerűsítő feltételezé-sen alapul - még nem ad a valóságot megközelítő képet a határolófelületen áthaladó hőáram tényleges értékérő l . A viszonylag ponto-sabb eredményt a gyakorlat az alaphőveszteség kiigazításával nyeri,az egyes korrekciókat a hőveszteséget befolyásoló tényez ők függ-vényeként állapítják meg .

A transzmissziós alaphőveszteséget eredményező hőáramok közöttvannak vagy lehetnek olyanok, amelyek a külső határoló szerke-zeten át a környezetbe távoznak, és vannak vagy lehetnek olyanok,amelyek a belső határoló szerkezeten át egyik helyiségből a másikbajutnak, ha e helyiségek hőmérsékletei egymástól eltérnek . Igenlényeges különbség, hogy az első esetben

198

a hőáramok nagyságát a hőmérséklet-különbségen kívül mégszámos más környezeti és légköri tényező is közvetlenül befo-lyásolja, és hogya hőáramok a külső feltételek függvényében változnak .

Az alaphőveszteség

A transzmisszióshőveszteségetbefolyásoló egyébtényezők

A helységekkő ző tti hőáramok

a0

amcx

t a [°C]

3.9 . ábra . A relatív hőigény változása különböző helyiség-hőmérsékletekmellett

A helyiségek közötti hőáramok tekintetében közvetlen befolyáso-lásról nem lehet beszélni, a hőáram nagysága elvileg a teljes fűtésiidényben állandó.A mondottakból az következik, hogy a különböző helyiségek alap-hővesztesége a külső hőmérséklet függvényében különböz ő módonváltozik. Ha pl . a helyiségnek van külső határoló szerkezete és hő-mérséklete a szomszédos helyiségekével megegyezik, transzmisz-sziós alaphővesztesége a belső és a külsőhőmérséklet különbségévelarányosan változik (3.9. ábra). Ha a helyiségnek csak belső hatá-roló szerkezete van, transzmissziós hővesztesége vagy hőnyereségea teljes fűtési idény folyamán állandó. Abban az esetben, amikor ahelyiségnek van külső határoló szerkezete, és ugyanakkor vaneltérő hőmérsékletű szomszédos helyiség is, a transzmissziós alap-hőveszteség változása a legkülönfélébb meredekségű egyenesekkelábrázolható, aszerint, hogy a belső határoló szerkezeteken áthaladóhőáram (nyereség vagy veszteség) hogyan aránylik a külső határolószerkezeteken áthaladó hőáram egy kitüntetett (méretezési) értéké-hez. Maga az arány is egyébként a külső hőmérséklet függvényé-ben változik (3.10) .

199

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

20

30-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

200

ti =20OC

t a mi

3.10 . ábra. A relatív hőigény változása a szomszédos helyiségekkel folytatotthácsere(QI) függvényében

A külső határoló szerkezeteken áthaladó hőáramot lényegesen be-folyásolhatja a szél hatása . A külső hőátadási tényező ugyanis töb-bek között a szél sebességének függvénye. Minél kisebb a határolószerkezet hővezetési ellenállása, annál inkább érvényesül a külsőhőátadási tényező változásának hatása (3.11. ábra) . Gyengébb hő-szigetelésű szerkezet pedig szinte minden esetben előfordul : azüvegezett felületek és a külső nyílászárók hőátbocsátási tényezője aszél hatására jelentősen változik, és e változás hatása e szerkezetekkis hőtároló képessége következtében szinte azonnal érvényre isjut.A szél hatása tehát adott külső feltételek mellett a külső határolószerkezetek hőszigetelésének, hővezetési ellenállásának függvénye.Az alaphőveszteség változása szempontjából lényeges kérdés még,

A szél hatása

019IRLIT-F -] TT

~.rwi

i .

Ilk

A napsugárzáshatása

OK

3.11. ábra . Ahőátbocsátási tényező változása a szélsebesség (w) függvényében

hogy annak mekkora hányada jut a külső és mekkora hányada abelső határoló szerkezetekre . Miután a külső hőmérséklet és a szél-sebesség közötti korreláció igen gyenge, nem rajzolható fel olyanfüggvény, amely a külső hőmérséklet, a szélsebesség és a szél hatá-sára módosuló alaphőveszteség összefüggését ábrázolná. A szélhatása gyakorlatilag véletlenszerű .A szél hatását az alaphőveszteség kiigazításával az ún . szélpótlékkalfejezik ki . Ezt a műveletet nyilvánvalóan csak a külső határolószerkezeten át távozó hőáramra lehet és kell alkalmazni . Helytelenminden olyan méretezési eljárás, amely a szélpótlékot a belső hatá-roló szerkezeteken át fellépő hőáramokra is alkalmazza .Az alaphőveszteségen kívül a szél hatása befolyásolja a helyiségfiltrációs levegőforgalmát is, ez azonban, mint a transzmisszióshőveszteségtől független jelenség, külön vizsgálatot igényel.

A külső határoló szerkezeten áthaladó hőáramok nagyságát 16nye-gesen befolyásolhatja a napsugárzás hatása is . Az épület külsőhatároló felületei ugyanis a beeső napsugárzásból elnyelt hányad

201

"10

202

JELLEMZö

SZtLSÖSÉGES. .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. .

3.12. ábra . Arelatív hőigény változása a napsugárzási hőterhelés függvényében

következtében felmelegednek, következésképpen csökken a rajtukát a helyiségbôl a környezetbe távozó hőáram. E hatást fejezi ki afiktív külső hőmérséklet, az ún . naplég-hőmérséklet (lásd 2.16 pont).Hogy a tárgyalt jelenség milyen mértékű hatást gyakorol a hőáram-ra, azt a hőátbocsátási tényező fiktív megváltozásával kifejezettformában a 2.5 . ábra mutatja be . Ajelenség az abszorpciós ténye-zők és a környezeti adottságok függvényében változóan a külsőhatároló szerkezeteken áthaladó hőáram korrekcióját teszi szük-ségessé.Az alaphőveszteség csökkenésén kívül igen jelentős a fűtési hó-szükséglet csökkenése is . Ha ugyanis a helyiségnek sugárzást át-bocsátó külső határoló szerkezete is van, azon át a helyiségbe nap-sugárzásból származó hőterhelés jut. Ennek értékével a fűtôtelje-sítmény csökkenthető .A napsugárzásból származó hőterhelés abszolút értéke növekvőkülső hőmérséklettel növekvő jelleget mutat, ugyanis a fűtésiidény szélső hónapjaiban a külső hőmérséklet is és a napsugárzás

JELLEMZG SZÉLSÖSÉGES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .

3.13 . ábra. A relatív hőigényváltozása a napsugárzási hőterhelésfüggvényében

intenzitásának várható értéke is nagyobb. Még erősebben nő rela-tív értéke, hiszen egyre nagyobb hőterhelés jut a külső hőmérsékletnövekedésével egyre kisebb alaphőveszteségre.A napsugárzás következtében annál inkább csökken a fűtési hő-szükséglet, minél könnyebben jut be a napsugárzás a helyiségbeés minél nehezebben jut ki a hőáram a helyiségből (a külső határolószerkezetek átlagos hőátbocsátási tényezője kicsiny) . Persze némi-leg ell;ntmondásosnak tűnik az olyan külső határolás, amelyneklehető legnagyobb hányada árnyékolatlan üvegezés és ugyanakkoraz átlagos hőátbocsátási tényezője kicsiny. A hagyományos gya-korlat eszközeivel is készíthető azonban három- vagy négyrétegűüvegezés (ami pl . mindennapos a skandináv országok gyakorlatá-ban) . Alkalmazható továbbá két- vagy több rétegű hőszigetelőüvegezés, amelynek hőátbocsátási tényezője az üvegtáblák közöttigáztöltet alkalmas megválasztásával, az üvegfelületek infravörössugárzását gátló bevonatolásával igen alacsony értékre leszorítható(1,7-2 W/m' K) . A hagyományostól merőben eltérő megoldást

203

oÎo

JELLEMZŐ :

oÍo

204

JELLEMZŐ :

SZLSŐSÉGES: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . ... .. . . . . .

SZÉLSOSÉGES: . . . . . . . ... . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . ... . . . . . . . . . .

3.14. ábra .A relatív hőigényváltozása anapsugárzásihőterhelésfüggvényében

3.15 . ábra.A relatív hőigényváltozása anapsugárzásihőterhelésfüggvényében

MM -

-15 -10Ú = 0,5

k = 2,31

JELLEMZO :

-5

3.16. ábra. A relatív hőigény változása a napsugárzási hőterhelésfüggvényében

SZtLSOSCGES: . . .. . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . .

elent a szellőztetett ablakok alkalmazása (lásd 2.2 alfejezet), ame-yeknél az üvegtáblák közötti tér egyszersmind a légtechnikai háló-zat egyik eleme is . Ezek egyenértékű fiktív hőátbocsátási tényezőjejobb, mint a hagyományos falszerkezeteké . E megoldás természete-sen csak légtechnikai rendszerrel ellátott épületekben alkalmazható .

Azt a tényt, hogy nem csekély energiáról van szó, a 3.12. -+ 3.18.ábrákjól szemléltetik . Az ábrákon feltüntetett görbék azt mutatják,hogy a különböző külső hőmérséklet mellett a külső határolásontávozó hőáramok hány százalékával egyenértékű a napsugárzásbólszármazó hőterhelés, ha a napsugárzás intenzitásának igen ala-csony (4% alatti valószínűséggel fellépő) értékét (folytonos görbe),vagy várható átlagértékét (szaggatott görbe) veszik figyelembe .

Az első adat a fűtőteljesítmény, a második adat a fűtési energia-fogyasztás szempontjából meghatározó. Az üvegarány, a nap-tényező és a külső határolás átlagos hőátbocsátási tényezőjénekfüggvényében rendezett ábrák a felsorolt építészeti, épiiletszerke-

205

-10

-20

-30

-40

-50

-80 0 OEM 0-70 E No Lis-80 0 ONE EM-90

100 0 MEN MEN

l/o

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

70

-80

-90

-100-15 -10 -5

Ü = 0,3

k = 2,31

JELLEMZO :

Ü = 0.3

k =0,97

JELLEMZO:

206

0

5 10 15 20to [-CI

SZLSŐSÉGES: . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

SZrzi_SCSE~ GES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .

3 17. ábra .A relatív hőigényváltozása anapsugárzásihőterhelésfüggvényében

3.18. ábra .A relatív hőigényváltozása anapsugárzásihőterhelésfüggvényében

""W~2MMESM -1

-ÍIK, NY)

i

i

D n,NY ~_

,11,111NI~111111

11

YNI 111 1I~ -r

THT

~9-~9-LLI

in IE

FIT

I

0 So 100 150 200 250 300 350NAPOK SZAMA

tQ KÜLSO HOMÉRS~KLETAt N A NAPSUGARZAS HATASAT KIFEJEZÖ EGYENÉRT~KO HOMÉRSÉKLETKOLÖNBS~GAt, A LAKOSZOBA BELSO HOTERHELI`StNEK HATASAT KIFEJEZD EGYENÉRTtKÜ

HÖM9RSÉKLETJ<OLONBStG

3.19. ábra. A napsugárzás hatását kifejező egyenérték ű hőmérsékleteloszlásfüggvénye

zeti jellemzők hatását jól bizonyítják . Kedvező tájolás esetén anapsugárzásból átlagosan várható hőterhelés olyan nagy, hogy7-12 °C külső hőmérséklet mellett már egyenlő a külső határolá-son át távozó hőárammal (3.19. ábra) .

A napsugárzás hatása szintén az alaphőveszteség kiigazítását tesziszükségessé . Miután a jelenség a helyiség sugárzásátbocsátó külsőhatárolásának tájolásától is függ, a tervezési gyakorlatban a kiiga-zítást az égtájpótlék alkalmazásával végzik . Nyilvánvaló, hogy

az égtájpótlék csak a külső határoláson át távozó hőáramokraalkalmazható, hiszen a külső határolás jellemzőinekfüggvénye ;

a kiigazítás a tájoláson kívül a korábban ismertetett építészeti,épületszerkezeti jellemzőktő l is függ ;

az égtájpótlék negatív, hiszen egy hőterhelés hatását tükrözi ;

az égtájpótlék tervezési értéke ugyan előírható, de valójábana napsugárzás hatása és ezzel az égtájpótlék pillanatnyi(szükséges) értéke is változik .

207

Amennyire könnyen belátható ajó hőszigetelés és a nagy napsugár-zási hőnyereség kedvező hatása a fűtési energiafogyasztásra (ésezzel együtt az utóbbi kedvező hatása a mesterséges világításenergiafogyasztására is), annyira nyilvánvaló az is, hogy ugyan-ilyen adottságok mellett a nyári idényben a hőérzet kibírhatat-lanná, a hűtési energiafogyasztás pedig mondhatni katasztrofálissáválna. De az állitás fordítva is igaz : a csak a nyári feltételek kielé-gítése szempontjából tervezett megoldások (kis üvegezési arány,kicsiny naptényező, azaz �jó" árnyékolás) tetemesen megnövelika fűtési és világítási energiafogyasztást . Utóbbi esetben ugyan nemszokás katasztrófáról beszélni, hiszen általában elfogadott tény,hogy a magyarországi klimatikus feltételek mellett az egész éven áthasznált épületek csak fűtőberendezéssel készíthetők (�legfeljebb"az a kérdés, hogy milyen teljesítménnyel és fogyasztással) ; éleseb-ben jelentkezik viszont az a kérdés, hogy egyáltalán szükség van-emesterséges hűtésre nyáron, avagy a hőérzeti követelmények ener-giafogyasztás nélkül, megfelelő építészeti megoldással is kielégít-hetők-e. Ez az oka annak, hogy a nyári üzemeltetés szempontjainem ritkán túlzott hangsúlyt kapnak.A megoldás elve és módja a valamennyi üvegezésre, árnyékolásra,fűtőberendezésre, hűtőberendezésre, világításra fordított beruhá-zási költségvonzatból és a teljes évi fűtési, hűtési és világítási üze-meltetési költségből képezett összköltség minimumának megkere-sése . Ez természetesen igen igényes, számos változat elemzésétjelentő tervezői feladat .Az ellentétes követelmények viszonylag könnyebben kielégíthetők,ha egyes jellemzőknem rögzített, hanem változtatható értékek, azaz

208

a naptényező - mozgatható, hatékony árnyékoló szerkezetekalkalmazásával - tág határok között változtatható (ez afűtési energiafogyasztás szempontjából is előnyös, mert éjjelaz ablakon át távozó hőáramot mérsékli) ;a naptényező az alkalmasan szerkesztett fix árnyékoló szerke-zetek következtében - a beesési szögek változása miatt -télen nagyobb, nyáron kisebb (ez a lehetőség eléggé korláto-zott, az ellentétes �működésű" megoldásra viszont sok példavan) ;a légtechnikai rendszer részét képező szellőztetett ablak révénnyáron a hőterhelés jelentős részét a távozó szellőző levegőveszi fel, télen az ablakon át a környezetbe jutó hőáram nem ahelyiségbő l, hanem a távozó szellőző levegőből származik.

A transzmissziós hőveszteség számítására szolgáló egyszerűsítettösszefüggés alkalmazhatóságának egyik kritériuma az az egyszerű-sítő feltevés, hogy a helyiséget határoló felületek súlyozott átlagos

A fűtési és egyébszempontok

A burkoló felületekhőmérsékleténekhatása

A helyiségmagasságának

hatása

hőmérséklete és a helyiség levegőjének hőmérséklete közötti kü-lönbség csekély. Ez a feltételezés igaz, ha

a külső határoló felületek a teljes határoló felületnek kis há-nyadát teszik ki (pl . csak egy külső fallal bíró helyiség esetén),és/vagy

a külső határoló felületek jó1 hőszigeteltek.

Amennyiben a két feltétel valamelyike nem teljesül, a számításkiigazításra szorul . Megjegyzendő , hogy a kiegészítés nem elsősor-ban azért szükséges, mintha ez a transzmissziós hőveszteséget lé-nyegesen módosítaná, hanem a méretezés végső céljának, a jó hő-érzetnek elérése végett .

A helyiségben tartózkodók hőérzetét ugyanis hátrányosan befolyá-solja az, ha a test felületéről a határoló felületek felé sugárzássaltávozó hőáram nagy - vagy azért, mert a felület hideg, vagy azért,mert a besugárzási tényező nagy . A normálisnál nagyobb sugárzá-sos hőleadás - a teljes mérleg tekintetében - a léghőmérsékletmegemelésével, azaz a konvektív hőleadás csökkentésével kompen-zálható. A kompenzálás lehetőségei azonban nem korlátlanok ;a sugárzásos hőáram ugyanis - a határoló felületek helyzeténekmegfelelően irányított, az ebből származó aszimmetria bizonyoshatáron túl önmagában véve kellemetlen hőérzetet, huzatérzeteteredményez .

A léghőmérséklet emelésével természetesen a határoló felületekhőmérséklete is kismértékben megemelkedik . A magasabb helyi-ség-hőmérséklet következtében ugyancsak nagyobb lesz a hővesz-tes-g . Ebből az a következtetés is levonható, hogy a rossz hőszige-telésű helyiség fűtési energiafogyasztása fokozott mértékben nő :nemcsak a nagyobb hőátbocsátási tényező, hanem a kielégítő hő-érzet biztosítása végett megemelt belső léghőmérséklet miatt is .

A transzmissziós hőveszteség számítására szolgáló összefüggésegyik egyszerűsítő feltétele az, hogy a helyiségen (téren) belül aléghőmérséklet eloszlása egyenletes . Valós körülmények közöttpersze ez függ a helyiség (tér) méreteitől, a fűtőberendezés kialakí-tásától és számos egyéb tényezőtől . Nagyméretű helyiségek, csar-nokjellegű terek méretezése során a helyiségen (téren) belüli léghő-mérséklet-eloszlás célszerű és tudatos befolyásolásával jelentősfűtőteljesítmény és fűtési energia takarítható meg.

A léghőmérséklet-eloszlás befolyásolása azért okoz komoly nehéz-ségeket, mert a sűrűségkülönbség következtében kialakuló termé-szetes rétegeződéssel ellentétes állapotot kell fenntartani . Az ész-szerűség ugyanis nyilván azt követelné, hogy a helyiség alsó, ember-

magasságú rétegének, a tartózkodási vagy munkazónának a hőérzetiviszonyai legyenek megfelelőek, az efelett elhelyezkedő térben legyenminél alacsonyabb a hőmérséklet, hiszen annál kisebb a csarnoktranszmissziós hővesztesége.

Nyilvánvaló, hogy ilyen helyzetet hagyományos ún . ,konvekciós"fűtéssel (bordáscsövekkel, radiátorokkal) elérni nem lehet . A léghő-mérséklet növekedése a magasság függvényében igen jelentős .A transzmissziós hőveszteség számítására szolgáló összefüggésbena helyiség-hőmérséklet átlagértékként értelmezendő . Természete-sen az embermagasság többszörösét kitevő belmagasság esetén ezaz átlagérték már a tartózkodási zóna fölé esik . Annak érdekébentehát, hogy az előírt állapotok a tartózkodási zónában legyenekbiztosítva, hogy a léghőmérséklet a legalsó, leghidegebb zónábanérje el az előírt értéket, az átlagértéket fel kell emelni, a tartózkodásizóna feletti egész teret túl kell fűteni (3.20 . ábra) .

9

21 0

KONVEKTÎV FÜTtS

SUGARZ6 FÜTÈS

I~'~Í'' 1~iil~~~lillli lllllllllll~illililül'~illilllülllllll

Jllllllllillll~ ~llllllll(INIIIIIIIIIIIiIIIiIIIIIIiIIIINIIIII

3.20. ábra . A hőmérséklet-eloszlás és a fűtőberendezés hatása a hőveszte-ségre : a tartózkodási zónában a hőmérséklet (hőérzet) mindegyik esetbenazonos

Hasonló helyzet alakul ki hagyományos megoldású szellőző lég-fűtés alkalmazása esetén is, azzal súlyosbítva, hogy vagy a tartóz-kodási zóna átöblítése nem biztosítható megnyugtató módon(hiszen a sebességét vesztett meleg levegő a felső térrészbe jut),vagy pedig a kielégítő átöblítés csak a ténylegesen szükségesnéllényegesen több szellőző levegővel érhető el, ami további energia-pazarlással jár.

Az energiatakarékos és ugyanakkor hőérzetileg is kedvező megoldásegyik lehetősége a sugárzófűtés alkalmazása. Ekkor ugyanis afűtőtestek teljesítményének jelentős hányada hősugárzás formájá-ban, kizárólag a hőleadó felületek megfelelő irányítása révén kbz-vetlenül a tartózkodási zónába juttatható . Az emberi test felületétérő hősugárzással kellemes hőérzet biztosítható . A fűtőteljesítménykonvekció révén leadott hányada kisebb, és a léghőmérsékletegyébként is jóval alacsonyabb értéken tartható, hiszen az eredőhőmérséklet - a sugárzó fűtőfelületek magas hőmérséklete miatt- éppen így tartható az optimális szinten.

A sugárzófűtés alkalmazása - annak következtében, hogy a 16g-hőmérséklet alacsonyabb és függőleges eloszlása kedvezőbb - akorábban említett �hagyományos" megoldásokhoz viszonyítva20-50%-os energiamegtakarítóst eredményez a belmagasságtólés a helyiség egyéb adottságaitól függően .

Ha a vizsgált helyiség funkciója gépi szellőztetés alkalmazását isszükségessé teszi, kedvező eredmény érhető el olyan szellőztetőrendszerrel, amely a lehető legalacsonyabb hőmérsékletű levegőtjuttatja a helyiségbe oly módon, hogy a befúvott levegő a helyiséglevegőjével elkeveredve, ezáltal felmelegedve egyenletesen öblítseát a tartózkodási zónát.

Általános érvényű szabály a célszerű megoldásra nem adható, mertaz egyes eseteket igen sok egyedi sajátosság jellemzi . Ha pl . a csar-nok közösségi célú (színház), körvonala, határoló felülete igenbonyolult formájú is lehet, síkok helyett görbe, sőt torz felületek ishatárolhatják és az energiatakarékosságon kívül még igen sokszempontot (pl. a zajvédelmet) kell mérlegelni . Ha egy ipari üzem-csarnokról van szó, az adottságok és az épületgépészeti rendszerekolyan alapvető egymásba illesztésén túl, hogy az épületgépészetirendszerek a technológiai rendszerek telepítését, áttelepítését,használatát (gépalapok, darupályák, konvejorok) ne zavarják, hő-technikai illesztés is szükséges, hiszen a technológiai berendezésekés a világítás hőleadása, a be- és kiszállított munkadarabok tömegeés h őmérséklete, a kapunyitások, a meleg felületekről kiindulókonvektív feláramlások jelentősen befolyásolhatják az energia-igényt, a függőleges hőmérséklet-eloszlást, a tartózkodási zónaátöblítését .

Az egyedi esetek gondos mérlegelése, a pontosabb méretezés két-ségtelenülnagy tervezői felkészültséget, gondos és magas színvonalútervezési, kutatási, ső t esetleg kísérleti munkát is igényel, de nagyés költséges létesítményekrő l lévén szó, az alapos előkészítés költ-ségei a tapasztalat szerint sokszorosan megtérülnek .

A hőveszteség számítására szolgáló egyszerű sített összefüggés egyikalapja a stacioner viszonyok feltételezése volt. Bizonyos, korábbantárgyalt elhanyagolásokkal a környezetet jellemző adatok állandó-sága feltételezhet ő . Nyilvánvalóan feltételezhető a helyiség-hőmér-séklet állandósága is folytonos üzemű fűtés esetén . Sok esetbenazonban célszerűbb a fűtés szakaszos üzemeltetése, hiszen bizonyoshelyiségfunkciók nem is igényelnek állandó, azonos szintű belsőhőmérsékletet . A fűtőberendezés szakaszos üzemeltetése energia-megtakarítóssal jár, ugyanakkor többletteljesítményt igényel .

A fűtőberendezés szakaszos üzemeltetése tulajdonképpen pulzálóhőterhelésként hat a helyiségre (lásd 3.13 pont). Ennek megfelelőena helyiség-hőmérséklet változása a 3.21 . ábra szerinti lesz . Az, hogya helyiség-hőmérséklet az üzemszünet végére meddig süllyed, az ahelyiséget határoló felületek hőelnyelési tényezőjétő l (Y, lásd 3.13pont) és hőátbocsátásától (D, lásd 3.11 pont) függ . A lehű lés ki-csiny,

ha Y nagy, mert akkor a helyiséget határoló szerkezetekb ő lnagy hőmennyiség vonható el, anélkül, hogy azok hőmérsék-lete számottevően csökkenne ;

ha D kicsiny, mert akkor a kis felületű vagy jó hőszigetelésűhatároló szerkezeteken át távozó hőáram kicsi .

Ha a lehűlés kicsi, akkor az üzemszünet alatt a helyiség és a kbr-nyezet hőmérséklet-különbsége és ezzel együtt a helyiség hőveszte-sége csak kismértékben csökken az üzemidőhöz viszonyítva(3.21 . ábra) . Következésképpen a fűtés szakaszos üzemeltetésévelelérhető energiamegtakarítós is csekély (3.21 . ábra), hiszen a fűtő -berendezés révén a helyiséggel naponta annyi hőt kell közölni,mint amennyi a helyiségből egy nap alatt a környezetbe távozott .Az üzemszünet alatt a höveszteséget a szerkezetekben tárolt hőkisülése fedezte ; az üzemidő végére a fűtőberendezés révén eztvissza kell juttatni a szerkezetekbe (3.21 . ábra) . Éppen a nagy hő -elnyelési tényező miatt a szerkezet, a helyiség ,visszamelegí-tése" csak lassan és jelentős többlet-fűtőteljesítménnyel lehet-séges .

Az előzőek alapján nyilvánvaló, hogy

212

ha Y kicsiny, akkor a helyiséget határoló szerkezetek már ke-vés hőmennyiség elvonása után is számottevően lehűlnek ;

A fűtési üzem ésa hőveszteség

ha D nagy, a határoló szerkezeteken át távozó hőáram nagy,vagyis a helyiség gyorsan és jelentős mértékben lehűl .

Ennek következtében az üzemszünet alatt a helyiség hőveszteségekicsi, ezért a szakaszos üzemeltetéssel elérhető energiamegtakarítós

t i

OzEMSZUNET

HOVESZTESE=G

3.21 . ábra . A hősziikséglet napi változása szakaszos fűtés mellett

nagy . Miután az üzemszünet alatt a helyiségből viszonylag kevés hőtávozik, az üzemidő alatt kevés hő t kell visszatáplálni a szerkeze-tekbe (3.21 . ábra) . Éppen ezért a helyiség visszamelegítése gyor-san, viszonylag kis többlet-fűtőteljesítménnyel lehetséges .

Általános szabály a tekintetben sincs, hogy melyik eset az előnyö-sebb. Ha a helyiség használata időszakos (pl . iroda), az erős lehű léshőérzeti problémát nem okoz, az elérhető energiamegtakarítósjelentős, de rugalmas, jól szabályozható fű tési rendszerre van szük-ség. Ha a helyiség használata folyamatos, vagy nincs rögzített idő-

213

beosztáshoz kötve, hőérzeti szempontból a csekély lehűlés kívána-tos. Így az elérhető energiamegtakarítás is csekély, de a helyiség akülönféle zavarásokra érzéketlen, a fűtési üzem rövidebb idejűkor-látozása, mérséklése egyéb igényekhez is igazítható (pl. használatimelegvíztermelés, csúcsrajáratás) .

Az előző fejtegetésben természetesen mindig a folyamatos fűtésenergiafogyasztásához viszonyított energiamegtakarítósról és afolyamatos fűtés teljesítményigényéhez viszonyított teljesítmény-többletről volt szó. Ez utóbbi többlet fűtőfelület beépítését isigényli, ha a szakaszos üzemeltetést a legalacsonyabb külső hőmér-séklet mellett is fenntartják. Nincs szükség többlet-fűtőfelületreakkor, ha az üzemszünet hosszát alacsony külső hőmérséklet ese-tén csökkentik, szélsőséges feltételek esetén folyamatos üzemretérnek át . Ekkor a helyiség visszamelegítéséhez szükséges többlet-teljesítmény a fűtési idény nagyobb részében megfelelő szabályo-zással biztosítható .

Az eddigi áttekintésből nyilvánvaló, hogy az alaphőveszteségetszámos tényező befolyásolja. Ezek közül egyesek közvetlenülmódosítják a határoló szerkezeteken áthaladó hőáramokat, másoka hőérzet, a helyiség léghőmérsékletének egyenlőtlen eloszlása, afűtőberendezés üzemeltetése révén közvetve hatnak . Elvi és gya-korlati szempontból egyaránt hangsúlyozandó, hogy eddig csaktranszmissziós hőveszteségről volt szó, tehát a hőátbocsátási té-nyezők a meghatározásuk szerint értendők, még a nyílászárók vo-natkozásában is. A légáteresztés hatását is tartalmazó fiktív hőát-bocsátási tényezők használata súlyos hiba! A réseken beszűrődőlevegő felmelegítéséhez szükséges hőáram ugyanis nem azoktól atényezőktől függ, amelyektől a transzmissziós hőáram.

Ugyanilyen okból nem volt szó eddig olyan kiigazításokról, pót-lékokról sem, amelyek a helyiségekbe jutó külső levegő felmelegí-tésére szükséges hőáram figyelembevételét célozzák. Ez a hőáramugyanisnemfejezhető ki a transzmissziós hőáramok korrekciójával,egy-két paraméter (fekvés, szintszám) függvényében az alaphő-veszteség bizonyos százalékaként meghatározva, mégpedig egy-szerűenazért, mertnemazoktól adolgoktól függ, amelyektől az alap-hőveszteség. Bizonyítás nélkül is belátható, hogy afal vagy a födémfelülete, a falszerkezetek hőátbocsátási tényezője, a két szomszédoshelyiség közötti belső falon áthaladó hőáram stb. és a helyi-ségbe bejutó külső levegőáram között semmiféle összefüggésnincs.

A korábbi elemzésekből nyilvánvaló, hogy a fűtőberendezés általleadandó teljesítmény nem egyezik meg a kiigazított transzmisszióshőveszteséggel.

214

A transzmisszióshőveszteség

A fűtésih őszükséglet

Az eltérés oka egyrészt a helyiségekbe bejutó külső levegő felmele-gítéséhez szükséges hőáram, másrészt a helyiségekben működőspontán források erőssége.

Kevés számú kivételtől eltekintve a helyiségekbe több-kevesebbkülső levegő jut. (Kivételnek tekinthetők a gázzáró szerkezettelépített helyiségek, mint pl. mesterséges - szén-dioxiddal dúsított -�atmoszférájú" hűtőtárolók, légtechnikai rendszerrel túlnyomásalatt tartott helyiségek.) Hangsúlyozandó, hogy a mesterséges szel-lőztetés önmagában még nem biztosítja a külső levegő bejutásánakmegakadályozását, csak olyan esetekben, amikor a levegő befúvásinyomáskülönbsége meghaladja a helyiség és a külső tér közöttilehetséges legnagyobb nyomáskülönbséget.

A helyiség és a környezet közötti levegőforgalom a nyílászárókrésein, a panelek és más építési elemek illesztési hézagain, egyesesetekben a légáteresztő szerkezetek felületein és a szellőzőnyílá-sokon, kürtőkönkeresztül játszódik le . Alevegő mozgását előidézőok lehet a sűrűségkülönbségből származó felhajtóer ő, a szél okoztatorlónyomás, a kiegészítő elszívó szellőző berendezés működése .A jelenség leginkább filtráció, filtrációs levegőforgalom névenismert . A levegő mozgási iránya szerint az elnevezés infiltráció, haa levegő áramlik helyiségbe és exfiltráció, ha a helyiségből áramlik.Filtrációs hőszükségletnek nevezik azt a hőáramot, amely a helyi-ségbe infiltrálódó légáramot a belső léghőmérsékletre felmelegíteniképes. Ezt a hőáramot a fűtőberendezéssel kell lefedezni, tehát afűtési hőszükséglet (azaz a szükséges fűtőteljesítmény) a transz-missziós hőveszteség és a filtrációs hőszükséglet összege. A transz-missziós hőkarakterisztika analógiájára megadható a helyiségfiltrációs hőkarakterisztikája, of is, amely a helyiségbe jutó levegőhőmérsékletének egységnyi megnöveléséhez szükséges fűtőteljesít-ményt fejezi ki . A transzmissziós és a filtrációs hőkarakterisz-tikák összege, q = of + qt a helyiség teljes hőkarakteriszti-kája .

A levegőáramra felírható mérlegegyenletből nyilvánvaló, hogyamennyi levegő egy helyiségbe bejut, ugyanannyinak onnan el iskell távoznia. Csarnokokban, több homlokzatra néző helyiségek-ben lehetséges, hogy az infiltrálódó levegő a környezetből jut ahelyiségbe és az exfiltrálódó levegő a környezetbe áramlik a helyi-ségből. Több helyiségből álló, cellás épületekben általában a kör-nyezetből a helyiségbe infiltrálódó levegő egy vagy több másikhelyiségbe jut tovább, illetve számos helyiségbe egy vagy több má-sik helyiségből áramlik be alevegő . Ez utóbbi esetben a helyiségnekfiltrációs hőnyeresége is lehet, ha az infiltrálódó levegő hőmérsék-lete magasabb, mint a szóban forgó helyiség levegőjének hőmérsék-lete .

215

Tekintettel arra, hogy a filtrációs levegőforgalom a valamennyihelyiségből, nyílászáróból, légátbocsátó elemből álló bonyolultaerodinamikai rendszer, azaz az egész épület függvénye, a filtrációslevegőforgalom és a filtrációs hőszükséglet meghatározása csak azegész épületre vonatkozó számítás alapján lehetséges .

A fűtőteljesítmény meghatározásánál figyelembe vehető a helyiség-ben működő spontán források erőssége. Ahogy a nyári hűtőtelje-sítmény meghatározásánál figyelembe veszik az emberek, a világí-tás, a technológiai berendezések hőleadását (lásd 3.23 pont),ugyanúgy a fűtőteljesítmény is csökkenthető ezzel a hőterheléssel.A gyakorlatban e belső hőterheléseket rendszerint elhanyagolják,hiszen így a méretezés �biztonságát" növelik ; jó szabályozás mel-lett az üzemeltetés során azonban e belső hőterhelések hatása érvé-nyesül . Több esetben lényeges kockázatnövekedés nélkül cs6kken-teni lehetne a fűtési rendszerek beruházási költségét ama belsőhőforrások figyelembevétele útján, amelyek működése, erős-sége, �menetrendje" nagy valószínűséggel előre meghatároz-ható .

3.22 A szélsőséges állapotok

Ha a külső hőmérséklet a z = zo időpontban ugrásszerűen Ate

A külsőértékkel csökken, akkor a helyiség-hőmérséklet és a környezet hőmérséklet

hőmérséklete közötti különbség a z = zo időpontban d8 = Ate

ugrásszerűcsökkenése

értékkel ugrásszerűen megnő.

változatlanlútőtellesítmény

Legyen a helyiség hőtároló képessége W hőkarakterisztikája q.

mellettA megn6vekedett hőmérséklethez viszonyítva a z = zo időpontbana határoló szerkezetekben és a helyiségben uralkodó hőmérséklet-különbségek �túl nagyok". A hőveszteség is megnövekedett, anagyobb hőmérséklet-különbség miatt a környezetbe nagyobb hő-áram távozik, amelyet - miután a fűtőteljesítmény nemváltozott -a helyiség által tárolt hő csökkenése fedez. A mondottakat a

tehát a belső és a külső hőmérsékletek különbsége, azaz a belsőhőmérséklet exponenciális görbe szerint (3.22. ábra) változik.

216

qS dz = - WdS (3.3l)

összefüggés fejezi ki, amelynek ismert megoldása :

9 = Soe z , (3.32)

A folyamat kezdetben gyorsabb : a nagyobb hőmérséklet-különbségmiatt több hő távozik a környezetbe, ezért a tárolt hő is gyorsab-ban változik. Az idő múltával a folyamat egyre lassúbbodik:ahogyan csökken a hőmérséklet-különbség, úgy csökken a környe-zetbe távozó hőáram is, ezzel a helyiség által tárolt hő változása is

t eT

0

ti

Y lidöl

3.22. ábra . Ahelyiség-hőmérséklet változása állandó fűtőteljesítmény melletta külső hőmérséklet ugrásszerû változása következtébenT a helyiség (külső) időállandója

lassúbb. A folyamat aszimptotikus jelleggel közelíti az ugrás utániállapothoz tartozó stacioner állapotot. Hogy a helyiség válaszamennyire �élénk" vagy �lusta", azt az exponenciális függvény kez-dőpontjához tartozó érintő meredeksége, végső soron a helyiségidőállandója határozza meg. A helyiségek (külső) időállandói10-70 óra között vannak . A görbe exponenciális jellegéből követ-kezik, hogy ha kitevője 3, akkor a függvény értéke 0,05, azaz mire

217

az �ugrástól" számítva az időállandó háromszorosának megfelelőidő telik el, gyakorlatilag kialakul a külső hőmérséklet ugrássalfelvett értékének megfelelő új stacioner állapot, a folyamat le-cseng .

t e

0 T .

3.13 . ábra. A helyiség lehűlése, illetvefelmelegedése a külső hőmérsékletugrásszerű változása miatt,állandó fűtőteljesítmény mellett

te

0

te

Teljesen hasonló módon vizsgálható az az eset is, amikor a külsőhőmérséklet ugrásszerűen megnő (3.23 . ábra) .

21 8

aT

A fűtőberendezés kikapcsolása elvileg a fűtőteljesítmény ugrásszerűváltozásának tekinthető . Valójában csakbizonyos fűtőberendezésekkikapcsolása okoz ugrásszerű teljesítményváltozást (légfűtés, villa-mos fű tőtest), más fűtőberendezések esetében azok tehetetlenségemiatt a fűtőteljesítmény csak bizonyos idő után csökken zérusra(pl . melegvízfűtések) .

Legyen a fűtőteljesítmény QF, a helyiség hőtároló képessége W,

A külsőhőmérsékletálland6, és afűtâberendezéstkikapcsolják

hőkarakterisztikája q, a burkoló felület hőátadási viszonyait jel-lemző szám A, a külső hőmérséklet te, a helyiség-hőmérséklet afűtőberendezés kikapcsolása előtt ti.

A fűtőberendezés kikapcsolásakor a z = zo időpontban a helyiségés a környezet közötti hőmérséklet-különbség :

9; o = ti - te -

(3 .33)

Ha a fűtőteljesítmény a z = zo időpontban QF = 0 értéket veszfel, akkor a helyiség hőmérséklete is igen rövid idő alatt, gyakorla-tilag ugrásszerűen megváltozhat . Ha ugyanis afűtőberendezés telje-sítményét konvektív úton adja le, a helyiségben levő levegő hőmér-séklete

dt = QF

(3.34)

értékkel nagyobb, mint a burkoló felületek átlaghőmérséklete . Ezegyszersmind azt is jelenti, hogy a fűtőberendezés kikapcsolásaután a helyiségnek a környezethez viszonyított túlhőmérsékleteugrásszerűen a

9;, 0 =9;, 0 - dt = 9;,o - QF (3.35)

értékre csökken, azaz a levegő igen rövid idő alatt a helyiséget bur-koló felületek hőmérsékletét veszi fel.

Ha a helyiségben olyan fűtőberendezés lenne, amely teljesítményéthősugárzással adja le, tehát a stacioner állapotban a levegő és aburkoló felületek között nincs hőmérséklet-különbség, akkor a ki-kapcsolás természetesen nem okozna ugrásszerű helyiséghőmér-séklet-csökkenést .

A fűtőteljesítmény kikapcsolását követően, az előzőekben leírtjelenség lejátszódása után a helyis6g lehűlését az a körülmény szab-ja meg, hogy a hőveszteséget a tárolt hő változása fedezi. A folya-matot a

Z

9;(z) = 9;, oe1z

(3 .36)

összefüggés írja le . A hőmérséklet-csökkenés sebességét, a folya-mat lecsengését a korábbiaknak megfelelően a helyiség (külső) idő-állandója szabja meg.

219

Feltételezés szerint olyan helyiségről van szó, amely hosszabbideje használaton kívül lévén annyira kihűlt, hogy a határoló szer-kezeteiben uralkodó hőmérséklet-eloszlás a stacioner feltételeknekmegfelel .

te.0

QF c constans

te

To 1T 2T 3T T o

ti

220

l9i, n = ti _ te

tj

To 1T 2T 3T T o

Qfü

ti

3.24. ábra. A helyiség-hőmérséklet változása a f0tőberendezés be-, illetvekikapcsolása következtében

A fűtőberendezés bekapcsolása elvileg a fűtőteljesítmény ugrás-szerű változásának tekinthető . (Gyakorlatilag a fűtőteljesítményváltozásának sebessége a fűtőberendezéstől is függ, hasonlóan akikapcsolásról mondottakhoz.)

A fűtőberendezés bekapcsolását követően a helyiség levegőjénekhőmérséklete viszonylag gyorsan kezd emelkedni, a hőmérsékletnövekedésének sebességét azonban egyre inkább fékezi az a körül-mény, hogy a helyiséggel közölt hőáram (azaz fűtőteljesítmény)rovására egyre nagyobb mélységben kell a határoló szerkezeteketátmelegíteni, a helyiség által tárolt hőt az adott QF fűtőteljesít-ményhez és te külsőhőmérsékletheztartozó stacioner értékrenövelni.

Elegendő idő múlva a helyiségben olyan

T

aT

A külsőhőmérsékletállandó, és afűtőberendezéstbekapcsolják

A ffitőteljesítményállandó, és a külső

hőmérséklet azidővel arányosan

változik

túlhőmérséklet fog kialakulni, amelynek értéke a fűtőteljesítményés a hőkarakterisztika hányadosával egyenlő :

A bekapcsolástól számított első rövid időszakban a S;(z) túlhő -mérséklet növekedésének ütemét a helyiség levegőjének hőtárolóképessége szabja meg. (Ez csak a konvektív úton leadott fűtőtelje-sítményre vonatkozik) . A kezdeti pillanatokban hőveszteség mégnincs, hiszen a helyiség túlhőmérséklete zérus. A burkoló felületbebejutó hőáram először a felületet és a közvetlenül alatta fekvő réte-geket melegíti fel, a mélyebben fekvő rétegek csak jelentős késésselkezdenek felmelegedni . Ennek következtében a hőveszteség is csaklassan nő : a külső határoló szerkezetek külső síkjának felmelege-dése számottevő késéssel kezdődik . Első közelítésben elhanyagolvaa nem késleltetett hőveszteséghányadot, a túlhőmérséklet változá-sára a

Z

,9i(z) = Si.a(1 - e zb)

(3.37)

(3 .38)

összefüggés írható fel . Az összefüggésben Zb= W/A a belső időállan-dó (a teljes burkoló felület vesz fel hő t) .

A belső időállandó általában egy nagyságrenddel kisebb, mint akorábban tárgyalt (külső) időállandó, értéke egy-két óra .

Feltételezés szerint a külső hőmérséklet a z = zo időpontig te,o .Ekkor a helyiség hőmérséklete ti,o , a határoló szerkezetekben astacioner viszonyoknak megfelelő hőmérséklet-eloszlás uralkodik,a fű tőteljesítmény QF . A z = zo időpontban a külső hőmérséklet a

t e(Z) = te o + BZ

lineáris összefüggés szerint csökkenni kezd . A fűtőteljesítmény akorábbi QF értéken marad.

A külső hőmérséklet csökkenése miatt megnövekedett hővesztesé-get a fű tőteljesítmény mellett a helyiség tárolt hőjének változásafedezi .

A helyiség egyszer ű sített hőegyensúlyi egyenlete állandó QF fű tő-teljesítmény mellett elemi dz időre

- W dt,,, + QF dz = q(ti - (te,o + Bz)) dz.

(3.39)

22 1

Az összefüggésben

ahol

Mivel

te,o a külső hőmérséklet a lehűlési szakasz kezdetekor,B a külső hőmérséklet csökkenésének �iránytangense" .

dtm dtid ,r

_di '

a (3.39) egyenlet leírva, átalakítva :

W dz' + QF = 4(ti - (te,o + Bz)) .

(3.40)

A belső hőmérséklet változása a (3.40) egyenlet megoldásából :

ti(z) = t,, a + Bz + GF - BZ(1 - e

z) .9

Ha a lehűlési szakasz kezdetekor a belső hőmérséklet az előírtértéknek felel meg, ti = ti norm, úgy az eltérés az előírt értéktől :

egyeneshez (3.25 . ábra) .

222

Z

dti (z) = Bz - BZ(1 - e z) .

(3.4l)

A hőmérséklet változása exponenciális, de z/Z > 3 esetén az expo-nenciális tag elhanyagolható lesz (�lecsengés") és a belső hőmérsék-letet ábrázoló görbe aszimptotikusan tart a

összefüggés, ahol

t e,0 + Bz + QF - BZ.

(3.42)

Ha a lehű lési szakaszt egy bizonyos idő eltelte után felmelegedésiszakasz követi, amikor is te a t e, min minimumértékről ismét az idő -vel arányosan változik, akkor a korábbiakhoz hasonló eljárással abelső hőmérsékletre meghatározható a

ti = te, in + Ez +QF - EZ + [EZ - BZ(1 - e z)] e z (3.43)

zL a lehűlési szakasz hossza,E a külső hőmérséklet emelkedésének �iránytangense",z' a te, min fellépésétől eltelt idő .

A tárgyaltösszefüggések

használata

zn,;n helyettesítésével kapható .

3.25. ábra . A helyiség-hőmérséklet változása állandó fű tőteljesítmény melletta külső hőmérséklet lineáris lehûlési és felmelegedési szakaszában

A belső hőmérséklet minimumának időpontja te,mtn fellépésétőlszámítva a (3.43) összefüggés deriválásával fejezhető ki :

_L

z

Z1nEZ-BZ(1 - e

Z

z) .

(3.44)min --

EZ

A belső hőmérséklet minimális értéke a (3.43) összefüggésbő l

A külső hőmérséklet ugrásszerű lehűlésére vonatkozó számításieljárás a valóságban felmerülő hasonló helyzetek elemzésére hasz-nálható . Figyelembe véve azt, hogy a helyiségek időállandójamilyen nagy, a két-három óra alatt lejátszódó külső hőmérséklet-változás gyakorlatilag még ugrásszerűnek tekinthető . Az ilyen jel-legű hatások nem jelentenek különösebb problémát, az ellenintéz-kedés megtételére elegendő idő marad fenn, de azért az időállandók

22 3

különbözősége, az eltérő sebességű válaszok jól mutatják a köny-nyűszerkezetes és a hagyományos épületek, a csarnok vagy a cellásépületek eltérő viselkedését is .

A fűtőberendezések kikapcsolása lehet szándékolt (pl . munkahe-lyen, több napos munkaszüneti időszakasz előtt), és lehet üzemzavarkövetkezménye . A lehű lés kezdetben gyors, de oly mértékben meg-lassúbbodik, hogy pl . egy átlagos több szintes lakóépületben a szük-ségállapot idején egy-két napig még elfogadható marad a helyiség-hőmérséklet. Megjegyzendő , hogy amíg pl . üzemzavarok szem-pontjából a nagy időállandójú, �lusta" helyiségek előnyösek, addigaz energiatakarékossági okokból kikapcsolt (vagy csökkentettteljesítménnyel üzemeltetett) fűtőberendezések esetében a nagy idő -állandó hátrányos .

Az idővel arányosan változó külső hőmérsékletre vonatkozó assze-függéseknek komoly gyakorlati jelentősége van .

Mint ismeretes, a jelenleg használt eljárások szerint a helyiség ma-ximális hőveszteségét egy rögzített méretezési külső hőmérsékletalapján, stacioner viszonyok feltételezésével határozzák meg . A mé-retezési külső hőmérséklet értékének megválasztásával érhető el,hogy az alulfűtés kockázata igen csekély legyen . Valós körülményekközött az alacsony külső hőmérsékletek fellépésének időtartamaolyan kicsi, hogy a stacioner viszonyok kialakulására nincs mód.Ennek következtében a ténylegesen várható maximális fűtési hő -szükséglet (s ezzel együtt a méretezési fűtőteljesítmény) alakulásaeltér a szabályzat szerint számított maximális hőveszteségtől .Ugyancsak lényegesen eltér a belső hőmérséklet - egy adott, rög-zített fű tőteljesítmény mellett - attól az értéktő l, amelyet a stacio-ner viszonyokra vonatkozó összefüggések eredményeznek.

A meteorológiai adatfeldolgozás szerint a külső hőmérséklet mini-mumértékeit egy-egy lehűlési szakasz végén veszi fel . A statisztikaielemzés szerint a lehűlés az időtartamnak jó közelítéssel lineárisfüggvénye, a lehű lési szakaszok az időtartamtól függetlenül egyen-letes lefutásúak, a lehűlés átlagos nagysága nem függ a kezdőhőmér-séklettő l . A lehű lési szakaszok hossza általában 3-5 nap, de ritkakivételként 7 napos szakasz is előfordult (V. táblázat) . A mini-mumérték elérése után egy, a lehűlési szakasznál valamivel hosz-szabb felmelegedési szakasz következik [7] .

A folyamat szemléltetése végett néhány konkrét számítási ered-mény : A példa a -5 és -9,9 °C hőmérséklet-intervallumban kez-dődő , négy nap tartamú lehűlés . A választást az indokolja, hogy,ha a méretezés ennek alapján készül, akkor harminchárom éven-ként várható egy olyan hidegperiódus, amely - tartamánál vagykezdőhőmérsékleténél fogva - a méretezési feltételeknél kedvez ő t-

224

lenebb . (A megbízhatósági szint tehát 97/). Gyakorlatilag a koc-kázat 3%-nál is kisebb, mert a -10 °C alatt kezdődő lehűlési sza-kaszok kezdőhőmérséklete alig különbözik az intervallumhatártól,-10 °C-tól .

V. táblázat

A lehelési szakaszok jellemzői

VI . táblázat

A példaként vizsgált helyiségek lakószoba nagyságrendűek ;Z = 0,5, 1, 2, 3 és 4. (Z = 0,5 könnyűszerkezet jellegű , Z = 1, 2panelszerkezet, könnyű belső válaszfalakkal, Z = 2, 3 házgyáripanelszerkezet, Z = 4 belső terű helyiség, panelszerkezet) .Feltételezve, hogy a lehűlési szakasz kezdetén a belső hőmérsékletaz előírt ti = 20 °C, meghatározható, hogy változatlan fűtőtelje-sítmény mellett

Belső hőmérséklet változása (Számpélda)

Bels ő hőmérséklet a lehfilési szakasz ti, min késéseHelyiség idô-állandója

napjainte,min-hoz

Z [napi 1 2i

3 4viszonyítva

[nap]ti,min

0,5 19,30 18,09 16,90 15,64 0,54 15,411 19,44 18,60 17,49 16,29 1,08 15,762 19,73 19,09 18,30 17,23 2,04 16,323 19,80 19,35 18,64 17,83 2,79 16,784 19,86 19,45 18,82 18,19 3,32 17,10

Az eredményeket a VI. táblázat foglalja össze, és a 3.26. ábraszemlélteti .

A példákból az a következtetés vonható le, hogy ha a fűtőberen-dezést a lehűlési szakasz kezdő hőmérsékletének alsó határára

226

hogyan változik a belső hőmérséklet,mikor lép fel a belső hőmérséklet minimuma,mennyi a belső hőmérséklet minimuma .

3.26 . ábra . Különböző időállandójú helyiségek hőmérsékletének változásaa külső hőmérséklet mértékadó lehűlési szakaszában állandó fű tőteljesít-mény mellett

méretezték (stacioner viszonyok feltételezésével), az ezzel járó koc-kázat évente két-három nap időtartamú 2- 3 °C nagyságú alulfű-tés . Kb. harminchárom évenként várható 3 - 4 °C nagyságú alul-fűtés. Ennél kedvezőtlenebb feltételek száz évenként egyszer vár-hatók .

3.23 Nőterhelés, hűtőterhelés

Az építészetnek - a bevezetésben már kifejtett alapvető megvál-tozása következtében - megváltozik az épületek energiaigénye és-forgalma.

A múlt épületei (terei, helyiségei) energiaigényének és -forgalmá-nak elemzéséhez lényegében a téli körülmények, a fűtési energia-forgalom vizsgálata már elégséges volt,

hiszen a nyári körülmények között a megfelelő hőérzeti fel-tételek - a kis homlokzati üvegezési arány, a határoló szerke-zetek hatalmas tömege és ezzel arányos nagy hőtároló-képes-sége folytán - minden különösebb beavatkozás és energia-fogyasztás nélkül, szinte önmaguktól megteremtődtek,

ezzel szemben a ma épületeinek (tereinek, helyiségeinek) energia-háztartási vizsgálata már a nyári körülmények figyelembevételére,elemzésére és mérlegelésére is kényszerül,

hiszen a nyári időszakban, mivel egyoldalról a hőérzeti felté-telek - a nagy homlokzati üvegezési arány, a határoló szer-kezetek nagyon kis tömege és ebből adódóan rendkívül lecsök-kent hőtároló képessége folytán - erősen romlanak, más oldal-ról pedig az igények - mind a felszereltség mértéke, mind akomfort színvonala, mind a helyiségben levő technológiaérzékenysége vonatkozásában - nagymértékben növeked-nek,

ami szükségszerűen a klímaberendezések elterjedéséhez, követke-zésképpen azok méretezési és üzemeltetési kérdéseinek vizsgálatá-hoz, majd szükségszerűen a helyiségek nyári energiaforgalmánakelemzéséhez vezet.

Tekintettel arra, hogy a nyári feltételek között az épületet és tereit,helyiségeit összetett és időben gyorsan változó hatások érik,

nyilvánvaló, hogy a méretezés kérdései és a szabályozás módszereiis jóval bonyolultabbakká válnak, és

magától értetődik az is, hogy egyre nagyobb jelentőségre tesznekszert azok az építészeti, épületszerkezeti eszközök is, amelyekértelmes alkalmazásával a klímaberendezések teljesítménye ésenergiafogyasztása számottevően mérsékelhető.

A feladat jelentőségét még az is fokozza, hogy az épület (épület-rész) rendeltetése (funkciója), az abban folyó munka jellege, gyár-tástechnológiája nem minden esetben teszi szükségessé klímaberen-

dezés alkalmazását, s ígyjoggal merül fel a kérdés, hogy nem lehet-ne-e a megfelelő hőérzetet biztosítani klímaberendezés nélkül,tehát csupán építészeti, épületszerkezeti eszközök felhasználásával,különös tekintettel arra, hogy a klimaberendezések beruházási ésüzemeltetési költségei többszörösét teszi ki a fűtésének.

Ahőterhelés elnevezés alatt a helyiségben működőhőforrások erős-ségét és a környezetb ől a helyiségbe bejutó hőáramokat értik. Azelőzőeket szokás belső, az utóbbiakat pedig külső hőterhelésneknevezni. A hőterhelés esetenként negatív is lehet, amikor a hőárama helyiségből a környezetbe távozik, vagy a helyiségben nyelőműködik.

A helyiséget érő hőterhelés egyes összetevőit általában azok ere-dete, a forrás szerint különböztetik meg. A fontosabb össze-tevők:

228

az üvegezésen át bejutó napsugárzásból származó hőterhelés,

a sugárzást át nem bocsátó határoló szerkezeteken át bejutótranszmissziós hőáram,a világítási hőterhelés,

a helyiségben tartózkodó emberek hőleadása,

a helyiségben levő motorikus és technológiai berendezésekbőlszármazó hőterhelés,

a be- és kiszállitott anyagok, munkadarabok hőtartalom-vál-tozásából származó hőterhelés,

meleg felületekről, a folyadékfelszínekr ől származó hőterhe-lés,

az állatok hőleadása, a mezőgazdasági termények biológiaifolyamataiból származó hőterhelés .

Afelsorolt hőterhelések között vannak ritkán előfordulók is, ame-lyek egy-egy sajátos művelethez, speciális funkcióhoz tartoznak,de az első négy-öt összetevő szinte mindegyik gyakorlati feladat-ban előfordul .

A hőterhelés lehet �száraz" vagy �nedves". A �száraz" (vagyérezhető) hőterhelés a levegő hőtartalmát a levegő (száraz) hőmér-sékletének megváltozása révén módosítja, változatlan abszolútnedvességtartalom, tehát változó relatív nedvességtartalom mellett.A �nedves" (vagy rejtett) hőterhelés esetében a levegőbe vízgőzpárolog és így a levegő hőtartalmának változását az abszolút ned-

A h6terhelésekáttekintése

vességtartalom változása kíséri . Egyes forrásokból egyidejűlegszáraz és nedves hőterhelés is származhat .

A felsorolt hőterhelések többségükben nem kötődnek a nyári idő-szakhoz, hatásuk az egész év folyamán érvényesül .

A napsugárzásból származó hőterhelés lehetséges értéke adott föld-rajzi helyen az év folyamán szabályszerűen változik . A lehetségesérték a téli félévben kisebb, mint a nyáriban, de nagyságrendikülönbség nincs közöttük . Ez a páratartalom és a felhőzet általmódosított várható értékre is igaz . A lehetséges érték az átmenetihónapokban bizonyos tájolású függőleges felületekre nagyobb,mint nyáron . A napsugárzásból származó hőterhelés a fűtési hő-szükséglet jelentős részét képes fedezni (3.12.-3.18. ábrák) . Ígya napsugárzásból származó hőterhelés évente mintegy 7-9 hóna-pon át a helyiség energiamérlegétjavítja. Ezért - a klimaberende-zések létesítésének és üzemeltetésének tetemes költségei ellenére is- helytelen lenne az üvegezés és az árnyékolás kérdését kizárólagcsak anyárihőérzeti követelmények szempontjából vizsgálni, mivelaz optimális megoldás csak az egész évi energiaforgalom elemzésealapján alakítható ki . Ezt az állítást az is alátámasztja, hogy a ter-mészetes megvilágítás és a napsugárzásból származó hőterhelésközött is összefüggés van, így az energiaforgalom elemzése amesterséges világítás energiafogyasztására is joggal kiterjeszt-hető.

A világítási hőterhelés a téli hónapokban - a rosszabb természetesmegvilágítás miatt - rendszerint nagyobb, mint nyáron. A moto-rikus és technológiai hőterhelés az év folyamán állandónak tekint-hető . Az emberek hőleadása, illetve száraz és nedves hőleadásánakaránya a belső légállapot függvénye.

A hőterhelések jelentős része független mind a helyiség-hőmérsék-lettől, mind a külső hőmérséklettől. Ilyenek pl. a napsugárzásbólszármazó hőterhelés, a világítási hőterhelés, a motorikus berende-zésekből származó hőterhelés .

Anyári feltételek között a felsorolt hőterhelések meghatározó szere-pet játszanak a helyiség energiamérlegében . A téli feltételek melletta helyiség-hőmérséklet és a külső hőmérséklet közötti különbséglényegesen nagyobb, mint nyáron, ezért - az emiatt kialakulótranszmissziós hőveszteséghez és filtrációs hősziikséglethez viszo-nyítva - az előbb felsorolt hőterhelések szerepe kevésbé jelen-tős.

A hőterhelések közül a fűtőteljesítmény meghatározásakor a nap-sugárzás hatását általában, ha nem is kellő mértékben, de azértfigyelembe veszik . A többi hőterhelést viszont rendszerint elhanya-golják, hiszen ez az egyszerűsítés a méretezés �biztonságát' szol-

229

gólja . Ha azonban a megbízhatóan értékelhető egyéb hőterhelésekhatását is figyelembe vennék (például a világítási hőterhelést, amelyegy irodaépületben a hőveszteség jelentő s hányadát fedezi), akkorez számottevő megtakarítást eredményezne a fűtőberendezés költ-ségeiben .

Az üvegezések hőegyensúlyának számítására szolgáló gyakorlatimódszer a naptényező fogalmának bevezetésén alapul (lásd a 2.23pontban). Tekintettel arra, hogy az egységnyi területű üvegezésenát a helyiségbe jutó hőterhelés néhány száz watt, az üvegezési aránymegválasztása és az üvegezésen át bejutó hőterhelést befolyá-soló egyéb jellemzők (paraméterek) gondos elemzést kíván-nak .

Ennek - csupán példázó - igazolásául : az építészeti törekvéstekintetében egyébként meghatározó jelentőségű (homlokzati)üvegezési arány megválasztásában nagy szerepet játszik

egy oldalról az építészeti formálásra vonatkozó tervező i elképzeléss így elkerülhetetlenül egy kicsit a divat is,

más oldalról a homlokzat mögötti terek (helyiségek) használatiértéke és módja, vagyis az ablak (üvegfal) méretét ebben az érte-lemben meghatározó és korlátozó tényezők; így

230

szélességi értelemben : a homlokzat síkjára merőleges térosztó,térhatároló falak bútorzósának lehetősége (mint korlátozótényező ),

magassági értelemben : a szemöldök menti ablakkiegészítőfényzáró, elsötétítő stb . szerkezetek (tokmagasításának, re-dőnyszekrényének, függönytartójának stb.) helyigénye (mintcsökkentő tényező), továbbá a mellvédfal magassága tekinte-tében az ablak elő tt folyó munka jellege, a kilátás igénye, azablak alatti bútorzós, berendezés, felszerelés (pl . fű tőtest)megkövetelte magasság (mint meghatározó tényezők) ;

felületi értelemben : a bevilágítás megkívánt (elő írt) mértéke,ami az ehhez szükséges üvegfelületbő l (mint kiindulási adat-ból) számítható az ablak anyagának, rendszerének, osztásá-nak, működésének ismeretében, és ami a tiszta üvegfelület ésa kávaméretekbő l számított teljes felület viszonyszámával jóljellemezhető .

Az ablakok szerepe az energiaforgalomban nagyon jelentő s és bo-nyolult . A következők csak a transzmissziós hőáramot és a nap-sugárzásból származó hőnyereséget tárgyalják, ugyanis ezek ajelenségek azok, amelyek elsősorban az ablakhoz (mint szerkezet-

Az üvegezésen átbejutó hőterhelés

Az ablakok évesenergiamérlege

hez) kötődnek . Megjegyzendő azonban, hogy az ablakok a világí-tási energiafogyasztást is befolyásolják. A filtrációs hőszilkségletvizsgálatára azért kerül csak a későbbiekben sor, mert az nemcsakaz ablaktól, hanem az egész épület számos szerkezeti és egyéb jel-lemzőjétől is függ . E szétválasztás jogosultságát bizonyos mértékigaz a körülmény is igazolja, hogy az üvegezési arány, az üvegezés ésaz árnyékolás naptényezője nincs közvetlen összefüggésben a résekhosszával és tömítettségével, a tok és a fal összeépítésének módjávalés minőségével.A transzmissziós hőveszteség és a napsugárzásból eredő hőnyere-ség számítására szolgáló összefüggések a korábbiakból ismertek(2.2 alfejezet).Az egyes hónapok átlagos külső hőmérséklet és nap-sugárzás adatai alapján a transzmissziós hőveszteség, illetve a nap-sugárzási hőnyereség havi összegei megállapíthatók . E számításokeredményeit Tömöry [4] adatközlése alapján a VII. táblázat fog-lalja össze. Az adatok szakaszos használatú (pl. iroda-) épületekhasználati idejére vonatkoznak . Hasonló eljárással állapítható mega folyamatos használatú épületek ablakainak energiamérlege is,az ezekre vonatkozó adatokat a VIII. táblázat tartalmazza.

VII. táblázat

Üvegezések hőm6rlege a fűtési idényre [MJ/m21

231

TájolásTípus -

É I K D Ny

Egyesített szárnyúüvegezés -182,11 171,89 1055,27 178,17

Egyesített szárnyúméretezés -348,88 5,47 888,85 11,75

Kapcsolt gerébtokosüvegezés -258,86 96,09 979,47 109,34

Kapcsolt gerébtokosméretezés -485,29 -131,87 752,09 -125,01

Háromrétegű üvegezés(termopán + normál) -97,33 170,62 838,10 175,37

Abszorpciós + normálüvegezés + fix árny6k-vető -353,61 -318,98 -215,83 -313,28

Abszorpciós + normálüvegezés -271,64 -56,92 453,50 -53,28

Szellőztetett ablak 82,68 334,39 962,61 11 338,89

VIII . táblázat

Üvegezések hőm6rlege a fűtési idényre [MJ/ME]

232

Az eredmények - a korábbiakban közölt saját elemzések adataivalis összhangban - azt bizonyítják, hogy az eredő hőmennyiségtöbb esetben pozitív szám, azaz az ablak felületén át a helyiségbejutó napsugárzási hőterhelés bizonyos feltételek mellett nagyobb,mint az ablak felületén átjutó transzmissziós hőveszteség. A hagyo-mányos ablakok téli napsugárzási hőnyeresége kedvező lenne, hacsak magát az üvegezést számítanák, de atényleges helyzet aszárnykeretezése és a tok beépítése miatt lényegesen kedvezőtlenebb.

Az adatok bizonyítják, hogy az abszorpciós (elnyelő) üvegezések ésa fix árnyékoló szerkezetek téli energiamérlege kedvezőtlen, amita világítási energiafogyasztás növekedése még tovább ront . A szel-lőztetett ablak energiamérlege - a korábbi (2.24 pont) elemzésbenmár részletesebben kifejtett okok folytán - a legkedvezőbb, ittugyanis a tényleges energiaigényt a helyiségből távozó szellőző le-vegő hőtartalmának változása fedezi .

Nyári körülmények kőzött a �hagyományos" közönséges és árnyé-kolatlan ablakokon át bejutó napsugárzási hőterhelés alegnagyobb,ami a mikroklíma vagy a hűtési energiaigény szempontjából ugyan

TípusK

Tájolás

D I Ny

Egyesített szárnyúüvegezés -572 -218 665 -218

Egyesített szárnyúméretezés -919 -565 319 -558

Kapcsolt gerébtokosüvegezés -736 -381 502 -368

Kapcsolt gerébtokosméretezés -1201 848 36 -841

Háromrétegű üvegezés(termopán + normál) -354 -87 ! 581 -82

Abszorpciós + normálüvegezés -I- fix árnyék-vető -746 -711 1 -608 -706

Abszorpciós -I- normálüvegezés -664 -449 62 -445

Szellőztetett ablak 18 269 898 274

A belső �spontán"hőforrások

kedvezőtlen, de nem túlságosan bonyolult mozgatható árnyékolószerkezettel (pl . redőnnyel) majdnem olyan alacsony szintre leszo-rítható, mint amekkora az abszorpciós (elnyelő) üvegezésen átbejutó hőterhelés . A legkisebb hőnyereséget az elnyelő üveg és akülső árnyékolás kombinációja eredményezi, de nem sokkal ked-vezőtlenebb a közbenső árnyékolással ellátott szellőztetett ablaksem.A napsugárzásból származó hőterhelés csökkentése energetikaiszempontból ugyan indokolt, de csak bizonyos mértékig reális .Nem hagyható ugyanis figyelmen kívül az ablak funkciója és ahelyiség rendeltetése . Az árnyékoló szerkezettel teljesen eltakartablak megszünteti a külső és a belső tér kapcsolatát, megakadá-lyozza a kitekintést, ha pedig emellett a hiányzó természetes meg-világítást mesterséges világítással kell pótolni, a mikroklima és azenergiafogyasztás szempontjából a helyzet kedvezőtlenebbé válik,mintha kevésbé hatékony árnyékolás alkalmazására került volnasor.

A különböző üvegezések téli és nyári energiamérlegét összevetvea szellőztetett ablak + közbenső árnyékolás, a háromrétegű hő-szigetelő + szokásos üvegezés + közbenső árnyékolás, az elnyelő+ szokásos üvegezés + mozgatható külső árnyékoló kombiná-ciók bizonyulnak legkedvezőbbnek. Ezeket a szokásos kétrétegűüvegezés + belső árnyékolás, a háromrétegű üvegezés és azelnyelő + szokásos üvegezés követi . Nyilvánvalóan legkedve-zőtlenebbek az árnyékolatlan hagyományos kétrétegű üvegezé-sek.

Mint minden értéksorrendnél, így ennél is szem előtt tartandó,hogy az csak egy bizonyos (valamilyen indokkal kiemelt) szem-pontot hangsúlyoz és emel ki . Ezért nem volt szó a filtrációs hő-szükségletről (miután ez nemcsak az ablak szerkezetének függvé-nye), az alkalmazható méretekről (pedig a hőmozgás az elnyelőés a hőszigetelő üvegezések beépítésénél komoly gond), az árnyéko-lók mozgatásáról, tisztításáról, karbantartásáról, az épület rendel-tetésbeli vagy egyéb adottságairól (pl. szellőztetett ablak csak lég-technikai berendezéssel ellátott épületben alkalmazható) és a funk-cionális követelményekről (pl . lakóépületben a kisebb üvegezésiarány folytán, iskolákban a nyári szünet következtében, óvodákbana nyári szabadtéri foglalkoztatás miatt a nyári hőterhelés kisebbsúllyal veendő számításba) . Ugyancsak jelentős a telepítés és a kör-nyező beépítés, növényzet hatása is .

A hőleadás és a hőérzet kérdéseiről korszerű és részletes irodalmiadatok állnak rendelkezésre [2], ezek ismertetése azonban meg-haladja e könyv kereteit .

233

3.27. ábra . Izzólámpa és fénycső hőleadása

234

100'/. ENERGIA

VEZETtS :

10 °/.SUGARZAS :

80 °/.

FtNY : 10 1/.

=_100°l. ENERGIA

ELOTtT VESZTEStGE : 20°/.

VEZETLS : 40°l.

SUGARZAS : 20°/ .

FtNY: 20°/ .

Az izzólámpák és a fénycsövek energiamérlegéről a 3.27 . ábranyújt tájékoztatást .A motorikus berendezésekbő l származó hőterhelést a hasznos tel-jesítmény és a hatásfok hányadosa adja. Több motorikus berende-zés esetén a technológiai adatszolgáltatás körébe tartozik azok ki-használásának és egyidejűségi tényezójének kérdése.

A technológiai berendezésekre nézve - azok sokfélesége miatt -semmilyen általános adat nem adható . Csak a szóban forgó esetrevonatkozó adatszolgáltatásra lehet utalni, éppen úgy, mint az álla-tok hőleadásával (az animális hővel) kapcsolatban .

Az egyeshőterhelések

szerepéről

A várhatóhelyiség-

hőmérséklet

Akülső határoló szerkezeteken át a helyiségbe jutó hőáram a 2 .16pontban foglaltak szerint határozható meg.

A feladatok többségénél található egy-két olyan hőterhelés 6ssze-tevő, amelyek szerepe meghatározó jelentőségű .

Így például irodaházak esetében döntő az üvegezésen át bejutóhőterhelés, a külső falak, födémek szerepe pedig szinte teljesen el-hanyagolható . Nagyteres irodákban fontos még a világítási hőter-helés és az emberek hőleadása is . Hasonló a helyzet az iskolai tan-termek, bizonyos eladóterek esetében . Ezekben az esetekben azüvegezés, az árnyékolás helyes megoldása lényegesen befolyásoljaaz energiaforgalmat .

Így például egy hűt őtárolónál a fal- és födémszerkezetek szerepe ameghatározó . Kisebb a szerepük viszonylag azonban egy olyanhűtőház esetében, amely friss áru elő- és mélyhűtésére szolgál, ittaz energiaigényt ugyanis elsôdlegesen a betárolt áru tömege éskezdeti hőmérséklete határozza meg.

Így például nem sokban befolyásolható az épületet érő összhőter-helés a fal- és födémszerkezetek javításával egy melegüzem, sokmotorikus berendezést jelentő technológia, egy sertés- vagy szarvas-marha-hizlalda esetében . Ugyanakkor jelentős szerepe lehet a tetőnát bejutó hőterhelésnek pl. növendékállatok istállója és egyszintes(lepény) középületek esetében .

E rövid és hiányos felsorolás önkényesen kiragadott példái csakazt bizonyítják, hogy nincs általános recept, az egyes feladatokmegoldását a funkció, az adottságok és lehetőségek felmérésével,logikus mérlegelésével kell kezdeni, és a lényeges tényezők megra-gadásával, az ezeket befolyásoló építészeti, épületszerkezeti meg-oldások helyes kialakításával lehet és kell a hőterhelést számotte-vően befolyásolni .

Bármely külső vagy belső hőterhelésre a korábbiak alapján meg-határozható annak napi lefutása, menetrendje. A továbbiakban aszámítás két úton folytatható, amelyeknek alapelve és természete-sen végeredménye is megegyezik .

Az egyik lehetséges változat szerint minden egyes hőterhelés-össze-tevőre nézve meg kell állapítani az általa okozott túlhőmérsékletnapi menetrendjét . Erre a célra a (3.27)-(3.28) összefüggések,illetve az ezek alapján kidolgozott segédletek alkalmazhatók.A helyiség várható napi hőmérsékletmenete az azonos időpontravonatkozó túlhőmérsékletek összegezésével, szuperpozíciójávalkapható meg.

235

3.28. ábra . Hóterhel6sek 6s túlhóm6rs6kletek szuperpozíciója

236

T

T

A másik változat szerint először a hőterhelés-összetevőket kellösszegezni, szuperponálni. Ennek során minden egyes számításbavett időpontra meg kell határozni azt is, hogy az eredő hőterhelésmekkora hányada a sugárzási hőterhelés . A helyiség várható napihőmérsékletmenete az eredő hőterhelés alapján határozható meg(3.28. ábra) .

Célszerűségi szempontok alapján dönthető el az, hogy az első vagya második változat, vagy a kettő kombinációja alkalmazandó-e .

Az első változat alkalmazása akkor célszerű, ha az összetevő hő-terhelések napi menetrendje egyszerű ; például pulzáló hőterhelésekről van szó, mert akkor a túlhőmérséklet számítására a (3.27) -(3.28) összefüggések önmagukban elegendőek. �Egyszerűnek"tekinthető a napsugárzásból származó hőterhelés menetrendje is,ha van kéznél olyan segédlet, amely az ebből származó túlhőmér-sékleti értékeket tartalmazza [9].

A második változat alkalmazása akkor célszerű, ha a továbbiszámításhoz a különféle eredő hőterhelés-menetrendekre kidolgo-zott grafikus méretezési segédlet áll rendelkezésre [9], vagy atovábbi méretezést számítógéppel végzik . Ezektől az esetektőleltekintve a további kézi számítás rendszerint csak szuperpozíciósmódszerrel (lásd : 3.13 pont) folytatható. A második változat alkal-mazása kényszerszerű, ha az egyes hőterhelés-összetevők �szabály-talan" menetrendűek. (Véletlenül előfordulhat, hogy az eredő hő--terhelés �szabályosabb", mint összetevői.)

A hőterhelés és a hűtőterhelés számításának alapelvei akövetkezők-ben foglalhatók össze.

A gyakorlati feladatok megoldása során feltételezhető, hogy kiala-kult kvázistacioner folyamatról van szó. Ez azt jelenti, hogyamennyi hő egy periódusnyi idő, azaz egy nap alatt a helyiségbejut, ugyanannyinak onnan egy nap alatt el is kell távoznia .

Miután a helyiséget érő hőterhelések az idő függvényében periodi-kusan változnak, a helyiség-hőmérséklet változása is periodikuslesz . Ezért a helyiség-hőmérsékletjól jellemezhető napi átlagértéké-vel és az átlagtól való pillanatnyi eltéréssel .

Hogy mennyi lesz a helyiség-hőmérséklet napi átlaga, az a helyiség-be egy nap alatt bejutó összes hőterheléstől és annak vezetéssel,transzmisszióval, konvekcióval való �távozási lehetőségeitől" függ.

Hogy mekkora lesz a helyiség-hőmérséklet ingadozása, az a hőter-helés ingadozásától és a helyiség csillapító, késleltető, hőelnyelőtulajdonságaitól, �lustaságától" függ.

Ha a helyiséget mindenféle épületgépészeti beavatkozás nélkül�magára hagyják", akkor abban az átlagos helyiség-hőmérséklet

237

éppen akkora lesz, hogy az adott átlagos külső hőmérséklet melletta helyiségbe egy nap alatt bejutó összes hőterhelés (EQhot) a helyi-ségbő l egy nap (24 óra) alatt ki is tudjon menni, azaz

ahol q a helyiség hőkarakterisztikája (lásd : 3.11 pont) .

Az összefüggésbő l is látszik, de egyébként is nyilvánvaló : ahhoz,hogy a hő a helyiségb ő l �kimenjen", az átlagos helyiség-hőmérsék-letnek magasabbnak kell lennie, mint az átlagos külső hőmérsék-letnek . Minél nagyobb a helyiség hőkarakterisztikája, annál ala-csonyabb az átlagos helyiség-hőmérséklet .

A transzmissziós hőkarakterisztika (lásd 3.11 fejezet) rendszerintkicsiny, ez a hőveszteség mérséklése szempontjából követelmény is,ezért q értéke a nyári hónapokban a filtrációs hőkarakterisztikanövelésével emelhető , azaz intenzívebb (fokozottabb) szellőztetés-sel . Bármilyen nagy legyen is azonban a szellőző levegő térfogat-árama, a ti > de viszony megmarad, ha a Íi - te különbség csök-ken is .

Az átlagértékekrő l mondottak természetesen nem zárják ki azt,hogy - éppen az egyes mennyiségek periodikus változása, inga-dozása miatt - a pillanatnyi belső hőmérséklet bizonyos órákbanalacsonyabb legyen a pillanatnyi külső hőmérsékletnél . A pillanat-nyi értékek különbsége napközben többször is előjelet válthat .

A hőterhelés számításának célja

(3 .45)

annak meghatározása, hogy az adott helyiségben, adott hő-hatásokra kialakuló helyiség-hőmérsékletnek milyen lesz anapi menete,

annak megállapítása, hogy a helyiség-hőmérséklet napi menetea kívánt irányban milyen építészeti, épületszerkezeti eszkö-zökkel befolyásolható .

Ha a helyiség-hőmérséklet napi menete a hőérzet vagy a helyiségrendeltetésszerű használata szempontjából nem megfelelő vagynem gazdaságos, és építészeti-épületszerkezeti eszközökkel továbbmár nem is javítható (vagy ez a �javítás" már más szempontokkal- pl . az értelmes mértékű fűtési vagy világítási energiafogyasztás-sal - ütközne), akkor hűtésre, klimatizálásra van szükség .A hűtési teljesítményigény és a hőterhelés pillanatnyi értékei egy-mástól eltérnek . Ennek egyik oka az, hogy . a hőterhelés egyesösszetevő i sugárzás révén érik a helyiséget (pl . a napsugárzás az

238

A hőterheléscsökkentése

üvegezésen át, a mesterséges világítás), a hő épületgépészeti eszkö-zökkel való eltávolítása a helyiségből viszont többnyire konvektívúton, levegő közvetítésével történik . A másik ok az, hogy a kétjelenség között ott van a helyiség burkoló (határoló) szerkezeteivel,amelyek a bejutó hőterhelés tárolására képesek, azt elnyelik, s ígyhosszabb-rövidebb időre kivonják a közvetlen forgalomból . A fel-tárolt hő eltávolítása, kisütése a beérkezéstől számított jelentőskéséssel is végrehajtható. Így a hűtési teljesítményigény az időbenszétterül, a helyiségből eltávolítandó Hiram, a pillanatnyi hűtő-terhelés maximuma a hőterhelés maximumánál kisebb lesz . Termé-szetesen az a feltétel továbbra is teljesül, hogy amennyi hő egy napalatt a helyiségbe (és ez esetben már egy szabályozott hőmérsék-letű, hűtött helyiségbe) bejut, annyinak onnan egy nap alatt el iskell távoznia . Lesznek tehát olyan órák, amikor a pillanatnyi hűtő-terhelés nagyobb, mint a pillanatnyi hőterhelés . A maximális hűtő-terhelés azonban a maximális hőterhelés alatt marad, ami kisebbteljesítmény ű és helyigényű, gazdaságosabban üzemeltethető épü-letgépészeti rendszert jelent . A várható helyiség-hőmérséklet napimenetrendje (menete) igen lényeges tájékoztatást ad a helyiség ren-deltetésszerű használhatóságáról . E tekintetben egyaránt érdekesaz átlagérték és a csúcsérték, továbbá a különböző hőmérséklet-szintek időtartama . A követelmények, az igények szintje, a vonat-kozó hatósági szabályozások alapján dönthető el, hogy a várhatóhelyiség-hőmérsékletmenet megfelelő, illetve elfogadható-e . Ugyan-akkor a várható helyiség-hőmérsékletet ábrázoló görbe alakja (il-letve az első számítási változatnál az egyes hőterhelés összetevők-höz tartozó túlhőmérsékletgörbék) alapján jól felismerhető az is,hogy az adott esetben melyik hőterhelés összetevő az, amelynek ha-tását elsősorban kívánatos mérsékelni a kedvezőbb helyiség-hőmér-séklet elérése végett .Az építészeti-épületszerkezeti eszközökkel kétféle módon lehetbefolyásolni a várható helyiség-hőmérséklet napi menetét.

Az egyik lehetőség lényege : meg kell akadályozni, hogy a hőterhe-lés a helyiségbe bejusson . Természetesen itt ez csak a külső hôter-helésekre vonatkozik, a belső hőterhelések elleni védekezés inkábbépületgépészeti és/vagy technológiai feladat.A külső hőterhelések közül többnyire a sugárzást átbocsátó szer-kezeteken át a napsugárzás következtében bejutó hőterhelés ját-szik meghatározó szerepet . Ennek mérséklése már a tájolás, atömegformálás, a környezetalakítás szintjén is lehetséges . Döntőjelentőségű a homlokzati üvegezési arány helyes megválasztása .További lehetőséget kínálnak még a különféle üvegezési módok ésárnyékoló szerkezetek is . A bejutó hőterhelés mérséklése egyrésztaz átlagos (napi) helyiség-hőmérséklet csökkenését eredményezi

239

(hiszen kisebb lesz a nap folyamán a helyiségbe jutó hőterhelés)és csökkenni fog a helyiség-hőmérséklet ingadozása is, (hiszenkisebb a helyiségbe jutó hőáram ingadozása).

Hasonló eredmények várhatók a külső határoló szerkezetek hő -technikai minőségének javításától is, de csak akkor, ha az épületkülső burkoló felületében (a falakban + a tetőben) alig van vagyegyáltalán nincs sugárzást átbocsátó szerkezet . A külső határolószerkezetek megfelelő külső felületképzésével a helyiségbe jutó hő -terhelés átlaga és ingadozása egyaránt mérsékelhető. A csillapításitényező növelése a hőterhelés és ezzel a várható helyiség-hőmérsék-let napi átlagait nem befolyásolja, de az átlagok körüli ingadozásokmértékét csökkenti. A nagyobb késleltetés abból a szempontbólelőnyös, hogy a hőterheléseket időben �szétkeni", kisebb annak alehetősége, hogy a különböző hőterhelések maximális - vagyahhoz közeli - értékei egyazon időpontban vagy akörül jelent-kezzenek. A hőátbocsátási tényező javításának (csökkentésének) eszempontból nincs értelme, hiszen - ha mesterséges hűtés nincs -a helyiség a melegebb, s a jó szigetelés a helyiségbő l a hő t nem enge-di ki . (Természetesen a fűtési energiaigény szempontjairól sem sza-bad megfeledkezni, és az is nyilvánvaló, hogy ha a helyiségben nyá-ron mesterséges hűtés tartja a külsőnél alacsonyabb hőmérsékletet,akkor erről az oldalról nézve is van értelme a hőátbocsátási tényezőcsökkentésének .) Megint más kérdés az, hogy a csillapítási tényezőnövelése a korszerű épületszerkezetek esetében nem anynyira atömeg növelése, mint inkább a hővezetési ellenállások javítása révénlehetséges, ami a hőátbocsátási tényező csökkenésével is jár .

Minden szempontból hatékony védelmet nyújtanak a szellőztetetthatároló szerkezetek, az elárasztott vagy permetezett lejtés nélkülitetők, az épületszerkezetekbe beépített fázisváltó töltetanyagok .

Annak megakadályozása, hogy kevesebb belső hőterhelés jussona helyiségbe, jóval nehezebb és nem is építészeti feladat . Bizonyosesetekben azonban alkalmas épületgépészeti és technológiai meg-oldásokkal erre is van lehetőség (szellőztetett vagy folyadékhűtésűlámpatestekkel, a technológiai berendezések burkolásával, kon-centrált helyi elszívásokkal) .

Az építészeti-épületszerkezeti eszközök felhasználásának másiklehetősége : mérsékelni kell az adott hőterhelés következményeit,�lustábbá" kell tenni a helyiségnek a hőterhelésre adott válaszát .

E módszer elvileg nem csökkenti a helyiség-hőmérséklet várhatónapi középértékét, csökkenti viszont a helyiség-hőmérsékletingadozását, így alacsonyabb lesz a helyiség-hőmérséklet maxi-mális értéke és a csúcsérték körüli - a helyiség használata szem-pontjából rendszerint fontos - időszakaszra vonatkozó értéke is .

240

A hőterheléskövetkezményeinekcsökkentése

A helyiség válaszai �lustábbak", a hőmérséklet-ingadozás ampli-túdója kisebb, késése nagyobb, ha a helyiséget nagyobb hőelnye-lési tényezőjű anyagok burkolják.

A külső ablakszerkezetek hőelnyelési tényezője viszonylag jelentős(a belső felülettől számított hőátbocsátási tényezővel egyenlő), ittazonban a döntő szempont nem a hőterhelés hatásának mérsék-lése, hanem a hőterhelés bejutásának megakadályozása. L6nyeg6-ben hasonló a helyzet a korszerű külső falszerkezetek esetén is,hiszen a tömeg növelése ma már nem járható út .

A belső falak csak teherhordó harántfalas építési mód (szerkezetirendszer) esetében játszanak számottevő szerepet, a korszerű,szerelt, esetleg áthelyezhető belső válaszfalak szerepe csekély.

A meghatározó szerepet többnyire a födémek játsszák, amelyek akorszerű, kis tömegű és könnyűszerkezetes épületekben is általá-ban tartalmaznak viszonylag nehéz, nagy hővezetési tényezőjűbetonréteget is . A födém alsó síkjának hőelnyelési tényezőjét cs6k-kenti az alatta levő álmennyezet. Ez természetesen sok esetbenfunkcionális, vagy esztétikai, esetleg éppen épületgépészeti okok-ból elkerülhetetlen, de ezzel a hatásával is számolni kell . A pad16-felületek hőelnyelési tényezőjét a �meleg" burkolatok csökkentik .

Durva közelítésként elfogadható, hogy a hőelnyelési tényező ahelyiségek burkoló felülete súlyozott átlagos felülettömegének(kg/m') függvénye : a �nehezebb" helyiség �lustábban" válaszol .Az átlagos felülettömeg mellett azonban jelentős a rétegsorrendés az előzőekben vázolt tényezők szerepe is (2.16 pont).

Miután a szerkezetek súlyának növelése a korszerű építési módok-kal nem egyeztethető össze, a lehetőségek köre viszonylag szűk, denem elhanyagolható .

Külön említést érdemelnek afaanyagok, amelyeknek fajhője csak-nem háromszor nagyobb, mint aszilikátbázisú építőanyagoké, s ígya fa hőtechnikai szempontból jóval �nehezebb", mint a vele azonossúlyú beton.

Az építészeti és az épületgépészeti beavatkozás határterületére es-nek az olyan megoldások, mint fázisváltó töltetanyagok beépítésea szerkezetbe, vagy a belső határoló szerkezetek átszellőztetése, azéjjeli órák hidegebb külső levegőjével való előhűtése .

Az eddigi fejtegetések a kialakult kvázistacioner állapotokra vonat-koztak . A kvázistacioner folyamat akkor tekinthető gyakorlatilagkialakultnak, ha három-öt egymásra következő napon azonos vagyközel azonos periodikus hőhatások érik a helyiséget . Ilyen ún.hőségszakaszok rendszerint minden nyári félévben előfordulnak.

Az viszont, hogy egy helyiség milyen gyorsan �gerjed be", mennyiidő alatt alakul ki a kvázistacioner állapot, szintén a helyiség�lustaságától" függ . Miután a �lustább" helyiségekben egy rövi-debb hőségszakasz alatt a kvázistacioner állapot ki sem alakul,vagy a lassúbb felfutás miatt csak jelentő s késéssel jön létre, a�lustább" helyiségben a magasabb átlaghőmérsékletű napok számakevesebb lesz (3.29. ábra).]

A helyiség-hőmérséklet kedvezően befolyásolható szellőztetéssel,ami alatt ez esetben a kezeletlen külső levegôvel való szellőztetésértendő . A korábbiak során már volt szó arról, hogy az intenzívebblégcsere a helyiség filtrációs hőkarakterisztikáját növeli, ami viszontlehetővé teszi, hogy az adott hőterhelés a helyiség kisebb túlhő -mérséklete mellett távozzék. Minél nagyobb a szellőző levegő tér-fogatárama, annál kisebb hőmérséklet-növekedés mellett képesegy adott konvektív hőáram elszállítására. A légcsereszám növelésé-nek természetesen egyaránt vannak technikai és hőérzeti korlátai .

Miután kezeletlen külső levegőrő l van szó, számításba kell venniannak napi hőmérsékletmenetét is . Ennek alapján nyilvánvaló,

242

2

3

4 T [nap]

--------------------- te :

NAPI KOZ~PHÖMtRS~KLETEK

3.29. ábra. A külső hőmérséklet �felfutása" kvázistacioner állapotra

A szellőztetéshatása a helyiség-hőmérsékletre

A hű t őterhelés

hogy a szellőztetés hatásosabb a reggeli és a kora délelőtti órákban,valamint a késő esti időszakban, de kevésbé hatásos a déli, a koradélutáni órákban, mert a külső léghőmérséklet maximuma rende-en 14-15 óra között jelentkezik .A szellőztetés lehet folyamatos . Ebben az esetben az átlagos helyi-ség-hőmérséklet számítására a (3.23) összefüggés változatlanulalkalmas . A helyiséget érő hőterhelések között viszont számításbakell venni a szellőző levegő hőmérséklet-ingadozásából származókonvektív hőáram-ingadozást is, amely a

összefüggéssel határozható meg, aholQsz(Z) = LP C(te(Z) - ta)

(3.46

L a szellőző levegő térfogatárama,p a levegő sűrűsége,c a levegő fajhője,t e(z) a külső léghőmérséklet z órakor,te a külső léghőmérséklet napi átlaga .

A szellőztetést gyakran a helyiség használati idejéhez igazítják .A szakaszos szellőzés hatása egy pulzáló hőterhelés hatására hason-lít . A szakaszos szellőztetés annál eredményesebb, minél kisebb azadott időszakban a külső levegő hőmérséklete ahhoz a helyiség-hőmérséklethez viszonyítva, amely a szakaszos szellőztetés nélkülalakult volna ki . E hőmérséklet-különbségb ől, a levegő térfogat-áramából, sűrűségéből és fajhőjéből határozható meg a ,hőterhe-lés" nagysága . Az időtartam ismert, így a hatás a (3 .27) összefüggésalapján számítható .Amennyiben épületszerkezeti, biztonsági, szervezési és üzemeltetésiszempontból a megoldás feltételei adottak, jó eredmény érhető elegy nappal használt helyiség esetében előhűtéssel, vagyis éjszakai(szakaszos) szellőztetéssel, 22 és 06 óra között ugyanis a külsőlevegő hőmérséklete 15-20 °C között van. Az ilyen alacsony hő-mérsékletű szellőző levegővel a helyiséget burkoló épületszerkeze-tekben tárolt hő könnyen eltávolitható, kisüthető, a lehűtött épü-letszerkezetek pedig nappal, miközben a hőterhelés hatására fel-melegednek, alacsonyabb hőmérsékletet érnek el. Így végső soron,a helyiség-hőmérséklet napi átlaga, s ezzel a nappali, a használatiidőszakra vonatkozó helyiség-hőmérséklet is alacsonyabb lesz .A helyiség-hőmérséklet ingadozása, az éjszakai órák alacsonyabbhelyiség-hőmérséklete - miután a használati id őn kívül jelentke-zik - nem okoz h őérzeti problémákat.

A korábban ismertetett számításokból olyan következtetés is adód-hat, hogy az elfogadható helyiség-hőmérséklet építészeti, 6pillet-

szerkezeti eszközökkel az adott esetben már nem biztosítható,tehát mesterséges hűtésre, klimatizálásra van szükség . Bizonyosesetekben a klimatizálás a helyiség rendeltetéséhez, funkciójáhozmár eleve hozzátartozik . A klímaberendezés teljesítmény- és ener-giaigénye az építészeti adottságokkal, a helyiségek hőtechnikaitulajdonságaival is összefügg . A méretezés első lépése a hűtőterhe-lés meghatározása. Hűtőterhelés alatt az a hőáram értendő, ame-lyet a kívánt helyiség-hőmérséklet biztosítása végett a helyiségből elkell vonni . Ez nem azonos a rendszer teljesítményével, ami a levegő-kezelés módjának, a klímaközpont rendszerének is függvénye ; ezentúlmenően a rejtett hőterhelés, a levegő nedvességtartalmánakmódosítása sem kerül elemzésre.

Mint arról már a korábbiakban szó volt, a h{itőterhelés nem egye-zik a hőterheléssel . Ennek egyik oka az, hogy a hőterhelés részbenkonvektív, részben sugárzó, viszont a hő eltávolitása a helyiségbő lcsaknem minden esetben konvektív úton történik. A másik ok ahelyiséget burkoló épületszerkezetek hőtároló, késleltető hatása.Ehhez egyes esetekben még a helyiség levegőjében és a berendezésitárgyakban tárolt hő számításbavétele is indokolt (lásd : 3.13Pont) .

A konvekciós és a sugárzási hőcsere különbségét a (3.27) bssze-függés utolsó tagja is jól kifejezi . A különbség lényege az, hogy hasugárzás révén jut hő a helyiségbe, akkor azt valamelyik burkolófelület elnyeli . Az elnyelt hő től a felület felmelegszik, és egyrésztvezetéses hőáram indul a szerkezet belsejébe, másrészt a helyiségetburkoló felületek (mennyezet, falak, padló, bútorzat) között alakulki sugárzásos hőcsere (3.30. ábra) . Ezen túlmenően az elsődlegeshatás (pl . az üvegezésen át bejutó napsugárzás) és a másodlagoshatás (a burkoló felületek közötti hőcsere) miatt felmelegedettburkoló felület - a �doboz" - hőátadás révén felmelegíti a helyi-ség - a �doboz" - levegőjét, de természetesen legfeljebb a bur-koló felületek hőmérsékletére.

Konvektív hőterhelés esetén a helyiség levegője az, amely a hő telőször elnyeli, és - felmelegedvén - hőátadás révén felmelegítia burkoló felületeket is . A burkoló felületekrő l ebben az esetben isvezetéses hőáram indul a szerkezet belseje felé . Mint látható, kon-vektív hőterhelésnél a levegő közvetít a forrás és a burkoló felületközött. A közvetítéshez azonban - tehát ahhoz, hogy a levegőbő lhőáram jusson a szerkezetekbe arra van szükség, hogy a levegőmelegebb legyen, mint a burkoló felület . A konvektív hőterheléstehát ebbő l a szempontból �veszélyesebb", mint a sugárzási. Máskérdés az, hogy többnyire a sugárzási hőterhelés abszolút értékenagyobb és emiatt több gondot is okoz .

244

MAS FELÜLETR Ő L BEESŐ

MAS SURKOLÔFELÜLETRÔL

INFRAVÖRÖS SUGARZAS VISSZAVERT NAPSUGARZAS

(Ill (l,y1yl,C ~ uJy

llj %%y~~Î

(II1~~II~~I1I~

,v11v1~~

,

3.30. ábra . A padló hőrnérlegének sémája

VISSZAVERTHANYAD

MINIMALIS FELTAROLT HOMENNYISÈGHEZTARTOZ6 HOMtRSÉKLETELOSZLASA SZERKEZETBEN

A HŐM~RStKLETINGADOZAS ARANYOSA TAROLT HOMENNYIS~GGEL

MAXIMALIS FELTAROLT HOMENNYIStGHEZTARTOZ6 HŐMtRSNLETELOSZLAS

PILLANATNYI HOMÉRStKLETELOSZLAS

A SZERKEZETBEN

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

--AZ ALSÖ ,H+. ELY,~I.S~GBOL SZARMAZOHATASOK CRVtNYESOLNEK

245

Az előbb említett �veszélyesség"-nek előnyös oldala is van, amijól kihasználható . Ha' ugyanis konvektív úton - légcserével - ahelyiségbő l hőt távolítanak el, akkor a helyiség 16ghőmérsékleté-nek csökkentése is viszonylag könnyebb . Ha a helyiség sugárzásihőterhelés következtében melegszik fel, és abba hűtött levegő t jut-tatnak be, ez a levegő nem annyi hőt vesz fel, mint amennyi azadott pillanatban a sugárzásos hőterhelés, hanem csak annyit,amennyi a levegő és a burkoló felületek közötti hőmérséklet-kü-lönbség mellett hőátadással a burkoló felületekrő l a levegőbe tudjutni. A különbség - egyelőre - a szerkezetben marad . A későb-biekben, amikor a sugárzási hőterhelés már megszűnt, de a szerke-zetek a bennük tárolt �maradéktól" még melegek, a légáram- továbbra is a hőmérséklet-különbség és a hőátadási viszonyok(A) szabta ütemben - a maradékot is elszállítja . A teljes periódusrateljesül, hogy a szerkezetek által elnyelt hő megegyezik a szerkeze-tekből távozó hővel.

Az eddigiekbő l már nyilvánvaló a tárolt hő , a szerkezetek hőelnye-lési tényezőinek (Y) szerepe is . Minél jobb hőelnyelési tényezőjűszerkezetek burkolják a helyiséget,

246

annál kevésbé melegszik fel azok felülete az adott hőterheléshatására, tehátannál kisebb lesz a hűtött levegő és a felület közötti hőmérsék-let-különbség, és ezzel a levegőnek átadott hő , vagyisannál lassúbb ütemben folyik az elnyelt hő eltávolitása, ezért

annál kisebb a maximális hűtőterhelés a maximális hőterhe-lésnél .

Az elnyelt hő t természetesen el kell távolítani, ha lassúbb ütemben,akkor hosszabb idő alatt . Annak a jelentősége azonban, hogy amaximális hű tőterhelés jó esetben - és ez építészeti, épületszerke-zeti kérdés is -csak harmada-fele a maximális hőterhelésnek, aklímaberendezés teljesítménye, helyigénye, üzemeltetése szempont-jából nem szorul bizonyításra .A bemutatott ábrák egy helyiség hűtőterhelésének és hőterhelésé-nek viszonyát ábrázolják. A kérdés jelent ősége még nagyobb, haaz épületgépészeti rendszer több helyiséget szolgál ki, pl . egy iroda-ház különböző menetrendű hőterheléseknek kitett helyiségcso-portjait . Ilyen esetben ugyanis - a hűtőterhelések maximumainakidőbeli eltolódása miatt - az összegezett hűtőterhelés maximumakevesebb, mint a maximális hűtőterhelések összege . Az üzemeltetésiidők célszerű kombinálásával a beépítendő összteljesítmény csök-kenthető .A helyiséget burkoló felületek hőelnyelésének hatását a 3.31 . ábraszemlélteti . A hőterhelés egy nyugati tájolású üvegezésen át jut a

g) napsugárzásbólszármazó h űtő terhelés

(Ny-i tájolás, 12 hűzemidejft

klímaberendezés)

d) a tárolt h ő változása

Q(napsugárzásból, Ny-i

tájolás, 16 h üzemidejűklímaberendezés)

h) fénycsővilágításbólszármazó h űtő terhelés(12 és 16 h üzemidejű

berendezés)

c) napsugárzásból ésvilágitásból származó

(~hűt őterhelés különböz ő

fajlagos tömegehatároló szerkezetek

esetében

HOTERHELES.

150 kg 1m~

50 9 kg/m~

750 k9/m2

KEZDETI _TERHELtS

)T

3.31 . ábra . A hűtőterhelés számítása

\

TAROLT HO

.,

'w

HOTÔTERHELÉS

D

iï/%%%iij s;

s)

mISOMEROh

1 2 óRAS ÜZEM

HOTERHELES

_ 16 ORAS_ ÜZEM_ _HOTOTERHELES

KEZDETI TERHELtS

Zh 16h

247

a) a napsugárzásból o a Q eszármazó hűt ő terhelés

(Ny-i tájolás)

e) a napsugárzásból HOTERHELtSszármazó hűt ő terhelés

(Ny-i tájolás, 16 h HOTERHELtS TAROLT HOüzemideje TAROLT HO

klímaberendezés) HOTOTERHELES -HOTÚTERHELtS

b) a fénycsővilágításbólszármazó h ű tőterhelés Q b Q f

(Ny-i tájolás) T

f) a tárolt hő változása(napsugárzásból, Ny-i

tájolás, 12 h üzemidejűberendezés) HOTERHELÉS KEZDETI TERHELE5

_ "_TAROLT HO

HÜTOTERHELÈS

imillm, ->T

helyiségbe . Minél nagyobb a burkoló felület hőelnyelése, annálkisebb a maximális hűtőterhelés . Miután ahatároló szerkezetekbentárolt hőt a nap folyamán el kell vonni, ajobb hőelnyelésű, nehe-zebb szerkezetekkel burkolt helyiségb ől a hőterhelés lefutása utániidőben több hőt kell elszállítani . Ez egyszersmind azt is jelenti,hogy a szükséges hűtőteljesítmény napi menete egyenletesebb,ami üzemeltetési, szabályozási szempontból nyilvánvalóan elő-nyös.

A klímaberendezés üzemelhet folyamatosan is és szakaszosan is .Az üzemidő természetesen visszahat a pillanatnyi hűtőterhelés-értékekre, hiszen az egy nap alatt bejutó hőterhelést szakaszosüzemben is egy nap alatt kell eltávolítani és ehhez most rövidebbdő áll rendelkezésre.

A szakaszos üzem indokai a következők :

248

abban az időszakban, amikor a helyiség használaton kívülvan, a klímaberendezés több funkciója (a friss levegő pótlása,a nedvességtartalom szabályozása) felesleges ;

a hűtőterhelés menete egyenletesebb ;

a berendezés felügyelete a használati időn kívül nem okozgondot.

Ha a klímaberendezés szakaszosan üzemel, akkor az üzemidő vé-géig még nem távolítja el a helyiséget burkoló szerkezetek általelnyelt és tárolt hőt. Ennek egy része az üzemszüneti időben ,spon-tán" módon (transzmisszióval és filtrációval) ugyan eltávozhat ahelyiségből, de a következő napon, üzemkezdetkor a helyiségetburkoló határoló szerkezetek mindenképpen melegebbek, mintfolyamatos üzemeltetés esetén . Ezért üzemkezdetkor a pillanatnyihűtőterhelés viszonylag magas. A méretezést, az üzemidő kezdeté-nek és végének megállapítását tehát úgy kell elvégezni, hogy azüzemkezdetkor fellépő pillanatnyi hűtőterhelés ne legyen nagyobbaz üzemidő alatt ahűtőterhelés görbéjében kialakuló maximumnál .

Ha ugyanis a maximum az üzemkezdetre tevődne át, akkor ennekmegfelelő nagyobb teljesítményű berendezést kellene beépíteni.Ez elkerülhető az üzemidő egy-másfél órás meghosszabbításával,a használati idő kezdete előtti rövid előhűtési időszakkal. A mon-dottakat a 3.32. ábra szemlélteti .

Bizonyos energia- és teljesítménymegtakarítós érhető el oly módon,hogy a helyiség-hőmérséklet előírt értékét nem állandónak, hanema nap folyamán változónak írják elő . E megoldást hőérzeti szem-pontból is ellenőrizték .

A hűtőterhelés meghatározására a korábban tárgyalt (3.27)-(3.28)összefüggések alkalmazhatók, a következő gondolatmenet szerint :

3.32 . ábra . Az előhűtési idő megválasztásaa) a túl rövid ; b) az elegendő

b

T

HOTERHELÉS :

HOTOTERHEL~s :IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII~h

Az előző számításokból ismert, hogy milyen lenne a helyiség-hő-mérséklet napi menete mesterséges hűtés nélkül . Ennek és az elő-írt - esetleg változó értékkel előírt - helyiség-hőmérsékletnek akülönbsége, d9,(z) óráról órára meghatározható . Ha ismert az ad9 i-hőmérséklet-változás, amelyet a klímaberendezés által oko-zott - negatív - hőterheléssel (a hűtőterheléssel) el kell érni,akkor a (3.27)-(3.28) összefüggések bal oldala is ismert, a helyiséghőtechnikai jellemzői ismeretében a ,hőterhelés" az egyenletbő lkifejezhető .

Ha viszonylag pontos eredményre van szükség, akkor a számítássorán szuperpozíciós eljárást kell alkalmazni (3.28. ábra) .

A szuperpozíciós eljárás elvileg kézi számításra is alkalmas, dearánylag nagy időigénye miatt inkább ennek a módszernek a szá-mítógépes adaptációi használhatók .

249

Kézi számítások céljára alkalmazzák az ún . tárolási tényezők mód-szerét . Ennek lényege az, hogy bizonyos tipikus hőterhelés mene-tekre - a klimaberendezés üzemidejének és a helyiség hőelnyelé-sének függvényében - táblázatos formában óráról órára megadjáka hőterhelés és ahűtőterhelés hányadosát. Ha a helyiségre többfélehőterhelés hat, az azonos órára vonatkozó eredményeket szuper-ponálni kell . E módszer az egyszerűség érdekében néhány elhanya-golást tartalmaz : az eredmény nem függ a helyiség-hőmérséklettől,a hőelnyelési tényező értéke helyett a helyiséget csak a padlófelü-letre vonatkoztatott átlagos �felületsúllyal" jellemzik, az üzemszü-neti időn kívüli �spontán" folyamatok hatását nem veszik figye-lembe.

A filtráció fogalma

4. Tércsoportok, térkapcsolatok, épületekenergiamérlege

4.1 A filtrációs levegőforgalom

4.11 Általános kérdések

A 3.21 pontban már volt szó arról, hogy a fűtési hőszükséglet egyrészét az ún . filtrációs hőszükséglet teszi ki . A filtráció, filtrációslevegőforgalom elnevezést akkor használják, ha ahelyiség és a kör-nyezet közötti levegőforgalom a nyílászárók résein, apanelek és máselemek illesztési hézagain, egyes esetekben a légáteresztő szerkeze-tek felületein, a szellőzőnyílásokon, a kürtőkön keresztül játszódikle . A levegő mozgását előidéző okok : a levegő sűrűségkülőnbségé-ből származó gravitációs felhajtóerő , a szél okozta torlónyomás,a kiegészítő elszívó szellőzés működése, illetve ezek együtteshatása .

A levegő mozgási iránya szerint infiltrációról van szó, ha alevegő ahelyiségbe és exfiltrációról, ha a helyiségből áramlik. Filtrációshőszükségletnek azt a hőáramot nevezik, amely a helyiségbe in-filtrálódó légáramot ahelyiség-hőmérsékletre felmelegíti. (Ezt ahő-áramot a fűtőberendezés fedezi .) Több helyiségből álló épületek-ben a helyiségnek filtrációs hőnyeresége is lehet, ha (a szomszédoshelyiségekből) infiltrálódó levegő hőmérséklete magasabb, mint aszóban forgó helyiség hőmérséklete.

Fyltráció és a

Afiltrációs levegőforgalom, a természetes és a mesterséges szellőz-szell8ztetés

tetés fogalmai elég nehezen választhatók szét, és a megkiilönböz-tetés tulajdonképpen mindig kissé önkényes . Az előző meghatáro-zás szerint főleg akkor beszélnek filtráci6r61, ha

a fűtési idényre vonatkozó jelenségről van szó,

a levegő áramlási útjának egészét vagy nagyobb részét az épülethelyiségeinek, nyílászáróinak láncolata alkotja (az áramlási út-vonalnak legfeljebb csak egy részét alkotják 16gcsatornahá16-zati elemek),

a levegő áramlását előidéző nyomáskülönbség kizárólag ,ter-mészetes" hatásoknak (felhajtóerő, szél), vagy túlnyomórészt�természetes" hatásoknak tudható be,

251

252

a levegőforgalom kialakulásában esetleg szerepet játszó gépiszellőztetés elszívó szellőzés,

a helyiségbe bejutó levegő felmelegítéséhez szükséges hőáramota fűtőberendezés fedezi .

A filtrációs levegőforgalom tehát abban különbözik a gépi szellőz-tetéstől, hogy az utóbbinál

a levegő áramlási útjának egy részét mindig 16gcsatornaháló-zati elemek alkotják,

a levegő felmelegítésére a szellőzőberendezésbe beépített készd-lékek (hőcserélők, mosókamrák, hővisszanyerők stb .) szolgál-nak .

A természetes szellőzés a felsorolt feltételek többsége szerint tulaj-donképpen szintén filtrációs levegőforgalomnak tekinthető , mintahogyan a filtrációs levegőforgalom fogalmához a természetes szel-lőzés funkciója is hozzátartozik . A megkülönböztetés alapja az,hogy a természetes szellőzés a helyiség(ek) hatékony és bizonyosfokig szabályozható átöblítését célozza, ezért a levegő be- és kibo-csátására - alkalmas kialakítású - felülvilágítók, tetőszellőzők,huzatnövelő szívófejek, több fokozatban állitható nyílászárók,zsaluk, csappantyúk is szolgálnak .

A filtrációs levegőforgalom keretei között kialakuló légcsere bizo-nyos értelemben és mértékig a helyiségek szellőzését is elősegíti,lehetővé teszi. Ez a funkció azonban éppen a folyamat spontán(esetenként nem befolyásolható) jellege folytán nem elsődleges ésnem is kizárólagos, hiszen a környezeti jellemzők változása, cellás(térsejtrendszerű) épületekben emellett még az egyes helyiségek el-térő adottságai következtében bizonyos időszakokban és egyeshelyiségekben a légcsere túlságosan nagy, a szükséges mértéketmeghaladja, míg máskor és másutt a helyiségbe nem is jut frisslevegő , csak más helyiségből származó használt, szennyezett levegő tkap. Ugyanakkor a filtrációs hőszükséglet a teljes fűtési hőszükség-let igen nagy hányadát teszi ki és komoly üzemviteli, szabályozásinehézségeket okoz.

A felsorolt tények miatt a filtrációs levegőforgalmat káros jelenség-nek tartják, amelyet építészeti, épületszerkezeti, épületgépészetieszközök felhasználásával meg kell szüntetni, vagy legalábbis erő-sen mérsékelni kell . Ez a szemlélet lényegében és az esetek nagyrészében helyes : de csak megfelelő nyílászárók, szabályozható leve-gőbebocsátó csappantyúk, jól méretezett elszívó hálózat esetébenés korlátozott szintszámú épületekben érhető el az, hogy a filtrá-ciós levegőforgalom mértéke, a légáramlás iránya az év nagy részé-ben megfeleljen a szellőzéssel szemben támasztott igényeknek .

A sűrűségkülönb-ségből származó

felhajtóerő

4.12 A nyomáseloszlás

A filtrációs levegőforgalmat kiváltó �természetes" hatások egyikea külső levegő és az épületben levő levegő közötti hőmérséklet-különbség és az ezzel együttjáró sűrűségkülönbség.Ha adott egy, a Föld felszínére helyezett, légmentesen zárt doboz,amelynek magassága h, a külső levegő hőmérséklete te, a dobozonbelüli léghőmérséklet t;, akkor a levegő nyomásaa h magasságbanelképzelt felületre bárhol egy adott atmoszférikus értékkel egyenlő,hiszen e sík felett mindenhol ugyanolyan magasságú, te hőmérsék-letű levegőoszlop van. A nyomásviszonyokat tehát elegendő a hmagasságban elképzelt sík és a felszín között vizsgálni . A sík és afelszín között a dobozon kívül egy h magasságú, t; hőmérsékletűlevegőoszlop van, amelyből a felszínre a pe = hpeg nyomás jut,ahol pe a te hőmérsékletű levegő sűrűsége, g a nehézségi gyorsulás .Hasonlóan írható fel a dobozon belüli t; hőmérsékletű levegőosz-lopból a felszínre jutó nyomás p; = hp;g . Ennek megfelelően hmagasságban a dobozon kívül és a dobozon belül anyomások azo-nosak. A felszínen a dobozon kívüli és a dobozon belüli nyomásokkülönbsége dp = hpeg - hp;g = hg(p e - p) . A doboz magassága

4.1 . ábra. A nyomás alakulása a külső levegőtől elzárt térben

253

mentén a nyomáskülönbség egyenesen arányos - a h magasságbanlevő síktól mért - függőleges mérettel (4.1 . ábra) .

Ha a doboz alján és tetején egy-egy azonos méretű és kialakításúnyílást képeznek ki, akkor a nehezebb külső levegő az alsó nyílásonát a dobozba nyomul, az ott levő könnyebb levegő a felső nyílásonát távozik . Az egyensúly feltétele nyilván az, hogy amennyi levegőa dobozba bejut, ugyanannyi onnan távozik . Ahhoz, hogy a légkör-zés fennmaradjon, természetesen szükség van a dobozban egy olyanhőforrásra, amely a dobozon belüli léghőmérsékletet továbbra is akorábbi t; értéken tartja . A levegő mozgását a dp = hg(pe - pi)nyomáskülönbség hozza létre ; ha az alsó és a felső nyílás mérete,kialakítása azonos, akkor az áramlási ellenállásaik is gyakorlatilagazonosak : a rendelkezésre álló nyomáskülönbség fele fordítódikarra, hogy a levegő az alsó nyíláson át a dobozba jusson, másikfele arra, hogy a felső nyíláson keresztül a környezetbe távozzon.A nyomáseloszlás a magassággal továbbra is egyenesen arányos(4.2. ábra) . Az alsó nyílás - ahol a külső nyomás nagyobb - és afelső nyílás - ahol a belsô nyomás nagyobb - között van egy

254

4.2 . ábra. A nyomáskülönbség változása egyforma áramlási ellenállásúnyílások esetében

A csarnokokgravitációs

szellőztetése

olyan sík, ahol a külső és a belső nyomás egyenlô. Ez az ún . sem-leges zdna, amely jelen esetben h/2 magasságban alakul ki . A számí-tások során többnyire olyan nyomásadatokkal dolgoznak, amely-nek viszonyítási alapja (a skála zérus pontja) a semleges zónábanuralkodó nyomás. (A választás önkényes, viszonyítási alapnak máskitüntetett érték, pl . a doboz palástján adódó legkisebb nyomás isválasztható) .

A semleges zóna nem feltétlenül a magasság felében alakul ki . Haabeömlő és a kiömlő nyílások mérete nem egyforma, akkor a sem-leges zóna a nagyobb méretű nyíláshoz van közelebb, amelynekáramlási ellenállása kisebb, tehát a rendelkezésre álló nyomáskü-lönbség kisebb hányada elegendő a levegő átáramlásának biztosí-tásához. A kisebb méretű nyílás áramlási ellenállásának legyőzé-sére viszont a rendelkezésre álló nyomáskülönbség nagyobb há-nyada fordítódik (4.3 . ábra) .

Az eddigi sematikus ábrák alapján is könnyen elképzelhető, hogya �doboz" egy szabadon álló csarnok, amelynek szellőztetése aleírt jelenség alapján, a gravitációs felhajtóer ő hatását kihasználvamegy végbe. Miután a szellőztetésre nyáron is szükség van, és aszellőztetés működésének alapja a hőmérséklet-különbség, gravitá-ciós szellőzést főként az ún . melegüzemekben szokás alkalmazni,ahol az állandó és jelentékeny belső hőterhelés, a hőforrás a tech-nológia törvényszerű velejárója, és a technológia, a darupályákmiatt a csarnok magassága is tekintélyes . E megoldás egyszerű ,működéséhez energia nem kell, de a távozó levegő hőtartalmánakvisszanyerésére sincs mód .

Csarnokjellegű (egybefüggő nagy terű) épületek közül egyszerűbbkivitelű istállókban és más igénytelen funkciók esetében alkalmaz-nak még gravitációs szellőzést .

A levegő rendszerint zsaluzattal szabályozható ellenállású nyíláso-kon és a kapukon át jut be a csarnokba. A kiömlőnyílásokatrendszerint felülvilágítós, monitoros kialakításban képezik ki .Ilyen módon többhajós csarnokok gravitációs szellőzése is megold-ható . Az egyes hajók közötti megfelelő levegőáram-eloszlás a be-és kiömlőnyílások áramlástani jellemzőinek alkalmas megválasz-tásával érhető el (4.4 . ábra) .

A méretezés alapelvét illetően a korábban mondottakat csak annyi-ban kell kiegészíteni, hogy jelen esetben nem a belső hőmérséklet,hanem a forrás erőssége (a belső hőterhelés) adott. A számítás tehátiterációs lesz : a korábban rögzített feltételek mellett teljesülniekell annak a feltételnek is, hogy a felhajtóer őt biztosító hőmérsék-

255

256

4.3.

ábra

.

A nyomáskülönbség változása különböz

ő

áramlási ellenállású

nyilasok

esetében

Q

b

A számítás gondolatmenete a kővetkező:

:n~:~

4.4. ábra. A nyomáskülönbség változása és a levegő mozgása ahőmérséklet-különbség hatásáraa) egyhajós csarnok; b) több hajós csarnok

let-különbség megegyezik a légtömegáram ama hőmérséklet-növe-kedésével, amelyet a belső hőterhelés okoz.

Becslés alapján felvesznek egy szellőző légtömegáramot.Abelsőhőterhelésből (a fonás erősségéből) kiszámítják a távozó le-vegő hőmérsékletét .A hőmérséklet-különbségb ől kiszámítják a sűrűségkülönbséget, agravitációs felhajtóerőt.Az alsó és a felső belépő-, illetve kilépőnyílások keresztmetszeté-nek és átfolyási tényezőinek ismeretében megállapítják, hogy arendelkezésre álló nyomásból melyikre mekkora hányad jut.A légmennyiség az utóbbi adatból számítható, és a becsült értékkelösszehasonlítható . Ha a két érték nem esik egybe, a kiinduló értékmódosításával a számítást meg kell ismételni.

IMINIINIMINIBMniaiBIBIramrloin

258

MMMM

4.5. ábra. A nyomáskiilönbség változása nyitott lépcsőházas több szintesépúletek esetében

A sűrűségkülönbségből származó nyomás számítása több szintes,cellás épületeknél is a korábban megismert módon történik. Bár-melyik szinten kiragadva egy helyiséget, a nyomáseloszlás vonalaannak padlószintje (az előzőekben a felszín) és mennyezeti szintje(a h magasságban elképzelt sík, jelen esetben h a szintmagasság)között meghatározható . A semleges zóna helyét a nyílászárók rés-hossza és légáteresztése alapján lehet megállapítani . Ezt a 4.5 .ábra szemlélteti, az ábrán feltüntetett sematikus elrendezés egynyitott lépcsőházas, függőfolyosós épület metszeteként fogható fel .

Valamelyest összetettebb kép alakul ki, ha egy épületen belülkülönböz ő magasságú helyiségek kerülnek egymás mellé . Ez min-dennapos jelenség : a több szintes, fogatolt lakóépületekben egy-aránt előfordulnak szintmagasságú helyiségek (a lakások, a víz-szintes közlekedés terei) és épületmagasságú terek (a lépcsőház,a liftakna : a vertikális közlekedés terei) . A számítás első lépése ittis abból áll, hogy a szintmagasságú helyiségekre és az épületmagas-ságú terekre is külön-külön, mint önálló �dobozokra" meghatá-rozzák a nyomáseloszlásokat (4.6 . ábra) . Az egész épület, mint

A gravitációsnyomáseloszlástöbb szintesépöleteknél

épületek esetében4.6. ábra . A nyomáskülönbség változása zárt lépcsőházas több szintes

a) az egy-szint magasságú helyiségek és a kiilső tér között ; b) az épúlet magasságúhelyiségek és a kfilső tér között

összefüggő aerodinamikai rendszer megítéléséhez azonban figye-lembe kell venni azt is, hogy a szintmagasságú és az épületmagassá-gú terek között az egyes szerkezetek légáteresztő elemei (pl. a lakás-bejárati ajtók rései) összeköttetést teremtenek . Miután a szint-magasságú és az épületmagasságú terekben különböző nyomás-eloszlás uralkodik, a nyomáskülönbség hatására köztük levegő-áramlás alakul ki . Ennek iránya és mértéke az azonos geodetikusmagasságban levő síkokban érvényes nyomáskülönbségek algeb-rai összegezéséből állapítható meg. Így pl. az x magasságban levősíkban a szintmagasságú helyiség és a külső tér között nincs nyo-máskülönbség, az épületmagasságú tér és a külső tér közötti nyo-máskülönbség dpxé. Ha az épületmagasságú tér nyomása dp.éértékkel kisebb, mint a külső térbeli, akkor a szintmagasságú tér-ből dp,ré nyomáskülönbséghez tartozó légtömegáram halad át azépületmagasságú térbe (4.6. ábra) . Hasonlóan lehet eljárni az ymagasságban levő síknál is : a szintmagasságú térben a nyomásdpy,Z értékkel nagyobb, az épületmagasságú térben dpyé értékkelkisebb, mint a külső térben;a kettő közötti nyomáskülönbség

LÍ

4.7. ábra. Alevegő mozgása a hőmérséklet-különbség hatására több szintes,zárt lépcsőházas épületekben, ha az épületben csak ablakszellózés van

dp,z + dp,,é (4.6. ábra). A szerkesztést valamennyi szintre elvé-gezve a 4.7. ábra szerinti áramképet kapjuk : a levegő az alsó szin-tek helyiségeiből a lépcsőházba, aléptsóházból a felső szintek helyi-ségeibe áramlik.

Ez az áramkép igen kedvezőtlen . A semleges zóna alatti lakásokbakülső levegő jut, de nem egyenletes mértékben. A legalsó szinteklakásaiba jutó levegő mennyisége rendszerint jóval meghaladja aszellőztetéshez szükséges értéket és jelentős filtrációs hőszükségle-tet eredményez. Ugyanakkor a semleges zóna feletti lakásokbacsak szennyezett levegő jut.

A szellőzés szempontjából a helyzet javítható, ha a korábban szint-magasságú tereket szellőzőkürtők révén �megmagasítják" . Egyszellőzőkürtővel �megmagasított" lakás nyomáseloszlási görbéjé-ből hasonló nagyságú metszkkek adódnak, mint a lépcsőház nyo-máseloszlási görbéjéből (4.8 . ábra). Így megakadályozható, hogya lakásokból a levegő a lépcsőházba jusson, ami a lakások szellőz-tetése szempontjából előnyös, de a jelentős és nem is egyenletesfiltrációs hőszükséglet továbbra is megmarad .

260

A szél hatásárakialakuló

nyomáskülönbség

M.pr IFxl' x" . 11110.vw~s ll I

~IMI,lI~~ ,,~s

i\m'O~O~ IWallm

4.8. ábra . A levegő mozgása a hőmérséklet-különbség következtében többszintes zárt lépcsőházas, kürtős szellőzésű épületek esetében

A szél hatására kialakuló nyomáskülönbség arra vezethető vissza,hogy az épületbe, mint �akadályba" ütköző légáram sebességemegváltozik és a sebességgel együtt az áramló levegő dinamikusnyomása is módosul . Ennek megfelelően a szél hatására kialakultnyomáskülönbséget a w sebességgel áramló, p sűrűségű levegő

dinamikus nyomásából származtatják . A sebesség ez esetben azépülettő l elegendő távol, még zavartalan térben mért érték . Azészlelési - vonatkoztatási magasság 20 m. A magasság függvé-nyében a sebességeloszlás hatványfüggvény szerint alakul, a talaj-közeli rétegek fékeződését a talaj �érdessége" (beépítése, növény-zete) befolyásolja . Középmagas és magas épületek esetében a se-besség változása az épület magassági irányában már számottevő .

261

A szél hatására az épület külső felületén kialakuló nyomást a dina-mikus vagy torlónyomásból származtatják, olymódon, hogy aztaz épület formájának, fekvésének, valamint a vizsgált pont, illetvesík helyzetének függvényében ún. aerodinamikai együtthatóval (k)szorozzák meg. Az aerodinamikai együttható előjele pozitív vagynegatív, aszerint, hogy a szél felőli (nyomott), vagy a szél alatti(szívott) oldalra vonatkozik-e .Megjegyzés:Az aerodinamikai együtthatók ismertetése előtt hang-súlyozandó, hogy egyes szabályzatok és kézi számítási módszerekadnak meg olyan, a dinamikus nyomáshoz tartozó szorzótényező-ket, amelyek nem aerodinamikai együtthatók : nem a körvonalonkialakuló túlnyomás, hanem a helyiség és a k6myezet közöttinyomáskülönbség és az ennek következtében az adott e1lenállás-törvényű nyílászárókon át bejutó légtömegáram számítására szol-gálnak. E szorzótényezők - egyéb utalás hiányában is - felismer-hetők arról, hogy a határolószerkezetek száma, a nyílászárók száma,vagy az épület fekvése és a helyiség külső és belső nyílászárói 16g-átbocsátásának aránya, mint paraméterek függvényében vannakmegadva. E tényezők a most ismertetendő eljárásban nem alkal-mazhatók .Az aerodinamikai együtthatók általános érvényű összefüggésselcsak a legegyszerűbb geometriai formájú épületekre számíthatók.

Parallelepipedon alakú épületek homlokzataira szabad fekvés ésmerőleges megfúvás esetén k = 0,6-0,8 vehető számításba azépület előtti felszín �érdességének" és az épület méreteinek függvé-nyében. A lapostetőre vonatkozó aerodinamikai tényezők Retternyomán [14] a 4.9 . ábra alapján számíthatók, ahol

feltétel teljesül,

262

HS

dimenzió nélküli viszonyszám, amelybenH a magasság,S a szélesség,1 a homlokoldaltól mért távolság .

A hosszoldallal párhuzamos szél esetén a homlokzat ama részeire,amelyre a

Y0,5 <H < 3

Tájékoztatóadatok

k = -0,3Hy

egyéb részeire pedig k = -0,1 érték vehető figyelembe . Az össze-függésben H az épület magassága, y a végfaltól mért távolság .A szélárnyékos oldalra javasolt érték : k = -0,2 - - 0,3.Hogy ezek az értékek csak közelítő jellegűek, azt az egyes konkrétépületekre elvégzett modellkísérletek eredményei is mutatják.A 4.10. ábrán GERTIS kísérletei [10] alapján közölt eredményekmutatják az épület vízszintes méreteinek és 61arányának hatását:annak következtében, hogy az áramló levegő nemcsak függőleges,hanem vízszintes síkban is megkerüli az épületet, egy homlokzatkülönböző pontjain különböző torlónyomás6rt6kek alakulnak ki,amelyek különböző aerodinamikai együtthatókkal származtatha-tók.

Ha a megfúvás nem merőleges irányú, akkor a függőleges falakraaz aerodinamikai tényező a

k = kl sin2a + k2 cos2a

(4.2)

összefüggéssel számítható, ahol a a szélirány és a fal síkja általbezárt szög .A ferde megfúvás esetén a lapos tetőn kialakuló nyomáseloszlásta 4.9 . ábra mutatja be . (Ugyanott egy általános jellegű ábra mutatja,hogy a k < 0,8 és a k > 0,8 aerodinamikai tényezők mezője alap-rajzilag hogyan helyezkedik el, aminek ismerete a szellőzőkürtökhelyének megválasztása szempontjából érdekes.)A nyeregtetős épületek homlokoldalára szabadon álló elrendezésesetén k - 0,6 - 0,8 vehető figyelembe . Az egyéb síkokra vonat-kozó átlagos aerodinamikai tényezőket, valamint a tető kitüntetettpontjaira vonatkozó aerodinamikai tényezőt a geometriai viszo-nyok függvényében a 4.11. ábra mutatja be [14] .A párhuzamosan elhelyezett épületek merőleges megfúvása eseténaz épületek egy része védett fekvésű, így az aerodinamikai tényezőkmódosulnak.Az

x~,IHS

kritériumot ez esetben a 4.12. ábra jelölései szerint értelmezik.Az aerodinamikai tényezők alapértéke a két épület közötti �j"-ediktérre egyszerű összefüggéssel és táblázatosan megadott segédérté-kekkel számítható ki [14] .

263

K-12

-1.0

-0 .8

-0 .6-0 .4

-0 .2

0.00

264

0.5

1.0

1.5

2.0

2,5

31X -_

NYOMASVISZONYOKA MEGFOJT HOMLOKZATON

H S

-0 .25

-0.21

-0 .27

-0 .40

-0 .46

-0 .42

-0.44

SZtLIRANY:

-0.25 -0.29

-0.25 -0.23

-o.zo---

'-0,20

-0.30-'-0 .30

-Ob0

~-0.40-0.50

-0.50-0.60

-0.60-0.70

-0.70

SZI` L IRANY:

-0.23

-0.26

NYOMÁSVISZONYOK A TETON KÚLONBOZÖ SZtLIRANYOK ESETtN

4.9. ábra . Téglatest alakú épület körüli nyomásviszonyok

265

-0 .75 -0 .80

0,75 -0.71

-0.75

-0 .71

-075

-0.71

-0.80

-0 .7 1

-0 .75

-0 .75

SZLIRANY:

-0 .1 -0 .1 -0 .2 -0 .3 -0 .4 -0.5 -0.6 -0.65 -0.67

1-0.70 -0 .61

-0.65 -0.63

-0 .65 -0 .63

-0.70 -0 .61

-0 .1 -0.1 -02 -0.3 -0 .4 -0.5 -0.6 -0 .65 -0 .67

266

sALEsSIG / xÁoOZAMx

1:PÜLETHOSSZ VALTOZATOK

4.10. ábra . Különböző élarányú, téglatest alakú épületek körüli áramlás képe

Általános érvénnyel használható adatok, illetve összefüggések csaka felsorolt egyszerű esetekre ismeretesek. Különleges formájú épü-letekre vonatkozó adatokat az irodalomban csak egyes esetekrelehet találni, ezek részben konform leképezésből, részben kis-minta kísérletekből származnak .

A nem hasáb alakú épületek homlokzatain kialakuló nyomásel-oszlást, a szomszédos épületek kölcsönhatását példázzák a 4.13.-4.15. ábrák, amelyek jól érzékeltetik, hogy az épületcsoportokközötti terekben, az egyes épületek részben szélárnyékban levő�védett" homlokzatain kialakuló nyomások megbízhatóan csakkismintakísérletek alapján állapíthatók meg.

A sűrűségkülönbségből származó nyomáskülönbség egy adottmagasságú szinten az épület körvonala mentén állandó (eltekintveattól az egyébként sem reális kivételtől, hogy a különböző homlok-zatokra néző helyiségek ho"mérséklete különböző). A szél hatásárakialakuló nyomás viszont az épület körvonala mentén változik .Még az olyan legegyszerűbb esetben is - amikor a szél az egyikhomlokzatot merőlegesen éri és csak az aerodinamikai tényezőkközelítő értékei ismertek - megkülönböztetendő a szél felőli, aszélárnyékban levő és a végfal menti homlokzat. Pontosabb adatok

267

0 .1

4.11. ábra. Nyeregtetős épületek körüli nyomásviszonyok

268

0.2 0.3

ismeretében, vagy nemmerőleges megfúvás esetében még egy hom-lokzat mentén is változó értékekkel kell számolni .

A szél hatására kialakuló nyomáskülönbség felhasználható csar-nokok szellőztetésére . A belépőnyílás előtt (4.16. ábra) a szél felőlioldalon túlnyomás alakul ki . A szélvédett oldalon alul kiképzettnyílásnál a nyomáskülönbség nagysága, iránya attól függ, hogy aszél miatt kialakuló szívóhatás, vagy a hőmérséklet-különbségmiatt kialakuló gravitációs felhajtóer ő közül melyik érvényesülerősebben . A levegő a szélvédett oldalon, a szívott térrel határosfelület felső részében kialakított nyíláson át távozik.A méretezés menete hasonló a gravitációs szellőztetés számításá-nak gondolatmenetéhez, azzal az eltéréssel, hogy a számított gravi-tációs felhajtóerőhöz a szél hatására kialakuló nyomáskülönbségis hozzáadandó.A természetes szellőzés hatása természetesen a külső hőmérséklet,a szél iránya, a szél sebessége függvényében változó. A viszonylag

A csarnokokszellőztetése

A torlónyomás ésa gravitációs

nyomásösszegezése

4.12. ábra. Betűjelek értelmezése párhuzamos épületsorok aerodinamikaitényezőinek számításához

egyenletes működés csak akkor érhető el, ha a szellőzőnyílásokraautomatizált, távműködtetésű zsalurendszert szerelnek és azoküzemeltetési feltételeit is biztosítják .

Könnyen belátható, hogy a sűrűségkülönbségből származó gravi-tációs felhajtóerő elsősorban az épület függőleges irányú, a szélokozta nyomáskülönbség elsősorban az épület vízszintes irányúátöblítését eredményezi .

269

270

4 A

?A__~~ . ..?A~

4.13. ábra. Kűlönbázö körrajzú épületek körüli áramlás képe

l:~,, .

- 3.5 ~A

':.1?,~,':.'9

271

272

-

6kosoldalon kialakuló örvények 6s azok lehets6g' s

4.14 . ábra . A szélárny

hatásai

4.15 . ábra. Épületek köz6tti terekben várhat6 áramlási jelenségek

18

273

274

MO

:k:St 7

4.16. ábra. A hőmérséklet-különbség és a szél hatására kialakuló nyomás-különbség változása csarnokjellegű épületek esetében

Ha a két hatás együtt lép fel, az eredő nyomás algebrai összegezés-sel határozhatómeg (4.17. ábra) . Az,hogy melyik hatás érvényesülelsősorban, az részben a nyomáskülönbségektől függ, részben pedigattól, hogy az épületen belül a vízszintes irányú, illetve a függőlegesirányú áramlás útjába mennyi és milyen áramlási ellenállás (belsőnyílászáró) kerül.

Részben azért, mert a�természeti" hatások okozta filtrációs levegő-forgalom a pillanatnyi meteorológiai jellemzők függvénye, részbenpedig azért, mert az épületek vízszintes irányú méreteinek, mélyse-gének növelése következtében egyre több olyan helyiség került azépület homlokzataitól távoli belső �magba", amelyek megbízhatószellőztetésére higiéniai és biztonsági okokból az egész évben, és apillanatnyi feltételektől függetlenül is szükség van, egyre inkábbelterjednek a gépi elszívással üzemelő kiegészítő szellőztető rend-szerek . Ezek mííködése helyes méretezés és beszabályozás eseténvalamennyi szinten egy állandó és azonos nyomáshiányt, depresz-sziót hoz létre az épületben, amelynek értéke a korábbiakhozhasonlóan a felhajtóerő és a szél okozta nyomáskülönbségekkelalgebrailag összegezhető (4.18. ábra).

A gépi elszívás okozta depresszió hatására a semleges zóna maga-sabbra kerül, �felcsúszik", sőt az épület magasságán belül esetlegki sem alakul. Ez belátható a korábban mondottak alapján is : haa �doboz" felső részén levő nyílás áramlási ellenállása kisebb, mintaz alsó nyílásé, akkor a semleges zóna ehhez kerül közelebb (4.3 .ábra) . A gépi elszívás pedig egy olyan �nyílás", amelynek ellenál-lása nemhogy kicsiny, de még egy �potenciálgenerátor", egy nyo-máskülönbséget okozó ventillátor is bele van építve .

A kiegészit8elszívó szeUSzkshatása

a) nyitott iépcsőház

b) zirt lépcs6hAz

ilia:SEEMIS IiminiloiW.Mimimi .Mimimi IlMimi.

3

t

Q

1101101 1

lia imi

~imini~imini~iminiiminiluiIniniInini

4.17. ábra. A hőmérséklet-különbség és a szél hatására kialakuló nyomás-különbség változása több szintes épületek esetében

275

4.13 A 1égt5megáram

276

4.18 . ábra. A hőmérséklet-kűlünbség, a szél és az elszívó szellőzés hatásárakialakuló nyomáskülönbség változása

Az elmondottakból következik, hogy a filtrációs levegőforgalomnem egy szerkezet vagy egy helyiség jellemzőinek függvénye : alevegőforgalom alakulásában valamennyi nyílászáró, szellőzőkürtőés helyiség, továbbá ezek valamennyi lehetséges kapcsolata, nem-különben az épület méretei, szintszáma, körrajza is szerepet játszik .

Afiltrációs levegőforgalom számításának alapvető nehézsége éppenabban áll, hogy az épület maga egy összetett aerodinamikai objek-tum, amely - méghozzá nagyszámban - bonyolult, többszörösenhurkolt áramköröket tartalmaz . A valamennyi ablak, külső és belsőajtó, szellőzőkürtő és gépi szellőzőberendezés hatását és kblcs6n-hatását figyelembe vevő méretezés elvégzése csak digitális vagyanalóg számítógép segítségével lehetséges . A méretezést a fűtésiidényben előforduló különböz ő jellemző meteorológiai állapotokraelvégezve a filtrációs levegőforgalom és ezzel a szellőzési hőigényváltozása is meghatározható .

A filtrációslevegőforgalomszámítása

Az elmondottak természetesen nem azt jelentik, hogy mindenegyes épület filtrációs hőszükségletét számítógéppel kell meghatá-rozni. Aszámítógépes eljárás azonban célszerűen használható nagykiterjedésű és nagy értékű létesítmények tervezésekor,nagyszámbanmegvalósításra kerülő típusterveknél . A számítási eredmények fel-dolgozása alapján pedig a közelitő méretezési módszerek ponto-sabbá, differenciáltabbá tehetők.

A feladat megoldására elvileg bármely olyan eljárás alkalmas,amely több dimenziós potenciáleloszlós számítására szolgál nemlineáris vezetési törvények mellett . Gyakorlatilag a feladat méreteés a számítás időigénye okozhat problémát.A feladat megoldására leginkább megfeleld számítógépes eljárásszintén alkalmas valamennyi áramkör, tehát valamennyi külső ésbelső nyílászáró, szellőzőkürtő és a gépi elszívás hatásának és köl-csönhatásának figyelembevételével a levegőforgalom és a filtrációshőszükséglet helyiségenkénti meghatározására .Az eljárás a folyamhálózatok módszerén alapul . A �hálózat"ebben az esetben egy az épület és a külső környezet, továbbá azépületen belüli helyiségek topológiai - szomszédsági - kapcsola-tait reprezentáló gráf. Ebben a csúcsoknak az egyes helyiségek,továbbá a külső környezet egyes diszkrét pontjai felelnek meg.Az élek megfelelői az ablakok, az ajtók és a szellőzőkürtők. Azábrázolás így szemléletes és a tervrajzokkal is könnyen megfelel-tethető (4.19. ábra) .A gráfból hálózat képezhető , ha annak minden �i" csúcsához egyvagy több z;` és minden (i, j) éléhez egy vagy több w;,k mennyiségetrendelnek . E számok tartalma a feladat jellegétől függően sokfélelehet. A vizsgált esetben :a csúcsokhoz rendelt mennyiségek

a nyomás(potenciál),az intenzitás,

az élekhez rendelt mennyiségek pediga légtömegáram (folyam),a vezetési (vagy ellenállási) törvények .

A nyomás értékét célszerűen az atmoszférikushoz viszonyított túl-nyomásként adják meg. A külső környezet egyes diszkrét pontjaitreprezentáló csúcsokban a nyomás értéke rögzített. A helyiségeketreprezentáló csúcsokban a nyomás számítható .Az intenzitás arra ad felvilágosítást, hogy a vizsgált csúcs forrás,nyelő vagy semleges-e . A környezetet reprezentáló csúcsok általá-

277

4.19. ábra . Az épület térkapcsolatait meghatározó gráf

ban források vagy nyelők, ahol az intenzitás nincs rögzítve és nincs. korlátozva . A helyiségeket reprezentáló csúcsokra az intenzitásrögzített és értéke zérus. A csúcs semleges ; a helyiségekből akkoralégtömegáram távozik, amekkora oda belép.Az egyes éleken a légtömegáram a nyomáskülönbség és a vezetési(vagy ellenállási) törvény ismeretében számítható . Az ellenállás-törvénnyel kapcsolatos egyetlen kikötés, hogy szigorúan monotonnövekvő legyen, egyébként minden élen tetszőleges és különbözőlehet. Az ellenállástörvény egy élre általános formában :

aholP a potenciál (nyomás),R az ellenállásfüggvény,fa folyam (légtömegáram) .

278

Pi - Pi = Ri,1(fi ,i , P=, Pi), (4 .3)

A hálózatra nézve teljesülnie kell Kirchhoff első (ún. csomóponti)és második (ún. hurok) törvényének.

Az alaprajz ésaz épitészeti

adottságok szerepe

Ahálózatban azfi,j folyam létezik, ha valamennyi csúcsra az érkezőés a távozó folyamok különbsége az intenzitással megegyezik :

Matematikai szempontból a feladat egy optimális folyam meghatá-rozása, amely valamilyen, a folyamon értelmezett célfüggvénytminimalizál. Ha az egyes élekhez a szállitási feladatokból ismertdi,j(f,j) ún . költségfüggvényeket rendelik, a feladat ama fi,ifolyam meghatározása, amely a korábbi feltételeket kielégíti és aEci, j(fi ,j) célfunkcionált minimalizálja. Az optimális folyam léte-zésének szükséges és elégséges feltétele mindenütt differenciálhatóci , j függvényekre

Bevezetve a

jelölést :

f,! - 1_f,; = di .

(4.4)i

i

pi - pi

cí,i(Íi,i)

.f,i <- 0

Pi -pj = ci,j(f,j)

fij>0

c;,j(i,j) = Ri,j(f.j)

Eci,jŰj,j) = Zf Ri i(f, j) ,

(4.5)

ami azt jelenti, hogy az adott fizikai feladatnál a �költségfüggvény"az áramló levegő által az ellenállások legyőzésére fordított ún.disszipációs munka. A célfüggvény a disszipációs munkát adja megaz egész hálózatra, annak minimuma az egyensúlyi állapotnak felelmeg.

A számítás algoritmizálására nem lineáris ellenállástörvények ese-tén a szállítási feladatok elméletéből ismeretesek jól használható,gyors eljárások.

A filtrációs hőigény függvénye az épület alaprajzi kialakításának,az építészeti megoldásoknak és a szintek számának . Szerepe vi-szonylagosan annál jelentősebb, minél kisebb az épület transzmisz-sziós hővesztesége, vagyis minél jobb a határolószerkezetek hőszi-getelése . Rosszul szigetelt vagy sok lehűlő felülettel rendelkezőhelyiségek alaphőveszteségének a filtrációs hőszükséglet csak ki-sebb hányadát teszi ki, ezért - noha abszolút értékben jelentőshőáramrál van is szó - a filtrációs hősziikséglet változása miattiméretezési, szabályozási és beszabályozási problémák kisebbek. Jáhőszigetelésű épületeknél viszont a filtrációs hősziikséglet az alap-hőveszteséghez viszonyítva jelentős, ezért a változása miatti mére-tezési, szabályozási kérdések is fontosabbak. A szokványos közép-magas lakóépületeknél - szélcsendben - számos helyiség filtrá-ciós hőszükséglete eléri az alaphőveszteség 80-100%-át ! A lakó-

279

nSZINTEK SZÁMA

280

00 100 200 300 400 500 600 700 800

SZOKVÁNYOS ABLAK'

JAVÍTOTT ABLAK .. . . . . . . . . . . .

Q, [W]

0 50 100 150 200 250 300 350 400SZOKVÁNYOS ABLAK'

JAVÍTOTT ABLAK: .. . . . . . . . . . .

Qr 1Wl

4.20. ábra.A filtrációshőszükségletváltozása

4.21. ábra.A filtrációshőszükségletváltozása

szobákra nagy általánosságban a filtrációs hőszűkséglet az alaphő-veszteségnek kb. 50%-a. Ehhez viszonyítva természetesen igennagy szórás mutatkozik, mind az épületfajták, mind a szintek sze-rint. A kisebb szintszámú épületeknél valamennyi emeleten a külsőlevegő áramlik be a lakásokba. Ez a jelenség összefügg a konyhák,WC-k, fürdőszobák elszívó szellőztetésével is (4.20. ábra) . Nagyobbszintszámok esetén a gravitációs felhajtóerő az elszívó szellőztetés-hez viszonyítva olyan jelentőssé válik, hogy a felsőbb szint laká-saiba a lépcsőházból áramlik be a levegő . Ezt a változást a mellé-kelt (4.21.- 4.22. ábrákon) bemutatott, te = -15 °C külső hő-mérséklethez, szélcsendhez tartozó görbék összevetésével lehet meg-állapítani . A négy lakószintes épületnél csak beáramlás van ; a tízlakószintes épületeknél már előfordul, hogy a nyolcadik-kilencedikszinttől kezdve a lépcsőházból jut be levegő a lakásokba, a tizen-hat lakószintes épületnél pedig a semleges zóna �szabályszerű"kialakulása figyelhető meg.

Az elszívó szellőztetésen kívül a nyílászárók minősége is jelentősenbefolyásolja a semleges zóna kialakulását . Jobb nyílászárók alkal-mazása következtében a semleges zóna feljebb kerül, illetve nem

150 200 250 300JAVITOTT ABLAK : . .. . . . . . . . . . .

4.22. ábra . A filtrációs hőszűkséglet változása

281

alakul ki : a gravitáció hatására keletkező levegőforgalom kisebb,de az elszívott légmennyiség értéke rögzített (4.23. ábra) .

Jelentős mértékben függ az áramkép az egy szinten levő lakásokszámától is . Valamennyi lakáshoz tartozik ugyanis konyha, fürdő,WC, tehát ha sok egy-másfél szobás lakás van egy szinten, az elszí-vott légmennyiség nagy és ehhez viszonyítva a gravitációs felhajtó-erő szerepe viszonylagosan csökken (4.24. ábra) .

Aszél hatása részben az épület keresztirányú átszellőztetésében nyil-vánul meg, részben pedig abban, hogy a természetes szellőzés,vagy a kis emelőmagasságú ventillátorokkal üzemelő elszívó szel-lőzés esetén a kürtőkön át távozó légáram is megnő . A szél hatásaviszonylag annál inkább érvényesül, minél alacsonyabb az épűlet ésminél kisebb menetszámú : első esetben azért, mert a csekélyebbgravitációs felhajtóerő mellett az egyéb hatások erősebben érvénye-sülnek, második esetben pedig azért, mert a homlokzattól homlok-zatig tartó lehetséges áramlási utakat alkotó ellenállások eredőjekisebb. A szél hatásának viszonylagos volta leginkább úgy jelle-mezhető , hogy ha például egyébként azonos feltételek mellett meg-vizsgálják egy tízszintes épület tizedik és egy tizenhatszintes épűlet

nSZINTEN SZÁMA,

4.23. ábra. A filtrációs hőszűkséglet változása

282

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550SZOKVÁNYOS ABLAK

JAVÎTOTT ABLAK .. . . . . . . . . . . .

Qr (N/l

A szét hatäsánakérréayesMse

nSZINTEK SZÁMA

11

10

9

8

7

6

4

2

00 50 100 150 200 250 300 350 400 450

SZOKVÁNYOS ABLAK

JAVÎTOTT ABLAK . " . """"" "

4.24 . ábra. A filtrációs hősziikséglet változása

500 550,Q, (W]

tizedik szintjén levő lakások szél hatására bekövetkezett filtrációshőszükséglet-növekményét : az összehasonlítás azt mutatja, hogyaz első többszöröse a másodiknak . A beépítés, a helyi terep- ésklimaviszonyok figyelembevételével azonban e tendencia is csakbizonyos korlátok között igaz : a szél szebességének a magasságfüggvényében való növekedése ugyanis fokozott nyomáskülönbsé-get eredményez a magasházak felső szintjeinél. Ez egyúttal azzal isár, hogy az egyes szinteken a maximális filtrációs hőszükségletkülönbözőkülsőhőmérséklet - szélsebesség értékpárok mellett lépfel, ami részben megnehezíti a méretezést, részben instabil fűtési ésszellőzési üzemet okoz : az alsó szintek maximális filtrációs hőszük-seglete a méretezési külső hőmérséklet mellett várható, míg a kö-zépsőké átlagos külső hőmérséklet és erős szél, a legfelsőké pedig azátlagosnál magasabb külső hőmérséklet és erős szél mellett. A fű-tési és szellőzési üzemnek ez az instabil jellege adott épületnél annálinkább érvényesül, minél rosszabb a nyílászáró szerkezetek minő-sége .A szél hatása következtében annál nagyobb mértékben változik afiltrációs hőszükséglet, minél kisebb az épület �mélysége" -

283

5ZINTEN 5ZAMA

10T ---

9

8

6

5

4

3

2

284

0 .

1

1

1

1

0

0.5 1 .0 115 20 25 3.0W=0 m/5 . t, = -15°C . . . . . . . .. . . .

W=10 m/s. t e = -15°C

QSzett/daIap

4.25 . ábra. A szél hatása a filtrációs hőszükségletre (betűjelek és para-méterek az ábrákban)

menetszáma - és minél tagoltabb az alaprajz körrajza. Össze-hasonlítva néhány épületet, megállapítható, hogy a szél hatásáralegérzékenyebben a kis menetszámú (ún. sovány), legkevésbé érzé-kenyen a nagy menetszámú (ún. kövér) lakóház reagál (4.25-4.28. ábrák) . Azonos feltételek mellett az előbbi filtrációs hőszuk-séglete több, mint háromszor akkora változást szenved a szél hatá-sára, mint az utóbbié. Kedvezőtlennek mutatkozik az olyan alap-rajzi megoldás, amelynél az egyes szinteken a lépcsőház hosszabbfolyosórendszerhez kapcsolódik és ennek több, különböző homlok-zati, szabadba nyíló ablaka van.Atagolt körrajz egyes kedvezőtlenfekvésű helyiségek filtrációs hőszükségletének szélérzékenységétszintén jelentősen megnöveli, amint arra a tagolt körrajzú (ún.füles) lakóházaknál láthatók példák .

A szélérzékenység természetesen függ a szintek számától, a szélsebességprofiljától és az alsóbb szintek védettségétől is (4.29.ábra).

4.26. ábra .A szél hatása a

filtrációshőszűkségletre(betűjelek és

paraméterek azábrákban)

4.27. ábra .A szél hatása a

filtrációshőszükségletre(betűjelek és

paraméterek azábrákban)

nSZINTEK szAMA

10

9

00 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

W=0 m/s. te=_15 1C .. . . . .. .. . . .

W=10 m/s, te= -15 1C

n

0

3,1

0.2

0,3W=0 m/s, t e = -15°C ^ . . . . . . .* . . .

W=10 m/s. t . = -15°C as- II / 0 ~i .P

285

nSZINTEK SZAMA

10

9

8

7

6

5

4

3

2

286

t

t

0 1 Î0 0.2 0.4 0.6 02 1.0 1,2 1.4 t6

W=0 m/s . t, = -15°C . . . . . . . . . . . .

W=10 m/s, t,= -151C

Q-ft,Qalav

4.28 . ábra. A szél hatása a filtrációs hószükségletre (betűjelek és para-méterek az ábrákban)

A nyílászárók minőségének javítása a szélérzékenységet számot-tevően csökkenti . Ez nemcsak azért jelentős, mert a hőszükségletszeles időben kisebb, hanem azért is, mert a szél és a külső hőmér-séklet csak igen gyengén korreláltak, így a filtrációs hőszükséglet-nek a szél okozta véletlenszerű változásaival kapcsolatos szabályo-zási nehézség, illetve a tökéletlen szabályozás miatti túlfűtéscsökken .

A nyílászárók minőségének javításával elérhető hatás nagymérték-ben attól függ, hogy milyen épületen alkalmazzák őket . Javítottminőségű nyílászárók alkalmazásakor, pl . egy lakóépület ablakai-nál a légáteresztést az eredeti érték felére csökkentve a szobákfiltrációs hőszükségletében elérhető megtakarítás 17 és 20% közöttváltozik. (4.24.-4.28 . ábra) . (Szélcsend feltételezésével, a szél ha-tását is figyelembe véve a megtakarítás nagyobb) . A megtakarításmértéke függ attól, hogy - a korábban tárgyalt tényezők következ-tében - kialakul-e semleges zóna vagy sem, és ha igen, akkor hol .A semleges zóna körüli helyiségeknél ugyanis a nyílászárók javí-tása nem hatékony. Ez természetesen nem aztjelenti, hogy ilyenkor

A nyílászárókminőségénekhatása a filtrációslevegőforgalomra

4.29. ábra. A beépítés (�terepérdesség") hatása a szélsebesség magasságszerinti változására

287

javított minőségű nyílászáróra nincs szükség, hiszen asemleges zónakialakulása és helye a fűtési idényben állandóan változik. A szélhatásának mérséklése és a szabályozási nehézségek csökkentésepedig már önmagában véve elegendő indok a nyílászárók minő-ségének javítására.

A homlokzati nyílászárók légáteresztésének csökkentéséhez képesta filtrációs hőigény csökkenése kisebb . Ennek oka az, hogy egyhomlokzati nyílászáró csak egyetlen eleme annak az útnak, amelyrajta kívül több belső nyílászárót, szellőzőkürtőt is tartalmaz.E sorbakapcsolt ellenállások láncolatának eredő ellenállása nyil-vánvalóan csak kisebb mértékben változik egy elem ellenállásánakmegváltozása következtében.

A nyílászárók légáteresztésének csökkentésével elérhető hatástkorlátozza a konyhák, fürdők, WC-k elszívó szellőztetése is . Nyil-vánvaló ugyanis, hogy ha az elszívott légmennyiség adott - elvilega nyílászárók légáteresztésének minden határon túl való csökken-tése mellett is - legalább az elszívott légmennyiségnek valahol bekell jutnia a lakásba. Az elérhető megtakarítás tehát kisebb ott,ahol egy szinten sok kis, egy-, másfél szobás lakás van.

Ha csak az épület lépcsőházi bejárati ajtajának légáteresztésétcsökkentik felére, már akkor is észrevehető eredményt lehet elérninemcsak a lépcsőház, hanem az egyes lakószobák filtrációs hő-szükségletében is : csökken az egész épület filtrációs levegőforgalmaés a lépcsőházból a lakásokba jutó levegő mennyisége . E hatástmérsékli az, ha a lépcsőháznak a lakószinteken is vannak szabadbanyíló nyílászárói, csökkentik továbbá a liftgépházak) tetőre nyílókijáratai és a szemétledobó . Szokványos középmagas lakóépúlete-ken a lépcsőházi bejárati ajtó javításával az egész épület filtrációshőszükségletében 5-14%-os megtakarítás érhető el .

A gravitációs felhajtóerő és az elszívó szellőztetés együttes hatásaszabja meg elsősorban azt, hogy a különböző szinteken fekvő azo-nos helyiségek méretezésénél, fűtőtestkiosztásánál és szabályozá-sánál milyen nehézségeket kell leküzdeni : minél nagyobb a filtrá-ciós hőszükséglet szintek szerinti változása, annál bonyolultabb afelsorolt kérdések megoldása.

A szintek számával nemcsak a gravitációs felhajtóerő nő, hanema hőszükségletnek a szintek szerinti �változékonysága" is, és minélnagyobb a szintszám, annál fontosabb a javított minőségű nyílás-zárók alkalmazása, de egy bizonyos határon túl annál kevésbélehet ezt a �változékonyságot" javított minőségű nyílászárókkalmérsékelni . Ugyanígy a szélre �érzékeny" (magas, kis mélységűvagy tagolt körrajzú) épületek filtrációs hőszilkségletének változé-konysága is jelentősen csökkenthető jobb minőségű nyílászárók

288

Az alaprajzimegoldás néhány

szempontja

alkalmazásával . A filtrációs hőszükséglet változékonysága ezzelegyütt olyan mérvű, hogy szükségszerű a fűtőberendezés mérete-zését valamennyi szintre differenciáltan elvégezni.

A cél az ésszerű filtrációs levegőforgalom kialakítása, helyesebben :az ehhez szükséges feltételek megteremtése . Az egészségügyi, hő-érzeti és biztonságtechnikai szempontok bizonyos mértékű légcserétszükségessé tesznek. A jelenlegi adottságok mellett azonban azelsődleges feladat az ezt meghaladó mértékű, tehát teljesítmény- ésenergiapazarlással, egészségügyi és hőérzeti problémákkal járó 16g-csere mérséklése az ésszerű szintre, ésszerű eszközökkel. E feladat-hoz közvetlenül kapcsolódik a filtrációs viszonyok változásának,a szellőzési és fűtési üzem stabilitásának kérdése is. Ajelenlegielsőd-leges feladat megoldási lehetőségeinek elemzése mellett azonbanvizsgálni kell azt is, hogy milyen építészeti és épületgépészeti eszkö-zökkel lehet a szükséges mértékű levegőforgalmat (illetve az ehhezkapcsolódó energiaforgalmat) ésszerűsíteni, hogyan biztosítható aszellőzési és fűtési üzem (legalábbis viszonylagos) stabilitása .

A filtrációs levegőforgalom ésszerű szervezésének egyik legfonto-sabb területe a megfelelő alaprajzi kialakítás és a függőleges irányúközlekedőterek megoldása. A kettő természetesen egymással szoro-san összefügg : elegendő a lift-lépcsőház-lakásajtók kapcsolatragondolni .

A vertikális kapcsolatok területén a legcélszerűbb megoldás azokmegszakhása . A hagyományos függőfolyosós kialakításnál a gravi-tációs felhajtóerőből származó problémák nem lépnek fel. Igazugyan, hogy ez ma csak egyedi esetekben reális, de a lépcsőház- vagy a liftaknát és szemétledobót is tartalmazó lépcsőházi to-rony - szintenkénti megnyitása tömegesen gyártott és nagyobbszintszámú épületeknél is megvalósítható . A �megnyitás" természe-tesen légtechnikai szempontból értendő ; a �nyitott" lépcsőházi elő-tér, illetve folyosó a szél, a csapóeső ellen védetten a letekintést (kö-zépmagas és magas épületeken) gátló módon készülhet. E megoldástűzvédelmi szempontból is megfontolandó. A különálló lépcsőházitornyok a beruházási költségeket kismértékben növeik ugyan, deaz energiamegtakarítós (különösen, ha import energiahordozórólvan szó) ezt kompenzálja.

A másik lehetséges megoldás a vertikális kapcsolatok szakaszolása,illetve zsilipelése : az emeleti lépcsőházi előtér és alakások megköze-lítésére szolgáló közlekedőtér közötti ajtók beépítése. Ez mérséklia függőleges irányú levegőforgalmat és a lakások közötti légcserét.A szintenként egy-egy ajtóval történő szakaszolás egy középmagaslakóépület filtrációs hőigényét kb. 30%-kal csökkenti. Ha szinten-ként két-két db sorbakapcsolt ajtóval zsilipet alakítanak ki, az épü-

let filtrációs hőszükséglete - különösen az alsó szinteken - csök-ken, az eredeti érték kb . kétharmadára . A semleges zóna környékéna zsilipelés hatása alig érvényesül, a semleges zóna felett a csökkenéskisebb mértékű . Ez természetesen nem jelenti azt, hogy a semlegeszóna környékén a zsilipelésre nincsen szükség, hiszen a semlegeszóna a külső - meteorológiai -feltételek változásával vándorol .

A szakaszolás, illetve zsilipelés céljából elhelyezett ajtók hatásahasonló ahhoz, amit igen nagy légáteresztési ellenállású lakásbe-járati ajtók beépítése eredményezne. A szükséges mértékű 16gát-bocsátási ellenállás azonban szakaszolással, illetve zsilipelésselkönnyebben megvalósítható, mint különleges tömítettségű elő-szobaajtók alkalmazásával .

4.14 A filtrációs hüszükskglet változása

Ugyancsak komoly szabályozási nehézségeket vet fel a filtrációshőszükséglet változása a külső hőmérséklet függvényében . A gravi-tációs felhajtóerő és a hőmérséklet-különbség változása egyarántlineárisnak tekinthető , az ellenállástörvény jellege miatt azonbana légtömegáram hatványfüggvény szerint változik . Az elvégzett szá-mítások szerint ha a külső hőmérséklet nő , a filtrációs hőszükségletaz alaphőveszteség csökkenő hányadát teszi ki, a filtrációs hőszük-séglet szintek szerinti változását ábrázoló görbe meredeksége pedigmegnő , a semleges zóna feljebb kerül vagy nem alakul ki . (Az elszívószellőztetés hatása viszonylagosan megnő , hiszen az a külső hőmér-séklettől független, állandó .) Ennek következtében a különbözőszinteken levő azonos helyiségek hőszükségleteinek aránya is válto-zik . A szél hatása viszonylagosan nő. Mivel a nagyobb szélsebessé-gek gyakorisága a magasabb külső hőmérsékletek mellett nagyobb,a fokozottabban jelentkező szabályozási nehézségek miatt a nyílás-zárók minőségének javításával elérhető eredmény is jelentékenyebb .

A különféle meteorológiai állapotokra elvégzett számítógépes mére-tezések eredményeibő l megállapítható, hogy

290

a filtrációs hőszükséglet sem abszolút értékben, sem megoszlá-sának jellegében nem arányos a külső hőmérséklettel,

a filtrációs hőszükséglet maximális abszolút értéke nem mind-egyik lakásnál a szélső állapotban (t e = -15 °C, méretezésiszél) lép fel, a szélső állapotból kiindulni tehát nem mindenesetben �biztonságos",

különösen a magas épületekben és azokban a középmagas épü-letekben, amelyekben a semleges zóna szélső állapotban kiala-kul, kell számolni azzal a jelenséggel, hogy a felsőbb szinti laká-sok filtrációs hósziikségletének abszolút értéke a növekvő külsô

A meteorológiaifeltételekváltozása

hőmérséklettel nő, egy-egy helyiség, lakás vagy szint maximálisfiltrációs hőszükséglete tehát nem határozható megvalamilyenállapotra elvégzett méretezés alapján, hanemcsak afűtési idényfolyamatát bemutató állapotsorozat eredményeihez szerkesz-tett burkológörbe alapján (4.30.-4.41. ábrák) .

A bemutatott ábrákból néhány jellemző tanulság levonható :

Aföldszinti és az alsóbb szinteken levő helyiségek filtrációs hőszük-ségletének maximuma a legkisebb külső hőmérséklet mellettjelent-kezik. A külső hőmérséklet várható legkisebb értéke (az ún. �mére-tezési hőmérséklet")a lehűlési szakaszok végén áll be igen rövid idő-tartamra (3 .25. ábra) . A lehűlési szakaszokat előidéző időjárásifolyamatok általában széllel együtt lépnek fel. A szél sebessége alehűlési szakasz kezdetekor nagy, a szakasz végére lecsökken: A le-hűlési szakaszok végén - aminimális külső hőmérséklet mellett -a szél sebessége 2 m/s, vagy annál is kisebb . Afiltrációs levegőfor-galom tehát elsődlegesen a gravitációs felhajtóerő és a kiegészítőszellőztetés következtében jön létre . Azonban már a földszintihelyiségeknél is különbséget kell tenni a szél felőli és a szélvédettoldal között, még ha a szél hatása nem is játszik domináns szerepet .A szél felőli oldalon a maximális filtrációs hőszükséglet természe-tesen a várható minimális hőmérséklethez tartozó méretezési szél-sebesség esetén lép fel, ugyanakkor a szélvédett oldalon az esétektöbbségében szélcsendes időben.

A szintek számának, az egy szinten levő lakások számának és azépület alaprajzi adottságainak függvényében a várható legkisebbkülső hőmérséklet és szélcsend esetén kialakulhat az ún. semlegeszóna. A semleges zónában levő szint és az ahhoz közeli szintek filt-rációs hőszükséglete e vizsgált állapotban csekély. Ha a semlegeszóna nem is alakul ki (4.20. ábra), a filtrációs hőszükséglet szintekszerinti eloszlása olyan, hogy a legfelső szintek filtrációs hőszükség-lete csekélyebb. A filtrációs hőszükséglet szintek szerinti változé-konyságát a 4.30. - 4.41. ábrákon bemutatott vonalak dő lése jel-lemzi.

A külsőhőmérséklet változásával a görbe meredeksége is változik.Ennek mértéke függ a kiegészítő szellőztetés hatásától is . A kiegé-szítő szellőzés működése miatt a semleges zóna helye egyre maga-sabbra tolódik. (Ha a semleges zóna az épület magasságán belülnem is alakul ki, ugyanez ajelenség figyelhető meg a görbe képze-letbeli, zéró légtömegáramot adó pontjáról.) A külső és belső hő-mérséklet azonossága esetén a �görbe" függőleges egyenesbe megyát .

Afiltrációs légtömegáramok változása az előzőek alapján úgy megyvégbe, hogy azok a helyiségek, amelyek pl . te = -15 °C-nál a sem-

19"

leges zónába, vagy ahhoz közel esnek, magasabb külső hőmérsék-letnél a semleges zóna alá kerülnek. Ennek következtében a filtrá-ciós levegőforgalmuk - a megváltozott nyomásviszonyok miatt -intenzívebb lesz, s esetleg iránya is módosul . Pl. a helyiségbe ala-csonyabb külső hőmérséklet mellett a lépcsőházból jutott be a leve-gő és a külső nyílászáróknál exfiltráció volt, magasabb külső hő-mérsékletnél ez utóbbi helyen infiltráció lép fel, a levegő pedig aszellőzőrendszeren keresztül távozik. Adott esetben a levegőforga-lom növekedésének üteme meghaladhatja a (ti -te) hőmérséklet-különbség csökkenésének ütemét . Ennek következtében a filtrációshőszükséglet emelkedő külső hőmérséklet mellett nő ! Természete-sen ez a folyamat nem az egész téli félévre, hanem annak csak egybizonyos hőmérsékleti intervallumára vonatkozik .

Figyelembe véve a külső hőmérséklet és a szélsebesség közötti lazakorrelációs kapcsolatot, azt kell mondani, hogy a szél felőli oldalonmagasabb külső hőmérséklet és szél esetén, a szél alatti oldalonpedig alacsonyabb külső hőmérséklet és szélcsend mellett lép fel amaximális filtrációs hőszükséglet . E hatás főleg magasházaknáljut-hat érvényre, ahol a szél sebességének magasság szerinti eloszlása ésa felsőbb szinteken az ebbő l adódó nagyobb szélsebesség is éreztetihatását . Így végül is a szintek számának növekedése szinte megold-hatatlan nehézségek elé állítja a fűtőberendezések tervezőit és üze-meltetőit. Ennek példázására álljon itt egy 22 szintes irodaházravégzett - helyszíni mérésekkel is közvetve igazolt - számításnéhány eredménye .

Az irodaépületekben a filtrációs levegőforgalom még kevésbé stabil,mint a lakóépületekben . Ennek oka az, hogy viszonylagosan kisebba belsőterű vagy vizes helyiségekbő l mesterséges szellőztetéssel el-szívott légtömegáram, ezzel egyidejűleg a homlokzati üvegezésiarány nagyobb . E tényezők következményeként a filtrációs hőszük-séglet a teljes hőveszteség nagyobb hányadát teszi ki, ugyanakkortérbeli és időbeli változékonysága is nagyobb .

A 4.42. ábra egy 22 szintes penge épülettömbre mutatja be a terve-zési adatok alapján számított filtrációs hőszükségletadatokat . A vi-szonylag nagyon csekély gépi elszívás miatt -15 °C külső hőmér-sékletnél, gyenge szélnél a semleges zóna szabályszerű kialakulásafigyelhető meg. A másik - az előzővel gyakorlatilag azonos kocká-zati szintű - állapotban (0 °C, 8 m/s) a kép teljesen megváltozik .A szélárnyékban levő helyiségek filtrációs hőszükséglete csekély,de alulról felfelé növekvő jellegű , a szél felőli oldalon jelentős ésmindkét oldalon bizonyos szintszám után abszolút értékben meg-haladja a -15 °C külső hőmérséklethez tartozó értékeket .

Hogy ez nem részletkérdés, bizonyítja a 4.43 . ábra, amely ugyanerreaz épületre a teljes fűtési hőszükségletet mutatja be .

292

nSZINTEK SZÁMA

4.30 . ábra .Középmagas

lakóház, szoba, afiltrációs

höszűkséglet-változása

t . függvényében

w = 0

MAXIMUM

- -

n

SZINTEK SZÁMA

10

9

s

=-15°C

MAXIMUM : -'-'-'-'-

293

6

5

4

4.31. ábra .3

Középmagaslakóház, szoba, a

filtrációshöszűkségletváltozása a

szélvédett oldalon(szélérzékeny

épű let) t e

nSZINTEN SZAMA

nSZINTEK SZAMA

294

4.32. ábra .Középmagaslakóház; szoba, afiltrációshöszükségletváltozása a szélfelőli 'oldalon(szélérzékenyépület)

4.33. ábra.Kbzépmágaslakóház, szoba, afiltrációshőszükségletváltozása aszélvédett oldalon(szélérzékenyépület)

SZINTEK SZÁMA

10

9

8

7

6

5

4

4.34 . ábra.Középmagas

lakóház, szóba, a

2filtrációshőszükséglet

váltózása a szélfelőli oldalon(szélérzékeny

épület)

te = " 5 °C

MAXIMUM:

nSZINTEK SZÁMA

4.35. ábra.Középmagas

lakóház, előszoba,a filtrációs

hószükségletváltozása

t.függvényében

nf

295

n

SZINTEK SZÁMA

4.36 . ábra .Középmagaslakóház, szoba,összefoglaló ábra,szélvédett oldal(szélérzékeny

MAXIMUM : ---------

O, épület)

nSZINTEN SZÁMA

296

4.37. ábra .Középmagaslakóház, szoba,ásszefoglaló ábra,szel felôli oldal(szélérzékeny

MAXIMUM : ------ -.-

Of

épület)

4.38. abra .Középmagas

)akóház, szoba, aïiltrációs

h6szűkségletváltozása szél fel61ioldalon (szélre nem

érzékeny épűlet)

nSZINTEK SZAMA

nSZINTEK SZAMA

4.39 . ábra.Középmagas

lakóház, szoba, afiltrációs

h6szűkségletváltozása a szél

alatti oldalon(szélre nem

érzékeny épű let)

MAXIMUM: - "- "- "-.-

297

nSZINTEK SZAMA

nSZINTEK SZAMA

298

4.4Ó.' abia .K őzépmàgáslakóház,,zsákszoba, afiltrációshőszOkgégletváltózása, á' Szélfelőli oldálöti

4.41 . 'ábra.Középniagáslakóház,'zsákszoba, áfiltrációsh őszükségletváltózása a

MAXIMUM: ---------

af

szélvédett oldalon

4.43 . ábra.Egy 22 szintes

irodaépület teljeshőszükségletének

változása

nSZINTEK SZAMA

4.42. ábra .Egy 22 szintes

irodaépületfiltrációs

hőszükségleténekváltozása o

nSZINTEK SZAMA

299

A probléma összetett voltát e rövid fejtegetés is érzékelteti . A folya-matban szerepet játszó paraméterek nagy száma miatt általánosérvényű szabályt adni nem lehet ; az egyes tényezők hatásának ten-denciája azonban - a 4.30.- 4.42. ábrákkal összhangban - a kö-vetkezőkben foglalható össze

A semleges zóna kialakulása t., i ,, mellett annál valószínűbb,

minél nagyobb a szintek száma,

minél kevesebb lakás van egy szinten,

minél rosszabb minőségűek a nyílászárók .

Ha a vizsgált helyiség te.min esetén jóval a semleges zóna alatt van,

akkor a filtrációs hőszükséglet maximuma a te,min mellett lép fel,mégpedig

a szél felő li oldalon egyidejű szél,

a szél alatti oldalon az esetek többségében szélcsend esetén .

Ha a vizsgált helyiség Le min esetén a semleges zónában vagy a felettvan, a filtrációs hőszükséglet maximuma

a szél felő li oldalon a te,min vagy az átlagoshoz közeli, míg

a szél alatti oldalon az átlagoshoz közeli külső hőmérséklet mellettlép fel .

Az előzőekben ismertetett tények bizonyítják, hogy a filtrációs hő-szükséglet meghatározása, nemkülönben a filtrációs hőszükségletváltozásához való igazodás a fűtési idény során igen nehéz mérete-zési, illetve üzemeltetési feladat . A méretezést illetően a maximálisfiltrációs hőszükségletértékekről már volt szó, ez azonban egyálta-lán nem jelenti azt, hogy mindegyik helyiség fűtőfelületét a maxi-mális teljesítményre kellene méretezni, hiszen ennek eredménye egyszabályozhatatlan és beszabályozhatatlan rendszer lenne . A mérete-zéssel kapcsolatban hasonló nehézségeket okoznak más tényezőkis, így pl . a helyiségek közötti hőcsere, a napsugárzás hatása is.Ezért a problémát a teljes fűtési hôszükséglettel kapcsolatban kellvizsgálni . Egy lehetséges megoldás ismertetését a 4.2 alfejezet tartal-mazza.

A szabályozás kérdésével kapcsolatban abból kell kiindulni, hogya középmagas és magas épületek fűtőberendezéseinek igen eltérőigényeket kell kielégíteniök . Elfogadott megoldás, hogy az ilyenépületek fűtési rendszerét - a szél és a napsugárzás hatásából szár-mazó eltérések kompenzálhatósága végett - homlokzatonként

300

A fűtőberendezéseküzemeltetése

A légtechnikaiberendezésekstabil üzeme

magas házakban

zónákra osztják és ezeket külön szabályozzák . A példák bizonyságaszerint azonban legalább ennyire indokolt afűtési rendszert magas-sági irányban is zónákra osztani, és ezeket külön-külön szabályozni(függetlenül a fűtőtestekrejutó statikus nyomás kérdésétől) . Ha pél-dául a 4.43. ábrán bemutatott esetről van szó, és feltételezhető,hogy a fűtési rendszer magassági irányban is kettéosztott, még min-dig adódik egy-egy zónán belül olyan probléma, hogy amíg az egyikszint teljes hővesztesége 30%-kal változik, a másiké gyakorlatilagváltozatlan marad. Nyilvánvalóan egyközös szabályozási rendszer-rel ennyire eltérő igényeket kielégíteni nehéz. További problémákokozója lehet a tervezési és a tényleges légáteresztési tényezők el-térése, különösen, ha ez szintenként véletlen jelleggel változik .Az ilyen minőségi hibák ellensúlyozására biztonsági célzattal beter-vezett többlet fűtőteljesítmény az eltérően változó igények problé-máját nem oldja meg, sőt többnyire további nehézségekhez vezet,hiszen e biztonsági tartalékok az egyes helyiségekbe beépített fűtő-felületek arányát még tovább torzítják.

Nyilvánvaló, hogy ez a kérdés a zónák számának szaporításával, azegyedi szabályozás felé való közeledéssel oldható meg. Ugyanakkoraz is nyilvánvaló, hogy egy nagy berendezésnél ez arendszer bonyo-lultságát fokozná és nehezen elviselhető beruházási költségtöbblet-tel is járna. Ezért egy olyan kompromisszumos változatot kell keres-ni, amely előre láthatóan csak bizonyos mértékű hőérzeti problé-mákkal vagy túlfűtéssel üzemeltethető .

A fűtőberendezések üzemvitelével kapcsolatos nehézségek ismere-tében kézenfekvőnek tűnik az a gondolat, hogy e nehézségeket 16g-technikai berendezés létesítésével hidalják át, hiszen ez lehetőségetad az épületen belüli levegőforgalom stabilizálására, szervezettétételére . Ez elvileg valóban igaz, de a nyílászárók légáteresztéseebben az esetben sem közömbös és a légtechnikai berendezés stabilüzeméhez is bizonyos feltételek megteremtése szükséges. (Az üzem-vitel stabilitása ez esetben is csak a filtrációs levegőforgalom és anyomásviszonyok szempontjából képezi vizsgálat tárgyát) .

A szél és a kürtőhatás következtében létrejövő filtrációs levegőfor-galom számítása során eredményként adódik az egyes helyiségek-benuralkodó (az atmoszférikushoz viszonyított) túlnyomás. Külőn-féle méretezési állapotok áttekintése alapján minden egyes helyiség-re ki lehet választani egy mértékadó dp túlnyomást . A helyiségbenuralkodó túlnyomás az időjárási feltételek változásával a zérus és amértékadó túlnyomás között ingadozik. A légtechnikai rendszernyomásviszonyait tehát úgy kell megválasztani, hogy a szükségeslégtömegáram befúvása jelentős túlnyomás (adott esetben 30-50Pa) ellenében is biztosított legyen. Ennek feltételei a légtechnikairendszer felépítésétől és funkciójától függenek. Ez utóbbiak

301

szempontjából a vizsgálatot négy különböző alapesetre célszerűvégezni.

Az első esetben az épületben központi fűtési rendszer is és légtechni-kai rendszer is üzemel . Az utóbbi jelen esetben természetesen csakegyszerű szellőztetési feladatot lát el, így a vele szemben támasztottkövetelmény is mindössze annyi, hogy a megengedhető szennyező -anyag-koncentráció szempontjából minimálisan szükséges friss le-vegőt biztosítsa, az előírt helyiség-hőmérséklethez közeli hőmérsék-letszinten. Ha egy ilyen szellőztető berendezést úgy méreteznek,hogy a befúvási nyomáskülönbség éppen megegyezzék a helyiségmértékadó túlnyomásával, akkor ebben a szélső esetben a befúvottlégtömegáram értéke zéróra csökkenne, ugyanakkor a szellőztetőrendszer működése biztosítaná azt, hogy az épületben uralkodó túl-nyomás következtében infiltráció még e határesetben se lépjenfel .Annak érdekében, hogy a rendszer szellőztető funkcióját is ellássa,a befúvási nyomáskülönbséget a mértékadó túlnyomásnál nagyobb-ra kell választani . Így a befúvott légtömegáram mindig zérónálnagyobb, a helyiségek külső nyílászáróinál mindig exfiltráció lépfel . A légtömegáram értéke az időjárási feltételek változásával ter-mészetesen ingadozik, de ez a szellőztetési funkció szempontjábólelég tág (csak a huzatérzet veszélye által korlátozott) határok közöttmegengedhető .A most vázolt rendszer stabil üzemvitelt biztosít : a légtechnikairendszer az infiltrációt megakadályozza, ugyanakkor a szellőzőlevegő tömegáramának ingadozása a helyiség hőegyensúlyát nembefolyásolja, hiszen a légtechnikai rendszernek csak szellőzési funk-ciója van, fűtési funkciója nincs . A hőveszteséget a fűtési rendszerfedezi, a fűtőteljesítmény szabályozása azonban lényegesen egysze-rűsödik, hiszen csak a transzmissziós hőveszteség kevésbé differen-ciált változását kell követni .Stabilitása ellenére e rendszer energetikailag pazarló, és kettőssége(fűtés + légtechnika) bár az üzembiztonságot fokozza, a beruhá-zási költségek és a helyigény szempontjából egyaránt kedvezőtlen .A második esetben valamilyen kiegyenlített légtechnikai rendszerrőlvan szó, amely szellőztetési, fűtési, klimatizálási funkciókat egy-aránt elláthat . A külső nyomásviszonyoktól gyakorlatilag függetlenüzemvitel feltétele az, hogy az elszívás legalább azon a túlnyomásszinten történjék, amely megegyezik a helyiség mértékadó túlnyo-másával . A befúváshoz szükséges nyomás a légtechnikai rendszerméretezése során ebből már egyértelműen adódik . A nyomásviszo-nyok változása ebben az esetben azt eredményezheti, hogy a külsőablakon keresztül exfiltráció lép fel. A helyiségben uralkodó túl-nyomás ingadozása annál kisebb, minél nagyobb az elszívó rendszer

302

�légátbocsátó-képessége" (ellenállásfüggvényének inverze) a nyílás-zárók légátbocsátó képességéhez viszonyítva . A 4.44. ábrán a helyi-ségetjelképező �i" csomópontba a különböző jelképes ágakon (be-fúvó hálózat, elszívó hálózat, nyílászárók) érkező tömegáramokalgebrai összege zéró . Az optimális esetben a nyílászárókat jelképe-ző ágon nincs áramlás . Ez a méretezési állapotnak felel meg. A nyo-másviszonyok változásával a helyiség és a külső tér között nyomás-különbség lép fel : a bevezetőben választott méretezési feltételekmellett ez exfiltrációval jár. A légtechnikai rendszer kiegyenlítettjellege - a befúvott és az elszívott légtömegáramok tekintetében -megbomlik. Ez annál kisebb változást okoz a rendszer üzemében,minél nagyobb a nyílászárók légáteresztési ellenállása.

Avizsgált megoldás a �hagyományos" szellőző és klímarendszerek-re jellemző. Az üzemvitel stabilitása szempontjából kedvező tulaj-donságú, egyéb szempontokból alkalmazása nem minden esetbencélszerű. Az infiltráció kiküszöbölhető, ha rendszer ,kiegyenlített-ségét" a mértékadó helyiség túlnyomás szintjén biztosítják .A harmadik eset egy olyan légfűtő rendszert vizsgál, amely csak be-fúvó hálózatot tartalmaz, s a helyiségből a levegőatúlnyomás hatá-sára távozik.

4.44. ábra . A helyiség, a külső tér és a szellő zési rendszer kapcsolatánakjelképes ábrázolása

303

O Ii. . . . . . . . . . . . . . . . . .I . . .0 P, = o. . . . . . . . . . . . . . . . .o Pa

O-~

APbO

o PaO

APba- rP o Pa

OAD--I

QN

TQtk QF

TaB

4.46. úbra. A helyiséget érű kïtlbnNizíí hőhatások napi és éves viltozás:ínakjellege

4.47. ábra . Helyiség energiamérlegének értelmezése

306

Qtb

Ilr I~rllly

I I I I

II IIII li ~I'ji,ll~~ IIII I

I,I

~I ~IL I I I I

z

L, I I I , I II I II~II~' ~I~~'~,I~

A szélsőségesenhideg napok

A fűtési idényhidegebb szakaszai

Az év leghidegebb napjain a transzmissziós hőáratrz hatása jelentő s .]gen fontos szerepet játszik azonban az egyes liielyiségek időállandó-ja is, tekintettel arra, hogy a szélsőségesen alacsony külső hőmérsék-letek fellépése csak rövid időtartamra korlátozódik, így gyakorlati-lag nincs is lehetőség arra, hogy az ezeknek az alacsony külső hő -mérsékleteknek megfelelő stacioner állapot kialakuljon . A szélső -ségesen alacsony külső hőmérsékletekhez, a lehűlési szakaszokhoztartozó folyamat a lehű lési szakaszokra vonatkozó statisztikai ada-tok ismeretében számítható . A 3.22 pontban elvégzett elemzés aztbizonyította, hogy minél kisebb az épület helyiségeinek külső idő -állandója, annál érzékenyebben válaszol a helyiség a külső hőmér-séklet változására .

A nagy hőmérséklet-különbség nagy gravitációs felhajtóerőt ered-ményez, ezért szélsőségesen alacsony külső hőmérsékletek mellett afiltrációs levegőforgalom növekedése várható a középmagas és ma-gas lakóépületekben . Ez különösen az alsóbb szintek helyiségeinekfiltrációs hőszükségletében érezteti hatását, éspedig annál erő -sebben, minél nagyobb a nyílászárók légáteresztése és minét-kisebb ellenállást képviselnek az épület függőleges közlekedő -terei .

A szél hatása rendszerint nem számottevő , a nagy gravitációs fel-hajtóer őhöz viszonyítva sem, és önmagában sem, a szélsőségesenalacsony külső hőmérsékletek fellépését a tapasztalat szerintugyanisnem szokta erős szél kísérni . Az égbolt rendszerint derült, de azadott körülmények között a napsugárzásból származó hőterhelésa fíítési hőszükséglctnek csak néhány százalékát fedezi . Az alacsonykülső hőmérséklet és az ezzel járó alacsony parciális vízgőznyomásmiatt viszont jelentős szerephez jut az égboltra néző felületek hő -sugárzása, amit az alacsony hőmérsékleti emissziós tényező határozmeg az adott feltételek mellett . Ez az id őszak évi 80-100 órát teszki, azaz három-négy napot.

Valamelyest változik a �szereposztás" kevésbé alacsony külső hő -mérsékletek mellett . A -10 és 0 °C közötti külső hőmérsékletek évi800-1000 óra (azaz 34-42 nap) időtartamban várhatók. Bár eb-ben az időszakban is jelentő s számú lehű lési szakasz fordul elő ,amikor is az egyes helyiségek időállandói - a korábbiakhoz hason-lóan - szerepet játszanak, előfordulnak hosszabb, összefügg ő ,nagyjából állandó hőmérsékletű időszakok is, amelyek folyamán astacionert megközelítő állapotok alakulnak ki . Ezért, és a nagy hő -mérséklet-különbség miatt a transzmissziós hőveszteség és a hatá-roló szerkezetek hőátbocsátási tényezője főszerepet játszik . A gravi-tációs felhajtóerő szintén jelentős ; az előző gondolatmenethez ha-sonlóan főleg ez határozza meg a filtrációs levegőforgalmat, bár

- ha csekély gyakorisággal is - nagy szélsebesség előfordulásárais számítani lehet . Erősebb szél esetén szerepet játszik már az épületalakja, nagysága, mélysége, a vízszintes helyiségkapcsolatok rend-szere és gyenge hőszigetelés esetén a nőátbocsátási tényező válto-zása a külső hőátadási tényező megnövekedése miatt . Előfordulhat-nak olyan hőmérséklet-szélsebesség értékpárok (pl . -4'C és 10m/s), amelyek mellett az egész épület fű tési hőszükséglete nagyobb,mint a szélsőségesen hideg napokon .

A napsugárzás hatása ebben az időszakban a legkevésbé jelent ő s akicsiny intenzitás, a gyakori felhőzet miatt és a nagy transzmissziósnőveszteséghez viszonyítva .

Jelentősen módosul a szereposztás, ha a külső hőmérséklet a fűtésiidény átlaghőmérséklete (2-3 °C) körüli intervallumba (0-6 °C)esik . Ennek időtartama a leghosszabb, évi 2000-2200 óra (azaz85-100 nap) . Ebben az időszakban a legösszetettebb és legbonyo-lultabb az energiaforgalom, mert szinte minden i;sszetevője össze-mérhető, közel azonos nagyságrendű. A transzmissziós hőveszteséga maximális érték felére-harmadára csökken . A filtrációs levegő-forgalom alakulásában a kisebb hőmérséklet-különbség miatt csök-ken a gravitációs felhajtóer(3 szerepe . Ez -- ha az épületben kiegé-szítő elszívó szellőzés is üzemel -- jelentő s változásokat okoz azáramképben . A semleges zóna felcsúszik, esetleg ki sem alakul azépüle~ marasságàn belül . A kisebb hőmérséklet-különbség és akisebb légtömegáram miatt hatványozottan csökken az alsóbb szin-tek helyisér;cinek filcrációs nőszükséglete .

Ugyanakkor vannak olyan nelyis6gck, amelyck korábban a semle-ges zóna felett voltak és az exfiltráció miatt filtrációs nőszükségle-tük zérus volt. Most, a scmli°eges zóna alá kerülve, az infiltrációmiatt Filtrációs nőszükségletük lesz, amely egy bizonyos külső hő-mérséklctig a külső hőmérséklettel együtt nő . A szél hatása az 6pa-letek keresztirányú átszellőzése - éppen a kisebb gravitációs fel-hajtócrő miatt - jelentősebb .

A napsugárzás hatása -- tekintettel arra, hogy ez időszak nagy részeoktóberre, februárra, márciusra esik - önmagában véve is jelent ő s,a már aránylag nem nagy transzmissziós és filtrációs hőszüks6glet-hez viszonyítva pedig különösen az . A napsugárzásból származóhő-nyereség a tájolás, liomlokzati üvegezési arány és az átlagos nőát-bocsátási tényező függvényében (3.12.-3.18 . ábrák) a transzmisz-sziós nőveszteség többször tíz százalékát (szélső esetben teljes eg6-szét) fedezi . A szokványos használatú helyiségek belső nőterhelése,spontán forrásai is már figyelemre méltóak .

308

A fűtési idényátlagoskörülményei

Az zítmenetiidőszak

Az ún . átmeneti időszak évente mintegy 2000 órát (kb . 80 napot)tesz ki . Erre az időszakra 6-12 °C külső hőmérséklet jellemző ,ami természetesen kicsiny transzmissziós hőveszteséget és a kis gra-vitációs felhajtóerő és a kis hőmérséklet-különbség miatt kis filtrá-ciós hőszükségletet eredményez . A filtrációs levegőforgalmat azesetleges kiegészítő elszívó szellőzés és a szél hatása határozzameg .

A napsugárzási hőterhelés tekintélyes, és a csekély transzmissziós ésfiltrációs hőszükséglct túlnyomó többségét vagy teljes egészét fede-zi . A szokványos használatú helyiségek belső hőterhelései, spontánforrásai a transzmissziós hőveszteség néhányszor tíz százalékát iselérhetik .

A mondottakból következik, hogy erre az időszakra esik a fűtő -berendezések üzemének megindítása, illetve leállítása is, amit elvi-leg annál a külső hőmérsékletnél kellene végrehajtani, amely melletta belső hőforrások és a napsugárzási hőterhelés kiegyenlítik atranszmissziós és filtrációs hőszükségletet . A sokéves tapasztalatszerint ez a külső h őmérséklet - az ún . fűtési határhőmérséklet(teh) - 10-12 °C. A fűtési határhőmérséklet függ az épület,illetve a helyiség tájolásától, a homlokzati üvegezési aránytól, a nap-tényezőtő l és a hőkarakterisztikától, a belső hőterhelésekt ő l, ígyvalójában sokkal tágabb határok (7-14'C) között változik .Ez egyszersmind azt is bizonyítja, hogy az épület hőtechnikai tulaj-donságai befolyásolják a fűtési idény szükséges hosszát is.

Az átmeneti időszakban a fíítőberendezések ésszerű üzemeltetéserendkívül nehéz . Ha a külső hőmérséklet a te,, fűtési határhőmér-séklettel megegyezik,vagy annál magasabb, akkorfűtésrenincs szük-ség, mert a napsugárzásból származó hőterhelés és a belső hőforrá-sok fedezik azt a transzmissziós és filtrációs hőszükségletet, amelya (ti -teh ) hőmérséklet-különbséghez tartozik . Nyilvánvaló, hogyha a külső hőmérséklet egy igen kicsiny értékkel a határhőmérsékletalá süllyed, azaz (ti - teh) egy igen kicsiny értékkel megnő , akkorcsak a zérustól alig különböző , elemi kicsiny fű tőteljesítményre vanszükség, hiszen mindazok a tényezők (napsugárzás, belső hőterhe-lés), amelyek korábban hatottak, most is változatlanul hatnak .Ilyen alacsony teljesítményszint tartása üzemviteli és szabályozásiszempontból egyaránt rendkívül nehéz, ebből következően a túl-fűtés veszélyével kell számolni . A gyakorlatban a túlfűtés szinte tör-vényszerű, mert az üzemeltet ők egyáltalán nem veszik figyelembe,hogy a határhőmérséklet átlépésével a napsugárzás és a belső hőfor-rások hatása nem szűnik meg ugrásszer űen .

309

HAGYOMÁNYOS GPULET SZOBÁJA te =-15°C

C

F-HAGYOMÁNYOS ÉPULET SZOBÁJA tQ =-15°C

4.48. ábra. Hagyományos épület szobájának energiamérlege -15 °C külsóhőmérséklet mellett

310

b

HAGYOMÁNYOS ÉPÜLET SZOBÁJA te =0°C

4.49. ábra. Hagyományos épület szobájának energiamérlege O 'C külsőhőmérséklet mellett

Q

PANELOS ~PULET FELS Ő SZINTI SZOBÁJA

t e =-15 °C

KEDVEZOTLEN ÁLLAPOT

b

PANELOS

PULET FELSŐ SZINTI SZOBÁJA

t,=-15'C

C

PANELOS ÉPOLET FELSO SZINTI SZOBÁJA

te=-15°C

4.52. ábra. Panelos épület felső szinti szobájának energiamérlege -15 °Ckülső hőmérséklet mellett

314

Q

PANELOS. ÉPÜLET FELSŐ SZINTI SZOBÁJA

te = 0 °C

b

PANELOS . ÉPÜLET FELSŐ SZINTI SZOBÁJA

t, = 0 °CC . .

PANELOS ÉPÜLET FELS Ő SZINTI SZOBÁJA

t, =0 °C

KEDVEZŐTLEN ÁLLAPOT

4.53 . ábra . Panelos épület felső szinti szobájának energiamérlege 0 °C külsőhőmérséklet mellett

315

4.54. ábra . Helyiség energiamérlege a fűtési határhőmérséklet mellett

A fűtési idényen kívüli időszak nagyobb részét, mintegy 3000-3500órát a �semleges" időszak teszi ki, a helyiségek hőnyeresége és hő-vesztesége hőérzetileg megfelelő helyiség-hőmérséklet mellett kom-penzálja egymást . Természetesen e semleges időszak hossza az elő-írt vagy megengedett helyiség-hőmérséklettő l és az épület hőtechni-kai adottságaitól egyaránt függ . Adott rendeltetésű helyiség hőtech-nikaijellemzőinek kedvező vagy kedvezőtlen volta mintegy 1000 órá-val hosszabb vagy rövidebb semleges időszakot eredményezhet, amia fűtési és a hűtési energiaigényt természetesen lényegesen befolyá-solja . A főszerepet itt is a homlokzati üvegezési arány és az üvege-zés, árnyékolás naptényezője játssza. Most jelentkezik leghangsú-lyosabban a mozgatható árnyékoló szerkezetek, a változtathatónaptényező kérdése. A semleges időszakban ugyanis a fűtési határ-hőmérséklet közelében a minél nagyobb hőnyereség a kedvező,20-22 °C külső hőmérséklet mellett viszont a lehető legkisebbhőnyereség biztosítása előnyös. Jelentőssé válik a helyiségelburkolófelületek hőelnyelésének szerepe is, mert a periódikus hőterhelésekhatására kialakuló helyiség-hőmérséklet ingadozás hőérzeti pana-szokat eredményezhet .

Évente mintegy 500-1000 olyan óra várható, amely a ,hőségsza-kaszt" alkotja . Ebben az időszakban a szigorúan előírt helyiség-hőmérsékletek csak mesterséges hűtés, klimatizálás révén tarthatók,kevésbé szigorú követelmények esetén az elfogadható helyiség-hő -mérséklet elérése végett intenzívebb szellőztetés, fokozottabb árnyé-kolás szükséges . A hőtechnikai jellemzők közül a homlokzati üve-gezési arány, a naptényezőjátszik főszerepet. Nem kevésbé jelentősa helyiséget burkoló felületek hőelnyelésének szerepe sem : a kérdé-

316

A semleges időszak

A szélsőségesenmeleg időszak

A fíitésibősziikséglet

változása

ses 500-1000 óra ugyanis nem összefüggő időszakokból kiadódó22-45 napot jelent, hanem 60-100 napnak a délelőtti-délutánióráiból tevődik össze. Ha a helyiség-hőmérséklet ingadozása ki-csiny, a helyiség-hőmérséklet napi csúcsértéke sem emelkedik tar-tósan egy elfogadható érték fölé ; megfelelő építészeti-épületszer-kezeti megoldásokkal tehát sok esetben elérhető, hogy mesterségeshűtésre ne legyen szükség.

Az eddigi fejtegetés szokványos használatú, rendeltetésű épületekrevonatkozott. Különleges rendeltetés (pl. hűtőház, melegüzem) ese-tén a következtetések, adatok módosulnak, de a mérlegelés elvenem változik.

4.22 Az optimális üzemeltetés feltételeinek biztositása

Az előző áttekintés alapján nyilvánvaló, hogy az épület energiafor-galmát elsősorban meghatározó tényezők a naptári év folyamánváltoznak. Az épület egy bizonyos hőtechnikaijellemzője az évbizo-nyos szakaszaiban előnyösen, más időszakokban hátrányosan be-folyásolhatja az épület energiaigényét, az épületben kialakuló mik-roklimát . Ez a körülmény meggyőzően indokolja, hogy az épületenergiaforgalmát a teljes naptári év figyelembevételével folyamat-ként vizsgálják. Ugyanakkor a szokásos méretezési eljárások olyanállapotokból indulnak ki, amelyek előfordulási valószínűsége igencsekély, szinte elhanyagolható . E szemlélet teljesen indokolt egystatikai számítás esetén, hiszen ott az alulméretezés a méretezettlétesítmény tönkremenetelét okozná, de egyáltalán nem indokoltolyan rendszer méretezésekor, amelynek ésszerű kockázati szintenvaló alulméretezése legfeljebb a mikroklimatikus feltételek rövidideig tartó, csekély mértékű romlásával jár.

A szélsőséges állapotokra végzett méretezés igen hátrányos üzemel-tetési feltételeket teremt.

A korábbi fejezetekben (3.21, 4.14) már szó volt arról, hogy az épü-let egyes helyiségeinek fűtési hőszükséglete milyen sok tényező ha-tására, mennyire különböző módon változik. Az ebből adódó el-téréseket a 3.9.- 3.19. és 4.30.- 4.41. ábrák példázzák, amelyeka külső hőmérséklet függvényében a relatív fűtési hőszükségletet(a pillanatnyi és a szélsőséges érték arányát) tüntetik fel. A hőszük-ségletgörbék közötti eltérések okai :

a különböző előírt helyiség-hőmérséklet;

a belső határoló szerkezeteken áthaladó - tehát a külső h6-mérséklettőlfüggetlen - hőáramok (nyereség vagy veszteség)hatása ;

31 7

a napsugárzási hőterhelés hatása (vagyis a tájolás, a homlokzatiüve-gezési arány, a naptényező és a hőátbocsátási tényez ő együttes hatá-sa) ;

a filtrációs hőszükséglet hatása ;illetve általános esetben e hatások legkülönfélébb kombinációi .

Az eltérések nagyságán kívül azok tartama is megítélhető a 4.55 . -4.56 . ábrák szerinti ábrázolás alapján, ahol is a külső hőmérséklet-értékek a vízszintes tengelyen nem egyenletes osztásközzel szerepel-nek, hanem olyan skálabeosztással, amelynél egy-egy osztásközmérete arányos az adott hőmérséklet-intervallum előfordulási gya-koriságával.

Az ábrák jól mutatják, hogy a különböző helyiségek relatív fűtésihőszükségletg6rbéi általában csak egy pontban, a méretezési álla-potnak megfelelő szélsőséges külső hőmérsékletnél metszik egy-mást. Minden más külső hőmérséklet mellett a relatív fűtési hőszük-ségletek egymástól eltérnek, és az eltérés a legnagyobb gyakoriságúkülső hőmérsékletek esetén igen nagy .

_aQm

1 .00

0.90

0,80

0,70

0 .60

0.50

0,40

0.30

0.20

aoo-1510-64 -3 -2

-1a

4.55 . ábra . A relatív hőigény és a relatív fűtőteljesítmény változása �szélső"méretezési állapot esetébena) egy felső szinti sarokszoba relatív hőigénye ; b) egyközbenső szinti sorszoba relatívhőigénye ;c) relatív fótőteliesítmény . A vonalkázott terület a ffitési energia többletfogyasztásával arányos

318

Bamoum@MazuMINESRISEN

NO

illillommun un amaïmil0 .10illillima ma@ aUMI@8 90 1 2 3

. . . . . . . . .. . . . . . . . . . .

c ---------10 11 12

t, [z]

_aam

1.00

0.90

0.70

a6o

0,50

0.40

0.30

0.20

0.10

0.00-1510-6 43 -2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12a

b .. . . . . . . . . . . .. . . .. . .c ---------

t. [Z]

4.56. ábra . Arelatív hőigény és a relatív fűtőteljesítmény változása átlagosméretezési állapot esetébena) egy felső szinti sarokszoba relatív hőigénye ; b) egyközbenső szinti sorszoba relatívhőigénye ;c) relatív főtöteljesítmény

A tőrvényszerili

E körülmény azért okoz üzemeltetési nehézségeket, merttúltútés

az egyes helyiségek fűtőfelületeinek méretét a szélsőséges álla-pot és a maximális fűtőközeg hőmérséklet alapján határozzákmeg ;

az előző lépéssel egyszer és mindenkorra rögzítik az egyes he-lyiségek fűtőfelületeinek arányait ;

a külső hőmérséklet változása esetén afűtőteljesítményt a fűtő-közeg paramétereinek változtatásával módosítják, ami (azegyedi szabályozás esetétől eltekintve) minden helyiségbenugyanolyan mértékű teljesítményváltozást eredményez;

a fűtőfelületek rögzített arányai miatt a fűtőteljesítmény ará-nyok minden külső hőmérséklet mellett olyanok maradnak,mint a szélsőséges állapotban voltak, noha a fűtési hőszükség-let arányok egészen mások.

llyen körülmények között az üzemeltető nem tud mást tenni, minthogy a pillanatnyilag legkedvezőtlenebb helyzetben levő helyiség

319

111, la a @un

MIaM.

una

a

mou@ un-mon a

L-Ja lion a a@ma@

M a

- a legnagyobb relatív fűtési hőszükségletű helyiség - igényei sze-rint szabályozza a fűtőteljesítményt. Ez természetesen az épületösszes többi helyiségében túlfűtést eredményez. A túlfűtésre fordí-tott energia a 4.55. ábrán a jelölt területtel arányos.

(A 4.55. ábrán a legkedvezőtlenebb helyiség relatív fűtési hőszük-séglete és egy másik helyiség relatív fűtési hőszükséglete szerepel.Egyépületre ez az ábra annyiszor ismételhető, ahány �másik" helyi-sége van. A túlfűtésre fordított energia mennyisége helyiségenkéntmás és más lehet, a relatív fűtési hőszükséglet görbék menetét4jfüggően.)

Annak következtében, hogy pl . egy átlagos lakóépületben többszáz�másik" helyiség van, a túlfűtésre fordított energia az ideális üze-meltetéshez szükséges éves fűtőenergia 15-35%-át teszi ki az épü-let adottságainak függvényében .

A túlfűtésre fordított energia egyébként változatlan feltételek mel-lett felére csökkenthető , ha a méretezést nem a szélsőséges, hanema leggyakoribb feltételekre végzik . A relatív hőszükségletg6rbékmetszéspontja ekkor �középre" kerül, azaz a fűtőfelület arányok aleggyakoribb hőszükségletarányoknak felelnek meg. A leggyako-ribb állapotokban a legkisebb az eltérés a relatívhőszükséglet-g6r-bék között (4.56. ábra) . A legnagyobb eltérés is csak feleakkoralesz, mint amikor a méretezést szélső állapotra végzik, de ennekgyakorisága és időtartama igen kicsiny lesz. Ha a fűtőteljesítményszabályozását továbbra is a pillanatnyilag legkedvezőtlenebb hely-zetben levő helyiség igényei szerint végzik, akkor

320

ahelyiségek többsége most is túlfűtött lesz, de nem a leggyako-ribb állapotban, hanem a rövidebb időtartamú, kisebb gyako-riságú állapotokban ;

a túlfűtésnek nemcsak időtartama, hanem mértéke is jóvalkisebb lesz ;

a �legkedvezőtlenebb" helyiség a �középen levő" méretezésihőmérsékletnél alacsonyabb külső hőmérsékletek esetén más,mint a magasabbak esetén ;

a túlfűtésre fordított energia az ideális üzemeltetéshez szüksé-ges energia 5-15%-a lesz szemben a �hagyományos" mérete-zésnél adódó 15-35%-kal .

A �középen" levő méretezési külső hőmérséklet különféle épületek-re a túlfűtésre fordított energia minimalizálását célzó szélsőérték-számítással meghatározható. Több épületre elvégzett számítások[1 l ] bizonysága szerint az e feltétel alapján adódó méretezési külsőhőmérséklet gyakorlatilag egybeesik a fűtési idény k6zéphőmérsék-letével .

A óelyes arányok

E módszer biztosítja azt, hogy afűtőfelület arányok afűtési hőszük-séglet arányokhoz a lehető legjobban illeszkedjenek, a pillanatnyifűtőteljesítmény az igényektől a lehető legkisebb mértékben és alehető legrövidebb időtartamban térjen el .

A méretezés során a fűtőfelületek méretét természetesen olyan fűtő-közeg-paraméterekből kiindulva kell megállapítani, amilyenek azadott - átlagos - külső hőmérséklethez tartoznak. Az átlagosállapotokhoz illesztett - üzemorientált - méretezés az épületbebeépítendő összes fűtőfelület mennyisége szempontjából lényegesváltozást nem eredményez, de az egyes helyiségekbe beépítendőfűtőfelületek arányait módosítja, differenciáltabbá teszi.

Természetesen e fűtőfelületek a szélsőségesen hideg napokon (amaximális fűtőközeg- hőmérséklet, illetve mennyiség mellett) a ma-ximális fűtőteljesítményt ugyanolyan biztonsággal (ugyanakkorakockázati szinten) biztosítják, mint a hagyományosan méretezettrendszerek.

A teljesítményszabályozás és az annak tökéletlenségéből származótöbblet-energiafogyasztás kérdései nem vetődnek fel ilyen élesen aklimatizálással kapcsolatban . Ennek elsődleges oka az, hogy a 16g-technikai berendezések alkalmasabbak az eltérő igények rugalma-sabb követésére, jobban - bárnem egyszerűen és nem is olcsón -szabályozhatók, több lehetőséget kínálnak a helyiségcsoportonkén-ti, helyiségenkénti beavatkozásra. A méretezési adatok tekintetébenitt elsősorban a legfontosabb jellemzők - a napsugárzás intenzitá-sa, a külső levegő hőmérséklete és hőtartalma - gyakorisági ada-tainak elemzésén alapuló ésszerű kockázati szint megválasztásánakvan jelentősége . Az ehhez szükséges statisztikai vizsgálatok márigen figyelemreméltó kezdeti eredményeket hoztak és a továbbivizsgálatok szükségességét is bizonyították [4].

5. Gyakorlati következtetések

A hatékony energiagazdálkodást szolgáló teendők műszakilag (ésidőrendben is) helyes meghatározásának, előkészítésének és végre-hajtásának szempontjából indokoltnak (sőt talán hasznosnak is)látszik a hazai gyakorlatban leginkább előforduló (jellegük és/vagymennyiségük alapján legfontosabbnak tekinthető) épületfajták, aleggyakrabban alkalmazott építési módok, szerkezeti rendszerek,szerkezetcsoportok, szerkezetfélék, felszerelések épületfizikai (köze-lebbről energiagazdálkodás) szemléletű elemzése és értékelése

amire természetesen ez esetben (e könyv adta kereteken belül)csak egészen röviden (és ezért) táblázatos formában és nyilván-valóan a teljesség igénye nélkül kerülhet sor, és

ami csak épületfajtánként és magától értetődően csupán azépületfizikai, energiagazdálkodási szemlélet szempontjából alegjellegzetesebb és legjelentősebb tényezők kiemelésére, érté-kelésére és példázására szorítkozva, a kérdéseket az elkerülhe-tetlen mértékben leegyszerűsítve és általánosítva végezhető el,

hiszen ily módon az elmélet és valóság - ipar- és építéspolitikailaghelyes és reális - összekapcsolásának lehetősége teremthető meg,az építészettudomány eredményeinek gyorsabb érvényesítése érhetőel, ami által a hibák egy része elkerülhetővé, más része mérsékelhe-tővé, a veszteség (elérhető mértékben) csökkenthetővé, a használatiérték pedig (mondhatni külön befektetés nélkül) növelhetővé válik.A IX-es és X-es táblázat az épületeket két nagy csoportba (1) a kisteres és (2) a nagy teres épületek családjára osztva és e családokonbelül a rendeltetés, azon belül pedig egynéhány jellemző (szintszám,tömegformálás) alapján bontva tárgyalja (lásd a mellékletben).

Az eddigiekben elmondottak ismeretében, amában élve, de ajövőregondolva

feltétlenül figyelembe kell venni azt, hogy az építészet és az építésfeladatai még tovább növekednek,

322

hiszen atársadalom folyton fokozódó térigényének kielégítésé-hez egyre több és több épületre van - és lesz még sokáig -szilkség ;

világosan látni kell azt is, hogy ezeknek az épületeknek mégnagyonhosszú időn át állandóan növelni kell az igény- és felszereltségszint-jét, javítani kell használati értékét és minőségét,

hiszen a tartósan kedvezőtlen körülmények kikényszerítette le-maradás behozására, a fejlett országok szintjének megközelí-tésére - és ha lehet elérésére - nincs más lehetőség, ami gya-korlatilag azt jelenti, hogy a mennyiségi növelést mindenkép-pen a minőség emelésével kell társítani ;

nyilvánvalóan meg kell érteni azt, hogy az energiával nagyon és szi-gorú következetességgel takarékoskodni kell,

hiszen belőle egyre kevesebb van, holott egyre többre lenneszükség ;

természetesen fel kell ismerni azt is, hogy az építészeti energiagaz-dálkodás dolgát az előzőkben említett - és az életminőség javulá-sához szükségszerűen kötődő - igényszintnövelés megnehezíti,

hiszen az - megfelelő szemlélet, szándék, szakértelem és mű-gond hiányában - szinte elkerülhetetlenül többlet-energia-fogyasztást von maga után ; emellett magától értetődően szá-mításba kell venni azt, hogy a valóban hatékony energiataka-rékosság sokszor csak (bár egyszeri, de) többletberuházás út-ján és árán valósítható meg,

hiszen ajobb, atöbbet tudó szerkezet, a korszerűbb felszerelés,a nagyobb teljesítményű berendezés költsége általában maga-sabb, de

tisztában kell lenni azzal is, hogy a kitűzött cél (= akedvezőbb ener-giamérleg) a szóba jöhető összes (építészeti, szerkezeti, gépészeti)lehetőségek felkutatása és tudatos kihasználása útján is csaknemmindig elérhető, méghozzá az egyszeri beruházási többletköltségekelkerülésével, az esetleg mégis elkerülhetetleneknek gyors vissza-térülésével,

hiszen erre - az építészeti koncepció kialakításától kezdve,afunkció meghatározásán át, az alaprajz szervezésén keresztül,a szerkezet megválasztásától kezdve, annak rendszerbe fogla-lásán át, a részletek kialakításán keresztül, egészen a csomó-pontok megoldásáig - számtalanszor kínálkozik mód, adódikalkalom ;

ugyanakkor jó tudni azt, hogy ehhez inkább jó szándékra, széleslátókörre, okos ismeretekre, józan mérlegelésre, nagy köriiltekin-tésre, mindenre kiterjedő gondosságra és komoly felelősségérzetrevan szükség, mint anyagi javakra, ami kedvező,

hiszen az előzőkből jóval jobban állunk, mint az utóbbiakból ;

végül tudomásul kell venni azt is, hogy az előzőkben kifejtett alkotásimódszer, tervezési szemlélet, szakemberi magatartás kialakulása éseredményes képviselete nem képzelhető el megfelelő építéspolitikaielgondolás, iparfejlesztési elképzelés kialakítása, a hozzájuk jól iga-zodó műszaki szabályozási rend kimunkálása, és a mindezeket he-lyesen, következetesen, arányosan érvényesítő intézkedések, rendel-kezések egész sorának kiadása nélkül.

Ekönyv lektorát - itt helyesebbnek érződne a szebb, de kissé régiesítész kifejezést használni, utalva az első bírálva-olvasó, a művelnémi közösséget is vállaló szerepre - kéréssel tisztelték meg: tegyeközzé utószó formájában véleményének az olvasó által - talán,vagy feltételezhetően - hasznosítható részét . Feladatának egyikrésze - a szerzőknek és a kiadónak szóló - sem hálás, a másik- az olvasókat szolgáló - sem. Mégis eleget tesz a kívánságnak,mert a kézirat, főképpen a megközelítés sokoldalúságával gazdagí-totta ismereteit. Ám a szerzők - szükségszerűen és több vonatko-zásban - nem törekedtek, nem is törekedhettek teljességre : hiány-érzetet okoznak. De - sietve tegyük hozzá - cselekvést sürgetőhiányérzetet, megválaszolandó kérdéseket, társadalmi, gazdaságihatásaikban már ma - de �holnap" mindenképpen - előnyösintézkedések hiányának magyarázatát, de nem a tettek elodázásá-nak patópáli magyarázgatását (mert ez utóbbiban nincs hiányérze-tünk).

Kinek, kiknek szól a könyv? Mi a célja? Csak tájékoztat, vagy mód-szert is ad? Kívánatos - vagy legalábbis helyesnek sugallt - cse-lekvések sorának menetrendjét, tervét is vázolja, avagy megelégszika bonyolult összefüggések megközelíthetőségének érzékeltetésével?

Nos, kíséreljünk meg a magunk adta kérdésekre elfogadható, nemmesterkélt válaszokat adni.

Az építés-építészet századunkban végleg kilépett hagyományos sze-erpköréből, mind többet nyújt, mind többeknek. Épületei hosszúidőn át teljesítenek meghatározott feladatot. Hovatovább okosanmegszerkesztett szép gépek, melyek belső tereikkel, berendezéseik-kel és külső csoportosításukkal - tehát külsőtérformáló szerepük-kel - az emberi élet minőségét szolgálják, a szép iránti vágyáhozadhatnak monumentális teljesülést . Akármelyik feladatot tekintjük,használati értékről van szó, amely a társadalom tulajdonában levômindenkori vagyon pillanatnyi értékének több mintkétharmadábanölt testet. Létrehozása, élvezhető működtetése sok szorgos, ügyes

325

kezet, okos, előrelátó fejet igényel. Nekik szól ez a könyv. Bennükakar gondolatokat ébreszteni.Azésszel akar ababonának, a pánik-nak, de a csak mát látó önzésnek is hadat üzenni . Korlátozottak azanyag-, energia-6smunkaerőforrások?Igen . Amerre nemajokosanfejlődő igények erőszakos korlátozása a válasz, de nem is az, hogy�majd fájjon utódaink feje emiatt". Lehet többet adni kevesebb rá-fordítással? Igen, lehet, csak tudni kell a módját . Ezért szól a könyvnagyon széles körhöz: építőkhöz, energetikusokhoz, anyag- és szer-kezetgyártókhoz, az épületek sok-sok használójához. E nagy táborminden értelmes, a közös ügy iránt nem közömbös, saját szűkebbfeladatköréből kitekinteni képes tagjához van akönyvnek mondani-valója . Nem ölel fel mindent, de alaposan elemzi az épületek hő- éslégállapotának legfontosabb sajátosságait, összefüggéseiket, k6l-cs6nhatásaikat . Élesen elemzi az épületszerkezetek, térkapcsolatoksajátosságait megtépázva nem egymeggyökeresedett, de elmélettel,mérésekkel nem igazolt szerkezetet, működési elvet. Amit ad, többmint tájékoztatás, de kevesebb mint közvetlenül használható szá-mítási, méretezési módszerek sokasága. Itt valóban a több kevesebblett volna. Az olvasók szűkebb körének többet adva, romlott volnaa nagyobb kör számára az áttekinthetőség.

Milyen szerkezetekkel : gépekkel, falakkal, födémekkel, szigetelé-sekkel, ajtókkal, ablakokkal és sok-sok mással lehet ahasználat igé-nyét kielégíteni ?

Hogyan lehet az épülettel nyerhető kívánatos használati értéket azélettartam egészében szükséges legkisebb össztársadalmi ráfordítás-sal elérni? Hogyan lehet a megoldási változatokat valamiféle elfo-gadható mérce szerint sorba állítani?

Van-e, lesz-e a közeljövőben ilyen mérce? Minderre nem tudtak,nem is akartak a szerzők választ adni. Nem érezték - okkal -feladatuknak a célhoz vezető tennivalók tervének, menetrendjénekfogalmazását . Művük felkiáltójel, egy sürgető gond megoldhatósá-gának bizonyítása. Az elemzett összefüggések számíthatók - leg-alábbis elemeikben viszonylag egyszerűen.Anagy, összefüggőrend-szer (a sok belső térkapcsolatú, időben és térben változó és változa-tos külső feltételrendszerű épület mindenképpen az!) számszerűkezelésének számítástechnikai háttere adott. Valóságos mérések ésa számítási eszközök fejlettsége a jellegzetes évszakokhoz igazodóbeszabályozást már ma elvileg lehetővé teszik . Sokaknak, sokat kell- nem vontatottan - tenni ahhoz, hogy az �elvi"-ből mindennapigyakorlat legyen .

Atunyaságot már nem lehet társadalmi érdeklődéshiánnyal, az elő-remutató gondolatok iránti társadalmi befogadókészség hiányávalmentegetni. Nagy a tét : okosan, takarékos gazdálkodásra építetttöretlen fejlődés, vagy esztelen pazarlással társuló megtorpanás,

326

majd visszafejlődés. Nemlehet beletörődni abba, hogy ez a másodikelfogadható, valóságos változat legyen . A szépen hangzó első vál-tozatot üres jelszóként szélhámostoborzás zászlójára tűzni : leg-alább olyan káros!

Mérésekkel (fizikai és gazdasági értelemben egyaránt!) érvelni,bizo-nyítani. Egyidejűleg előrelépni a jobb szigetelések, a jól záró abla-kok, ajtók, a hőháztartást javító egyéb épületszerkezetek és fűtő-berendezések szükséges és hasznos teljesítmények irányába mutatószabályozása terén. Dolgunkat könnyíti, hogy a világ sok fejlettországából nálunk is értékesíthet ő tapasztalatokat, mérési eredmé-nyeket, szerkezeti megoldásokat, előírásokat vehetünk át . Szélsősé-ges megoldásokat ismerhetünk meg és mérlegelhetjük, milyen té-nyezőknek lehet gazdaságunk, ipari fejlettségünk adott szintje mel-lett már ma, vagy csak �holnap" szerepe, vagy melyeket kell tartó-san - belátható időn belül - figyelmen kívül hagynunk .

Abíráló - mert afolytatásban elkötelezett - nem tud teljesen tár-gyilagos lenni. Hasznosnak, gondolatébresztőnek, sőt mozgósító-nak érzi a könyvet. Ez a benyomása - olvasói véleménye - bizo-nyára találkozik a szerzők akaratával, céljával .

Szabó Jánosa Magyar Tudományos Akadémia

rendes tagja

Irodalom

1 . BOGOSZLOVSZKIJ, V. N . : Sztroityelnaja tyeplofizika. Vűszsaja skola,Moszkva, 1970 .

2. DR . BANIIIDI LAszLó : Zárt terek hőérzeti méretezése. Műszaki Könyv-kiadó, Budapest, 1978 .

3 . DR . PRóBALD FERENC : Budapest éghajlata . Kandidátusi értekezés, Buda-pest, 1970 .

4 . Az energiatakarékos változó légmennyiségű légkondicionáló rendszer .553 sz . ÉTI kutatási jelentés (Témafelelő s : DR. TÖMŐRY TIBOR) . Budapest,1976 .

5 . DR. RING GUSZTAV : Épületek és épülethatároló szerkezetek felületi fel-melegedésének vizsgálata . Kandidátusi értekezés, Budapest, 1977 .

6 . Határoló szerkezetek hőtechnikai jellemz ői . TTI-Tervezési Segédlet,Budapest, 1979 .

7 . DR . ZÖLD ANDRAS: Iszledoványije obeszpecsenyija zadannovo tyeplovovorezsima zdanyij sztabilizirujuscsimi szisztyemami mikroklimata. Kandi-dátusi értekezés, Moszkva 1974 .

8 . SKLOVER, A . M . : Tyeploperedácsa pri periodicseszkih tyeplovűh vozgyej-sztvijah. Goszenergoizdat, Moszkva, 1961 .

9 . Légtechnika (szerk . : DR Kiss RóBERT) . Műszaki Könyvkiadó, Buda-pest, 1980 .

10 . GERTIS, K.- WOLFSEHER, U. : Bodennahe Aerodynamik . Gesundheits-Ingenieur 99 (1978) 321-352.

11 . Új módszer melegvízfűtések méretezésére és a hőszűks6glet számítására .BME I . Épületgépészeti Tanszék kutatási jelentése (Témafelelősök :MAKARA GYÖRGY-ZÖLD ANDRAS) . Budapest, 1969.

12 . DR. TARKANYI ZSUZSA-DR . SZABó GYULA: Napsugárzási adatok az6pítö-ipari tervezés számára . ÉTI, Budapest, 1969.

13 . DR. KUBA GELLÉRT : Benapozás. IPARTERV kiadványa, Budapest, 1975 .14 . RETTER, E . I.-SZTRIZSENOV, Sz . I . : Aerodinamika zdanyij . Izd.vo

Iityeraturü po sztroityelsztvo, Moszkva, 1968 .15 . RIETSCHEL, H.-RAISS, W. : Fűtés- és légtechnika . Műszaki Könyvkiadó,

Budapest, 1964.16 . Szücs ERVIN : A hasonlóságelmélet építőipari alkalmazása . Akadémiai

doktori értekezés, Budapest, 1972 .17 . DR. GABoR LASZLó : Épűletszerkezettan I.-IV . Tankönyvkiadó, Buda-

pest, 1979 .18 . DR. MACSKASY ÁRPAD: Központi fűtés 1-II . (Egyetemi jegyzet) Tan-

könyvkiadó, Budapest, 1952 .19 . ASHRAE : Handbook of Fundamentals . Mc Graw-Hill, New York, 1967 .20 . DR. SZABÓ GYULA : Üvegezések és árnyékoló szerkezetek naptényezője .

Épületgépészet XXIII (1974) 56 .21 . JERMOLJEV, JU . M.-MELNYIK, L . M. : Extremalnüje zadacsi na grafah .

Naukova Dumka, Kiev, 1968 .