Közel nulla energiaigényű épületek képzés Oktatási anyag Összeállította: dr. Ifj. Kistelegdi István DLA Szerkesztette: Tóth András

Átírás

1 Közel nulla energiaigényű épületek képzés Oktatási anyag Összeállította: dr. Ifj. Kistelegdi István DLA Szerkesztette: Tóth András február-március

2 Tartalom 1. Modul: NZEB Építészet Bevezetés NZEB definíció A NZEB épületek követelményértékei NZEB épület felújítások követelményei Energia Design integrált épülettervezés elmélet Átfogó módszertan Vernakuláris princípiumok Az épületburok Performance = Adapció + Erőmű Épületbionikai alapelv Energiakoncepció tervezés Tervezési algoritmus Smart (okos) épületburok szerkezetek Összegzés Modul: NZEB építészeti technológiák Épületburok Épületburok funkciók Épületburok technológiák Látens hőtároló szerkezetek (PCM) Üvegezések Épület aerodinamika Természetes szellőzés Aerodinamikai szélcsatorna teszt és méréssorozat a mesterprojekt esettanulmányban Energiadesign mesterprojekt A RATI energia-plusz épület projekt építészeti bemutatása Az épület teljesítményformája A projekt tervezési folyamata (Energia Design Roadmap alapján) Mikroklíma analízis Bázismodell Iroda és szaniter bővítés Technológia és Innovációscentrum T 3 torony tervmodell T tervmodell optimalizációja RATI klímakoncepció Klímazóna rendszer Energiahatékony szerkezettervezés, anyaghasználat

3 2.5 Épületgépészeti és üzemeltetési koncepció a mesterprojektben Energiaellátási koncepció a mesterprojektben Modul: Épületgépészet (HVAC) megoldásai NZEB épületekben Alapfogalmak Helységkondicionálás Mesterséges Szellőzés Gépi szellőzés Helységkondicionálás Helységkondicionálási koncepciók Hőátadó rendszerek Hűtési energiát átadó rendszerek Épületenergetika Energiatermelés Hő- és hűtőenergia termelő rendszerek Épületenergetikai számítások Termikus szimulációk Az épület energetikai és klimatikai dinamikus szimulációja Modul: EU finanszírozási szempontok - Nearly zero energy building (NZEB) fogalmának definiálása Európai Uniós szabályozások Hazai szabályozások Pályázati lehetőségek épület-energiahatékonyság kapcsán Hazai operatív programok Egyéb pályázati lehetőségek

4 1. Modul: NZEB Építészet 1.1 Bevezetés A természeti erők elleni harc korszaka a világ fő települési vidékein teljes mértékben lezárult. Ma az ember egyetlen ellensége csupán önmaga, ill. az általa okozott környezeti elégtelenségek, melyek legtöbbször tervezési hibák. (Frei Otto, 1967). Kétségtelenül egy új korszak kezdetén állunk. Az emberiség alapvető változásokon megy keresztül az élet legkülönbözőbb területein, az anyagi fejlődéstől kezdve a politikai, társadalmi szektoron keresztül egészen a morális, etikai és értelmi átalakulásig. Közben úgy tűnik az emberiségnek egyre jobban sikerül kielégítenie alapvető szükségleteit. Nikolai Kondradtieff a társadalmi és gazdasági fejlődés hosszú hullámairól szóló elmélete szerint a 18. sz. vége, az iparosodás óta 4, kb. 50 éves ciklusban sikerült az emberiségnek fundamentális problémáit megoldania, mely mindig úttörő jelentőségű innovációknak volt köszönhető. A munkakörülmények megkönnyítését, az erőforrások hozzáférhetőségének biztosítása követte, majd az urbanisztika minőségi fejlődésének elérése után az individualitás, mobilitás kialakulásához, megerősödéséhez jutottunk el [1.1]. Tény viszont, hogy a világ nagy részére ez nem érvényes. Az említett megoldások pedig folyamatosan új problémákat okoznak, melyek egy része a következő fejlődési hullám problémájává válik, másik részével pedig egyszerűen nem foglalkoznak, ill. valamiféle elkerülhetetlen mellékterméknek tekintik. Intenzíven érzékelhető mindez az ipari forradalom és a természetes erőforrások elhasználásának környezetpusztító hatásában. A nem megújítható energiaforrások használata megváltoztatja környezetünket és az időjárást, nem is beszélve az erőforrások belátható időn belüli kifogyásáról. A Föld történetében még soha nem provokált az emberiség ilyen mélyreható változásokat. Az ökológiai krízis a túlélést kérdőjelezte meg. A jövőbeli generációk gyermekei szemében ősemberek vagyunk, technikailag briliáns primitívek, akik saját szemetüket ették, itták és lélegezték. A szemét és hulladék fantáziahiányt jelent, e kifejezéseket csak a történelemkönyvekből fogják ismerni. [1.2] Nem véletlenül folytatódik Kondradtieff 5. ciklusa a következő alapvető szükséglettel, a környezeti problémák megoldásával. A neolitikus, majd az ipari-technikai forradalom után tehát szükségszerű termékként tört ki a 3. energiaforradalom: az aktuális posztfosszilis epizódus. Mivel a világ energia- és nyersanyag fogyasztásának 50 %-a az építőiparból származik, ezzel szoros összefüggésben a CO 2 -kibocsátás pedig több mint 30 %-át képezi a világ összes emissziójának, építészek és mérnökök vállára óriási felelősség hárul. A posztfosszilis építészet nem stílus, divat vagy irányzat, hanem biológiai szükségszerűség, válasz a válság és a túlélés kérdésére. E posztfosszilis tervezési módszerek segítségével olyan épületek születnek, melyek nem az eddig megszokott építészeti-műszaki rendszer alapján működnek. A máig elterjedt konvencionális épületek csupán egynéhány generáció óta képesek a fosszilis energiahasználat segítségével a lokális klímaviszonyok és a helyileg elérhető erőforrások kontextusából kibújni. A Modernek haladásba vetett hite, csaknem tetszőleges mennyiségű energia és nyersanyag felhasználásával teremtette meg a házak komfortnívóját. Függetlenül a külső viszonyoktól és belső követelményektől, a környezeti kölcsönhatásoktól elszigetelt, rendkívül nagymennyiségű energiát fogyasztó épületek születtek. 4

5 Az építőipari és gépészeti szektorban első látásra a reakció egyértelmű: az energiahatékony és környezeti energiaforrásokat hasznosító technológiák főtémává váltak gyakran mondják inkább a tettekben, mint a tudásban rejlik deficit. Eddig a jó hír. Ez viszont csakis egyoldalú megközelítésben érvényes. Monokauszálisan sorolt energetikai technológiák addíciója az épületekbe nem képes a fenntarthatóság szempontjából kielégítő megoldásokat biztosítani. Az épített öko-hétköznap sajnos szinte kivétel nélkül protézisekkel ellátott épületet hoz létre: egy idejétmúlt műszaki rendszer szerint megkomponált épületre külön opcióként akasztanak különböző aktuális, új energiahatékony technikát. Az épületre ragasztott külső elemek, ill. a házba helyezett gépdobozok semmi jelét nem mutatják egy átfogó teljességű összorganizmusba való integrációról. Tehát a legmélyrehatóbb energetikai problémát és negatív klímaváltozást okozó társadalmi tevékenység az építőipar, mely a világ energiafogyasztásának és ennek következtében CO 2 - kibocsátásának mintegy 50%-áért felelős. Ezt a szektort a törvényhozói oldal, az EU Parlamentje az EPBD 2010/31/EU direktívával szabályozza és előírja, hogy 2019-től az EU-tagállamokban minden újonnan létesülő középület, 2021-től pedig minden újonnan létesülő épület közel nulla energiamérleggel kell, hogy rendelkezzen. Az előírás gyakorlatilag a meglévő épületállományra is vonatkozik, ha ez műszaki, funkcionális és gazdasági szempontból megvalósítható [1.3]. A direktívának megfelelően a törvény szintű épületenergetikai rendeletek szigorítása folyamatos jelenség, melyet a hazai törvényhozás is alkalmaz az az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról szóló 7/2006 (V. 24.) TNM rendeletben. Ezenkívül az EU az üvegházhatást okozó gázkibocsátást 80-95%-al az 1990-ben kimutatott értékek alá szándékozik csökkenteni 2050-ig [1.4]. E fenntartható fejlődés megvalósításának érdekében, nem csak egyes új épületek, hanem a világ épületállományának közel 95%-át képező meglévő épületszubsztatnia - egész települések energetikai performance- ével is foglalkozni kell: a települések felújításra, illetve átalakításra szorulnak, ami következtében nullenergia szintre emelkedik az energiamérlegük. A meglévő épített környezet energiaoptimált felújítása gyakran nem éri el a nullenergia szintet gazdasági vagy műemlékvédelmi előírások végett. A régi épületek által generált energiadeficitet az újonnan létesítendő pluszenergiás épületek képesek pótolni többlet energiatermelésükkel. Ezt a teljesítményt kizárólag egy intelligensen működő, smart (okos) NZEB (nealy zero energy building, közel nulla energia fogyasztású épület), illetve aktívház (pluszenergia mérleggel rendelkező épület) képes elérni, mely térszervezési, szerkezeti és működési koncepciója a helyi instacioner adottságokat kiaknázva optimális hő-, fény- és légtechnikai kondíciókat hoz létre belső terekben, szimultán környezeti energiatermelés mellett. A többlet energiát a városi rendszer smart energiahálózataiba exponálva, megtörténhet az első lépés a smart városok komplex megvalósítása felé. Ez az épületperformance az épületek és épülettechnológiák komplexitását exponenciálisan növeli, magas használói és teljesítménybeli igényekkel. A komplex feladat megoldásához a smart épületek viszont smart (okos) tervezési módszert is igényelnek. 1.2 NZEB definíció Az Európai Parlament az EPBD 2010/31/EU irányelvvel (továbbiakban recast ) szabályozza és előírja, hogy 2019-től az EU-tagállamokban minden újonnan létesülő középület, 2021-től pedig minden újonnan létesülő épület közel nulla energiamérleggel kell, hogy rendelkezzen. A követelményértékek számszerűsítését és bevezetését a tagországoknak kell elvégezniük, továbbá 5

6 ehhez kötődően nyilatkozniuk kell, hogy az energiaigények egy részét megújuló energiaforrásokból lehessen fedezni. Jogszabályba foglalás előtt a tagállamok követelményértékeiről uniós egyeztetés fog folyni. A Belügyminisztérium megbízásából készült egy A megújuló energiaforrásokat alkalmazó közel nulla energiafogyasztású épületek követelményrendszere című tanulmány [1.5] (továbbiakban közel zéró tanulmány), melyet a Debreceni Egyetem Műszaki Karán az Épületgépészeti és létesítménymérnöki tanszékén dolgoztak ki. Műszakilag lehetséges és racionális követelményt szükséges hazánkban is meghatározni a recast -ban megadott lényeges épületkategóriákra. A debreceni tanulmány olyan műszaki szempontból reális követelményértékekre tesz javaslatot, melyeket az öt-hat éven belül várható gyártmányok piaci kínálata, az akkorra várható átlagos tervezői és kivitelezői felkészültség és egy megújuló energiaforrást hasznosító rendszer esetén az épületek 95%-a teljesíteni tudjon. A racionalitás pedig azért fontos, mert műszakilag nullenergia, illetve pluszenergia mérleggel rendelkező épületek megvalósítása lehetséges, viszont életciklusra vetített energiamérlegük, illetve bekerülési költségeik kedvezőtlenebbek, mint racionális épületeké. Az Európai Bizottság 244/2012/EU felhatalmazáson alapuló rendeletében költségoptimalizálási számításokat végeztet tagországonként, mely keretében oly mértékben elehet szigorítani a különböző épületekre vonatkozó előírásokat, amely a várható élettartam és a költségek, valamint a megtakarítások alapján a jelenlegi ismeretszint szerint a legracionálisabb megoldást eredményezi [1.6]. Az eredeti meghatározás szerint a közel energiaigényű épület has a very high energy performance, the amount of energy required schould be nearly zero or very low, the energy required schould be covered to a very significant extent by energy from renewable sources (including energy from renewable sources on-site or nearby). A közel nulla energiaigényű épület energetikai teljesítménye magas: tehát a magyar terminológia alapján az épület veszteségei alacsonyak, a nyereségáramokat jól hasznosítja, a túlzott nyári felmelegedés ellen jól védett, az épületgépészeti rendszerek jó hatásfokúak, segédenergia igényük alacsony. energiaigény közel nulla vagy nagyon alacsony: az előző pontból következik, a gépészeti rendszer fűtés-hűtés tekintetében csökkenthető de a HMV (használati melegvíz) bizonyos mértékben mindig szükséges. az energiaigény nagyon jelentős mértékben megújuló energiaforrásokból kell fedezni (beleértve a megújuló forrásokból helyben vagy közelben kinyert energiát), (1.1 ábra) A definícióból következik, hogy kizárólag az épület üzemeltetéséhez szükséges energiafogyasztásról van szó. Ez lakóépületek esetében a rendeltetésszerű használatnak megfelelő belső levegőminőség és léghőmérséklet fenntartásához szükséges fűtés, hűtés, szellőzés, klimatizálás és HMV ellátáshoz szükséges energiafogyasztást jelenti. Nem lakóépületek esetén mindehhez a mesterséges világítás energiafogyasztása is hozzátartozik. [6] 6

7 Megújuló energiaforrások szintjei [1.5] A csökkentett üzemeltetési energiafogyasztás szerkezeti és gépészeti megoldásai magasabb beépített energiaigénnyel járnak, emellett még a csere, karbantartás, bontás, áramtalanítás energiaigényeit is figyelembe kellene venne valóban nulla energiaigényű épületek esetében. Erre a recast viszont nem terjed ki. A költségoptimalizálás vizsgálatainak eredményei alapján a bekerülési költségek kötelező figyelembe vétele részben enyhít a helyzeten. Abban az esetben, ha az üzemeltetési energiafogyasztást csökkentő épületgépészeti rendszerek bekerülési költségei arányos a beépített energiatartalmukkal, akkor közvetett módon az életciklusra vetített energiaigény hatása is részben érvényesül. Ebben a kérdésben a hagyományos (fa, vályog, szalma, nád) anyagokból épült öko-házak figyelemreméltó jelentősségre tehetnek szert, akkor ha ezekre az építőanyagokra és épületekre nem tiltások, hanem mérések, számítások készülnek, melyek segítségével objektívan összehasonlíthatók korszerű anyagokkal, épületekkel. Energetikai teljesítménye magas jelentése: Először az épületek energiaigényét kell a lehető legintenzívebben minimálni, aztán lehetséges a meghajtó energiaforrás vizsgálata. Kis veszteségáramok, nyereségáramok hasznosítása és hatékony épületgépészeti rendszerek. Energiaigény közel nulla vagy nagyon alacsony jelentése: egyrészt ismétli az első pontot, másrészt értelmetlen. A fűtés-hűtés lehet közel zéró, kivéve a HMV igényt! Az első két pontból következik, hogy a szabályozás három szintje továbbra is szükséges: a közel nulla fajlagos évi primer energia követelménye (kwh/m 2 a) az épület egészének hőtechnikai minőségéra vonatkozó fajlagos hőveszteségtényező követelményértéke (W/m 3 K) elemi szintű követelmények: az egyes elemekre vonatkozó (határoló és nyílászáró szerkezetek) hőátbocsátási tényezőinek követelményértéke inkluzíve hőhidak hatása (csőés légcsatorna hálózatok, melegvíztárolók, hőcserélők hőszigetelési követelményei), hőtermelő berendezések, hőcserélők, ventilátorok, szivattyúk hatásfokainak követelményértékei) A fajlagos hőveszteségtényező követelményszintjére szükség van: a fajlagos hőveszteségtényező magába foglalja az épület passzív szoláris nyereségáramait is (közvetve a tájolás, benapozás, hőtárolóképesség hatását) a fajlagos hőveszteségtényező korlátozza a túlzott üvegezési arányt vagy nagy üvegezési arány esetén kompenzáló megoldást kényszerít ki (ha a nyílászárók hőátbocsátási 7

8 tényezője a megengedett legnagyobb érték és az üvegezési arány nagy, akkor az épület hővesztesége is nagy lenne ha a nagy üvegezési arányhoz ragaszkodunk, akkor a fajlagos hőveszteségtényező korlát miatt alacsonyabb hőátbocsátási tényezőjű nyílászárókat kell alkalmazni továbbra is lesznek olyan komplex funkciójú épületek (kórház, wellness szálló, repürepülőtéri terminál ), amelyekre nem lehet előregyártott fajlagos primer energia követelményeket (kwh/m2a) megfogalmazni - ezekben az esetekben a referencia érték számításának kiinduló adata a fajlagos hőveszteségtényező. A nulla értelmezése: Egyrészt autonóm ház (valamennyi energiaigényt nulla primer energiatartalmú energiával látunk el). Mástészt lehetséges fosszilis energiát is használni, de ezt ellensúlyozni kell megújuló energia hasznosítással, melyet helyben felhasználható, raktározható, illetve a felesleg a közműhálózatba visszatáplálható. Az energiafogyasztás megítélésének alapja az éves mérleg: a felhasznált energia és a külső hálózatnak átadott primer energia szinten számított különbsége, tehát az importált és exportált primer energia különbsége. A jó energetikai minőségű épület alacsony energiaigényét nagyon jelentős részben megújuló forrásból fedezi. A közel nulla értelmezésében nagy szerepe van a költségoptimálási vizsgálatoknak. Létező példák vannak a ténylegesen nulla igényű, sőt energiát exportáló, pluszenergiás épületek létesítésére is. Megújuló energia forrás elhelyezkedése HELYBEN: Épületen Épületben Telekhatáron belül (ez ésszerű és javasolt). Ezen belül: o Aktív szoláris termikus rendszer Tetőn Homlokzaton Lábazat előtt Melléképület, gépkocsi beálló tetőn Puffertároló épületben Szezonális puffertároló épületen kívül de telekhatáron belül talajba süllyesztve Szükséges segédenergia (villamos áram) érkezhet kívülről is o Fotovoltaikus rendszer Tetőn Homlokzaton Lábazat előtt Melléképület, gépkocsi beálló tetőn Máshol, telekhatáron belül o Talajhőt, termálvizet és ásott kutak vizét hasznosító rendszer Hőszivattyú fűtésre- hűtésre, csak keringető szivattyú vagy ventilátor passzív hűtésre, szellőző levegő temperálásra épületen belül Primer oldali szondák, talajkollektorok, földalatti légcsatornák az épületen kívül a telekhatáron belül Szükséges segédenergia (villamos áram) érkezhet kívülről is o Külső levegő hőtartalmát hasznosító rendszer 8

9 o o o Hőszivattyú épületen belül Elpárologtatók épületen vagy máshol telekhatáron belül Szükséges segédenergia (villamos áram) érkezhet kívülről is Biomassza tüzelésű rendszer Tüzelőanyag kívülről érkezik Szükséges segédenergia (villamos áram) érkezhet kívülről is Biogázzal vagy folyékony bio üzemanyaggal működő kapcsolt energiatermelés Szélerőmű (turbina) Épületen Telken Épületen kívül, de telekhatáron belüli egyéb fogyasztók (szabadtéri világítás, stb.) problematikusak, közvetlenül nem vonatkoztathatók ezekre az épületek követelményértékei. Megújuló energia forrás elhelyezkedése KÖZELBEN: Az elszámolás szempontjából: zárt közeli rendszer o A telekhatárhoz zárt hálózaton keresztül érkező energia megújuló o A zárt hálózat egy épületcsoportot lát el (zárt hálózat = a hálózat és az épületcsoport kiépítése után a hálózatra további épületek nem köthetők) o Zárt közeli rendszerek: Közös szélturbina Közös kollektor mező és HMV tároló Közös fotovillamos mező Kapcsolt energiatermelés, melynek a termikus teljesítményét azért rendszer hasznosítja Biomassza, biogáz, illetve hulladék fűtőmű és /vagy a hőtermelés egy része szoláris vagy geotermikus forrásból fedezett o Azonos közeli forrásból ellátott épületcsoport: energetikai követelményeket az épületcsoport egészére kell vonatkoztatni (tehát lehetnek a csoporton belül épületek, melyek nem felelnek meg a követelménynek, de ezt a többi épület kompenzálja fajlagos primer energiafogyasztás kwh/m 2 a szempontjából). Például szoláris rendszer a hasznosítás szempontjából kedvező helyen telepített vagy egy szélturbina egy épületcsoport közös tulajdona. Megújuló energia forrás elhelyezkedése KÜLSŐ: Mindenhol, ami nem a HELYBEN vagy a KÖZELBEN elhelyezkedés alá esik: o Termikus energia, a primer energiatartalom függ Teljes egészében vagy részben kapcsolt energiatermeléstől Tüzelőanyag fajtájából, a tüzelőberendezés teljesítménytényezőjétől Megújuló energia hasznosítása, ennek részaránya a szolgáltatásban (termálvíz, geotermika, központi szoláris rendszer, kollektor, tároló, szorpciós hűtőgép, biomassza, biogáz, hulladék égetés, hulladékhő technológiai folyamatból Rendszer kiterjedése, a forrás és az épület távolsága (hálózat hőveszteség, szivattyú munka) 9

10 o További befolyásoló tényező: földrajzi-geometriai értelemben milyen messze van a forrás? Kedvező példa 1: megújuló forrást alkalmazó tömbfűtőmű, esetleg kapcsolt energiatermeléssel, központosított tüzelőanyag ellátással, egyszerűbb rendszerkiszolgálással, égéstermék elvezetéssel (mint elszórt épületek kiszolgálása esetében), a földrajzi közelség miatt kisebb veszteségekkel, szivattyúzási fogyasztással. Kedvező példa 2: Kapcsolt energiatermelésből villamos áram betáplálás az országos hálózatba, ezúton alacsonyabb primer energiatartalmú energiafogyasztás történik az épületekben (fajlagos primer energiafogyasztás kedvezőbb értékeket ér el) Elektromos áram, a primer energiatartalom függ Országos hálózatról érkező energia keverék, szolgáltatási szerződés, illetve tarifa alapján formálisan elkülöníthető a zöld energia hányad, melyet az általánostól eltérő primer energiatartalommal lehet számolni (veszély: szolgáltatási szerződés módosulhat...) Csúcson kívüli elektromos áramot kedvezőbb primer energiatartalommal lehet figyelembe venni Valamilyen (pl. időbeli) korlátozás melletti áramszolgáltatásnál kedvezőbb primer energiatartalmat lehet figyelembe venni, ha az épület rendszerei e korlátozás mellet kifogástalanul képesek működni Az épület magas energetikai teljesítménye értelmezése az épületre és az épületgépészeti rendszerekre együttesen vonatkozik. A közel nulla vagy alacsony energiaigény az épületgépészeti rendszerektől elvonatkoztatva nem értelmezhető. A magas energetikai teljesítmény a szabályozás első és második szintjén történik: 1. Elemek szintje: a. Határoló- és nyílászáró szerkezetek megengedett legmagasabb hőátbocsátási tényezője. A passzívház gyakorlat és a Magyar Mérnöki Kamara (MMK) munkacsoportjából dr. Osztroluczky Miklós által javasolt értékek (legszigorúbb értékek). Ennél szigorúbb követelményértékek az életciklus energiamérlege és költségoptimálás szempontjai miatt nem célszerűek. b. Nyári túlzott felmelegedés elleni védelem (csak részbeni megoldások az előírások az épület rendeltetése, hőtároló tömege, tájolása függvényében): i. a transzparens határolások a kritikus hónapok kritikus óraközeiben ne legyenek benapozottak, vagy ii. az üvegezés össz-sugárzásátbocsátási tényezője ne haladjon meg egy előírt értéket (esetleg nyáron társított szerkezettel együtt értelmezve) iii. amennyiben a funkció és a környezet az éjszakai szellőzést lehetővé teszi, a nyílászárók mérete, pozíciója és működési módja feleljen meg néhány ökölszabálynak. c. Hőtermelők (kazán, kályha) hatásfokának (vagy teljesítménytényezőjének = hatásfok reciproka) előírása tüzelőanyag szerint d. Cső- és légcsatorna hálózatok, tárolótartályok hőszigetelési követelményei e. Hőcserélők, ventilátorok, szivattyúk, vezérlések és szabályzások követelményei 2. Épület szintje: 10

11 a. Az épület egészére vonatkozó fajlagos hőveszteségtényező (W/m 3 K) értékét továbbra is a felület/térfogat arány (A/V) függvényében kell előírni. Ebben csak olyan tényezők szerepelnek, melyek az épülettől függenek és minden olyan tényező szerepel, amely az épület hőtechnikai minőségét jellemzi. Az A/V arány szerinti követelményértékek azért fontosak, hogy ne támasszunk abszurd követelményeket kedvezőtlen geometriájú (kis abszolút méretű vagy dinamikus, szoborszerű tömegű) épületekkel szemben. b. Légtömörség követelmény: Blower Door teszt egyes esetekben (minősítések) előírható, de általános érvényben nem (komoly műszaki problémák). Az épület szintű követelmény a recast első pontját teljesíti; az elem és épület szintű követelmények pedig az első és második pontokat együttesen elégítik ki. Az épület és épületszerkezetek követelményeivel alacsony nettó energiaigény generálható, az épületgépészetre vonatkozó követelmények betartása ugyanakkor alacsony bruttó igényeket is produkál. A légtechnika alkalmazásával evidens jelleggel kötelező a hővisszanyerő alkalmazása, viszont a költségoptimalizáló elemzések eredményképpen lehetséges, hogy kisebb vagy lakóépületek esetében nem mindig célszerű. Nagyon jelentős mértékben megújuló energiaforrásokból fedezett energiaigény, - a recast harmadik pontja nem értelmezhető szó szerint. A helyes értelmezés: Az épület importált primer energiában kifejezett fogyasztása és az épület helyi (telekhatáron belüli) megújuló forrásokból származó. Külső hálózatnak átadott primer energia exportja közötti különbség közel nulla legyen. [1.5] Példa: Egy épületben a fűtés és HMV ellátás fosszilis fölgáz tüzeléssel történik. Helyben termikus energiát semmi ne biztosít, azonban z épületen van fotovoltaikus rendszer, ami a külső hálózatnak annyi elektromos áramot ad át, amennyi primer energia szinten a földgáz primer energia tartalmával megegyezik. Tekintettel a kiváltott földgáz alacsony primer energiatartalmára ez kedvezőbb lehet a benapozott felületek napkollektoros alkalmazásánál, a termelt elektromos áram magas primer energiatartalma miatt. Szélsőséges példa, ha az importált energiának olyan alacsony a primer energia tartalma, hogy nincs is szükség exportra (helyi megújul forrás hasznosításra), - erre van esély pl. egy nem nagy kiterjedésű, kapcsolt energiatermelés és megújuló forrásra alapozott vagy támogatott hálózat esetében. A megújuló energiának az igényekhez viszonyított hányadát csak közvetett módon szabad előírni. Megújuló forrás ugyanis többféle létezik, alkalmazásuk feltételei is különbözőek. Sűrű városi szövet gyakran nem alkalmas a szoláris rendszerek alkalmazására, magas épületek szolártechnika integrálásához alkalmas épületburok felületei pedig csekély méretűek az épület energiaigényéhez mérten. Légszennyezés veszélye miatt sűrű városokban biomassza kazánok, kályhák kivitelezése sem ésszerű. Geotermikus energia hasznosítás a közművek és a telekmérettől valamint a geológiai adottságoktól is nagymértékben függenek. A szélenergia hasznosítás településekben, városokban, illetve közvetlen közelükben a legtöbb esetben nagyon problematikus, sokszor lehetetlen. A követelményértékeket továbbra is fajlagos primer energiaigény szinten szükséges megadni, mégpedig oly módon hogy az elemi szintű követelményeknek megfelelő épület (U 11

12 értékek, kondenzációs gázkazán, hővisszanyerő) esetében is csak akkor teljesüljön a követelmény ha megújuló energiát használnak. Példa: Egy elemi szintű követelményeknek megfelelő épület fajlagos éves primer energia igénye 100 kwh/m 2 a, viszont követelmény a 75 kwh/m 2 a, akkor ez csak az esetben teljesíthető, ha megújuló energiaforrást is hasznosítunk. A tervező felelős feladata, hogy mérlegelje a tervezési körülményeket és az előírt fajlagos éves primer energia igény szintjét milyen módon (megújuló forrással) szándékozik elérni. Ezúton kerülhetőek el az értelmetlen és betarthatatlan előírásokból származó problémák, egyedi elbírálást igénylő felmentési kérelmek. (Nem lenne célszerű alsófokú szakhatóságokra bízni egyes tetőidomok benapozás számítás elvégzésén alapuló egyedi felmentési kérelmek elbírálásának sokaságát). 1.3 A NZEB épületek követelményértékei A recast a követelményértékek definiálását referenciaépületek számításainak segítségével kívánja megvalósítatni. A fajlagos primer energiaigény (kwh/m 2 a) követelmények akkor megfelelő, ha bár kellően szigorúak, ugyanakkor az épületek 95%-ában megvalósíthatók. Ezek az épületek feltételezve, hogy 2020-as standard minőségben és műszaki megoldásokkal létesülnek, valamint megfelelnek az elem szintű előírásoknak és városi szövetben fotovoltaikus rendszerekkel vagy biomassza tüzeléssel, illetve hőszivattyú alkalmazásával hasznosítanak megújuló forrásokat. A hőszivattyúk meghajtására csúcson kívüli villamos energia ( H-tarifa vagy geo-tarifa ) is figyelembe vehető, mert a kiépített rendszer műszakilag garantáltan tárolóval rendelkezik. Adott esetben a hálózatról alacsony primer energiatartalmú ellátás használható. A primer energiatartalom kifejezés magába foglalja a hálózatba betáplált energia milyen arányban származik megújuló forrásból, továbbá kifejezi a hálózaton való szállítás veszteségeit és energiaigényét. A maradék 5% esetében az elemi szintű követelményeknél jobb elemek alkalmazása és/vagy egynél több megújuló forrás hasznosítása és/vagy szerencsés esetben kis primer energiatartalmú hálózati energia vételezésének lehetősége vezethet a követelmény teljesítéséhez (bár az ilyen esetek kedvezőtlen adottságok esetén is helyes építészeti koncepcióval többnyire elkerülhetők). A közel nulla követelményszint nem az elérhető legjobb szint! A megújuló energia hasznosítás alacsony primer energiatartalmú hálózati energiafogyasztási formája még a helyi megújuló energiaforrás hasznosítást is felülírhatja, - viszont általában ilyen kedvező adottságra nem lehet számítani, így olyan követelményeket kell megfogalmazni, melyek kedvezőtlen adottságok mellett is teljesíthetők (tehát a leendő 2020 technológiai színvonalú épületek 95%-a megújuló energiát helyben hasznosító rendszerrel is teljesíteni tudja a követelményt). A követelményérték minimum előírás, tehát még minimum további két jobb energetikai minősítési kategóriát kötelező kialakítani kedvezőbb adottságú, illetve igényesebb épületek minősítésére. A fenti követelményértéket A megújuló energiaforrásokat alkalmazó közel nulla energiafogyasztású épületek követelményrendszere című, a Belügyminisztérium megbízásából készült tanulmány statisztikai számítások alapján határozza meg. [1.5] A számításokban a referenciaépületek egy alapadat bázisból véletlenszerűen modellezhetők [1.7]. A számítások a következő lépésekből állnak: 12

13 1. Egy épületkategóriában meghatározásra kerülnek geometriai adatok műszakilag lehetséges alsó és felső értékei független és összefüggő adatok formájában (hasznos alapterület, szintszám, kerület/terület arány, felület/térfogat arány, homlokzati üvegezési arány, belmagasság, stb.) Az alsó és felső értékek lehetséges változatait szükséges definiálni (fűtetlen pince, talajon fekvő padló, tetők), a hőtárolóképesség (könnyű, nehéz), a homlokzati üvegezési arány, tájolás, az elemek leendő szabályozás szerinti reális U és g értékeit (alsó-felső határ, benapozott-árnyékolt állapot) meghatározni. 2. Véletlenszerű de műszakilag működőképes adat együttesek választása, ezúton technikailag lehetséges épület modellezése. Nettó energiaigények meghatározása, majd a jövőbeli szabályozás elem szintű épületgépészeti követelményeinek alkalmazásával a nettóigényeket bruttó energiaigény szintre lehet számítani. Ezúton a recast első és második pontjának megfelelő fajlagos bruttó primer energiaigény adatokat lehet kapni: az épület energetikai teljesítménye magas, a nettó és bruttó igények pedig alacsonyak. 3. Azonos számításokat szükséges korszerű biomassza tüzelőberendezések feltételezésével is elvégezni. 4. A referenciaépület tetején (lapostető esetén a felépítmények, illetve a kölcsönös árnyékolás miatt kieső felületek figyelembe vételével) a HMV igényének megfelelő kollektorfelületet, továbbá a fennmaradó helyen fotovoltaikus mezőt nem lakóépületek esetében kizárólag fotovillamos rendszert kell modellezni és számítani a megújuló energia hasznosítás mennyiségét. A bruttó energiaigény ismeretében ezután a szoláris rendszerekkel fedezhető részarányt is számítani lehet. A fenti lépésláncolatot épületkategóriánként több százszor elvégezve olyan számú, technikailag lehetséges épületet és épületgépészeti rendszert volt lehetséges véletlenszerűen összeállítani, mely a év múlva tervezendő és építendő különböző telekadottságok és benapozási körülmények melletti épületváltozatokat tükrözi. A végeredményekből a referenciaépületek 95%-a által teljesíthető határérték beazonosítása lehetséges (1.2 ábra). Az így kapott határvonal a technikailag lehetséges követelményérték, melyet a költség optimalizációs számítások még felülírhatnak. 13

14 Statisztikai eljárás grafikonja [1.5] A lakóépületek esetében a következő 6000 db reprezentatív mintát vizsgálták: Egyszintes családi házak 1000 db Kétszintes családi házak 1000 db Három szintes alacsony társasházak (egy lépcsőházi traktus) 1000 db Négy szintes középmagas társasházak (egy lépcsőházi traktus) 1000 db Tíz szintes középmagas társasházak (egy lépcsőházi traktus) 1000 db Referencia épület paraméterek: Fűtött hasznos alapterület, lakóépületnél egy szint területe, irodaházaknál összes hasznos alapterület Szintek száma és belmagassága Egyenértékű téglalap rövidebbik oldalhossza (az egyenértékű téglalap egy, az épülettel azonos kerületű és területő téglalap, ezzel jellemezhető az alaprajz tagoltsága. Ha kompakt házról van szó, és nincsenek kiugró tagozatok, az egyenértékű téglalap rövidebbik oldala az alapterület négyzetgyökéhez közelít. Nyújtottabb, tagoltabb alaprajzok esetén a rövidebbik oldal minimális értékét a funkcionális kötöttségek korlátozzák. Az ablakok területe az alapterülethez képest van százalékosarányban megadva. A keretarány a keret által takart terület és a nyílászáró névleges méretének viszonya Összesen mintaépület számításait végezték el. A technikailag lehetséges referencia épületek adatai, paraméterei az ábrán látható. Ezek az adatok alapján számítható a az épülethatároló szerkezetek felülete és az A/V hányados. Irodaházak esetében az összes hasznos alapterület értékeit alkalmazták, kisebb létesítmények is figyelembe lettek véve (mivel kisebb településeken ilyen irodalétesítésekkel számolni lehet). Oktatási épületeknél a tantermek száma alapján lehetett az alapfunkciók (kapcsolt funkciók, tanuszoda, főzőkonyha, nem lettek figyelembe 14

15 véve) helyigényeit meghatározni. Lakóépületek osztályozása, fő paraméterek [1.5] Iroda épületek osztályozása, fő paraméterek [1.5] 15

16 Oktatási épületek osztályozása, fő paraméterek [1.5] Az épületszerkezetek számításokhoz szükséges meghatározásakor feltételezve lett, hogy a referenciaépületek teljesen alápincézettek, lapostetősek, az egy- és kétszentes épületek pedig padlással rendelkeznek. A hőveszteséget az EN ISO 13370:2007 szabvány alapján számították. A számítások során a felhasznált (feltételezett) hőátbocsátási tényezők (1.6 ábra) a Magyar Mérnöki Kamara munkacsoportja 2011-ben publikált javaslatain és a passzívház építés tapasztalatain alapulnak. Az alábbi U-értékek annyira szűk tartományban mozognak (más mérsékelt égövi tagállamok hőátbocsátási tényező követelményértékeivel együtt), hogy csak nagyon kismértékben módosítják csak az összesített energetikai jellemezőt a szellőztetés és HMV ellátás meghatározó szerepe miatt. Határoló és nyílászáró szerkezetek U-értékei [1.5] A magasabb hőátbocsátási tényező ellenére megengedhetőnek javasolja A megújuló energiaforrásokat alkalmazó közel nulla energiafogyasztású épületek követelményrendszere tanulmány [6] a passzív szoláris épületek köréből ismert energiagyűjtő falak alkalmazását, valamint a csatlakozó üvegházak és az anyaépület közötti nagyobb hőátbocsátási tényezőjű falakat, nyílászárókat a fajlagos hőveszteségtényezőre (W/m 3 K) vonatkozó követelmény betartása mellett. A passzív szoláris épületek energiagyűjtő falaira a nyereségáramokat is figyelembe vevő egyenértékű U meghatározására és/vagy a nyereség számítása (Q sid ) egyszerűsített módszerrel lehetséges. 16

17 A tájolás a referenciaépületekben, a családi házak kivételével kelet-nyugati nyílászárókkal történt. Jelentős északi üvegezés rontana a fajlagos hőveszteségtényezőn (hőszigeteléssel kompenzálható), négy déli tájolású üvegezések pedig kedvező irányba viszik az eredményt, viszont nyáron feltétlenül külső árnyékolás szükséges. A családi házak szabadabban vannak elhelyezve a telkeken, illetve szabadabb nyílászáró eloszlással rendelkeznek, így ebben az esetben kedvezőbb a tájolás. A részleged benapozottság 70-80%, az összes sugárzásátbocsátás tényező (g-érték) 0,5 télen, mobil társított szerkezettel 0,375 nyáron. A gépészeti rendszerek megadása a 7/2006 TNM rendelet alapján történt, a HMV nettó hőenergiaigény, belső hőnyereség, légcsereszám, továbbá a gépészeti rendszerek hatásfokának, veszteségeinek (elosztás, tárolás, szabályzás) és elektromos segédenergia igényei tekintetében. A mesterséges megvilágítás nettó energiaigénye csökkentve számított a rohamosan fejlődő LED technológia miatt. A biomassza kazánok közül a legkorszerűbbek kerültek kiválasztásra. A sugárzási nyereség hasznosítási tényezője vonatkozó ISO szabvány szerint számított. Az 1.7 ábra a gépészeti rendszer feltételezett adatait rendszerezi. Irodaépületekben a TNM szerint közelítő módszerrel került számításra a hűtési energiaigény, feltételezve, hogy az épület a nyári túlmelegedés kockázatára vonatkozó követelménynek megfelel, t b nyár < 3 K. Gépészeti rendszer input adatai [1.5] A termikus szolári rendszer szelektív síkkollektorokból áll HMV készítésre. A kollektorfelületek a Naplopó Kft méretezési diagramja alapján számított, egy 60-70%-os szoláris részarányt feltételezve családi házak esetében, társasházaknál pedig 30-50%. A fotovoltaikus napelemek energiatermelése egyszerűsített módszerrel számított. A PV modul névleges teljesítménye (típus és modul-terület függő) alapján történt az éves energiahozam számítása. Magyarországon 1 kwp csúcsteljesítményű, kedvező dőlésszögű és tájolású jól benapozott napelem kb kwh/kwp éves villamos energiát termel. Az éves napelem energiahozam = 1094 x tájolás x kwp x Z PV 17

18 A napelemek villamos energia kiváltása primer energiában a napelem elektromos áramtermelésének a 2,5-szörösét jelenti (számítás 2,5 primer energia szorzóval). Az 1.8 és 1.9 ábrák a termikus és fotovoltaikus szolár rendszerek input adatait foglalják össze. Termikus szolár rendszer input adatai [1.5] Fotovillamos rendszer input adatai [1.5] Az elemi szintű követelmény értékek jelen oktatási anyag 18. oldalán felsorolt, a Magyar Mérnöki Kamara munkacsoportja 2011-ben publikált javaslatain és a passzívház építés tapasztalatain alapulnak. A fajlagos hőveszteség tényező megengedett legmagasabb értékére az A/V arány függvényében A megújuló energiaforrásokat alkalmazó közel nulla energiafogyasztású épületek követelményrendszere tanulmány [6] (továbbiakban közel zéró tanulmány) a következő összefüggés szerinti értékeket javasolja (1.10 ábra): A/V 0,3 q m = 0,12 W/m 3 K 0,3 A/V 1,0 q m = 0, ,23 ( A/V) W/m 3 K A/V 1,0 q m = 0,281 W/m 3 K Ahol A = épülethatároló szerkezetek összfelülete V = fűtött épület(lég)térfogat 18

19 Fajlagos hőveszteség tényező megengedett legmagasabb értékei a felület/térfogat arány függvényében [1.5] Az összesített energetikai jellemző javasolt követelményértékeit a közel zéró tanulmány különböző épületgépészeti rendszer és helyi megújuló energiaforrás változat esetére vizsgált a közel zéró tanulmány. Az összehasonlítás kedvéért egy referencia épület értékei is számításra kerültek, mely korszerű épületgépészeti rendszert magába foglal, de helyi megújuló energiaforrást nem alkalmaz. A követelményértékeket úgy kell meghatározni, hogy legalább egy helyi megújuló energiaforrás igénybevétele elengedhetetlen legyen, amennyiben hálózatról vagy zárt közeli rendszerből nem vételezhető olyan alacsony primer energiatartalmú ellátás, amellyel a helyi megújuló forrás hasznosítás kiváltható. Elvárható, hogy egy vagy több helyi megújuló energiaforrást is hasznosítson egy épület. Lényeges kiemelni, hogy tervezői döntésnek kell lennie a helyi megújuló energiaforrás megválasztása, a beépítési adottságok és összes körülmény elemzése segítségével. Szoláris rendszer esetében az épületburok geometriája, tájolása, benapozottsága a mérvadó tényező, szilárd biomassza esetében a településen belüli elhelyezés, a szmogveszély és tüzelőanyag szállítás, tárolás kérdésköreit kell végigjárni, továbbá a geotermikus energiahasznosítás esetében a geológia, telek- és közműadottságok a kérdéses vizsgálandó szempontok. A javasolt követelményértékeket a közel zéró tanulmány a legkedvezőtlenebb elérhető eredményekhez illeszti. Alacsony szintszámú épületekben ez a biomassza tüzelést, magasabb szintszámoknál pedig a biomassza tüzelést és a szoláris rendszereket jelent egyformán. Az A/V viszony hatása elveszíti érvényességét a közel nulla energia követelmények esetében. Meghatározó, új geometriai függvényként jelentkezik az energiagyűjtő felületek és a hasznos alapterület aránya, amely közvetve a szintek számával is kifejezhető. 19

20 I. Kondenzációs kazán, hővisszanyerős gépi szellőzés, mint referencia érték II. Pellet- vagy faelgázosító kazán, hővisszanyerős gépi szellőzés III. Kondenzációs kazán, hővisszanyerős gépi szellőzés, kollektor és mellette a fennmaradó tetőfelületen napelem IV. Kondenzációs kazán, kollektor és mellette a fennmaradó tetőfelületen napelem V. Kondenzációs kazán, hővisszanyerős gépi szellőzés, kollektor VI. Hőszivattyú, hővisszanyerős gépi szellőzés Összesített energetikai jellemző különböző LAKÓÉPÜLETEK esetében helyi megújuló energiaforrások alkalmazásával [1.5] DIFFERENCIÁLT VÁLTOZAT - Összesített energetikai jellemző különböző LAKÓÉPÜLETEK esetében helyi megújuló energiaforrások alkalmazásával [1.5] ÖSSZEVONT VÁLTOZAT - Összesített energetikai jellemző különböző LAKÓÉPÜLETEK esetében helyi megújuló energiaforrások alkalmazásával [1.5] Egy és két szint esetében a javasolt követelményértéknél lényegesen alacsonyabb érték érhető el gáztüzeléssel, ténylegesen nulla vagy akár energia-pozitív épület is megvalósítható, - feltéve, hogy a HMV termeléshez szükséges termikus szoláris rendszer mellett fotovoltaikus rendszert is alkalmazunk. A gépi hővisszanyerős szellőzés ekkor nem feltétlenül szükséges a követelmény eléréséhez. 20

21 Négy és több szint esetében a követelmény csak hővisszanyerős gépi szellőzés alkalmazásával lehetséges. Öt szintig a legkisebb megújuló részarány biomassza tüzeléssel érhető el; ötnél több szint esetén pedig egyformán biomassza tüzeléssel és szoláris rendszerekkel gyakorlatilag azonos megújuló részarány érhető el. Például teraszházak vagy egyéb olyan épületek esetében, ahol a szintek alapterülete különböző, ott az összes hasznos alapterület osztva a az épület vetületi alapterületével tört számot ad. Az ilyen adatokból lineáris interpoláció segítségével számítható a követelményérték. Viszonyítási alapként megjegyzendő, hogy a darmstadti Passivhaus Institut követelményrendszerében a fajlagos primer energiafogyasztás értéke 120 kwh/m 2 a, inkluzíve világítás és az összes gépi (villamos) berendezés energiafogyasztását. A biztonság javára tévedve tételezzük fel, hogy az összes belső hőteher villamos fogyasztókból áll, melynek belső hőterhelését ugyanaz az intézmény 46 kwh/m 2 a primer energia értékben adja meg. A = 74 kwh/m 2 a primer energiaigény azt jelenti, hogy az ennél alacsonyabb követelményérték szigorúbb, az ennél magasabb követelményérték enyhébb a passzívház előírásnál. A javasolt követelményértékek egy eset kivételével (ahol közel azonos) mindegyik szintszám esetében alacsonyabbak, mint a 74 kwh/m 2 a primer energiaigény. I. Kondenzációs kazán, hővisszanyerős gépi szellőzés, gépi hűtés, mint referencia érték II. Pellet- vagy faelgázosító kazán, hővisszanyerős gépi szellőzés, gépi hűtés III. Kondenzációs kazán, hővisszanyerős gépi szellőzés, gépi hűtés és mellette a kihasználható tetőfelületen napelem IV. Hőszivattyú, hővisszanyerős gépi szellőzés, gépi hűtés Összesített energetikai jellemző különböző IRODAÉPÜLETEK esetében helyi megújuló energiaforrások alkalmazásával [1.5] A és B (az MSZ EN és ISO 7730 szerinti) komfortkategóriájú irodaházakra a javasolt összesített energetikai jellemző követelményérték: 21

22 Egy szint esetén Több szint esetén 102 kwh/m 2 a 85 kwh/m 2 a Kisebb alapterületű, egy vagy kétszintes irodaépületek számára, melyek a C komfort kategóriába esnek és költségoptimalizációs okokból hővisszanyerős gépi szellőzés nélkül létesülnek, enyhébb követelményértéket, 115 kwh/m 2 a javasol a közel zéró tanulmány. Az oktatási épületek esetében nem lett gépi hűtés figyelembe véve. Tanév időbeosztás változás esetén, pl. a nyári szünet módosulásával a gépi hűtés elhagyását felül kell vizsgálni. A javasolt összesített energetikai jellemző követelményérték kis iskolák számára: Egy szint, négy tanterem, szokásos kiegészítő, szociális terek) 60 kwh/m 2 a Egyébként és általánosan 50 kwh/m 2 a. I. Kondenzációs kazán, hővisszanyerős gépi szellőzés, mint referencia érték II. Pellet- vagy faelgázosító kazán, hővisszanyerős gépi szellőzés III. Kondenzációs kazán, hővisszanyerős gépi szellőzés, a kihasználható tetőfelületen napelem IV. Hőszivattyú, hővisszanyerős gépi szellőzés Összesített energetikai jellemző különböző OKTATÁSI ÉPÜLETEK esetében helyi megújuló energiaforrások alkalmazásával [1.5] További javaslatok: A passzív szolár energiagyűjtő épületszerkezetek mentesítése az U-érték követelmények alól, a fajlagos hőveszteségtényező követelményérték ugyanakkori betartása mellett. A természetes anyagokból készült ( konzervatív ) öko-épületek mentesítése mindhárom követelményszint alól, amennyiben életciklusra vonatkoztatott energiaigényük egy kidolgozandó követelmény alapján alacsonyabb, mint a korszerű épületeké. 22

23 Fajlagos világítás energiaigény tájékoztató adatok fejlesztése a korszerű (LED) fényforrások elterjedése miatt. A 100 m 2 feletti hasznos alapterületű lakások esetében a nettó használati melegvízigény bemenő adat csökkentése arra tekintettel, hogy a lakók száma nem arányos törvényszerűen az alapterülettel. 1.4 NZEB épület felújítások követelményei Felújítás esetén nem minden határoló szerkezet korszerűsítése lehetséges, illetve nem lehetséges az új létesítésű épületek követelményeinek megfelelő mértékben vagy csak irreálisan magas költségek mellett. Példák Belvárosi történeti épületek utcai homlokzatai: külső hőszigetelés nem megengedett műemlékvédelmi okokból, továbbá a vastag hőszigetelés az utcafront területébe behatol (telekhatár átlépési problémák) és engedélezési problémákat okoz. Történeti épületek nyílászáró cseréje korhű kivitelben nagyon költséges (egyedi fa nyílászárók) vagy a kapcsolt gerébtokos nyílászárók cseréje műanyag nyílászárókra városkép szempontjából problémás. A talajon fekvő padlószerkezet hőszigetelési korlátai különösen alacsony szintszámú épületekben problematikus. Beépített tetőterek utólagos hőszigetelése korlátozott vastagságban lehetséges csak, illetve túlzott mértékű belmagasság csökkentést is okozhat. Felújítás esetében gyakorlatilag lehetetlen a hűlő felület fűtött térfogat arányt (A/V hányadost) csökkenteni (javítani), valamint az üvegezési arány lényeges változtatása is gyakran problematikus. A gépészet szempontjából is gyakori a probléma a fejlesztések szempontjából. Nagy épületben hővisszanyerős szellőzőrendszer igen költséges és műszakilag is kihívás, a nagy helyigényű légcsatorna hálózat és hővisszanyerő berendezések adott kisléptékű terekben, alacsony belmagasságok és beépített bútorok mellett nehéz feladatnak bizonyul. Belvárosi beépítés esetén a frisslevegő beszívás a tetőn keresztül történik (a légszennyezettség miatt), ami aknák és strangok, légcsatornák integrációját vonzza magával olcsóbb kivitelben esztétikai problémákkal, elburkolva vagy design kivitelben pedig magas költségvonzattal. A hőtermelő szempontjából sem könnyebb a helyzet. Régi társasházakban például, ahol parapetes gázkonvektorokkal fűtöttek, a lakásonkénti cirkós hőtermelés a kéménykürtők hiányában probléma. Műszakilag a felsorolt problémák megoldhatók, kérdés viszont költségoptimalizációs szempontból, hogy melyik megoldás az, amely nem vonz vállalhatatlan magas költségeket magával. A közel zéró tanulmány az úgynevezett alapfelújítás kereteit definiálta, mely a 2019-re kitűzött szerkezeti követelményeknek megfelelő épületszerkezet felújítást, továbbá egy gépészeti alapfelújításból áll. A gépészeti alapfelújítás kondenzációs kazánból, helységenkénti szabályzásból tevődik össze, hővisszanyerés és megújuló energiahasznosítás nélkül, mivel utóbbi két tétel a felújítási nehézségek miatt már nem tekinthető alapfelújításnak. Az alapfelújítás segítségével vizsgálandó, hogy az első, elem szintű követelmények szerint felújított épület képes e a második és a harmadik szintű követelményt is teljesíteni. Abban az esetben ha nem, akkor 23

24 vizsgálandó, hogy mekkora az eltérés, illetve hogy ezt a különbséget lehet e csupán napenergiával kompenzálni. A szerkezeti felújítás keretében tipikus korlátozó körülmények is figyelembe lettek véve: A talajjal határos padló/aljzatfödém szerkezet nem kap utólagos hőszigetelést Műemlékvédelmi, történeti ill. historizáló épületek tagolt utcai fő homlokzatai nem részesülnek utólagos hőszigetelésben Első szintű követelmények megfeleléséhez szükséges hőszigetelés [1.5] A számítások eredményei mutatják, hogy a második igen de a harmadik követelményszint nem teljesíthető. Az E p -E pmax differencia épülettípusonként különböző, - tehát vizsgálandó, hogy e különbség megújuló energiaforrással, illetve hővisszanyerős szellőzéssel kompenzálható e. A megújuló energiaforrások alkalmazhatósága területén a talajszonda, talajkollektor, kútvíz, illetve további vizes hőszivattyús rendszermegoldás sűrű települési környezetben igen nehéz, - különösen meglévő épületekben való alkalmazáskor - problémás feladat. Biomassza tüzelésű hőtermelés városokban a szilárd tüzelőanyag szállítása, raktározása és a porszennyezés miatt kérdéses; a szél-és vízenergia hasznosítás általánosságban akadályoztatva van településekben. A szoláris energiahasznosításon kívül a levegős hőszivattyú alkalmazása lehetséges, mely előnyös esetben a hővisszanyerős gépi szellőzés távozó levegőjének a hőenergiaját hasznosítja primer oldalon. Ez a megoldás viszont az előnyös esetben igényelt légtechnika miatt költséges, illetve helyigény miatt problematikus lehet. A hővisszanyerős légtechnika nélkül működő, pusztán a külső levegő hőenergiáját hasznosító hőszivattyúk többsége alacsony (rossz) SPF értékkel (időhöz kötött munkaszám-hatásfok értékkel) rendelkezik, tehát nem ajánlott. A meggondolások alapján tehát gyakorlatilag egyetlen alternatíva, a napenergia hasznosítás marad, mivel a tetőfelületek több-kevésbé alkalmasak a termikus, illetve fotovoltaikus szolárrendszerek fogadására. Különösen kedvezőtlen esetekben (teljes mértékű beárnyékolás szomszédos építményektől; északi hegyoldal lejtőjén elhelyezkedő épület) a szolárenergia hasznosítás sem lehetséges. Tehát a meglévő épületeknél legnagyobb potenciállal rendelkező napenergia forrás energiahozamát vizsgálva meghatározandó annak minimum értéke. Egy épületfelújítási projektekben a napenergia hasznosítás szempontjából is korlátozó tényezőkkel állunk szemben, mint a tömegformálás és az abszorber felületek problematikus maximálása, a tetőfelületeken található felépítmények (liftház, kémény, antenna, légtechnika, hűtőgép, kültéri egységek, visszahűtő berendezések, ventilátorok) árnyékoló és abszorberfelület-csökkentő hatása, melyek alacsonyabb szoláris energiával elérhető részarányt okoznak. Megjegyzendő, hogy a telekadottságok és az építési szabályozás új épületétesítés esetén is korlátokat szabnak meg napenergia hasznosítás területén. Városokban, magasabb épületek esetében az az épülethez viszonyítva kisméretű abszorber felület a nagyobb szintszám, illetve hasznos alapterület magasabb nettó energiaigényeit kevésbé elégíti ki. 24

25 A tetőfelületekre való szolárrendszer beépítésnél figyelembe kell venni a 0,5m védő- és szerelési távolságot, ezenkívül az objektumok által vetett árnyékot is. A homlokzati napkollektor és napelem integráció műszakilag lehetséges, energiahatékonyságban sokszor korlátozott (ezért kevésbé költséghatékony), város és településképi szempontból gyakran problematikus, sok esetben nem megengedett (műemlékvédelem). A meglévő épületállomány számításaihoz egy tipológikus mintarendszert hozott létre a közel zéró tanulmány építési technológia kivételezési idő geometria adottságok alapján valós meglévő épületállományról. A tipikus épületminták kiválasztásához, meghatározásához a Google Earth, a norc.hu és a településekre rendelkezésre álló térinformatikai rendszerek nyújtottak segítséget. A következő lépésben konkrét épületek lettek kiválasztva típusonként, melyek tervdokumentációja rendelkezésre állt a tetőszerkezetek, geometriák, felépítmények, tájolás, stb. elemzésére, illetve az elhelyezhető energiagyűjtő abszorber felületek feltérképezésére. A paneltechnológiájú épültek esetében a rendelkezésre álló tervanyag részletesebb, az épületek könnyebben tipizálhatóak. Mivel ez az épületállomány a hazai szubsztancia jelentős részét képezi, továbbá az egymáshoz viszonyított kisméretű abszorber felület nagyméretű hasznos alapterületből adódó nettó energiaigény problematikája miatt ezek az épületek nagyobb felbontásban kerültek vizsgálatok alá. Összesen kilenc kategória született. Egyrészt mérvadóak voltak a kategorizálás szempontjából azok a tulajdonságok, melyek a nettó igényeket határozzák meg: a HMV igény a hatályos szabályozás 30 kwh/m 2 a értékével történt, a fűtési igény pedig a szerkezet, megvalósulási időpont és a geometria alapján, továbbá kondenzációs kazán és helységenkénti szabályzás alapján történt. Másrészt meghatározóak voltak a kategóriákba sorolás folyamán a napenergiás rendszer telepítési lehetőségei, tetőfelületek és dőlésszögek, felépítmények, úgynevezett takart zöldfelület ek (lapos tetők felépítmények nélkül). A hasznos abszorber felületet ebből a felületből és a dőlésszögből, illetve a felépítményekből volt lehetséges számítani. A valós épületek vizsgálataiban a tájolás öt fiktív esetre számított, É, ÉK, K, DK, K tájolással. Középpontos szimmetria esetében három tájolás elegendő volt. Az épületminták lapostetősek. Figyelembe kell venni a felépítmények árnyékoló hatását, helyigényét, valamint egy kb. 1m széles szerelési (plusz önsúly esetenként statikai vizsgálat szükséges), karbantartási sávot és a napkollektorok, napelemek önárnyékát is. Önárnyék szempontjából kérdés hogy melyik stratégia a kedvezőbb: a kollektorok elhelyezése viszonylag nagy távolságban egymástól, ezzel gyakorlatilag egész évben (sugárzási hozam szempontjából óra között) biztosított az önárnyék kizárása de kevesebb kollektor fér el adott tetőszerkezeten vagy a kisebb kollektortávolság segítségével nagyobb abszorber felület elérése ugyanakkor időszakos önárnyékolás felvállalása. 25

26 Kollektor önárnyékolás [1.8] A Föld forgástengelye és a Nap körüli forgástengely egymással 23,5º-os szöget zár be, ezért a nappálya éves szinten különbözően alakul, továbbá ez helyszínenként is variál. Az 1.18 ábra szemlélteti a különböző nappálya vonulatokat. Budapestre vonatkoztatott nappálya diagram [1.8] A két legszélsőségesebb nappálya eset a június 21 és a december 21, melyek közül a decemberi a legkedvezőtlenebb, mert ekkor a legnagyobb az árnyékvetés a szomszédos kollektorokra. 90ºból kivonva a 23,5º-ot, továbbá a budapesti szélességi kör értékét, a 47,5º-ot, akkor a december 21-iei legalacsonyabb déli (12:00 órai) napállást kapjuk meg, 19º-ot. Az 1.17 ábra alapján a b értéket, az árnyékolt hosszat a következő összefüggésből lehet kifejezni: b = a tga = a tg19 = a 0,344 = 2,904a 26

27 A betűjelek az 1.17 ábrából értelmezhetők. Ezt a nagy távolságot csak akkor szokták alkalmazni, ha elegendő hely van az igények kielégítésére. Példaként egy gyártó kollektor közti előírt távolságai: Kollektor sorok közötti előírt távolságok (gyártó: Bosch), kollektor méret: 2070x1145x90 [1.5] Optimális esetben a kollektor távolságot 1,75 2,5 m között lehet meghatározni. Nagyságrendi veszteségeket az árnyékvetés miatt a következő képlet határozza meg: f dif [ ] DI = 100 a b % ahol I az árnyékolás miatti veszteség az árnyékolás határszöge (arc tg(a/b)) f dif a diffúz napsugárzás részaránya (Közép-Európában: 0,6) b a napkollektor dőlésszöge a Az összefüggés szórt szoláris sugárzás csökkenését határozza meg, viszont közelítő becslésre jól alkalmazható, a globálsugárzás csökkenésének a definiálására is. Az 1.20 ábra a kollektor veszteségeket mutatja b/a viszony függvényében, a sárga jelölés az javasolt értékeket jelzi. Két szempont lényeges: egyrészt éves viszonylatban vannak az értékek megadva (bár a veszteségek főként a téli időszakban jelentkeznek), másrészt csak nagyságrendi pontosságról van szó. Abban az esetben, ha egész éves vizsgálatot tartunk, tehát a kollektor télen is üzemel (pl.: fűtésrásegítésként), akkor alkalmazható, mert ekkor igazán nagyok a veszteségek. 27

28 b/a arány függvényében kollektor hatásfok csökkenés [1.8] A két lehetséges kollektor telepítési stratégia közül végül az került kiválasztásra, mely a szoláris sugárzási energiahozam szempontjából lényeges időpontokban (óraközökben) nem árnyékol be egyetlen napkollektort sem, ugyanis a maximális energiatermelés céljából egész éves kollektor üzemidő lett meghatározva. A legkedvezőtlenebb szituációt megválasztva (általában nem szolártrechnika fogadására optimált tetőszerkezeteket szoktak tervezni) tetőkibúvó és kémény is figyelembe lett véve a kollektormezőt fogadó tetőn a számításokban. 0,5 m távolság lett tartva a tetőfelületek szélei, illetve a tetőfelépítmenyek körül (védőtávolság, szerelési távolság). A kollektorok és napelemek ipari egységmérete miatt holttér keletkezik, - kisméretű elemek megválasztásával ez némileg kompenzálható. A kollektor méret 1 x 2 m, a napelem méret 1 x 1,5 m a számításokban (panelépületek esetében más kollektor méretekkel történt a vizsgálat ([1.5] I és II függeléke). Bosch FKT-1S szelektív síkkollektorok és Bosch VK180 vákuumcsöves kollektorok szerepelnek a számításokban. A maximálisan beépíthető elrendezésre törekedve ([1.5] I függeléke) a különböző épülettípusokra kollektor elrendezési tervek készültek. Az így kialakult bruttó kollektor felületből lehetett a számításokat elvégezni. Példa panelépület: szoláris energiahozam és részarány számítás Épület: Tájolás É-D Hasznos tetőfelület [m 2 ] 165,8 Napi HMV energiaigény [kwh/nap] 209 Éves HMV energiaigény [kwh/a] Kollektor: Tájolás D Dőlésszög 40º Korrekciós tényező 0,98 Típus sík kollektor Abszorber felület 2,23 m 2 Elhelyezhető darabszám 16 db 28

29 A kollektor energiatermelését napi felbontásban meghatározva lehetséges volt a havi felbontású energiamennyiség számítása négyzetméterre fajlagosítva. Éves szinten következő képlet áll rendelkezésre az energiahozam számításra Q koll,éves = k N koll A absz Q koll,havi ahol, Q koll,éves éves szintű előállítható kollektor energiahozam [kwh/a] k korrekciós tényező az ideális 43º dőlésszögtől való eltérés esetén N koll elhelyezhető kollektor szám A absz kollektor abszorber lemez felülete [m 2 ] Q koll,havi kollektor által termelhető energiamennyiség havonta [kwh/ m 2 nap] Az 1.21 ábra az értékek meghatározásához szükséges. å Teljesítménycsökkenés dőlés és tájolás függvényében Először a HMV hőigény lett meghatározása után a kollektor mező termelése került számításra, majd hányadosukból a szoláris részarány. 29

30 Sík kollektorok havi hőtermelése [1.5] A szoláris részarány É-D-i tájolás esetében síkkollektorok esetében 23,38%. Síkkollektorok szoláris részaránya [1.5] 30

31 A vákuumcsöves kollektorokra a számítás azonos módszerrel történt. Kollektor: Tájolás D Dőlésszög 40º Korrekciós tényező 0,98 Típus síkkollektor Abszorber felület 1,6 m 2 Elhelyezhető darabszám 16 db Vákuum kollektorok havi hőtermelése [1.5] A szoláris részarány É-D-i tájolás esetében vákuum kollektorok esetében 23,01%. 31

32 Vákuum kollektorok szoláris részaránya [1.5] A számításokban szezonális tároló nem lett modellezve, tehát a nyári kollektor túltermelés esetén csak a HMV igénynél lehetett a kolletkortermelést beszámítani. A napelemes rendszer telepítésénél a kollektorokkal analóg megoldás került megválasztásra, Aleo-Bosch S18 (240W) polikristályos napelemekkel. A Sunny Design 2.11 ill. a PVGIS szoftverrel végzett számításokban budapesti helyszín került kiválasztásra, a helyi környezeti hőmérsékletek és a hálózatra visszatáplálandó villamos energia értékeinek megadásával. A PV mező adatainak modellezése után ki lehet választani a rendszerhez illő invertert és a vezetékek típusát, valamint a veszteségek figyelembe vételének módját is. A PV rendszer éves energiatermelése teljes mértékben hasznosítható, mivel hálózatra kapcsolt rendszer lett modellezve. A termelt szoláris villamos áramot primerenergia szintre a primerenergia faktor (2,5) felszorzásával lehetséges számítani. 32

33 PV szoláris elektromos áram termelés számítása szoftverekkel (Sunny Design fent, PVGIS lent) [1.5] Az eredmények összefoglalása Elsőként a határoló szerkezetekre vonatkozó 2019-es követelmények betartása és a 2019 után elvárható gépészet (kondenzációs kazán, helységszabályzás) integrációja esetén milyen fajlagos hőveszteség tényezők és összesített energetikai jellemzők keletkeznek. Ezekben a vizsgálatokban kivételt képeznek a gazdaságossági vagy városképi szempontból problematikus szerkezeti felújítások. Összehasonlítva a második (fajlagos hőveszteségtényező) és a harmadik (fajlagos primer energia igény) követelményszintekkel érzékelhető, hogy már a fajlagos hőveszteség tényező követelményei sem tarthatóak be minden esetben, mivel a szerkezeti felújítás esetenként akadályoztatva van (1.27 ábra). Az összesített energetikai jellemző (=fajlagos primer energia igény) követelményét egyik épülettípus sem teljesíti, a többlet energiaigény típustól függően kwh/m 2 a, tehát nagymértékű. A harmadik szintű követelmény koncepciója viszont az, hogy a regeneratív energiaforrás alkalmazása elkerülhetetlen legyen, tehát a 3. követelményt még nem is kell az épülettípusoknak teljesíteni, csak megújuló forrás hasznosításával egyetemben. Vizsgálandó, hogy az E p -E pmax említett primer energia igény követelményszinthez viszonyított többlet igényt napenergiás rendszerrel az épülettípusok kompenzálni. Az 1.27 ábra 10. és 11. oszlopaiban a külön napkollektor és külön napelem rendszerek értékei láthatóak, az első szám a szoláris rendszer telepítése számára a legkedvezőtlenebb épülettájolás esetét mutatja, a zárójeles szám pedig a legkedvezőbb épülettájolás esetében termelhető energiamennyiséget. 33

34 Épület felújítási típusok energetikai értékei felújítás után és a maximálisan kiépített szoláris rendszerek energiahozamai (zöld: követelménynek megfelel, narancs: követelménynek nem felel meg, sárga: bizonyos tájolás esetén megfelel [1.5] A panelépületek csoportjában a tájoláson kívül több altípust is létre volt szükséges hozni, hét altípus szintes, három altípus ötszintes, két altípus 15 szintes utóbbi ritka mivolta miatt nem került vizsgálat tárgyává. Az altípusok a tetőelrendezés szerint lettek elkülönítve és rendszerezve. Azonos szintszám mellett meglepően szignifikáns különbségek keletkeztek a telepíthető szolártechnika szempontjából ([1.5] II és III függeléke). A szintes panelházak esetében a szolártechnika energiatermelésének az átlegartéke is fel van tüntetve (21 eset, hét altípus három tájolási kombinációja). A épülettípusokat kiértékelve megfigyelhető, hogy alacsony szintszám esetén a PV napelemek termelnek több fajlagos és primer energiára átszámolt energiát, míg nagyobb szintszámú épületekben a napkollektorok. Ennek oka alacsony hasznos alapterület mellett a nagyobb energiatermelő felület, valamint a tény, hogy a termikus napkollektorok nyáron gyakran 34

35 túltermelnek, tehát stagnálnak, mely helyzet napelemes villamos rendszernél nem áll fenn, ha van is túltermelés, azt a virtuális tárolóként működő hálózatba lehet táplálni. A többemeletes épülettípusokban a túltermelés már nem jellemző, - így megfordul a helyzet. Alacsony szintszám esetén a megújuló energiát hasznosító tetőszerkezetnek köszönhetően a harmadik szintű követelmény, a primer energia karakterisztika kielégíthető. Magasabb szintszámnál már nem teljesíthető a követelmény, továbbá nagyon magas épületek messze alulmaradnak az összesített energetikai jellemző követelményértékéhez képest. Az utolsó épülettípusnál kizárt, hogy regeneratív helyi források hatékonyan megoldást jelentsenek, ezért ez esetben a távolról jövő megújuló energiaellátás a megoldás. Egy szint esetén, benapozott tetőszerkezettel nincs probléma. A szintszám növekedésével viszont nyilvánvalóan alacsonyabb követelményértékeket kell alkalmazni, mint az új létesítésű épületekre vonatkozólag. Az utolsó oszlopban (1.27 ábra) a közel zéró tanulmány javasolt épületfelújításokra vonatkozó követelményértékei láthatóak, melyek minimumértékek, alacsonyabbak nem reálisak, inkább 1.5 Energia Design integrált épülettervezés elmélet Átfogó módszertan Jelen oktatási dokumentum bevezetésében és a NZEB definíció fejezeteiben vázolt igények és problematika háttér függvényében tehát szükség van egy olyan tervezési módszerre és építőipari know-how-ra, mely segítségével NZEB (nealy zero energy buildings, közel nulla energia fogyasztású épületek), illetve ezeknél kedvezőbb teljesítményű aktívházak (pluszenergia mérleggel rendelkező épület) megvalósítása lehetséges. a Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki és Informatikai Kar, Energiadesign kutatócsoportja kifejlesztett egy speciális smart tervezési módszert, ENERGIA DESIGN néven, magas energiahatékonyságú intelligensen működő smart épülettechnológiák létrehozására, melyek pluszenergiamérlege a priori definiálva van. Tehát a tervezési technika segítségével energiahatékony null- és pluszenergia mérleggel rendelkező épületek tervezése és ehhez tartozó magas hatékonyságú intelligens építéstechnológiák fejlesztése és létrehozása lehetséges. Az Energia Design kifejezés kettős, egymással szorosan összefüggő tartalmat ötvöz a fenntartható, környezettudatos és energiahatékony épített környezet megteremtése érdekében. Az egyik lényegi elem a holisztikus tervezési gondolkodásmód filozófiai háttere, mely egy többdimenziós, teljességre törekvő tervezési folyamatban az építészetet szervesen összekapcsolja a többi természettudományos és mérnöki diszciplínával. Prof. Thomas Herzog, müncheni mesterem egyik mondása szerint Rethink Building a mottó, azaz gondold alapvetően át, definiáld újra hogyan jöhetnek létre kényelmes, tartósan alkalmazkodni képes, funkcionálisan és esztétikailag jó épületek, anélkül, hogy az anyag- és energiaáramlatok terén hatékonyatlanság szülessen. Ökológiai célok és a tényleges technikai szükségletek metszete egy új látásmódot igényel: megszületett egy új úgynevezett Climadesign [1.9] - Energiadesign [1.10] építési és tervezési módszer, mely szintetizál és egy interdiszciplináris munkafolyamat alapköveit helyezi el. Az Energiadesign a fenntartható építéstechnológiák területén belül egy olyan új innovációs tudományág, amely teljességre törekvő látásmódjával a geometriai, funkcionális és szerkezeti, esztétikai kérdéseken túlmutat és további új (de részben régi) fenntarthatósági, ökológiai és 35

36 hatékonysági tervezési dimenziókat érint: szoláris sugárzás, levegő, energia, idő, aerodinamika, hőtechnika, hőtárolótömegek, komfortérzet, helyi adottságok, épületbionika, innovatív koncepciók vagy az épületburok performance szerepe. Az építészeti művészeti és tudományos szakma bővül és kiegészül a gépészeti, villamossági, településtervezői-urbanisztikai, épületfizikai, épület aerodinamikai, áramlástani, hőtechnikai, energetikai, komfort-klimatikai, fénytechnikai és informatikai szakágak tevékenységi köreivel (1.1 ábra). Ezen különböző szakágak tervezési folyamatai nem egymástól elkülönítve, hanem egymással összeegyeztetett, interdiszciplináris összrendszert alkotva működnek, így olyan épületek tervezése válik lehetségessé, melyeket funkcionális és esztétikai, megjelenésbeli minőségükön kívül egy további tulajdonság is jellemzi: a kényelmes és hatékony épület performance, azaz teljesítőképesség, mely minimális energiafogyasztást, ugyanakkor maximális belső komfortnívót biztosít. A komfortérzet itt nem kizárólag termikus komfortérzetet jelent, hanem egy átfogó teljességű egészség- és kényelemérzetet is. Az ehhez szükséges holisztikus tervezési megközelítés az építészetet és a műszaki tudományokat nem elkülönítve kezeli, inkább egy összeegyeztetett rendszert képez belőlük. A helységprogram és a komfortklíma igények és a helyileg adott külső klíma pontos analízise előfeltétele annak, hogy az igényeknek megfelelő épületet alacsony energiamennyiséggel létesíthessük és üzemeltethessük. Kritikus szemmel vizsgálva az egyes peremfeltételeket gyakran nagyarányú megtakarítást lehet aktiválni. A beépítési helyszín kihívásaira és lehetőségeire különösen az épület struktúrájával és homlokzatával szükséges reagálni. Az ílymódon aktivált szinergiahatások teljesítőképes, rugalmasan használható fenntartható épületeket generálnak. Ebben a folyamatban számos szinergiaeffektus aktiválása lehetséges, melyek a magasfokú teljesítményt és a flexibilitást, valamint a fenntarthatóságot vonzzák magukkal az épületbe. 36

37 Az építészetet kiegészítő új diszciplínák területei Reyner Banham már 1967-ben előre megjósolta a konvencionális és a fenntartható épületek közötti különbséget egy találó hajóhasonlattal: Egy motor segítségével gyakorlatilag minden úszó tárgyat egy irányítható, kontrollálható hajóvá lehet változtatni. Egy kisméretű, kompakt gépi berendezés egy nyers alakzatból funkcionáló célorientált tárgyat alakít ki. Az épület többé nem egy technikai apparátussal kitömött doboznak tekintendő, hanem klímatudatos gépezetté kell kifejleszteni, amely mint egy vitorlás hajó, a környezeti hatásokra dinamikusan reagál, a lokális energiakínálatból pedig ellátja magát Az interdiszciplináris szakágak és tudományterületek között szintetizáló többdimenziós tervezési módszer olyan épületek és építészeti rendszermegoldások generálását kutatja, melyek kevesebb gépesítés és energia fogyasztás mellett többet tudnak nyújtani, magasabb komfortnívót produkálnak. Egy integrális, holisztikus látásmód segítségével az Energiadesigner az említett 3 + X dimenzióban gondolkodik. Interdiszciplináris specialista, aki a teljes tervezési folyamatot átlátja és elengedhetetlen karmesterként vezeti. Szakágakat átfogó vezető tervező, aki legfőképpen a számítható faktorokat szoft aspektusokkal, humán paraméterekkel (komfortérzet, különböző érzékelési fajták összhatása) képes egyensúlyba hozni. Ideális esetben a koncepció megszületésétől egészen a használatba vételig részt vesz az építési tevékenységben mint új szakági tervező, - így mindegyik fejlődési fázisban optimalizációs potenciálokat dolgoz ki. 37

38 Vernakuláris princípiumok Meg kell jegyezni, hogy az építési tevékenység és épülethasználat a legökológiátlanabb és legmélyrehatóbb környezetellenes emberi tevékenység. Ha mégis paradox módon ökológiáról, pontosabban ökologikus aspektusokról beszélünk az építészetben, akkor elengedhetetlenül félszemmel mindig a múltba is vissza kell tekintenünk. Egyrészt azért mert az emberiség története az energiaátalakítás története, mely kialakulásának, fejlődésének logikus, szükségszerű terméke az ökológia témája. Másrészt pedig azért, mert a prefosszilis korszak ún. autochton, vernakuláris, más szóval tradicionális építményei - bár nagyon ritkán vannak építészetnek titulálva - energetikailag magasabb szinten voltak, mint a legtöbb mai épület. A Föld összes lakott területén az emberiség hosszú időn át kísérletezte és kifejlesztette hagyományos, népi építészeti módszereit, melyekkel az épületeket egyszerű eszközökkel természetes környezetükhöz lehet igazítani. Számos ilyen módszer, helyesen átültetve, ismét alkalmazható: az energiadesign ház hidat alkot a régből származó építőipari megoldások és a legtöbb jövőtechnológia között. Az épületburok A fenntarthatóság megvalósítását biztosító célkitűzés szerves része az épületszerkezeti koncepció és funkcionális technológia felállítása. Lényege az épületszerkezetek, főként az épületburok szerkezetek adaptív alkalmazkodó képessége, manipulálható reagáló képessége (energiaveszteség minimálás), valamint a passzív környezeti energiahasznosítás képessége (energianyereség maximálás). A természetes bőr, ill. a mesterséges ruházat után az épületburok az ember 3. bőreként áteresztőképességének ugyanakkor elválasztó képességének köszönhetően különböző vezérlő, szabályzó, védő, esztétikai funkciókat lát el, megfelelő szerkezet- és anyaghasználat mellet. (1.2 ábra) Az emberi burok, a bőr véd a bakteriális, kémiai és fizikai behatások elől, kiválasztó szervként működik, szabályozza a nedvességtartalmat, hőmérsékletet, a mirigyeken keresztül pedig szaganyagokat ad le. A különböző klimatikus viszonyokhoz való alkalmazkodás a bőr egyik legfontosabb feladata, melegre és hidegre érzékeny receptorokkal, vérerekkel és szőrzettel szabályozza az emberi szervezet hőleadását. A hőmérséklettől függő vérellátás szabályzás segítségével megváltozik a bőr hővezetési képessége. Hőségben a felső rétegek vérerei maximálisan átmosódnak vérrel, így a hőleadás növekszik, hidegben pedig csökken a vérellátás, ezzel együtt a hőveszteség. A bőr természetesen egyik legfontosabb érzék- és érzéki szervünk is, gyakran mondják a bőr a lélek tükre (valaki izzad, elpirul, elsápad, betegségtől elszíneződik a bőre). A ruházat a test természetes burka a bőr mellett, egy mesterséges héjat hoz létre. Ezért gyakran 2. bőrnek is hívják, mely fel- és levehető. Rendeltetése a legkülönbözőbb funkciók ellátása: véd az időjárás, ill. más külső fizikai behatások elleni, melegít, hűt, beszívja az izzadságot és nem szabad, hogy gátolja a bőr lélegzését. Organikus anyagok, természetes gyapjú és selyem kielégíti a ruházkodás funkcionális követelményrendszerét. Függetlenül az időjárástól, külső hőmérsékleti viszonyoktól a bőr száraz, egyenletesen meleg marad, a vérellátása jól működik. A testi burok mellett a ruha lelki burokként kulturális hagyományok kifejezőeszköze, divat és díszítőelemként szolgál. [1.12] A modernek egykor száműzött fala a posztfosszilis építészetben, az épületburok formájában visszatért. Ha egy épület környezeti energiákat használ, ez teljes mértékben meghatározza az épületburok megjelenését. Bolygónk épületeit lényegében két tényező definiálja: egyrészt a helyi 38

39 időjárási, éghajlati viszonyok, másrészt a rendelkezésre álló anyagok és technológiák. Ezek a legfontosabb adottságok, melyekből levezethető, hogy az épületburoknak elsődleges funkciójai vannak. 3. bőrként az épület külső héjának hasonló feladatokat kell ellátnia, mint a test bőrének vagy a ruházatnak, melyek külső és belső világot hoznak létre, határolnak, miközben áteresztő tulajdonságuknak köszönhetően cserefolyamatok keletkezhetnek. Bőr ruha burok analógia Mindez kizárólag csak akkor működik, ha az épületburok anyagai, szerkezetei, koncepciójai az emberi bőr számos rendeltetési köreit el tudják látni. A védelmi funkciók mellett a ház és héjszerkezetének elsődleges feladatai köré tartozik a megfelelő épületklíma kialakítása. Az épület egy olyan organizmus, amely burka a külső és belső tér anyag- és energiacseréjét, -háztartását szabályozza. Ehhez a buroknak a különböző külső klimatikus behatásokra, valamint az épületbelsőből jövő kihatásokra reagálni, változni, az energetikai és komfortigényeket pedig kielégíteni kell. Minél teljesítőképesebb a homlokzat, ez az épületet használó ember és a külvilág közötti metszet-határ, annál kisebb technikai és energetikai ráfordítással lehet az épületkondicionálást és szellőzést megoldani. Ebben az értelemben a burok egy élőlény bőréhez hasonlítható. Például élő szervezetek megváltoztatják viselkedésüket, külsejüket, valamely fizikai tulajdonságukat a változó időjárási viszonyok függvényében - egy szóval alkalmazkodnak. Az épületburoknak is képesnek kell lennie adaptív minőségeket produkálni. A homlokzat tervezés lényege az épületburok megkomponálásában, a bionika elvein nyugvó komplex, multifunkcionális elemek, szerkezetek kidolgozásában és rendszerbe helyezésében rejlik. Az épületek és élőlények, flóra és fauna vizsgálata mögött a természet jelenségeinek elemzése áll. Nem a természetből való másolásról van szó, hanem a természetes működési elvek, funkciók és szerkezetek, logikai összefüggések megértése a tét. Ez már transzferálható az építészetre, mely segítségével felmutatható, hogy tud ez az építészet úgy viselkedni, mint egy intelligens organizmus. Különös tekintettel arra, hogy az épületek szerkezeteinek, anyagainak előállításához szükséges energiaigény mennyisége a házak egész élettartama alatt elfogyasztott fűtési energiamennyiség felével egyenlő, továbbá annak következtében, hogy a világ nyersanyag felhasználásának közel 50%-át (faanyagok 25%-át) épületek használják fel, egyértelműen láthatóvá válik a megújuló anyagokból készült épület- és épületburok szerkezetek stratégiailag kulcsfontosságú szerepe az energetikai és környezeti krízisszituáció területén. Performance = Adapció + Erőmű Adaptív, a változó életkörülményekhez alkalmazkodó biológiai princípium ugyanazon teljesítménynél kevesebb energiát igényel és stabilabb, mint a nagy ráfordítást igénylő, magas 39

40 energiafogyasztású, de büszkén emlegetett természeti adottságoktól emancipált építészet. A cél érdekében, hogy a dinamikusan változó külső körülmények és a belső követelmények hatásait közös nevezőre lehessen hozni az épületburok egyik főfeladata a reakció és így a manipuláció. A manipulátor kifejezés a latin manus kéz, valamint a manipuler (latin, francia) beavatkozni, valamit saját előnyére felhasználni kifejezésekből ered. Technikai téren tárgyak kezelésére szolgáló szerkezetet jelent. Az épületburok manipuláló, klímavédelmi, szabályzó, reagáló tulajdonsága, mint a ruházkodás az embereknél szabályozza az épületbe, épületre áramló energiamennyiséget, vagy felöltözteti a hideg ellen. Elméletileg végtelen sok különböző megoldás tud születni a napvédelem, átmeneti téli és nyári hővédelem, szellőzés, hűtés, stb. funkciókra. A legegyszerűbb és legismertebb manipulátor az ablak. Három tipologikus osztályba sorolható átlátszóság, mozgathatóság és felosztás/térfogat-dimenzióváltozás függvényében a manipulátorok változása nemcsak a ház energiaháztartását, hanem megjelenését is befolyásolja. Mindez elsősorban az épületek fogyasztását redukálja. Mivel életvitelünk változása miatt az emberek már alig tartózkodnak a szabadban, az épületklimatika egyre jelentősebb szerepet játszik a kényelem- és komfortérzet kialakításában. A posztfosszilis társadalmat szocializálni kell a megfelelő épülethasználatra: az embereknek meg kell tanulniuk saját igényeiknek megfelelően változtatni közvetlen környezetüket az épületben. Ok okozati relációk tudatosítása elengedhetetlen ahhoz, hogy helyes üzemeltetést lehessen létrehozni, pl. radiátor termosztát fölötti döntött ablaknyílás hibájának esetében - hasonlóan az autós technológia megoldásaihoz - megjelenik egy display üzenet bal első ajtó nyitva helyett a szellőzés xy mennyiségű energiát pazarol jelzéssel. [1.13] Egy 100%-ban fenntartható megoldás esetében az érkező energiamennyiség szabályzásán kívül alapvető karaktere a buroknak az energiatermelés. A homlokzat és tető manipulált reagáló funkciójai energiagyűjtő, és -termelő képességekkel bővülnek ki. E tulajdonságok legtöbbször kombinálva jelennek meg az energiahatékony megoldásokban - nem lehet és nem is szabad ez opciókat külön kezelni, hiszen a multifunkcionális burokszerkezetek energetikailag a leghatékonyabbak. Új homlokzattechnológiáknak köszönhetően az energiatermelés - a szoláris besugárzás hasznosítása villamos áram és hőenergia előállítására egy további komponens, melyre a homlokzattervezésben már az épület tájolásánál is ügyelni kell. Ha a homlokzat ezenkívül az épület funkciójához illeszkedik és a szükséges képességekkel el lett látva, akkor az épületben jelentős mennyiségű gépesítést lehet elhagyni. Az energiadesign ház a lokális energiakínálatból nagyrészt épületburkának segítségével látja el magát. Az épületburkon kívül az egész épület, teljes berendezési rendszerével együtt is felelős a környezeti energiák hasznosításáért: ÉPÜLET = ERŐMŰ. Az épület tervezési koncepciójával, szerkezeteivel, építészeti megoldásaival történő passzív, direkt hatásmechanizmusú energiahasznosító rendszerek ill. az ezeket kiegészítő aktív, indirekt működő technikai szisztémák [1.14] mellet ezek kombinációját, a hibrid megoldásokat is használhatjuk a gyakorlatban. Épületbionikai alapelv Az Energiadesign építés és technológiák egyik legalapvetőbb elve a természet megértése és tanulmányozása, azaz a bionika. A bionikai, tehát természeti rendszerek működési elvének elemzése és megértése, majd a kapott tudás és ismerethalmaz alkalmazása épületekre az épületbionika. A legtalálóbb épületbionikai metafora az Energiadesign ház esetében, egy természeti összrendszer, mely minimális ráfordítással egy működőképes organizmust hoz létre. Az alábbi ábrán követhető: A megjelenésében változó kaméleon tartószerkezete, épületburok szerkezete, szellőző rendszere, hőközpontja és energiaellátási hálózata, mozgó szerkezetei, 40

41 méregtelenítő ill. újrahasznosító recycling opciója és az anyag-energiacsere szisztémája csak akkor életszerű, ha egy monitoring és épületfelügyeleti szabályzó rendszer kontrollálja. (1.3. ábra) Az Energiadesign ház bionikai alapelve Energiakoncepció tervezés Az energiadesign tervezés egyik fő innovációja az épület komplex működésének tervezése, az épületkoncepció, az összrendszer működési elvének definiálása majd ennek optimálása különböző évszakoknak illetve, üzemi időszakoknak megfelelően. Ennek dokumentálása az úgynevezett klíma- és energiakoncepciók formájában valósul meg, ahol a fűtés-hűtés, természetes és mesterséges szellőzés és megvilágítás, szerkezeti és anyagbeli koncepciók, a vízszintes és függőleges térszervezés és a klímazónák koncepciói, továbbá a belső komfortkörnyezet előállításához szükséges energiaellátási koncepció kerül meghatározásra. Az épületkoncepciók tökélesítése által akár 80%-os energiamegtakarítást is el lehet érni konvencionális épületekkel szemben. További energiafogyasztás csökkentést csak aránytalanul nagy ráfordításokkal lehet elérni itt kizárólag technikai-gépészeti megoldásokkal tudunk megtakarítás növekedést létrehozni. 41

42 A tervező a megrendelő kívánságaira és előírásaira reagálva létrehozza a helységek konstellációját, továbbá a homlokzatot, mint a külső klíma interfész szerkezetét. A fenntartható épületek tervezésénél elengedhetetlen integrális tervezési folyamatban az épületkondicionáló és energiaellátási koncepciók fontos állítható-szabályzó tényezők különösen a korai tervezési fázisokban. Az épület használata szempontjából lényeges faktoroknak, mint a természetes megvilágítás vagy a természetes komfortszellőzés kérdéseinek nem szabad, hogy a design folyamat lezárta után merüljenek fel, sokkal inkább a tervezői procedúra szerves részeiként kell szerepelniük. Így az épületkondicionáló koncepció meghatározza a fűtési- és hűtési energiaelőállító rendszert, egyúttal vizsgálja a környezeti energiák hasznosíthatóságát is. Döntő összefüggés alakul ki esetünkben a fény és az ezzel kölcsönhatásban lévő szoláris besugárzás, a kialakuló helységklíma, az ebből következő kondicionáló szisztéma ezenkívül a szükséges hő- és hűtési energia előállításának területén. A szellőző- és épületkoncepció egyeztetésének köszönhetően például komfortszellőzést lehet biztosítani, miközben ventilációs villamos energiát takarítunk meg. Hőtároló tömegek bevonásával a szellőzés képes a belső klímát télen-nyáron komfortosabbá tenni. A helyi klimatikus adottságoknak, valamint az energiakínálatnak központi szerepük van a klímakoncepció tervezési folyamatában, mely 2 egymást kiegészítő célt követ. Egyrészt arra kell ügyelni, hogy a tervezendő épület energiaigényét építészeti megoldásokkal minimáljuk. Az épülettömeget, szerkezeteket és anyagokat már a tervezés kezdetén úgy válasszuk meg, ill. egyeztessük egymással össze, hogy az épület különösebb technikai rásegítés nélkül, lehetőleg hosszú időszakon keresztül kellemes belső klímát hozzon létre. Mindehhez az épület komponenseit, szerkezeteit ne pusztán konstruktív, funkcionális minőségben oldjuk meg, hanem törekedjünk egy vagy több energetikai kiegészítő funkció, szinergiahatás kialakítására is. A fenntarthatóság elérésének elsődleges prioritása az ún. veszteségminimáló stratégia, a nagyarányú energiafogyasztás csökkentés, - csak ezután, ha az épített paraméterek már optimálva vannak kerül előtérbe a fennmaradó minimált energiaigény megújuló energiarendszerekkel történő amortizálható kielégítése. A második cél az energiaellátás technikailag, műszakilag fenntartható optimalizált megoldása. Az energiaráfordítás vizsgálatánál nem csak a fűtési energiát, hanem az épület szempontjából összes releváns energia- és anyagáramlatot figyelembe kell venni. Az energiaforrásokból kiindulva egészen az energiaszolgáltatásokig az összes energialáncolat útját végig kell járni és ellenőrizni kell, hogy megfelelő hatékonysággal működik-e a rendszer. Az energiakoncepció tervezésekor felmerülő legelső gondolatnak azzal a kérdéssel kell kezdődnie, hogy lehet e bizonyos energiaszolgáltatásokat teljes mértékben elhagyni anélkül, hogy ez az épületet minőségileg negatívan befolyásolja, és ha igen, milyen mértékben. E nullopció következetes kezelése egyszerű és újszerű műszaki megoldásokhoz, térélményekhez vezethet. Tervezési algoritmus Az Energia Design másik alapvető alkotója a fenti tervezési filozófia szakmódszertanilag definiált algoritmusa. Ennek a tudományos design módszernek a technikája lényegesen különbözik az építészeti tervezéstől. Alapvető feladata a térszervezésen túlmutat az energiaáramlatok és a térklíma tervezése felé. A funkció, geometria, épületszerkezetek, épületgépészet és -villamosság standard megoldásainak alkalmazása, ill. a standard komponensek összeállítása helyett ez módszer a kibővített fenntarthatósági célkitűzéseket a fizika természettudományos elveinek bevetésével éri el (1.4 ábra). Főként a termodinamika, a hőátbocsátás, az áramlás- és 42

43 fénytechnika törvényeit, a helyi klimatikus és földrajzi adottságokat, valamint vernakuláris és bionikus működési elveket, új épület-, gépészet- és épületburok technológiákat alkalmazunk épületek és szerkezetek energetikai és klimatikai céljainak elérésére. Az építészeti és fizikai princípiumok összekomponálása új innovatív multifunkcionális és energiahatékony épület- és szerkezeti koncepciókhoz vezet, melyeket smart eszközökkel, dinamikus szimulációkkal és mérésekkel igazolunk és optimálnunk. Itt történik az átmenet az építészeti tervezés és a természettudományosan megalapozott tervezés, más szóval kutatás között, mivel itt a koncepciók számszerűsített épületfizikai adatokkal (számításokkal, szimulációkkal, mérésekkel) lesznek alátámasztva. A koncepciók az épületeknek fokozott energia performance-t biztosítanak, amely multifunkcionalitást jelent: az eredményképpen létrejövő smart épületek és szerkezetek szimultán módon képesek térbeli, funkcionális, klimatikai, energetikai és esztétikai szerepeket ellátni, praktikus és hatásfoknövelő szinergiahatásokat létrehozni és hasznosítani. Speciális Energia Design tervezési-kutatási módszer Az Energia Design fizikai és építészeti aspektusainak egybefűződése egy több szálon futó épületmodellezési folyamatot generál. A multidimenzionális tervezési procedúra különböző építészettechnológiai, épületklimatikai, -energetikai és aerodinamikai fejlődési vonalait szisztematikusan strukturálva az épületmodellezés egy iteratív sémát követ. Legfontosabb mozzanata egy komponáláshoz hasonlítható kemény és puha peremfeltételek között (1.5 ábra). A kemény feltételek azok, melyek a tervezést determinálják: előírások, törvények, nem változtatható adottságok. A puha, változtatható faktorok pedig azok, melyeket a tervező határoz meg: ötletek, koncepciók, működési elvek. A modellezés lépései interakcióban vannak a kemény kritériumokkal, 43

44 melyekre különböző puha faktorokkal, koncepcionális ötletekkel válaszol. A kemény kritériumokat és a puha koncepciókat a tervező qualitatív vagy quantitatív elemzéssel egyeztet össze és így képes következő tervezési lépését megtenni. Minden egyes döntési lépés az ötlet számítás/qualitatív analízis igazolás alapelve szerint történik, az argumentatio logicus optimális lekövethetősége végett. Ez az algoritmikus problémamegoldó mátrix egy útleírásnak tekinthető, mely tematikailag több grafikusan megjelenített állomásra osztható. A kifejlesztett modellezési út a feladatállítástól a végeredményig egy log book útinaplóhoz hasonlóan rögzítésre kerül, melyben az Energiadesigner tervező döntési lépései mint fejlődési lépcsőfokok, állomások formájában jelennek meg. A nyugtázott design lépések leírása a tervezési folyamat használati utasításaként működik: ENERGIA DESIGN Roadmap útikalauznak hívjuk. A tervezés eredménye szerint ezek az épületek több energiát termelnek, mint amennyit fogyasztanak: energiamérlegük pozitív. Változhatatlan és változtatható peremfeltételek közötti komponálási tevékenység algoritmikus döntési lépései, mint egy roadmap-útikalauz állomásai Az ENERGIA DESIGN tervezési módszert a smart épületfelújítás, újonnan létesítendő smart épületek, smart épületburok szerkezetek és a smart települések, városok és ezek felújításai területén alkalmazzuk (1.6 ábra). Az energiaoptimált felújítás és az új pluszenergia épületek a városok fenntarthatóságát szolgálják. Mivel az épületburoknak kulcsfontosságú szerepe van az épületek energiaháztartásának szabályzásában, multifunkcionális prototípus klímaburok 44

45 szerkezetek fejlesztése zárja az ENERGIA DESIGN tervezéskutatási módszer repertoárját. Az Energia Design smart (okos) épület tervezési módszer alkalmazási területei A kurzus kiemelt célja az Energia Design tervezési-fejlesztési módszer különböző konkrét fogásainak és eljárásainak ismertetése, megvalósult illetve tervezett projektek esettanulmányain keresztül. A speciális módszer lényege abban áll, hogy az építészeti tervezésbe egy komplex épületfizikai modellezést, mint gondolkodásmódot integrál, és az épületek tervezését-fejlesztését komplex numerikus DEKA (dinamikus energetikai, klimatikai és aerodinamikai) épületszimulációkkal támogatja meg. Az ENERGIA DESIGN tervezési-kutatási módszer Roadmap mátrix leírása az Energia Design smart (okos) épületek tervezésének és megvalósításának, illetve igazolásának 23 állomásból álló algoritmikusan felépített tervezési folyamatát definiálja (1.7 ábra). A Roadmap tervezési-fejlesztési út összesen öt fázisból áll. A különböző fázisokban az egyes állomások száma és fajtája változhat különböző speciális tervezési feladatok, peremfeltételek függvényében, ill. egyéb szakmai szükségszerűségeknek megfelelően: 1. Fázis: Tervezési bázisindikátorok definiálása és a bázismodell kifejlesztése (1. 6. állomás) 2. Fázis: Épületmodell variánsok tervezése ( állomás) 3. Fázis: A kiválasztott elméleti épületmodell kidolgozása ( állomás) 4. Fázis: A kidolgozott elméleti épületmodell DEKA (dinamikus energetikai, klimatikai és aerodinamikai) épületszimulációi és az elméleti modell hitelesítése ( állomás) 5. Fázis: Épület kivitelezés és az elméleti épületmodell ill. a megvalósult épület DEKA épületszimulációinak validációja mobilis monitoring (MMS - mobile monitoring system) energiemanagement mérő és szabályzó rendszerrel ( állomás) 45

46 Energia Design Roadmap tervezési mátrix 46

47 1. Fázis: Tervezési bázisindikátorok definiálása és a bázismodell kifejlesztése (1 6 állomás): A kemény, merev tervezési bázisindikátorok meghatározása, a klimatikai és földrajzi adottságok, a törvények és előírások, szabványok és direktívák komplex peremfeltétel rendszerének összeállítása és analizációja a lényegi kiindulópont a további lépésekhez. Az elemzés eredményeit figyelembe véve a tervezési helységprogram alapján egy bázismodell felállítása következik. 2. Fázis: Épületmodell variánsok tervezése (7 10 állomás): A lokálisan adott klimatikai viszonyok függvényében klímastratégiák meghatározása segítségével a bázisépület modellből több modellvariáns kifejlesztése lehetséges. A variánsok kifejlesztését különböző építészeti absztrakciós koncepciók, ötletek is generálják. A variánsok közül egy első szelekció keretében (első tervezési szelektív filter) intuíció és szakmai gyakorlati tapasztalat segítségével kb. 4-8 db modellvariáns kerül kiválasztásra. Egy második összehasonlító analízis nemzeti energetikai törvénynek és szabványoknak megfelelő stacioner épületenergetikai számításokkal minősíti a kiválasztott modelleket. Az energetikai elemzést egy építészeti analízis egészíti ki. Az összesített energetikai- építészeti benchmarking sorrendjét végezetül egy döntéstámogató módszer segítségével számítjuk és a variánsok számától függően kb. az első 2-4 modellt szelektáljuk további vizsgálatok számára. Ezek után a kiválasztott épületmodellek dinamikus numerikus bázisszimulációi következnek, szerkezeti és gépészeti alapbeállításokkal egy harmadik tervezési filter keretében. Ezeknek a bázisszimulációkak a keretében a tájolás, a tömegformálás (A/V hányados), az üvegezési arány a térszervezés és klímazóna kialakítás, a beépítési helyszínbe való integráció hatásainak vizsgálata a célkitűzés részletes épületszerkezeti (rétegtervek), illetve épületgépészeti és épületvillamossági rendszerek megadása nélkül. Az energetikai elemzést egy komfort- klimatikai és építészeti analízisrendszer egészít ki, ahol funkcionális, esztétikai és corporate identity aspektusok is determinálják a kiértékelést. A döntéstámogató módszer alkalmazásával a végső elméleti épületmodell kiválasztására kerül sor. 3. Fázis: A kiválasztott elméleti épületmodell kidolgozása (11 16 állomás): A szelektált elméleti épületmodellt A/V-hányados és kompakt tömegforma alkotás ill. egyéb projekt specifikus (megrendelői igény specifikus) szempontok alapján továbbfejlesztjük, miután az épületburok rétegtervi meghatározására kerül sor. Tömegforma, funkció, zónázás, épületszerkezetek és - gépészet szintjén egy engedélyezési terv szintű tervezési fázist érünk el. A kidolgozott épületmodellhez egy energia-, klíma- és gépészeti koncepciót is tervezünk, mely az épület működését üzemeltetését, gépészeti rendszereit és energiaellátását definiálja. 4. Fázis: A kidolgozott elméleti épületmodell DEKA (dinamikus energetikai, klimatikai és aerodinamikai) épületszimulációi és az elméleti modell hitelesítése (17 20 állomás): A hagyományos stacioner számítási gyakorlat lényegesen pontatlanabb analízis szolgáltat az épületek performance-éről, mint a dinamikus szimulációk, melyek napjaink leghatékonyabb analitikus eszközeit képviselik a komplex és fenntartható épített környezet megalkotásához [1.15]. Hozzáértő alkalmazásban az épületek viselkedésének porgnózisa magas szintű tervezési biztonságot szolgáltat és messzemenően hatékonyabb és ökonomikusabb, mint a későbbi problémamegoldás egy már megvalósított épületben. Az IDA ICE indoor climate and energy dinamikus energetikai és klimatikai épületszimulációs program segítségével a végérvényes kidolgozott elméleti épületmodell verzió szimulációs modellezése következik épületszerkezeti paraméterek figyelembevételével. A termikus szimulációs modellezés és számítások segítségével precíz visszajelzést kapunk az épület klimatikai (épület belső hőmérséklet, levegő páratartalom, légminőség, fényviszonyok, sugárzás) viselkedéséről. A szimulációk eredményei arról is magas felbontású, részletes képet adnak, hogy milyen 47

48 energiamennyiség szükséges a belső környezet előállításához és az épület üzemeltetéséhez. Mindehhez először egy épületklímamodell leképzése szükséges. A szimulációs modellezést, szerkezeti, gépészeti és matematikai modellezési beállításokat és a nagyszámú változókat integráló számításokat egyéb az IDA szoftverrel egyenértékű programmal is elvégezhetjük. A geometriai és szerkezeti modellezést követően a központi épületgépészeti rendszer definiálása következik a rendszer veszteségeit is figyelembe véve, majd a decentrális zóna-helységek épületgépészeti rendszereit állítjuk be részletesen. A zónákat használó személyek használói profiljainak beállításai a személyek időprogramjait, öltözködési szokásait, tevékenységük fajtáit foglalják magukban, klíma-komforttechnikai beállításokkal. A mesterséges világítás rendszerét is modellezni kell, a hulladékhő termeléssel rendelkező berendezésekkel egyetemben. A modellezést és alapbeállításokat különböző modellbeállítások szimulációinak futtatása követi. Az épületburok precíz hőhídjainak és hőveszteségeinek megadása, egyben a precíz energetikaiklimatikai épületszimulációk elérése végett, kapcsolt dinamikus numerikus energetikai- klimatikai és hőáramlástani épületszimulációkat alkalmazunk: az épületburok épületszerkezeti hőhídjainak és hőveszteségeinek szimulációja HEAT 2 és 3 dinamikus numerikus hőáramlástani (vagy műszakilag egyenértékű) szoftverrel történik, majd az eredményeket az IDA ICE (vagy egyenértékű) dinamikus numerikus energetikai-klimatikai épületszimulációs modellbe integráljuk. A szellőző koncepció hatékonyságának vizsgálata és bizonyítása érdekében kapcsolt dinamikus numerikus energetikai-klimatikai és aerodinamikai épületszimulációkat alkalmazunk: épületaerodnamikai szimulációk, CFD (computational fluid dynamics) numerikus áramlástani szimulációk az ANSYS FLUENT vagy egyenértékű szoftverrel, illetve opcionális szélcsatornatesztek elvégzésével, majd az eredményeket az IDA ICE (vagy egyenértékű) dinamikus numerikus energetikai-klimatikai épületszimulációs modellbe integráljuk. Az épületburok felületein fellépő szélintenzitástól és széliránytól függő nyomásegyütthatók szimulációi CFD szimulációkkal és opcionális szélcsatorna mérésekkel, majd az eredmények integrációja az IDA ICE (vagy egyenértékű) dinamikus numerikus energetikai-klimatikai épületszimulációs modellbe az épületburok precíz szélnyomás együtthatóinak megadása, egyben a precíz energetikai-klimatikai épületszimulációk elérése végett. Optimlizációs megoldások feltérképezése további szimulációs sorozat segíségével: különböző modellvariánsok árnyékoló szerkezet, hőszigetelés, üvegezés, üvegezési arány valamint szellőzőszerkezet és szellőzőkoncepció variánsok hatásainak feltárása energetikai és klimatikai szempontból. A szimulációs számítások eredményei az épület komfort-klimatikai belső fizikai környezetéről szolgáltatnak adatokat, információkat, továbbá mutatják a belső komfort kialakításához szükséges energiaigényt részletes gépészeti és villamossági rendszerek függvényében. A dinamikus szimulációk mellett az épület törvényben előírt energetikai tanúsítását is elvégezzük, ezek eredményeit a szimulációkkal összevetjük, és következtetéseket nyerünk az eltérésekből, ill. hasonlóságokból. A nyert ismerethalmaz segítségével az energetikai számítások módszerét lehet fejleszteni, pontosítani, különösen a nyári túlmelegedés, a belső komfort-klíma, az épülethűtés és a regeneratív energiaforrások hasznosításának terén, ill. egyéb energetikai területeken. 5. Fázis: Épület kivitelezés és az elméleti épületmodell ill. a megvalósult épület DEKA épületszimulációinak validációja mobilis monitoring (MMS - mobile monitoring system) energiemanagement mérő és szabályzó rendszerrel (21 23 állomás): A speciális ENERGIA DESIGN Roadmap módszerrel tervezett épületek ebben az utolsó fázisban kerülnek kivitelezésre. Épületfunkció és komplexitás függvényében az első megvalósult épületek referencia értékűek, mely demonstrációs épületek esetében monitorozó, mérő-vezérlő validációra van szükség, az épület energetikai és klimatikai performance-ének bizonyításához. 48

49 Egy mobilis monitoring (MMS - mobile management system) energiamanagement mérő és szabályzó rendszer segítségével nem csak nagy felbontású épületklimatikai -energetikai és - aerodinamikai mérésadatgyűjtés biztosított, hanem pontosan tudjuk vezérelni is az épületet. A referencia épület(ek)ben demonstrációs kutatási projekt keretében egy hoszzútávú, többéves épületvezérlő és -monitoring program megvalósítása és kiértékelése történik, teljeskörű működés és használat alatt lévő épületben, mely hitelesíteni tudja a pluszenergia performance-t, az épületklimatikai minőséget, a DEKA szimulációkat ill. az opcionális szélcsatorna méréseket. Az épületmonitoring segítségével a megvalósult referenciaépület(ek) teljesítménye mellett a speciális módszerrel létrehozott hipotetikus épületmodell, annak építészeti, szerkezeti, klimatikai, gépészeti és energiaellátási koncepciói, továbbá az ENERGIA DESIGN kutatástervezési módszer is végső validáció alá kerül. Az Energia Design módszer az újonnan létesítendő NZEB és aktívház épületek tervezése mellett a az épületfelújítás és a településtervezés területével is foglalkozik. A különböző speciális tervezési feladatok függvényében, ill. a szakmai szükségszerűségeknek megfelelően egyes részletek, állomások száma és fajtája a módszerben változhatnak. Smart (okos) épületburok szerkezetek Az ENERGIA DESIGN tervezési-kutatási know-how ezen szektora az épületek energiaháztartását döntően meghatározó multifunkcionális klímaszerkezetek tervezésével és fejlesztésével foglalkozik az épületburokban. A prototípus klímaszerkezetek tervezése és fejlesztése számos épületburok megoldásra irányul, a hagyományos szerkezetektől a modern ill. új anyagokból kifejlesztett konstrukciókon át egészen a komplett épület- és homlokzat felújításokra, ill. újonnan létesítendő homlokzat- és épületprojektekre is kiterjed. Összegzés Az ENERGIA DESIGN többdimenziós tervezési-kutatási módszer iteratív és interdiszciplináris folyamatának alapvető specialitása az építészeti tervezésből való átmenet a tudományos kutatási tervezésbe. Lényege a smart épületek, települések, épület felújítások és a klímaszerkezetek innovatív koncepciójainak smart eszközökkel történő számszerűsített visszaigazolása (1.8. ábra). A dinamikus fény-, energia-, klíma-, CFD és szélcsatrona szimulációkkal, ill. monitoring mérésadatgyűjtő és vezérlő vizsgálatokkal a szimulációk kalibrálása mellett a smart házakat, településeket, szerkezeteket ill. tervezést lehet optimálni, megtámogatni és validálni. Ez a kutatástervezési tevékenység és know-how precíz analitikus képességek és kreatív tervezői tehetség szintézisét igényli. 49

50 Épületek, települések és szerkezetek koncepciójainak verifikációjához és optimalizációjához szükséges smart tervezési eszközök 50

51 2. Modul: NZEB építészeti technológiák 2.1 Épületburok Épületburok funkciók Téli fűtési üzemidőszak Transzmissziós hőveszteségek: A hőszigetelés vastagsága, az üvegezések minősége meghatározzák a homlokzat falainak belső felületein fellépő felületi hőmérsékleteket és egy épület transzmissziós hőveszteségeit. A felületi hőmérsékletek kiahtással vannak a szellőzésből adódó hőveszteségekre is, mivel a helység levegő hőmérsékletének magasabbnak kell lennie határoló szerkezetek alacsonyabb felületi hőmérsékleteinek esetében. A felületi hőmérsékletek ezen kívül befolyásolják a sugárzási asszimetriát és a belső légsebességet a homlokzati felületek mentén kialakuló hideglevegő leesés következtében. Ezért a hőszigetelés mértéke és a hőátadó gépészeti rendszer között kölcsönhatás viszony áll fenn. Például egy jó hőszigetelésű épületben a fűzőtesteknek nem szükséges feltétlenül a külső homlokzat mentén elhelyezkedni, ami az installációs munkálatokat és ráfordítást egyszerűsíti, csökkenti. Felületi sugárzó fűtési rendszerek alkalmazása komfortcsökkentés nélkül megvalósítható. A felületi hőmérsékletek alakulását az igényelt fűtési teljesítmény is meghatározza, mely a hőszigetelés javulásával redukálódik. Mindez a hőátadó és a hőtermelő rendszer megválasztását teszi rugalmasabbá. A hőszigetelés vastagságának növekedésével a transzmissziós hőveszteség csökken, bár a hőszigetelő hatás a hőszigetelés vastagságával nem egyenesen arányos. Ezért a hőszigetelések vastagságai a gyakorlatban a következő meghatározó tényezők alapján választhatók meg: Az épületszerkezet fajtája A helyigény Az előállítási energiaigény mennyisége Az épületgépészeti rendszer koncepciója Az épület funkciója Az épület típusa Az üvegezési arány. Különösen abban az esetben, ha magas belső hőtermelődés (hőteher, vagy hőnyereség) keletkezik, akkor vékonyabb hőszigetelő rétegek is lehetségesek. Ha vastagabb hőszigetelés kivitelezése bizonyos projektekben helyhiány miatt nem lehetséges, vagy egyéb okokból kifolyóan nem kívánatos (műemlékvédelem, városképi aspektusok, stb.), akkor a vákuum hőszigetelés hatékony alternatív megoldást nyújthat. Az idővel egyre javuló hőszigetelési technológiák és erősödő követelmények következtében, a hőhidasságnak egyre nagyobb hatása van az épületek hőtechnikai karakterisztikájára: mind épületfizikai, mind energetikai szempontból kardinális problémákat vet fel a hőhidak kialakulása, melynek tudatossága a tervezés folyamán különös körültekintéssel kezelendő. Az előre gyártott opak (nem fényáteresztő, nem átlátszó) homlokzatok kialakításánál, továbbá a födém- és falszerkezetek csatlakozásainál egyre nehezebb a megfelelő épületszerkezeti és épületfizikai csomóponti részletek kialakítása, mivel kis rétegvastagságban nagy hőszigetelő hatású megoldást kell kivitelezni. Ezekben az esetekben is kedvező eredményeket lehet a vákuum hőszigetelés alkalmazásával elérni. Az üvegezések esetében kétés háromrétegű szerkezetek közül lehet választani, melyek közül az utóbbi, háromrétegű 51

52 üvegezések esetében a hőszigetelő hatás körülbelül kétszeres, az összesített energiasugárzás átbocsátó képesség kb %-al kisebb, a fényáteresztő képesség pedig közel 10%-al kisebb, mint a kétrétegű üvegezések esetében általánosságban. A színvisszaadás és az átlátszóság mértéke a háromrétegű üvegezések esetében módosulhat, bekerülési költségeik magasabbak és a vasalatok kialakítása nagyobb ráfordítást igényel. Az üvegezés fajtájának megválasztása a gyakorlatban általában Az üvegezési arány A belső hőterhelések, hőtermelődések A hőátadó rendszer koncepciója alapján történik. Magas belső hőnyereségek és kismértékű homlokzati üvegezési arányok esetében a kétrétegű üvegezés megválasztása rendszerint helytálló. Nagyobb üvegezési arányok esetén háromrétegű üvegezések, nem csak energiafogyasztást takarítanak meg, hanem emelik a termikus hőkomfort érzet szintjét és lehetővé teszik, hogy kisebb méretű, egyszerűbb épületgépészeti rendszert legyen csak szükséges megvalósítani. Mivel az üvegezési szerkezetek hőtechnikailag leggyengébb pontjai a tok- és keret szerkezetek, ezért a nagy keretfelület-arány energetikailag hátrányos, ugyanakkor az üvegezési felület növekedésével az a jelenség egyre enyhül. A kisméretű nyílászárók tehát energetikailag elkerülendő megoldást képviselnek. Példa: A hőszigetelés vastagságának hatása a fűtési hőenergia igényre és a fűtési teljesítményre: Konvencionális irodaépületek esetében egy rossz hőszigetelési színvonallal rendelkező épülethez (U fal = 0,5 W/m 2 K, U üveg = 1,4 W/m 2 K) képest egy jó hőszigetelési színvonalú házban (U fal = 0,2 W/m 2 K, U üveg = 0,7 W/m 2 K) az energiaigény csökkenés mértéke kb. 30%, a szükséges fűtési teljesítmény kb. 25%-al csökken, tehát adott esetben egyszerűbb, kisebb ráfordítást igénylő épületgépészeti rendszert lehetséges megválasztani. Magas belső hőteher mellet a hőszigetelés vastagságának hatása a fűtési hőenergia igényre és a fűtési teljesítményre: Ha munkaidőben, a gépek, berendezések, esetleg mesterséges megvilágítás használatából eredendően extra belső hőteher, hőképződés (kb. 50 W/m 2 K) keletkezik, akkor a fűtési hőigény 75-90%-al csökken. A belső hőteher, hőképződés a fűtési teljesítményekre kisebb hatást gyakorol a szükséges felfűtési fázisok miatt. Az üvegezés minőségének hatása a fűtési hőenergia igényre az üvegezési arány függvényében: Északi tájolású homlokzatok nagy üvegezési aránya (70%) különösen negatív hatással van az energiahatékonyságra. Déli tájolású homlokzatoknál a kisméretű üvegezési arányok (30%) esetében a háromrétegű üvegezések előnye kismértékű a kétrétegű változathoz képest. Ellenkező esetben, magas üvegezési arányok (70%) mellett a háromrétegű üvegezés energetikailag ésszerű, de legfőképpen komforttechnikai szempontokból előnyös. Nagyfelületű üvegezések tervezése, kivitelezés konvencionális irodaépületekben energetikailag hátrányosabb, mint a kisebb üvegfelületek, mert a szoláris hőnyereségek csak korlátolt mértékben hasznosíthatóak a szükséges árnyékolástechnika miatt. Szellőzésből keletkező hőveszteségek: A hőszigetelés technológia minőségi ugrása következtében a szellőzésből adódó hőveszteségek aránya és negatív hatása megnövekedett. A szellőzési légtérfogat áram higiéniailag szükséges mértékére való csökkentés és a hővisszanyerés segítségével energia megtakarítás lehetséges. A szellőzési hőveszteségek és a belső hőképződés (hőteher) egymással kölcsönhatási viszonyban állnak, - a magas belső hőteher, hőképződés kompenzálja a szellőzésből képződő hőveszteségeket, illetve a nemkívánatos hőteher a szellőzéssel vihető ki az épületből. Ebben az esetben a hővisszanyerés jelentősége csökken, kivéve, ha a használtlevegő hulladék hőjét célszerűen máshogy lehetséges hasznosítani, pl. másik épületrészekben vagy a HMV előmelegítése céljából. A szellőzési hőigény szempontjából a legmeghatározóbb tényező a légcsere, tehát a helységekbe lehetőleg kevés szag- és káros anyag kibocsátó építőanyag, készülék beépítése ajánlatos. A légcsere definiálásakor az épületburok légtömörsége és a szellőző nyílások állíthatósága játszik fontos 52

53 szerepet. Annak érdekében, hogy réseken keresztül szélnyomás-szívás, illetve termikus felhajtóerő, kürtőhatás elvén, továbbá a szellőztető berendezés által kialakított nyomáskülönbségek következtében nemkívánatos légcsere ne alakuljon ki, a kivitelezés folyamán az épületburok légtömörségére különös figyelmet kell szentelni. Ennek érdekében Blower-Doortesztet, légtömörség vizsgálatot lehet elvégezni és ez által kimutatni a légtömörség mértékét. Épületfizikai szempontból is fontos a légtömörség, pl. a párakicsapódás veszélye miatt. Abban az esetben, ha a homlokzaton keresztül történik a szellőzés a nyílászárók általában csak két nyitási pozíciót tesznek lehetővé, miáltal a használók a szellőző keresztmetszetet nem képesek individuális igényeiknek és a külső környezet klímaviszonyainak megfelelően beállítani. Ezért kifejezetten szükséges, hogy finomhangolt módon adagolható szellőző (nyílászáró) szerkezetek segítségével történjen a szellőzés, - a szabályzás bizonyos esetekben automatikusan történhet. A frisslevegő előmelegítése céljából megújuló hőforrások, talajvíz vagy a talajrétegek hasznosíthatóak, és a frisslevegő kb. 10 ºC hőmérséklet szintig melegíthető elő. Ezáltal a növelt légcsere épület energiafogyasztásra gyakorolt negatív hatása csökken. A használtlevegő hőtartalmának hővisszanyerése hőcserélő vagy használt levegő hőtartalmát hasznosító hőszivattyú alkalmazásával lehetséges. A hőcserélő berendezéseknek magas hatásfoka van, de előfeltétel, hogy a használt- és a frisslevegő áramlatait össze kell kapcsolni a hőcserélőben. Ezért a használói igények szempontjából előnyös és igényelt, illetve nagy használói elfogadottságnak, elégedettségnek örvendő homlokzat szerkezeten keresztüli frisslevegő ellátás esetében a hővisszanyerés nem lehetséges. A használt levegős hőszivattyú egy kizárólag elszívással működő légtechnikai rendszerbe is integrálható, mikor a visszanyert hőenergiát a hőszivattyú egy felületi fűtési rendszernek adja át vagy a HMV készítés céljára rendelkezésre állítja. Ha a beépítési környezeti adottságok vagy az épület funkciója gépi légellátást és elszívást is igényel, akkor a hővisszanyerés energetikailag ésszerű. Főként elárasztásos szellőzés esetében előnyös a hővisszanyerés, mikor a frisslevegő hőmérsékletét 2 K-el a helység levegő hőmérséklete alá szükséges felfűteni. Abban az esetben, ha a frisslevegő ellátás a homlokzaton keresztül történik, mérlegelendő az esetleges hővisszanyeréshez szükséges meghajtási energia és a kinyerhető energiamennyiség aránya. Példa: A légcsere hatása a fűtési hőenergia igényre és a fűtési teljesítményre: A légcsere jelentős hatást gyakorol a fűtési hőenergia igényre, mely akár 50%-os mértékben is növekedhet a szellőzésből adódóan. A légcsere hatása a fűtési teljesítmény növekedésére elérheti a 65%-os növekedést is! Magas belső hőteher esetében a légcsere hatása a fűtési hőenergia igényre és a fűtési teljesítményre: Ha munkaidőben, a gépek, berendezések, esetleg mesterséges megvilágítás használatából eredendően extra belső hőteher, hőképződés (kb. 50 W/m 2 K) keletkezik, akkor a fűtési hőigény lényegesen csökken. A légcsere fűtési hőigényre gyakorolt hatása megmarad, a légcsere fűtési teljesítményre gyakorolt hatása csekély, mivel a belső hőteher és a légcsere egyidejűleg jelentkezik. Frisslevegő előmelegítés esetében a légcsere hatása a fűtési hőenergia igényre és a fűtési teljesítményre: Frisslevegő például talajvízzel történő előmelegítése esetén a fűtési hőigény (hőenergia igény) akár 25%-al is csökkenhet, a fűtési teljesítmény pedig a megnövelt (megkétszerezett) légcsereszám esetében alig növekszik. Hővisszanyerés esetében a légcsere hatása a fűtési hőenergia igényre és a fűtési teljesítményre: Alacsony légcsereszám esetében (n = 1 h -1 ) a hővisszanyeréssel akár 25%-os fűtési hőigény csökkentést lehetséges megcélozni; magas légcsere (n = 2 h -1 ) üzemeltetése mellett pedig ez az érték a 40%-ot is elérheti. Fontos viszont figyelembe venni a megnövekedett gépesítés és a növekedett (hővisszanyerő ellenállásából adódó) meghajtási energiaigény meglétét. Szoláris hőnyereségek: A szoláris hőnyereségek képződésének mennyisége függ a transzparens (átlátszó, direkt fényáteresztés), illetve transzlucens (áttetsző, diffúz fényáteresztés) felületek méretétől tájolásától 53

54 az energiaátbocsátás mértékéből, mely az összesített energiasugárzás átbocsátó képesség értékétől (g-érték) és az árnyékoló korrekciós tényező szorzatából képződik. A szoláris hőnyereség hasznosíthatósága függ az elérhető hőtároló tömegek mennyiségétől. A szoláris nyereségáramok kölcsönhatásban vannak a belső hőteherrel, továbbá a szükséges fűtési hőenergia igénnyel és a lokális, helyi klimatikai viszonyokkal. Az időközzel jelentősen javult hőszigetelés technológia következtében csökken a fűtési hőenergia igény, ugyanakkor csökken ez által a hasznosítható szoláris hőnyereség mértéke is, mivel fűtési hőigényre csupán hideg téli, alacsony szoláris sugárzással rendelkező, borult napokon van szükség. A szoláris hőnyereség mértéke egyenes arányosan növekedik az üvegezési arány növelésével. Irodaépületekben viszont 30%-os üvegezési arány fölött a szoláris hőnyereség rendszerint már alig hasznosítható. A magas üvegezési arány viszont surárzásszegény, borult, kismértékben benapozott napokon nagyobb hőveszteségekhez vezet, - tehát az összesített energiamérleg rosszabbodik. Nyáron magas szoláris hőteher (hőnyereség) képződik az ilyen magas üvegezési aránnyal rendelkező irodaépületekben, a túlmelegedés kockázata nagymértékű. A szoláris hőnyereségáramok alapvető meghatározó tényezője a helyi mikroklimatikai adottság, mely már néhány kilométer távolságban változhat. Kedvező adottság és peremfeltétel áll fenn, ha magas szoláris sugárzásmennyiség, alacsony külső léghőmérsékletek magas fűtési hőenergia igénnyel párosulnak. Ez az egybeesés gyakran magasan fekvő beépítési szituációkban adott, ugyanakkor a gyakori ködképződés kedvezőtlen ellenhatást gyakorol. Annak érdekében, hogy a szoláris hőnyereségek ne rögtön a belső levegő hőmérséklet emelkedéséhez és ezáltal a hőképződés kiszellőztetésének szükségességéhez vezessenek, elegendő mennyiségű hőtároló tömegre van szükség, mely gyorsan aktiválható, bekapcsolható a belső tér hőháztartásába. Ha egy épület nehéz szerkezetekből tevődik össze, akkor a fűtési hőenergia szükséglet redukálódik. PCM (phase change materials) könnyű épületszerkezetek esetén hatékony kiegészítő vagy akár kiváltó megoldást nyújtanak hőtároló képességgel rendelkező épületszerkezetekhez. Funkcionális összefüggésekből adódóan a szoláris hőnyereségáramok hasznosítása esetén különös figyelmet kell szentelni a káprázatvédelemre, mely például irodaépületekben gyakran kialakulhat a munkaállomásokban. Egy belső káprázatvédelmet biztosító zsaluzia szerkezet alkalmazásával megoldható ez a probléma. A belső hőteher képződés és a szoláris nyereség kölcsönhatása szempontjából egy ellenhatás figyelhető meg, mivel a belső hőteher és a napsugárzásból adódó hőnyereség fellépési egyidejűsége meggátolja a szoláris nyereségáram hatékony hasznosítását, különösen akkor, ha nem áll elegendő hőtároló képességű épületszerkezet rendelkezésre. Ha egy helységben a szoláris hőnyereségek hasznosítása a cél, akkor az árnyékoló szerkezeteknek nyitva kell lenniük (az üvegezések felületei előtt nincs napvédelmet biztosító zsaluziafelület). Különösen a megfelelő mennyiségű hőtároló tömeggel rendelkező épületszerkezet hiányában a helység levegő hőmérséklet gyorsan megnövekszik, amely nem minden esetben jár megfelelő hőkomfort érzettel. A gyakorlatban, téli időszakban is szükséges a napvédelmet részben vagy egészben zárni és árnyékolni. Ideális esetben az árnyékoló szerkezet zárása a helység levegő hőmérsékletének függvényében történik. Abban az esetben, ha túl magas helység levegő hőmérsékletek keletkeznek és az árnyékoló szerkezet ezért záródik, megnövekszik a helység/épület fűtési hőenergia szükséglete. Példa: A tájolás és az üvegezési arány hatása a fűtési hőenergia igényre: Déli tájolású homlokzat szerkezetek esetében az üvegezési arány változása nincs kihatással a fűtési hőigény mennyiségére akkor, ha az árnyékoló szerkezetek nyitva maradnak (nincs árnyékolás). Ebben az esetben a még télen is előfordul, hogy a belső terek túlmelegednek. Az összes többi tájolás esetében üvegezési arány növekedésével egyenesen arányosan növekszik a fűtési hőigény is. Magas belső hőteher esetében a tájolás és az üvegezési arány hatása a fűtési hőenergia igényre: Ha munkaidőben, a gépek, berendezések, esetleg mesterséges megvilágítás használatából eredendően extra belső hőteher, hőképződés (kb. 50 W/m 2 K) keletkezik, akkor a tájolásnak lényegesen kisebb hatása van a fűtési hőigényre. Az üvegezési arány növelésével arányosan növekszik a fűtési hőigény. 54

55 A hőtároló tömeg hatása a fűtési hőenergia igényre szabályozott árnyékoló szerkezetek alkalmazásával: A hőtároló tömeg jelentős hatást gyakorol a fűtési hőigény alakulására, nagy homlokzati üvegfelületek esetében (üvegezési arány 70%) és nehéz épületszerkezetek alkalmazásával (belső falak tömör szerkezetek, födémek álmennyezet és álpadló nélkül) 40%-al csökken a fűtési hőigény. Árnyékoló szerkezetek szabályzásának hatása a fűtési hőenergia igényre közepesen nehéz épületszerkezetek alkalmazásával: A napvédelem szabályzásának nagymértékű hatása van a fűtési hőigény alakulására. A déli tájolású homlokzatok szoláris hőnyereségáram hasznosítása a gyakorlatban nem valósítható meg teljes mértékben, mivel a káprázathatás (káprázatvédelem szükséges alkalmazása) és a túlságosan megnövekedett helység levegő hőmérsékletek (árnyékolás szükséges alkalmazása) ezt meggátolják. Épületburok technológiák Hőszigetelések A hőszigetelések javítják az épületek hő- és hangszigetelését. A hőszigetelés a transzmissziós hőveszteségek csökkentésének köszönhető, valamint annak, hogy magasabb felületi hőmérsékletek kialakításával a szellőzésből adódó hőveszteségek is kisebbek. Hőszigetelések védik a külső épületszerkezeteket a kondenzációtól és a fagytól, továbbá elősegítik a belső környezet komfortos és higiénikus helységklímájának kialakítását. Egy anyag hőszigetelési hatása a pórusai közé bezárt levegő alacsony hővezetési képességének köszönhető, - a hőszigetelő effektus annál nagyobb, minél kisebb méretű és nagyobb mennyiségű levegő pórusok, minél egyenletesebben helyezkednek el a hőszigetelő anyagban. 0,1 W/mK érték alatti hővezetési tényezővel rendelkező anyagokat hívunk hőszigetelő anyagoknak. Megkülönböztetünk Organikus és Szervetlen-ásványi hőszigetelő alapanyagokat, melyek közül mindkettő készülhet természetes vagy szintetikus alapanyagokból. A szerkezeti felépítés alapján habosított szálas és granulátum vagy fújható, szórható anyagú hőszigetelés verziók léteznek. A szálas anyagok esetében a rostok közötti légpórusok, a habosított és granulátum, vagy szórt hőszigetelésekben az anyag által befoglalt sejtstruktúra légpórusai gátolják a levegő mozgását, továbbterjedését. A habosított és az ásványgyapot hőszigetelések a piaci kínálat 90%-át uralják; a megújuló (újranövő) nyersanyagokból előállított hőszigetelések terén utóbbi időben további fejlesztéseket végeztek, így ezen anyagok alkalmazási területei egyre szélesednek, terjednek. Beépítés: A hőszigetelés a külső épületszerkezetek mind külső, mind belső oldalán integrálhatóak. A hőszigetelő hatás nem változik a hőszigetelő réteg elhelyezésének a pozíciójától, viszont külső hőszigetelés elhelyezése esetében a kevesebb hőhíd keletkezik, valamint a tartószerkezet nincs hőmérséklet ingadozásoknak kitéve. A hőhidasság elkerülésére kifejezett figyelmet kell szentelni. A hőtároló tömeg hatása az épület belső terei irányában megmarad, miáltal a meleg évadban a belső klíma jelentősen javítható. A másik oldalon viszont rendszertelenül használt belső hőszigetelésű helységek gyorsabban felfűthetők. A homlokzat, illetve tetőszerkezet felépítésének 55

56 belülről kifelé haladva egyre erősebben diffúzió áteresztőnek kell lennie ahhoz, hogy a nedvesség, páratartalom áramlását (általában a beltérből kifelé haladva) ne gátolja. Természetes alapanyagból készült árványi hőszigetelések: Habosított agyag, mely hőszigetelő képessége gyengébb a szokványosnál. Nyomás- és rothadásálló, ezért esztrich rétegek alá kiegyenlítő rétegként, beton és habarcs könnyű adalékaként vagy födémek hőszigetelő hatású feltöltéseként alkalmazzák. Perlitek előállításához vizet tartalmazó üvegszerű vulkanikus kőzeteket használnak, melyek felhevítése és utána az térfogatnövelés (expanzió) után hidrofobizálják (vízlepergetővé teszik) vagy bitumenes kezelésben részesítik. Speciális felhasználási területei adalékanyagként a szendvics-mag szigetelés, hő- és lépéshang gátló szigetelés, továbbá a szórt, feltöltött szigetelések tetőszerkezetekben. Expandált perlitekből hőszigetelő lapokat is lehet gyártani. Szintetikus alapanyagból készült ásványi eredetű hőszigetelések: Üveg- vagy kőzetgyapotból készült hőszigetelések gyártási folyamatában újrahasznosított üveg, mészkő vagy homok elegyet megolvasztanak és egy kötőanyag segítségével feldolgozzák hőszigeteléssé. Jó hő- és hangszigetelő képességük mellett tűzállóságuk is kiváló, valamint diffúzió nyitott képességgel rendelkeznek (páraáteresztés) és időjárásállók. Üveghab hőszigetelések olvasztott üveg szén meghajtás által való felhabosításából keletkeznek. Forma- és nyomásálló, víz és páradiffúzió álló a zárt sejtszerkezetnek (zártcellás) köszönhetően. Ezen jó tulajdonságok miatt épületek talajréteggel határos és lábazati hőszigeteléseiként, aljzat és aljzatfödém alapozások, továbbá lapostető szerkezetek és nyomás által igénybevett szerkezetek hőszigetelésére használják. Ásványhabként ismert kalcium-szilikát mészből, kvarchomokból és vízből áll, melybe belső alkalmazás esetén cellulózt is kevernek. Az anyag szerkezete nyitott kapillárisokból és pórusokból áll, mely segítségével nagy a vízfelvevő képessége és ezúton belső terek páraháztartását nagyértékben képes szabályozni. Külső beépítés esetén a víz ellen védeni, hidriofobizálni, vízlepergetővé kell tenni az anyagot impregnálással. Organikus (szerves) alapanyagból készült természetes eredetű hőszigetelések: Cellulóz rost hőszigetelések használt papírból készülnek és bór sóval kezeltek a tűzállóság és a károkozók elleni rezisztencia kialakítása végett. A jó hőszigetelő képesség mellett nedvszívó és diffúzió nyitott (páratechnikailag lélegző ) anyagok. A könnyűszerkezetes épületekben tető, fal és födém hőszigetelésként vagy üreges szerkezetek kitöltésére alkalmasak. Fagyapot hőszigetelések előállításához a faipar faár faárú melléktermékeit összevágják és rostosítják. Víz hozzáadásával a farost-gyapotból egy pépes elegyet lehet nyerni, melyet lap elemekké lehetséges préselni, majd szárítani. A fa gyantája az anyag összeragasztásáért felelős. Nedvszívó, diffúzió nyitott (páratechnikailag lélegző ) és szél(nyomás)álló anyagok. Külső és belső falak, tetőszerkezetek, födémek szerkezeteiben alkalmazhatóak. Többrétegű fagyapot panel lapelemek fagyapot, ásványgyapot, poliuretán (PUR), illetve polisztirol lapok kombinációjából erednek és pincefödémek alsó hőszigeteléseként, valamint bennmaradó zsaluzatként hőhidas beépítési szituációban hőhíd mentesítésként alkalmazzák. További állati vagy növényi eredetű regeneratív parafa, kókusz, len, nád, fa- vagy juhgyapjú alapanyagból készült hőszigeteléseket rugalmas matracszerű lapokká dolgoznak fel. Magas költségeik vannak a véges mennyiségű források miatt, ezért a gyártásuk is kis mennyiségben történik. Organikus (szerves) alapanyagból készült szintetikus eredetű hőszigetelések: A sztirol polimerizációja és egy illó hajtóanyag segítségével a gyakran stiropor kifejezéssel megnevezett expandált polisztirol (EPS) keletkezik, mely hőszigetelő képessége jó, bár nem rothadnak el, de direkt szoláris sugárzásnak kitéve (szét)morzsolódnak. Érzékenyek a hőmérsékletekre és a hígító anyagokra. Magas páradiffúziós ellenállással rendelkeznek, ezért különösen kell ügyelni a beépítésre páratechnikai okokból kifolyólag. Tető és külső falszerkezetekbe építhető be. Az olvasztott polisztirol széndioxiddal való habosítása, majd extrudálása eredményeképpen polisztirol extrudált hab keletkezik (XPS). Homogén zárt sejtszerkezetnek (zártcellás) köszönhetően magas nyomásszilárdság, nagyon kis nedvességfelvétel és magas páradiffúziós ellenállás jellemzi. Sem UV-sugárzás, sem hígítóanyag álló. Ezen jó tulajdonságok miatt épületek talajréteggel határos és lábazati hőszigeteléseiként, aljzat és aljzatfödém alapozások, továbbá lapostető szerkezetek (fordított rétegrendű lapostetők is), továbbá nyomás által igénybevett szerkezetek hőszigetelésére, hőhídmegszakítás megoldásokra használják. Poliuretán kemény hab (PUR) nyersolajból vagy regeneratív anyagok folyékony alkotóiból készül, mellyel az építkezésen üregek kitöltése 56

57 helyszínen lehetséges. A zártcellás felépítés kémiai- és hígítóanyagok ellen rezisztens és rothadásmentes. A hővezetési tényező nagyon kedvező értékeket ér el. A PUR keményhab falakon és tetőkön (szarufázat feletti hőszigetelésként) alkalmazható, de lapostető szerkezetekben vagy intenzív nyomás által igénybevett szerkezetek hőszigetelésére is használható. Transzlucens hőszigetelések (TWD): Olyan hőszigetelések, melyek a szoláris sugárzás számára áttetszőek. A TWD alkalmazásával a szoláris nyereségek a helységekben növekednek, ugyanakkor a hőveszteségek csökkenthetőek. Kétféle rendszerben működhet: direkt hőnyereséget hasznosító rendszer indirekt hőnyereséget hasznosító rendszer A direkt hőnyereséget hasznosító rendszer tároló-komponens nélkül működik és fényszórásra (direkt sugárzás diffúz sugárzásra való átalakítása) is alkalmazható. Indirekt üzemmódban a rendszer időeltolódással hőenergiát képes átadni a belső helységnek. A TWD üreges műanyag vagy üveg szerkezetből, méhsejtek, cellák és hajszálerek alkotják. Ezeknek az anyagoknak van a hőszigetelő képesség és a fényáteresztés szempontjából a legjobb tulajdonságaik. Az abszorber felületre merőlegesen elhelyezett, egymással párhuzamos csövecskék elnyomják a konvektív hőtranszportot és kialakítanak egy hőszigetelő effektust, a kb. 5 mm átmérőjű csövecskékben álló levegő alacsony hővezetési képességének köszönhetően. A hőnyereség hasznosítás a következőképpen történik: A szoláris sugárzás átsugározza a külső homlokzat külső síkjára elhelyezett transzlucens hőszigetelési réteget, amely mögött sötét színre festett falfelület abszorberként viselkedik és a sugárzási energiát hőenergiává alakítja át. Mivel a TWD anyaga a falszerkezethez képest magas hővezetési ellenállással rendelkezik, a hő a falba áramlik, ahol a fal hőtároló képességének köszönhetően a hőenergiát elraktározza, majd időeltolással a belső tér felé leadja. A nettó hőnyereség mértéke szerkezeti megoldástól és minőségtől függően kwh/m 2 a. TWD két üvegréteg közé is telepíthető diffúz megvilágítást biztosító falszerkezetként. A nyári és átmeneti időszakban a TWD szerkezet túlmelegedésének és nemkívánatos magas belső helység léghőmérsékletek megelőzése érdekében árnyékolásra van szükség. Egy változtatható árnyékoló szerkezet segítségével tényleges hőigények alapján lehetséges a szabályzás. Termotróp üvegezések passzív üzemódban önszabályzó jelleggel reverzibilis árnyékolást biztosítanak egy adott, meghatározott kapcsolási hőmérsékleten. A nappali természetes megvilágítás optimálása érdekében (természetes fényhasznosítás) TWD szerkezetek segítségével a direkt fénysugárzás szórását, diffúz fénysugárzássá való átalakítását lehet megvalósítani, a helységek mélysége irányában a természetes megvilágítási viszonyokat javítani, az épületburok (TWD-homlokzat) kedvező hőtechnikai tulajdonságai mellett. A TWD szerkezete, mely két üvegréteg közé ágyazódik be, árnyékmentes, kiegyensúlyozott fényeloszlást biztosít. Az átlátszóság, a kilátás nem lehetséges, ezért, főként homlokzati felülvilágítók, és tetőüvegezésekfelülvilágítók céljára lehetséges alkalmazni őket, iroda, múzeum, sportcsarnok vagy gyártócsarnok épületekben. A magas bekerülési költségek és a szükséges árnyékoló szerkezetek miatt az alkalmazást mindig az adott projekt paramétereivel le kell egyeztetni. Általánosságban a TWD alkalmazási területei mind új létesítésű, mind felújítási projektek esetére kiterjed, - felújítandó régi épületek gyakran nagy sűrűségű, nagy hőtároló tömeggel rendelkező külső falszerkezetekből állnak, melyeket kívülről optimális módon lehet TWD szigeteléssel energetikailag megújítani. A TWD-t olyan épületekbe előnyös beépíteni, melyek egész évben magas hőigénnyel rendelkeznek vagy funkcionális okokból magas helységhőmérsékleteket igényelnek (pl. nagyméretű uszodák, fürdőépületek). Vákuum hőszigetelő panelek (VIP): Abban az esetben, ha a levegőt elvonjuk a hőszigetelésből, akkor hőszigetelő képességük jelentősen megnövekszik, mivel konvekcióból és vezetésből adódó hőtranszport csaknem teljes mértékben eliminálható. A vákuum hőszigetelő panel egy mikroporózus, nyomásálló légmentesített üveggyapotból vagy nyitott cellás habanyagból készült központi feltöltésből készül, mely egy gáz és vízálló hegesztett fóliával van bevonva. Finomszemcsés porózus anyagok, mint az aerogél vagy a kovasav vákuum nélkül is kiváló hőszigetelő képességgel rendelkeznek. Ha alacsony nyomás mellett, gázálló kiszerelésben becsomagolják őket, akkor ugyanolyan rétegvastagságban a hőszigetelő tulajdonságuk szeresen is nagyobb tud lenni, mint konvencionális hőszigetelések esetében. A hővezetési 57

58 tényező l 0,004 0,008 W/mK értékeket érheti el. Mivel a mikroporózus kovasav esetében nincs észlelhető anyagöregedés, továbbá tűzálló tulajdonságai miatt, a magasépítés területén alkalmazzák. A jó hőszigetelő képességnek köszönhetően vékony épületszerkezetek hőszigetelése, illetve hőszigetelési megoldások szűk helyviszonyok között is lehetségesek. A hőtechnikai tulajdonágait akkor veszíti el a VIP panel, ha a vákuum alnyomás megszűnik, - ekkor U-értéke a háromszorosára növekszik. A panelek tokszerkezetének hőtechnikai gyengesége miatt célszerű nagyméretű paneleket alkalmazni. A kivitelezésnél nagyon körültekintően szükséges dolgozni. A vákuum kialakítás miatt csak ipari előregyártás keretében valósíthatóak meg a VIP panelek. Elméletileg a méret és a forma tekintetében bármely megoldás lehetséges, mégis gazdasági okokból kifolyólag standardméretekben, 0,5 x 0,5 m 0,5 x 1,0 m mérettartományban és mm vastagságban gyártják. Mivel a VIP-et nem lehetséges méretre vágni, ezért a csatlakozásoknál, hézagok esetében konvencionális EPS vagy XPS lapokat alkalmaznak és ezáltal a hőhidakat tolerálni szokták. Falszerkezeteken ragasztóhabarcs vagy egy profil-sin rendszer segítségével rögzíthetők a VIP panelek. A VIP hőszigetelés csekély vastagsága miatt különösen jó megoldás parapet szerkezetek hőszigetelésére, hőhídmegszakítás céljára (pl. födémfalcsatlakozásnál), de különösen épület felújítások esetében a csekély helyigény miatt sokkal előnyösebb megoldás, mint konvencionális hőszigetelések alkalmazása. Külső és belső alkalmazása lehetséges, külső falszerkezeten, lapostető és padlózatok esetében (kis belmagasságoknál), valamint parapet szigetelés esetében nem keletkezik a belső helység felé falsík ugrás. A VIP hőszigetelés egyfelől magas bekerülési költségekkel rendelkezik, másfelől értékes hasznos alapterületet képes megtakarítani. A konfekcionálhatóság, méretezhetőségi hiányosságok miatt a tervezés több munkát igényel. Látens hőtároló szerkezetek (PCM) Phase change materials (PCM) anyagok látens hőtároló képességgel rendelkeznek, ami azt jelenti, hogy hőbevitel esetén először nem emelkedik hőmérsékletük, ellenben hagyományos hőtároló anyagokhoz képest. Hőmérsékletnövekedés esetén a PCM anyag halmazállapotát megváltoztatja és hőenergiát raktároz el, viszont hőmérséklet növekedés csak a komplett fázisváltás után érezhető. Azt a hőmérsékletet, mely mellett a halmazállapot változás megtörténik, olvadáspontnak hívják. Ha a hőmérséklet az olvadási pont alá esik a PCM visszaadja a felvett hőenergiát. Ez a folyamat tetszőleges gyakorisággal reprodukálható. Leggyakoribb PCM anyagok a sóhidrátok és a paraffinok, melyeket belső épületszerkezetekbe vagy homlokzati szerkezetekbe integrálnak. Előnyös tulajdonsága a kis helyigény és kis önsúly, továbbá az olvadási hőmérséklet által kialakuló önszabályozási folyamat, mely hőmérsékletingadozásokat és hűtési hőigény teljesítményeket simít el. Gyakorlatilag a PCM alkalmazásával az épületek hőtároló tömegének növeléséről van szó. Fontos tényező, hogy a PCM olvadásponti hőmérséklete a helységben uralkodó léghőmérséklet komforttartományához közeli értékkel rendelkezzen, tehát kb ºC legyen. A paraffinok könnyebben feldolgozatóak, mint a sóhidrátok, viszont kissé gyengébb hőtároló képességük van és extra tűzvédelmi megoldásokat igényelnek. Tartószerkezeti funkciókra a halmazállapot változás miatt a PCM nem alkalmas. Mivel a halmazállapot változás folyamán a PCM térfogata is megváltozik, ezért a beépítés bizony problémákba ütközik. A hordozó anyagnak magas hővezetési képességgel és nagy felülettel kell rendelkeznie, annak érdekében, hogy hatékony, közvetlen hőcsere tudjon kialakulni. Annak érdekében, hogy a PCM anyag ne párologjon, illetve olvadjon, ki teljes mértékben három feldolgozási eljárást ismerünk: makro kapszulás mikro kapszulás immerziós (merítéses) technológiát. A piacon elérhető PCM anyagok alkalmazásának eddigi lehetősége a hőmérsékletingadozások kiegyenlítésében rejlik, mellyel épületek innovatív klímakoncepcióit lehetséges nagymértékben megtámogatni. A nyári túlmelegedést gátló mesterséges szellőzést, illetve konvencionális, passzív építészeti és szerkezeti megoldásokat nem lehetséges kiváltani PCM-el. Megfelelő alkalmazásban redukálható az igényelt épületgépészeti rendszer mértéke és 58

59 növelhető a belső terek klíma-komfort színvonala. Alkalmazási területei: új építésű könnyűszerkezetes házak esetében, valamint nagy üvegezési aránnyal rendelkező épületekben és intenzív benapozású homlokzatok eseteiben, de meglévő épületekben is, ahol magas szoláris hőteher ellen védekezni szükséges. A PCM-épületszerkezetek teljesítménye a következő paraméterektől függ: PCM mennyisége PMC termék fajtája Olvadási hőmérséklet tartomány PCM-helységlevegő közötti hőátadás folyamat A PCM passzív szerkezeti megoldásként mikro kapszulás kivitelben belső falazatokba építhető be (vakolatban vagy gipszkarton lapelemekben), makro kapszulás kivitelben pedig álmennyezetekben alkalmazható vagy üveghomlokzatok mögött a napközben fellépő hőmérsékletingadozások tompítása érdekében. Ehhez szükséges biztosítani, hogy a PCM a felvett hőenergiát ismét le tudja adni: tervezett éjszakai szellőzéssel a helységhőmérsékletet az olvadásponti hőmérséklet alá lehet hűteni. A folyamatos túlterhelés elkerülésének érdekében a PCM kapcsolási (olvadási) hőmérséklete a helység komforthőmérséklet tartományának maximum értékéhez közeli értékkel kell megegyeznie. Abban az esetben, ha a PCM komplett hőtechnikai letöltése nem lehetséges, akkor aktív gépészeti rendszerek alkalmazásával célzott hűtési energia bevitelnek köszönhetően a letöltési folyamat gyorsítható és szabályozható. Ilyen megoldás például kisméretű ventilátorok beépítése, melyek a hőtároló tömeg fölött konstans légáramlatot hoznak létre vagy kapilláris csőhálózatok beépítése a hőtároló tömegbe és hűtővízzel való átáramoltatása. A rendszerek gazdaságossága a költséghatékony éjszakai villamos energia használatában, továbbá a hűtési energia regeneratív forrásból való fedezésében rejlik (pl. talajhő hűtési hasznosítása). Aktív rendszerek esetében az optimális kapcsolási hőmérséklet a ºC. További speciális megoldás a vízvezeték hálózattal átáramoltatott PCM látens hőtároló szerkezet vagy a frisslevegő előfűtés/hűtés PCM akkumulátorok segítségével. Üvegezések A transzmissziós hőveszteségek csökkentése és a magas színvonalú hőkomfort érzet elérésének céljából az üvegezéseknek lehetőleg alacsony U-értékkel kell rendelkezniük. A természetes megvilágítás megfelelő mértékének kialakításához az üvegezésnek magas látható fény áteresztési (transzmissziós) tényezőre t van szükség, továbbá abban az esetben, ha a téli fűtési időszakban a szoláris hőnyereségek a tervezésben prioritást élveznek, akkor az összesített energiasugárzás átbocsátó képesség értékének g lehetőleg nagynak kell lennie. Ezzel ellentében, nyáron, hűtési időszakban egy alacsony g-érték a kedvező egy kellemes belső klíma-komfort környezet kialakítása érdekében. Alacsony g-értékek rendszerint alacsony fénytranszmissziós t értékeket vonnak magukkal, tehát sötétebb belső terek alakulnak ki (magasabb mesterséges megvilágítás igény). A napjainkig felfejlődött nagyon alacsony hőátbocsátási tényezők (U-értékek) miatt különös figyelmet kell szentelni a tokok, illetve a szárny keretek kialakítására. Gyártás: Napjainkban a leggyakrabban alkalmazott üvegezés a float üveg. Kvarchomok, szóda és mész, az üveg alapvető alkotórészeit összeolvasztják, majd a homogén üvegmassza egy cinnel teli kádba folyik. A lassú lehűlés után táblákba lehet feldarabolni az üveget, - a maximális táblaméret 6 x 3,2 m. Különböző bevonatok segítségével az üvegezéseket eltérő tulajdonságokkal lehet felruházni. Döntően meghatározó tényezők a bevonatok tekintetében a bevonat pozíciója (helyzete) bevonat anyaga bevonat üvegre való felvitelének módja (technológiája) Bevonat technológiák: Hard-Coating eljárás 59

60 Utólagos bevonat Sol-Gel eljárás Katódsugár kezelés A Hard-Coating eljárásban a bevonatot az üvegre még folyékony üvegmassza állapotában lehetséges felvinni, ezáltal a bevonat magas ellenálló képességgel rendelkezik az erős üvegbevonat kapcsolat miatt, - alkalmazható tehát egyrétegű üvegezések esetében. Utólagosan, az üvegtáblák felvágása után bevont üvegek felületei nem annyira ellenállóak, ezért ezeket két- vagy háromrétegű üvegezésekben vagy többrétegű ragasztott biztonsági üvegezésekben lehet használni. A Sol-Gel eljárás keretében egy kémiai szintézismódszer segítségével az üvegtáblát egy folyadékba mártják, így mindkét üvegoldal ugyanolyan tulajdonsággal rendelkezik. A katódsugár kezelés alkalmával egymás után különböző fémoxid rétegekkel lehetséges az üvegfelületet bevonni, miáltal differenciáltabb hatások képezhetők. Fizikai tulajdonságok: Az üvegezések megkülönböztethetőek Fénytechnikai Hőtechnikai Sugárzástechnikai tulajdonságai alapján, melyeket az üvegezések Transzmissziós Reflexiós és Abszorpciós képessége, viselkedése fejez ki. A fénytechnikai értékek a látható fénytartományra vonatkoznak, nm hullámhossz tartományban, ugyanakkor a sugárzási tulajdonságok viszont a teljes napsugárzási spektrum területére, nm tartományra érvényesek. Egy üvegezésben a hőtranszport az üvegrétegek között létrejövő hősugárzásból jön létre, mely az üvegfelületek emisszivitásából, valamint az üvegrétegek közötti lég/gázrétegben kialakuló hővezetésből és konvekcióból ered. Egy Low-E bevonat segítségével az üvegrétegek közötti sugárzás csere lényegesen csökkenthető. Az üvegrétegek közötti lég/gázrétegben argon gáztöltet segítségével a hővezetés és konvekció által kialakult kombinált hőtranszport nagymértékben redukálható. 15 mm üvegréteg távolság (lég/gázréteg vastagság) esetében a kombinált hőtranszport a legkisebb. A hőszigetelő üvegezések keret- és tokszerkezetei a gyenge pontok hőtechnikailag, - ezek a szerkezetek gyengítik a hőszigetelést, bár az üvegezési felület növekedésével ez a negatív tényező egyre kisebb hatással bír. A cél érdekében, hogy üvegezések sugárzástechnikai tulajdonságait meg lehessen változtatni, felületüket szelektív bevonatokkal látják el őket. A szelektív bevonatoknak köszönhetően az üvegezések különböző sugárzási hullámhosszok esetében eltérő áteresztő képességgel rendelkeznek. A fényáteresztési tényező és az összesített energiasugárzás átbocsátó képesség g-érték viszonyát ( t /g) szelektivitásnak nevezzük. Minél nagyobb ez az érték, annál nagyobb a nappali természetes megvilágítás és annál kisebb a bebocsátott sugárzás. Semleges színezésű üvegezések szelektivitása fizikai okok miatt legfeljebb 1,8. Az üvegezések a valós színeket lehetőleg minél kevésbé torzítsák, illetve kívülről nézve a homlokzaton ne tükrözzenek. Az üvegezések mind áttetszőségükben, mind külső kinézetükben különböző színtechnikai tulajdonságokkal rendelkeznek. Az R a színvisszaadási index az üvegezések színlepkézését jellemzi; minél magasabb ez az érték, annál semlegesebb (valóság hűbb) a színvisszaadás, ugyanakkor minél kisebb ez az érték, annál erősebbek a színeltolódások. Az R a értéknek minimum 90-nek kell lennie. Az üvegezések külső színbeli megjelenése a reflexiós spektrumból származtatható. A fénytraszmissziós spektrumból az üvegezés átlátszósági színe definiálható, mely a belső térben a színvisszaadást határozza meg. Hőszigetelő üvegezés: Két különböző módon képesek hőszigetelő üvegezések a hőátbocsátást csökkenteni. Egyrészt az üvegrétegek közötti légrés nemesgázzal való feltöltésével a hővezetésből adódó hősugárzási energiacserét lehet eliminálni. Másrészt a belső üvegréteg külső 60 t

61 oldalára felvitt transzparens bevonattal a hőemisszió képessége csökken oly mértékben, hogy gyakorlatilag nem történik már sugárzási energiacsere a két üvegréteg között. Nemesgázok közül az argon vagy kripton gázok megfelelőek. Kétrétegű üvegezések U-értéke elérheti az 1,0 W/m 2 K, míg háromrétegű üvegezések akár 0,5 W/m 2 K hőátbocsátási tényező értéket is elérhetnek. Az alacsony U-értékeknek köszönhetően csökken a transzmissziós hőveszteség és javul a termikus komfortérzet a magasabb belső felületi hőmérsékletek miatt. A hideg levegő leesési jelenség problémája, mely egyébként nagyfelületű üvegezett falszerkezetek esetében fennáll, a jó U-érték következtében megoldódik. Árnyékoló (szolár) üvegezés: A külső üvegréteg belső felületére felvitt szelektív bevonat segítségével az üvegezés nagymennyiségű nappali természetes látható fényt enged be a belső térbe, ugyanakkor kevés energiát enged be a fennmaradó szoláris sugárzási spektrumtartományból (infravörös hőtartomány). Az átengedett fény spektrális összetétele megváltozhat, színeltolódás (a valós színvilágtól) a következménye. Mivel a sugárzásátbocsátás mértéke korlátolt, ezért a téli fűtési időszakban a szoláris hőnyereségek csökkennek. Nyáron rendszerint további árnyékolás és káprázatvédelem szükséges. A látható fénysugárzási hullámhossztartományban a reflexiós tulajdonságok meghatározzák az üvegezés tükröződésének színbeli és intenzitásbeli tulajdonságait. Különböző színárnyalatok keletkeznek, főként kék, zöld és ezüst színárnyalatok. Árnyékoló üvegezések g-értéke akár 0,15 (15%) is lehetséges. Ezek a csekély összesített energiasugárzás átbocsátó képességi értékek ugyanakkor csökkentik a nappali természetes fénymennyiség bejutását a beltérbe. A külső felületek tükröző hatásúak, ezáltal csak különleges funkciók esetén alkalmazhatóak vagy csak részfelületekre építhetőek be. Irodahelységek komplett üvegezése esetében 0,30 g-értékek kivitelezhetőek. Nyomtatott üvegezés: Annak érdekében, hogy a g-értéket csökkenteni, ugyanakkor transzparens megjelenést biztosítani lehessen, az üvegfelületek nyomtatása alkalmazható. Kívülről nyomtatott üvegezésű felületek megjelenése opak (nem átlátszó), illetve transzlucens hatással rendelkezik, a belátás/átlátás nem lehetséges. Belülről a nyomtatási mintázattól, struktúrától és sűrűségtől függően lehetséges bizonyos mértékben kilátni. Szitanyomás technikával egy kerámiaréteg lesz beégetve az üveg felületére. A nyomtatás lehet opak vagy transzlucens (diffúz transzparencia). Transzlucens nyomtatás esetén a színeket speciális technikával módosítják, hogy különböző intenzitású és transzparenciájú kivitelben lehessen felvinni a nyomtatási rétegeket. Felületkezelt üvegezés: Hőszigetelő üvegezések legelterjedtebb felületkezelési eljárásai a homokfúvás és a savmarás. Diffúz fényáteresztés alakul ki és az átláthatóság nem lehetséges. A savmart üvegezések felülete bársonyos, selyemfényű megjelenéssel rendelkezik. A sav kezelési ideje és a sav koncentrációja megszabják az üveglapok savmartságának a fokát. Ez a kezelés csupán 1.2%-al csökkenti a fénytranszmisszió képességét. Mintázatok kialakítása, üvegfelületek részterületeinek savmarása is lehetséges, a savmart felületek karcolásállóak. A savmarás mellett a homokfúvás technikájával lehetséges még üvegezéseket diffúz fényszóró felületekké kialakítani. Egy kamrában az üvegfelületeket homokkal megfújják, mely a felületeket felérdesíti. Hangszigetelő üvegezés: Zajterheléssel rendelkező területeken hangterjedést gátló üvegezésre van szükség. Az üvegezések hangszigetelő képessége a súly és a rugalmasság növelésével erősödik. Az üvegezés felépítése és a gáztöltet fajtája további hangszigetelést befolyásoló tényezők, továbbá különböző üvegvastagságok javítanak a hangszigetelés minőségén. A hangszigetelő üvegezések hőszigetelő képessége kissé gyengébb. A hangszigetelés értéke, az R w érték hangszigetelő üvegezések esetében elérheti az 50 db értéket is. Biztonsági üvegezés: Biztonsági üvegezésre akkor van szükség, ha a biztonságvédelem, a golyóállóság követelményei fennállnak, illetve abban az esetben, ha magas homlokzatok, illetve fej fölötti üvegezések esetében biztonsági üveg alkalmazására van szükség. Két alapvető fajtát ismerünk: Egyrétegű biztonsági üvegezés (ESG) Többrétegű biztonsági üvegezés (VSG) Az egyrétegű biztonsági üveg esetében az üvegtáblát hőkezelés segítségével előedzik. A hajlóhúzó szilárdsága magas, így törés esetén sok kis üvegdarabkává esik szét éles peremek, élek nélkül, viszont már nem intakt a térhatároló hatás. A VSG esetében két vagy több üvegtáblát 61

62 ragasztanak a táblák közé helyezett fóliák felhasználásával össze. A fólia és az üvegrétegek stabil kapcsolatának köszönhetően törés esetén nem esik ki az üvegezésből sebesülést okozható üvegszilánk/darab, és a térhatároló hatás is megmarad. A golyóállóság, illetve áttörésállóság az üvegezés magas rugalmasságából adódik, melyet az üveg és fóliák vagy olvasztott gyanta kombinációjával érnek el. Üvegezések légrésében alkalmazott technológiák: Szigetelő üvegezések légrésébe integrált szerkezetek befolyásolják a nappali természetes megvilágítási viszonyokat egy helységben és redukálják a bejövő sugárzás mennyiségét, árnyékoló ás káprázatvédelmi funkciókat képesek ellátni, valamint fényvezetés segítségével az optimális természetes helység megvilágítás szerepét is átvenni. Olyan megoldás is lehetséges, amely a direkt sugárzást kizárja, a diffúz fénysugárzást pedig beengedi a belső térbe. Az átlátszóság általában korlátozott. A légrésbe integrált szerkezeti megoldások időjárásállók és nagyon hatékonyak, a fix, merev, nem mozgatható változatok költséghatékonyabbak és hosszabb élettartammal rendelkeznek. Motorizált vagy kézi beavatkozással változtatható szerkezetek meghibásodása esetén a javítás vagy csere gyakran csak a komplett épületszerkezet cseréjével lehetséges. Variokróm üvegezések: Olyan üvegezések, melyek bizonyos sugárzástechnikai tulajdonságai időben dinamikusan változtathatóak, - a fény- és sugárzás átbocsátási tulajdonságaik reverzibilis (megfordítható) módon módosíthatóak. Az építészet egyik alapvető problémája oldódik meg ezen üvegezés technológia alkalmazásával: magas hatékonyságú árnyékolástechnika kombinálható időjárásvédett szabályozható árnyékoló szerkezettel. Megkülönböztetünk aktív variokróm és passzív variokróm rendszereket. A passzív rendszerek önszabályzó módon, önműködően dolgoznak, az aktív rendszerek pedig gyakorlatilag gombnyomásra reagálnak. A TWD (transzlucens hőszigetelés) kombinációjával a hőnyereségek célirányos szabályzása lehetséges. A variokróm üvegezések megoldásai részben még kísérleti stádiumban vannak, ugyanakkor egyes variánsok már az építőipari bevezetés és forgalmazás küszöbén állnak. Az elektrokróm üvegezések aktív rendszerben működnek, szabályzó, kapcsoló berendezésekre van szükség. Az üvegtáblák közé ragasztott aktiválható fóliaréteg a kapcsolási folyamat után időbeli eltolással elszíneződik, az üvegezés kékes színárnyalatot kap, viszont átlátszósága megmarad. Extra káprázatvédelemre szükség van. A gazokróm üvegezések szintén aktív rendszerek. Az üvegrétegek közötti légréteg kapcsolatban áll a szerkezeten kívüli, különálló szabályzó berendezésekkel. A kékes színű elszíneződés egy gázzal való kontaktus során lép fel. Az üvegezés átlátszósága megmarad. Extra káprázatvédelemre szükség van. A termotróp üvegezések a passzív rendszerek csoportjába tartoznak. Miután egy bizonyos kapcsolási hőmérsékletet az üvegezés hőmérséklete meghaladja, az üvegezés fénytechnikailag diffúzzá válik. A váltási hőmérséklet meghatározása az üveganyag keverési folyamata közben történik, a váltási hőmérséklet mindig ugyanaz marad, tehát utólagos beavatkozási, illetve szabályozási lehetőség nem áll fenn. Az üvegezés hőmérsékletének növekedésével az üvegezés fénytechnikailag megváltozik, transzparens állapotból transzlucens jellegűvé válik. Az átlátszóság megszűnik, tehát felülvilágítók esetében alkalmazható, illetve akkor, ha részben transzparens, átlátszó üvegezéseket is beépítenek a termotróp üvegezések mellé. A PDLC-üvegezések (polymer-dispersed liquid christal) hasonló elven működnek, mint a termotróp megoldások, azzal a kivétellel, hogy ezek aktív üzemeltetésű rendszerek. Addig, amíg feszültség alatt van a rendszer, addig a folyékony kristályok egységes elhelyezkedést vesznek fel és az üvegezés átlátszó. Ki/be kapcsolható belátásvédelemként vagy belső terekben projektor vetítő felületként is alkalmazzák. Fotokróm üvegezések olyan réteget tartalmaznak, melyben az eletrokróm működési elv elektrokémiai elven működő szolárcellákkal működésével kombinálódik. Ebben az esetben külső feszültségforrásra csak a visszaszínezési folyamathoz van szükség. Ha nincs külső forrásból érkező feszültség alatt az üvegezés, akkor kékes elszíneződés alakul ki napsugárzás (napcellák elektrokémiai) hatására. Télen, fűtési időszakban az üvegezés elszíneződését külső feszültségforrásból meghajtva lehet meggátolni. 62

63 2.2 Épület aerodinamika Természetes szellőzés A szellőzés által biztosított légcsere az emberi légzést, a káros anyagok elszállítását teszi lehetővé, valamint az épületbelső termikus állapotát is befolyásolja. Ezenkívül a komfortérzet egyik legmeghatározóbb paramétere. Az invesztíció, a karbantartás, az üzemeltetési költségek, a megvalósítási ráfordítás és az energia megtakarítás mérték egymással kölcsönhatásban lévő tervezési faktorok egyetemben a komfortérzeti és használói minőség (életminőség) kérdésköreivel. Az épület geometriája már alapvetően meg tudja határozni a szellőzési koncepciót. Optimalizált alaprajzi elrendezés esetén megnövekszik az a helységarány, melyben passzív szellőzés lehetséges, a belső zárt terek továbbá a nagy helységmélységek arányának csökkentésével, minimalizálásával. A hangvédelem biztosítása végett irodahelységeket az utcafronttól átellenes oldalon szükséges elhelyezni. Az épület térbeli és szerkezeti struktúrája (átrium, lépcsőház, galéria, csarnok) bevonható a természetes és gépi szellőzés koncepciójába, ahol természetes meghajtó erők, szél és termika gravitációs szellőzés, kürtőhatás hasznosítható. A természetes szellőzés rendszereiben sem gépi installációk, sem meghajtási energia nem szükségesek. A használó a szellőzést saját maga önállóan, individuálisan módosíthatja, üzemeltetheti, miközben messzemenő kapcsolat alakul ki a külvilággal. Aktuális fejlesztési trendek a szabályozható passzív szellőzés irányába haladnak, mely szerint a légcsere lökésszerű szellőzéssel üzemel, automatizált, szabályozható szellőzőnyílások segítségével. A magas légminőség alapvető előfeltétele a használói komfortérzetnek. A légcsere nem lehet túl alacsony, mivel a berendezések, bútorok, anyagok kibocsátásait el kell szállítani a belső térből megfelelő szellőzési légcsere segítségével. Az alacsony szagkibocsátású anyagok megválasztásával, továbbá a szőnyegek elhagyásával a szükséges alap légcsereszámot és ezúton energiaigényt csökkenteni lehet nem csak passzív, hanem aktív gépi szellőzés esetén is. A természetes szellőzés tervezése A használói elégedettség és elfogadás, továbbá a légminőség szempontjait előtérbe helyezve a frisslevegőt lehetőleg a homlokzati nyílászárókon keresztül kell bejuttatni a belső terekbe. Légszennyezett területeken, magas légcsereszám igény esetén vagy speciális követelmények között a frisslevegőt kezelni szükséges. A szellőzés kérdése egy épületben szoros összefüggésben van az épület funkciójával, homlokzati kérdéseivel, követelményeivel és az alaprajz aspektusaival. A szellőzési koncepciót mindig az épülettel együttesen és egyidejűleg kell tervezni. A természetes ablakszellőzés egy nagyon egyszerű szellőzőkoncepció, alacsony műszaki ráfordítást igényel, a használók pedig nagymértékű elégedettséget, elfogadást mutatnak ilyen esetekben. Egy helység szellőzése független az épület többi részétől. Alkalmazása légszennyezés-mentes területeken, kis légcsereszám igény és kismértékű hőteher, illetve zajteher mellett lehetséges. Télen és nyáron a hőkomfort érzet csökkenhet, a légminőség magas. Jellemzően lakóépületekben, iskolákban, irodákban alkalmazzák. [YY 2] Aerodinamikai szélcsatorna teszt és méréssorozat a mesterprojekt esettanulmányban A projekt tervezési folyamatában (lásd 2.3 fejezet Energiadesign mesterprojekt) a végső alaprajz, ill. a toronyfedő szerkezet áramlástani problematikája szintén különböző lehetséges verziókat hozott létre. Az említett Venturi -tányéros megoldás Bernoulli törvénye alapján széláramlás esetén a tányérszerkezet domború alsó felülete által áramlatgyorsító hatást gyakorol az összeszűkült toronytető fölötti térben a levegőre. Az így felgyorsult levegő alnyomást és ennek következtében szívóhatást gyakorol a torony kiszellőző áramlataira. Egyrészt a toronykonstrukciók működésének effektivitása és validációja, másrészt a lehetséges felső toronyzáró variánsok összehasonlító vizsgálatának okából az épület egy 1:200 léptékű 3d 63

64 nyomtatással készült modellje egy aerodinamikai szélcsatorna merésadat gyűjtés és tesztnek lett alávetve. 4 toronyverzió került kb órás mérésvizsgálat alá szélcsatornában, ahol c p szélnyomási együtthatók mérése alapján egy négyzet alaprajzú, körkörös domború tányéros variáns, egy négyzetes, de lapos körtányéros fedésű, ill. egy kissé nagyobb téglalap alaprajzú elliptikus domború változat és végül a harmadikhoz hasonló, de szórófej-szelep lapátszerkezettel kiegészített változat analitikus összehasonlító kiértékelése a 3. szerkezet esetében mutatott legkedvezőbb eredményeket. A szélindukciós alnyomásokat (szélnyomási együtthatók) és szívott légtérfogat áramokat 30 -ként beállított különböző szélirányok és szélsebességek függvényében lehetett quantifikálni (számszerűsíteni). Ezt kiegészítve a termikusan-gravitációsan áramló légtérfogat áramokat hőmérsékletkülönbségektől függően is számszerűsítettük. A szélnyomás és a gravitációs termikus szellőzés eredményeinek összekalibrálása, együttes hatása a nagyobb alapterületű 3. és nyertes toronyváltozat, valamint az átrium és a raktárcsarnok tényleges aerodinamikus minőséget is kimutatja. A K-i és NY-i lépcsőházak felőli ajtók további frisslevegő számára nyitják meg a termelőcsarnok terét, az utánáramlási felületet ezzel növelvén. A mért eredmények alapján szélirány függvényében 5-22% légtérfogat áram növekedés keletkezik ez által, de nem a kiáramló toronyfejek régiójában, ami egyértelmű természetes kereszthuzat effektust bizonyít a keleti és nyugati bütüfalak között a termelésben. Emellett az átrium kiemelkedő bazilika jellegű tetőszerkezetének oldalfali, ill. tetősíkbeli nyílászárók elhelyezése is vizsgáztatva lett. A többszörös alapterülettel rendelkező tetősík ablakok messzemenően előnyösebb szélindukált c p szívóhatású értékeket és magasabb légtérfogat áramot mozgatnak meg gravitációsan az átriumban, mint a pandant változatuk bazilika tetőoldalfali kivitelben. Az egyenletesebben méretezett utánáramlás és kiáramlás aerodinamikailag hatásos keresztmetszetei itt kiegyensúlyozottabb arányban szerepelnek, ami következtében a neutrális (nem szellőző) zóna a kávézó ablakszintje fölött landol ami a kávézó utánáramlását és egy sokkal nagyobb termikusan meghajtott gravitációs légátöblítést okoz az átriumban. A 3d nyomtatott modell 95 méréspontjának bekötése 64

65 A szélcsatorna vortex generátorokkal, érdesség kialakító elemekkel és a forgatható modellel Axiál ventilátoros szélcsatorna fából, Aerodinamikai labor Dr. Theurer, Speyer, Németország 65

66 Természetes szellőzés a passzív szezonban raktárcsarnok A szélcsatornában végzett mérésadatgyűjtés a raktár és üzemutca zónájára is kiterjedt. A raktárcsarnok üzemutca fölötti tetőszerkezet sávjába 9 db 1,50 x 1,50 m-es beépített felülvilágító sor kb m 3 /h légcserére képes szélviszonytól függően itt DNY-i irányból az átrium és toronykiemelések miatt egy recirkuláció vagy visszaáramlás hatol a felülvilágítókon át a raktártérbe. A neutrális zóna az utánáramló kapuk és a felülvilágítók között helyezkedik el, ergo a termikusan indukált gravitációs szellőzés itt is működőképesnek bizonyított. A termikus gravitációs felfelé szálló áramlatok szinte neutralizálják a recirkuláló effektust, ugyanakkor ezzel csökken az összes légtérfogat áram. A mérési eredmények szélirány függvényében az üzemutcában létrejövő szélindukált kereszthuzat szellőzést is kimutattak. A raktárcsarnok az üzemutca fölötti RWA felülvilágítón át és a déli raktárhomlokzat felső szellőzőnyílásain keresztül szellőzik ki. Utánáramlás itt a déli raktárhomlokzat alsó szellőzőnyílásain és a bütüfalak ipari kapuin keresztül (ajtószekció) biztosítottak. Mesterséges-hibrid szellőzés a passzív szezonban vizesblokkok, technológiai terek A vizes helységek az 1. emelet technikai-gépészeti övezetében higiéniai előírásoknak megfelelően egész évben mechanikusan szellőznek télen az LK-3 és LK-4-ben hővisszanyerve, nyáron és a passzív szezonban bypass segítségével hővisszaforgatás nélkül. A lakatos- és daráló, ill. öntőműhely, továbbá vegyi raktár Axiál ventilátoros depressziós elszívásban vagy termo ventilátoros túlnyomásos légellátásban részesülnek technológiailag előírt légtérfogat árammal. A szerver az irodák légtechnikáját örökli, split klímaberendezéssel kiegészítve, a gépészeti helység pedig axiál ventilátoros biztonsági elszívást kap. A vizesblokkok, a szerver és a gépészetér üzemidőn kívül (gépészeti tér folyamatosan) természetesen is szellőzhet a raktár, ill. átrium irányában felülvilágító vagy átáramlást biztosító toló-nyílászáró berendezésekkel. RWA - HFR Az RWA, hő és füstelvezető (HFR) passzív szellőzés rendszer technikailag 3 részből áll: a lépcsőházak földszinti ajtajai (lég utánáramlás) és 2. emeleti nyílászárói (füstkibocsátás) tűzjelzésre megnyílnak. Az átrium 1. emeleti terasz ajtajai (lég utánáramlás) és a tornyok közti átrium tetőszerkezet 8 db 70 -ban megnyíló felülvilágítója (füstkibocsátás) szintén tűzjelzésre indul. A raktárcsarnok üzemutca részének felülvilágítóiból 5 db a füstkibocsátást és a K-i ill. Ny-i ipari kapuk megnyitásával a légutánpótlást lehet tűzjelző által vezérelve biztosítani. 2.3 Energiadesign mesterprojekt A RATI energia-plusz épület projekt építészeti bemutatása A RATI új üzem- és irodacsarnokával megépült Magyarország első olyan ipari létesítménye, amelyik nem szorul külső energiaellátásra, sőt hamarosan plusz energiát fog előállítani. A saját fejlesztésű, innovatív autó felszereléseket gyártó cég tulajdonosa és az építészek már az ötlet pillanatában felvállalták, hogy ezen a szántóföldön olyan épületet valósítanak meg, amelyik nem csupán szellemi többletértéknek helyet biztosító munkahely és jól szervezett logisztikai-gyártó központ, de egyben példát is mutat az építésről, tervezésről, munkaszervezésről és iparról való felelős gondolkodás témájában. Látszatra nincs semmi különleges a Komló sikonkai részén 2012 őszétől álló gyárépületen. Legföljebb annyi, hogy kellemes arányaival, fa- és üvegburkolatú homlokzatával küllemét tekintve sokkal barátságosabb, mint a hazai üzemek túlnyomó többsége. De közelebb kerülve feltűnnek a szokatlan részletek: a két tágas emeleti terasz, az ovális tányérokkal lezárt három torony, vagy a hátsó homlokzat előtt, bokamagasságban körbefutó napelem-sor. A zárt tömbből kimetszett teraszok, a sok transzparens homlokzati felület és a három áttetsző, ég felé nyitott torony légiessé 66

67 teszik a házat, sávablakain lassított filmként vonulnak a felhők, a színezetlen deszkaburkolat rusztikus felülete kézműves tradíciókat idéz meg. Ez az épület erősen kommunikál a környezetével, szinte kitapintható, ahogyan átáramlik rajta a táj energiája. Ebben a képben fogható meg a lényeg: a folyamatos energiaáramlás egy tudatosan felvállalt tervezői és működtetési program központi metaforája. A RATI tervezése nem a ház formálásával és a funkciók elhelyezésével kezdődött, és persze nem is ért véget abban a pillanatban, amikor használatba vették. Kistelegdiék a 21. század legfontosabb kihívása szellemében fogtak neki a munkának: céljuk a maximális energiahatékonyság elérése volt. Eszközként az ifj. Kistelegdi István által a Pécsett már önálló tanszéken oktatott Energiadesign koncepciót alkalmazták, ami hosszabb tervezési időszakot és plusz költségeket is jelentett, egy sor olyan épületenergetikai és klimatikai számítást, modellezést és dinamikus épületszimulációt, épület aerodinamikai szélcsatorna méréseket és CFD áramlástani szimulációt, ami a kortárs építészeti gyakorlatban ma még igen ritka, a beruházó mégsem habozott. Az eredmény ugyanis az üzem éves üzemeltetési költségeit tekintve mintegy 80%-os megtakarítást is elérhet, ráadásul egy olyan munkakörnyezetet, amelyben jóval nagyobb hatásfokkal lehet dolgozni. Az átadással a munka nem ért véget, a tervezők folyamatosan vizsgálják, hogyan lehet jól kihasználni és optimális fokra fejleszteni a rendszert, egyszóval energiamenedzsmentet biztosítani. Ennek persze része az a tapasztalat is, ahogyan az itt dolgozók megtanulják jól használni az épületet, mint energetikai rendszert. Az épület tehát nem csupán egy újfajta modellt valósít meg, de a szemléletformálásban is óriási lépést jelent. Ezt az ígéretet már a tervben jól lehetett látni, 2011-ben, amikor az építkezés még el sem kezdődött, a jövő építészete iránt elkötelezett Holcim Awards for Sustainable Construction világverseny hazai pályázatainak első díjátadó ünnepségén a zsűri az egyik legjobb tervként díjazta a RATI-t. A tervezési feladat egy 2500 m 2 hasznos alapterületű komplexum, amely termelőcsarnokot, motorizált raktárat, irodákat, szociális helyiségeket, egy központi átriumot és egy többfunkciós oktató-bemutatóteremként is használható étkezőt foglal magában. A tervezést segítette egy úgynevezett roadmap, vagyis tervezési kalauz; ebben rögzítettek a kiindulástól a végső kialakításig minden egyes döntést, amely a legjobb megoldáshoz vezet. A hagyományos tervezési metódusokhoz képest tehát fordított a sorrend: nem a forma vagy a funkció alá rendelődnek az egyes döntések, hanem mindent a működtetés optimalizálása határoz meg. Nincs előre kirajzolódó látomás, hanem a hely, a táj erői, a szél, a klíma, a talajban rejlő hő, a napsugárzás, a felhasznált anyagok és a beépített berendezés, a speciális fűtött-hűtött korlátok és födémszerkezetek hőkibocsátása és imissziója, egyszóval a működés folyamata alakítja a formákat, arányokat, az építészeti rendet. Végeredményben az archaikus földépítés alapelvei térnek itt vissza, de már a 21. századi csúcstechnológia eszközeivel. A belülről kifelé haladó végiggondolás azonban korántsem helyezi alkalmazott státuszba az építészeti gondolatot; inkább fölemeli azt és egy újfajta etikai magatartás képviselőjévé avatja. Ez a módszer ugyan nem a klasszikus építészeti alapfogalmakkal, hanem inkább a matematika, és az energetika képleteivel, dolgozik analitikus megközelítésben, de végül élhető, szerethető, emberléptékű ház születik belőle, egy sor plusz előnnyel, ami a jövőt és immár a jelent is tekintve a fenntarthatóság kulcsa. A RATI-ban ez az energia alapú tervezés látványos módon bizonyított. A puszta közepén álló épület belső tagolása a külső homlokzaton is jól követhető. A tömb teljes hosszában végigfutó fűtetlen raktárcsarnok védi a fűtött-hűtött, természetesen és mesterségesen szellőztetett főépületet, amelyben a gyártócsarnok, az irodai és a közösségi terek kaptak helyet. A külső épületsarkokon elhelyezett tömbökben üvegburkolatú lépcsőházak a vertikális közlekedés színterei klíma szempontjából pufferzónát alkotnak a legkritikusabb felmelegedő, ill. lehűlő sarokzónákban. Az északi oldalra telepített így nyáron kevesebb napsütésnek kitett főépületet és a dél felé néző raktárat egy áttetsző, üveg-polikarbonát falú központi átrium köti össze. A közel 700 m 2 -es, majdnem 10 méter belmagasságú raktárcsarnok kialakításában a fő szervező elv a gyors, akadálytalan, motorizált anyagmozgatás; a jóval alacsonyabb, egylégterű termelőcsarnokban a gyártás átláthatósága és felügyelete, a gépek megfelelő aktív és passzív szellőzése és a minél rövidebb szállítási útvonal. Az irodai és szaniter helyiségek modulrendszerben sorolódnak, a vizesblokkot egy jövőben kiépíthető wellness-rekreációs egység egészíti ki. A belső közösségi tér egy 100 m 2 -es ebédlőből 67

68 és egy kávézóból áll, de bemutatóteremnek, workshopok helyszínének is alkalmas, ezekhez kívül két nagyobb, szintén közösségi térként használható terasz is kapcsolódik a földszinti irodák fölött. Az üzemi tömb tetején magasló három szellőző-világító torony markáns látványelem, de a funkciójuk ennél sokkal több: a belső terek természetes légcseréjét, a gravitációs szellőzést biztosítják, elvezetik a gyártócsarnokban keletkezett hőt, a tornyokat lezáró konvex parabolák szélenergiával felgyorsítják a használtlevegő kiáramlását, a tornyok transzparens burkolata pedig átvezeti a napfényt a két felső szinten, le egészen a földszintig illetve nyáron napenergiát hűtenek vissza és egyben segítik a toronyszellőzés felhajtóerejének támogatását a belsejükben futó fémcsővel. A fűtést és a hűtést talajszondás hőszivattyúk látják el, a szellőzés egy termolabirintus útvonalú, közel 1 km hosszú földalatti légcsatornarendszeren keresztül közelíti meg épülettömeget, a bejutó nap melegét árnyékolórendszer szabályozza. A RATI új épületét tehát egyértelműen a klímakoncepció formálta. A vasbeton vázrendszerre épülő fa-, üveg- és polikarbonát burok, a szigetelés és az árnyékolás, a szellőző és bevilágító kürtők fel is vállalják a funkcióból adódó megjelenést. Amivel a látogató találkozik, az mégsem egy gépészeti csúcsteljesítménynek látszik, hanem egy levegővel és napfénnyel telített, jól használható, kellemes munkahely. Az energiahatékony megoldások speciális eszközei elegáns építészeti elemekké nemesednek, mint a széltornyokat lezáró domború lencse, vagy a főépület homlokzatán ritmikusan egymást váltó fa, üveg és polikarbonát felületek. Ha megfordulna a fejünkben, hogy a 2020 után egész Európában kötelező nullenergiás épületek már nem is házak lesznek, hanem bonyolult gépészeti tömbök, itt Komlón bebizonyosodott, hogy az aggodalom teljesen felesleges. A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) távlati képe (fotó) 68

69 A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) főbejárata, keleti homlokzat (fotó) 69

70 A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) dél-keleti sarka (fotó) A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) északi fő homlokzata (fotó) 70

71 A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) többcélú terme (fotó) Az épület teljesítményformája Az Energiadesigner építész és a tervezés eredménye a RATI pluszenergia gyárüzem ás irodaépület a projekt végére egy komplett szakmai metamorfózison ment keresztül. Az ötlet számítás bizonyítás útján, ahol a validációk stacioner és dinamikus szimulációkkal lettek hitelesítve, a tervező folyamatosan rákényszerült arra, hogy a sorok és számok között olvasson és ezáltal az eredmények mögötti háttértartalmat, ok-okozati összefüggéseket megértse és megfelelően reagáljon. A ház építészetileg a térszervezése, klimatikai-energetikai tervezési módszere által funkcionálisan, konstruktív és műszaki, technológiai szempontból belülről kifelé építkezik a megnevezett aspektusok paraméterei teljes mértékben determinálják az építészeti formát. A klímakoncepció passzív alkotóelemei nem csak az épület működését határozzák meg, hanem 100%-ban definiálják az elhelyezést, a tömegformát, az épületburkot, tehát a komplett külső megjelenést. Ezenfelül a kidolgozott anyagokkal, szerkezetekkel, a külső és belső terek vízszintes és függőleges szervezésével, a passzív szellőzés téralkotásával a belsőépítészeti design is elkészül. Az épületgépészeti koncepció elsősorban az épületbelsőben a kondicionálás-technológiailag szükséges látszógépészet formájában manifesztálódik. A tisztán, minőségi kivitelben szerelt installációk a gyárüzem ipari design karakterét domborítják ki, mind a mellékhelységek, a technológiai terek mind az iroda- és reprezentatív zónákban. Utóbbi terekben az épülettechnika belsőépítészeti integrációja beépített bútorszerkezetekben és épített légcsatornás megoldásban is jelentkezik. Ha egy épület környezeti energiákat is használ mindez szintén messzemenőleg meghatározza megjelenését. A szélenergia passzív hasznosítása a 15 méteres tornyok által domináns felső lezárással és markáns aerodinamikus lencseszerkezetekkel koronázza az egyébként egyszerű épülettömeget. A passzív-szolár napterek transzparens-transzlucens burokkonstrukciói, homlokzatai, a kiemelkedő átriumtető, továbbá egyéb fényáteresztő burokszerkezetek, a gyártócsarnok É-i komplett homlokzata, ill. a nyáron speciálisan kívülről árnyékolt bütüoldali tetőterasz bevágások a nagyméretű puritán téglatest tömegnek dinamikát 71

72 kölcsönöznek, ezenkívül a belső funkciókat és klímazónákat egzakt módon kivetítik a külsőre. A délnek orientált raktárcsarnok tető és homlokzatfelületei egy összefüggő PV-generátorburokként termelik az épület pluszenergia mérlegéhez nélkülözhetetlen zöld áramot. A déli homlokzat talajból való kiemelése nem csak egy költséges, akár 10,00 m magas támfal kiváltását, hanem a közel 430,00 m 2 es homlokzat fotovoltaikus generátorként való alkalmazását is lehetővé tette (2. fejlesztési fázisban a komplett 420 modul kiépítésével). Az aktuális kivitelezési projekt keretén belül a déli burok középső napelem sávja lesz 60 db modullal megvalósítva. Szolártermikus kollektorok a déli technikai-gépészeti főépület sáv felső burokszerkezetén a fotovillamos szolárszisztémát komplettálják, az épület déli tetőszerkezetét ezzel a nap felé felborzolva, a nagyméretű lapos tetőfelületet érdekesen ritmizálva. A folyamatosan vizsgáztatott össz- és részrendszerek legtisztább, legegyszerűbb funkcionális megoldásaikban bárminemű öncélúságtól mentesen - az épületbelsőben és -külsőben egyfajta teljesítményforma megtestesülésével - pontosan azt tükrözik, amit az egyes komponensek és az összorganizmus legkülönbözőbb funkcióikban abszolválni képesek. A ház szerény, de elegáns esztétikumú megjelenése és teljesítményformája egy minimális építészeti és szerkezeti design mellett egy maximális energetikai design-t vagyis pluszenergiadesign-t nyújt a jövő fenntartható épített környezetének. FORM FOLLOWS ENERGY A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) termelőcsarnoka (fotó) 72

73 A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) központi átriuma (fotó) 73

74 A projekt tervezési folyamata (Energia Design Roadmap alapján) Nem csak cselekedeteinkért vagyunk felelősek, hanem azért is, amit nem tettünk meg. (Buddha) Az építészet nem tudomány, hanem olyan helyi vonatkozású kompozíciós feladatok megoldásai, melyek kemény és puha körülményeket, befolyásoló tényezőket integrálnak. A komponálás ugyanis az egymásra ható dolgok rendszerező összerakását egy célra, összhatásra irányuló integrációját jelenti. Thomas Herzog A RATI Kft gyárüzem és irodaépületének kiviteli terve egy komplex, számos tekintetben új és időigényes tervezési folyamatra tekinthet vissza. Megrendelő és tervező már a kezdetekben egyező álláspontot képviseltek: a létesítendő épületnek korunk környezeti és gazdasági feszültségeire reagálnia kell. A RATI termelőépület projektje ennek függvényében nem csak hazai szinten szándékozik jövőbemutató szegletkővé válni az energiahatékony és fenntartható építés téren. A megvalósítandó beruházás célja a Rati Kft új termelési és logisztikai központjának létesítése, irodatraktus részleggel. A meglévő jelenlegi gyár- és irodaépület már nem tud megfelelni a változó, egyre gyorsabban fejlődő igényeknek. Az új épületkomplexum nem csupán korszerű járműipari műanyag feldolgozó gyár-, ill. üzemépületként, hanem egyben innovációs központként is működik: a termelés mellett a kutatás fejlesztés - innováció a Rati Kft fő profilja. Az innováció természetesen az épület tervezésében, funkcionális és szerkezeti, műszaki megoldásaiban, anyaghasználatában és nem utolsó sorban működésében, az energiákkal való bánásmódjában, energiamérlegében is egyértelműen tükröződik. Mikroklíma analízis A helyi adottságok közül kardinális jelentősége van a klimatikai adottságoknak, főként a beépítési telek mikroklimatikai karakterisztikájának. Ennek elemzése, továbbá a megújuló energiaforrások (szél- és szoláris energia) hasznosítási lehetőségeinek a feltérképezése elengedhetetlen a megfelelő energiahatékony épület koncepciójának megalkotásához. A METEONORM 7 klímadatbank szoftver alkalmazásával a következő ábrán látható hely specifikus globálsugárzás, relatív és abszolút levegő páratartalom, csapadékviszonyok és levegő hőmérsékletek éves szintű órás átlagértékei kerültek meghatározásra. A szélviszonyok a WRPLOT VIEW 7 meteorológiai széladat program segítségével lettek összeállítva. Az adott klíma száraz, szélsőséges levegő hőmérsékletekkel rendelkező kontinentális klímából, nedves óceáni klímából és nyáron száraz, télen pedig csapadékban gazdag mediterrán klímából tevődik össze [2.5] Karakterisztikus adottság az egyre rövidebb átmeneti évszakok, illetve a kb. három hónapos nyári szárazság júniustól augusztusig, miáltal egy csapadékvíz gyűjtéssel kombinált vízgazdálkodás létjogosultsága nem kérdéses. Az épületek ebben a klímazónában legalább három klímaszcenárióban kell, hogy helyt álljanak, nyáron, télen és az átmeneti időszakokban. A szoláris globálsugárzás kb kwh/m 2 a regeneratív energiakínálatot szolgáltat a helyszínen, melynek köszönhetően megállapítható, hogy a fotovillamos megújuló energiahasznosítás jelen projektben egyértelműen optimális megoldásnak bizonyul. 74

75 A helyi klimatikai adottságok éves szintű órás átlagértékei (szoftver: METEONORM 7), léghőmérséklet (fent), szoláris sugárzás (lent), csapadék és páratartalom (lent) 75

76 A helyi szélviszonyok éves szintű órás átlagértékei (szoftver: WRPLOT VIEW 7) Bázismodell Megrendelői oldalról egy olyan specifikus tervezési program alakult ki, amely különböző magasságú és funkciójú terek üzemtechnológiai, logisztikai szempontból optimális szervezését igényli. A gyárépület technológiai működésének alapja az épület több mint 500 m 2 -es összefüggő raktárterülete, kb. 9,50 m-es belmagassággal és egy motorosan mozgatható magas polcrendszerrel kiszerelve. Az épület funkcionális technológiáját tekintve inkább logisztikai központ, mint termelőüzem karakterét mutatja. Ennek függvényében a térszervezés a raktár és polcgépezete, ill. az ezzel szorosan összefüggő targoncaközlekedés üzemeltetési és energetikai analízisével kezdődik, ahol alternatív megoldások közül az energetikailag és üzemtechnológiailag legelőnyösebb verzió került kiválasztásra. A folyamatosan anyagokkal, termékekkel feltöltődő raktár, mely a First in first out raktár technológiai stratégiát követi egy 3,40 m belmagasságú központi 612,5 m 2 -es termelőcsarnokot szolgálj ki, ahol az anyagok további feldolgozásra, szerelésre, csomagolásra, logisztikai feldolgozásra kerülnek. A kívánt jövőbeli maximális funkcionális rugalmasság érdekében a termelési részleg egy térként csarnokként lesz kialakítva, közvetlen kapcsolattal a szintén flexibilis egyterű raktárcsarnokhoz. Legfontosabb kritériumok a kompakt csarnoktömeg és egy olyan épületburok voltak, ahol a kilátás, természetes fény, és ablakszellőzés nem ütközik akadályba. Mivel min. 10 m csarnokmélység megrendelői oldalról technológiailag elengedhetetlen volt, arany középútként egy hosszú vékony és egy tömör pontszerű megoldás között egy 17,35 m mély és közel raktárhosszúságú megoldás született. Mind üzemtechnológiai szempontból, mind az egyszerűség és költséghatékonyság szemszögéből egy előnyös kompakt épülettömeg és így kedvezően alacsony A/V hányados elérése végett logikus lépésnek bizonyult a 2 csarnokot hosszirányú oldalaik mentén összekapcsolni. Az gyártástechnológia és logisztika szervezéséhez, irányításához és fejlesztéséhez szükséges iroda 76

77 és műhely blokkok - normatív kb. 3,00 m-es belmagassággal a gyártástechnológiai program záróakkordjait képzik. Funkcionális alapfeltételt teljesítve a földszinten elhelyezendő kb. 5,00 m mélységű, a csarnokokhoz képest kisméretű terek közvetlen kapcsolattal a gyártáshoz a termelőcsarnok bütüfalai mentén kerültek elhelyezésre. Az egyetlen olyan pozíció, mely természetes megvilágítást és szellőzést biztosít a termelői irodák és műhely számára (minőségellenőrzés, termelésirányítás, raktármanagement, műhely), továbbá a legrövidebb belső közlekedést indukálja. Iroda és szaniter bővítés Az így kifejlesztett technológiai bázisprototípus épület további iroda és szociális blokk funkcióval bővítendő. A helységprogram előírt hasznos alapterületei, ill. a természetes szellőzés és megvilágítás opciója szintén max. 5,00 m mélységű közel 50,00 és 25,00 m² nagyságú marketing, beszerzés, pénzügy, ügyvezető, titkárság, tárgyaló, fejlesztés modulegységekből álló EU Office standard nívójú térstruktúrát determinál. A kb. 30 fős termelési munkaerőre és a kb. 20 fős irodai alkalmazottakra dimenzionált szaniter blokk női (kb. 10 fő) és férfi (kb. 20 fő) öltöző/wc/zuhanyzó egységekből áll. A létesítmény szociális karakterét erősíti a megrendelői kívánság a vizes helységek bővítésére, egy wellness-rekreációs részleg megvalósítására. Az iroda és szaniter funkcionális kiegészítés a kb. 3,40 m magasságú termeléstechnológiai épület tetejére telepítődik. Ellenkező esetben drasztikusan megnövekedett volna a belső közlekedés hossza és helyigénye, ezenkívül a hőveszteségi ill. felmelegedő felületek dimenziója, mely nagymértékű energetikai hátrányt, magas A/V hányadost jelentene. Technológia és Innovációscentrum A beruházó különös tekintettel kezeli az innováció és kommunikáció aspektusait. A projekt legkülönlegesebb multifunkcionális terme, egy kerek 100,00 m² -es ebédlő-étkező, egy designkávézó karakterrel ellátott belsőépítészeti megoldással közösségi térként fundál a rekreáció kibővített tereként, de itt főprofil a rendezvények, kiállítások, workshop-ok és beiskolázások megvalósítása is. Egy ilyen kaliberrel rendelkező innovációscentrum klasszisa, ahol termelési tevékenységen kívül, budapesti ipari formatervezőket bevonva aktív elméleti és gyakorlati fejlesztőmunka is folyik, ill. a reprezentáció meghatározó jelentőséggel bír, az építészt egy központi átrium kialakítására ösztökélte. Egy ilyetén huszárvágással egyrészt a különféle elaprózott tagoltságú funkciókat lehetett egy térrendező elv alá vetni, másrészt így létrejöhetett a különböző területek között egy olyan hálózat, mely az eleve szükséges közlekedési felületeket magas színvonalon integrálja és energia-, ill. anyagáramlatokat képes szétosztani. 3T 3 torony tervmodell Egy iteratív tervezési fázisban számos megoldási variáns készült: a bázismodellt a gyártótechnológia épületrészre telepített iroda, szaniter, többcélú terem és átrium terek komplettálták különböző klímastratégiák alapján. Az ötletek közül három tervezési filter (lásd Tervezési algoritmus fejezet) segítségével a 3T - 3 (szellőző) TORONY variáns került ki nyertesként, ahol a legtisztább funkcionalitás, gazdasági, energetikai és gravitációs szellőzés szempontjából előnyösebb áramlástani jellemzők uralkodtak. 77

78 Tervezési variánsok energetikai termikus szimulációs modelljei (jobbra: a kiválasztott 3T modell) 3T tervmodell optimalizációja A kezdeti 3T verzió nagyvonalú átrium-közlekedőterét egy optimálisan hasznosítható dimenzióra minimálva nem csak a költséghatékonyságot sikerült növelni a helységprogram messzemenő kielégítése mellett, hanem az energiahatékonyságot is erősíteni lehetett. A kisebb kondicionálandó beltérfogat, kisebb hőveszteségi ill. felmelegedő épületburok felületek egyetlen épülettömegformáló mozdulat segítségével keletkeztek: a főépületet (termelés- iroda-átriumszaniter funkciók) külső irodasávját és a belső szaniter-technikasávot egymáshoz képest átlósan hosszirányban eltolva a bütüfalak mentén egy-egy kb. 5,00 m mély bevágás képződött, mely a földszinti irodák fölött 2 tetőteraszt, ill. egy északkeleti és egy délnyugati lépcsőházat is kialakított. A lépcsőházak védelmi célból a sarkokon kaptak helyet, ahol a fajlagos fűtési energiaigény és a nyári túlmelegedés kritikus értékeket mutatnak. A teraszok fedett-nyitott közösségi térként, kijelölt dohányzóhelyként vagy rendezvénytérként is működhetnek. A jövőorientált ügyvezetés karizmája és a fenntartható tudatosság az épített beruházás terén az épület tömegformálásában, külső megjelenésében is egyértelműen leolvashatónak kell lennie. A dinamikus fiatal megbízó és a climadesigner-építész a kihívó feladat, az első referencia értékű hazai pluszenergia termelőüzem megvalósítását tűzte ki célul. 78

79 A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) engedélyezési terv szintű modellje északi fő homlokzat (rendering) A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) engedélyezési terv szintű modellje dél-keleti sarok (rendering) 79

80 A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) engedélyezési terv szintű modellje dél-nyugati sarok (rendering) A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) engedélyezési terv szintű modellje észak-keleti sarok, főbejárat (rendering) 80

81 2.4 RATI klímakoncepció Létezik egy különösen fontos tényező, mely a Föld űrhajót érinti: Nem szállítottak hozzá használati utasítást. Nagyon felvilágosítónak tartom, hogy nincs használati leírás a hajónk helyes kezeléséhez. Ha elképzeljük milyen határtalan gondoskodással tárul elénk hajónk bármely más részlete, akkor nyilvánvalóvá válik, hogy előre eltervezve és szándékosan hiányzik a használati utasítás. R. Buckminster Fuller A klímakoncepció elemei: Kompakt épülettömeg, alacsony A/V hányados Az épülettömeg és a téli transzmissziós hőveszteségek továbbá a nyári túlmelegedés minimálása. Kondicionált épületzónák körbeburkolása a komplexum fűtött-hűtött-légtechnikával ellátott főépületét a raktár és üzemutca téli és nyári hőszigetelő pufferelő zónaként védi. A ráktár transzlucens függőleges burokszekezete óriási télikert napcsapdaként működik télen. Energiaoptimált és költségminimált épületburok szerkezet (U-érték, g-érték, t -érték): Az épületburok hőveszteségeinek és- nyereségeinek, valamint a fénynyereségeinek szabályzása. Pufferzóna és légcsatornaként működő multifunkcionális központi átrium Közlekedők, alárendelt terek légvezetőként, légcsatornaként való használata. Téli napcsapda légkollektor tér. Külső árnyékolószerkezet Az átrium vertikális lamellákon kívül a teraszok kinyúló tetőszerkezetei által van védve a déli direktsugárzás elől. Télen a lapos beesési szögű direktsugárzás behatol az átriumba passzív napenergia használatot generálva (vernakuláris Megaron princípium, ill. magyar déli tornácos parasztház). Belső árnyékolószerkezet: Az É-i homlokzat fényreflexiós roló szerkezetei abszorpció és hőképződést minimáló fóliaszerkezetek. Az átrium lapostetője szerkezeti és gazdaságossági szempontból kizárólag belső árnyékolóval működtethető, fa-könnyűbeton termikusan aktivált hűtőhatású lamella struktúrával. Az épület tájolása A főépület funkciós zónái északra orientálódnak (kedvező diffúz sugárzási viszonyok), míg a raktár délre néz, szoláráram termelés a vertikális és horizontális (2. fejlesztési fázis) déli burokszerkezeten. Felülvilágítók Természetes megvilágítás a mélyebb, sötétebb alulvilágított épületzónákban, és az üzemutcában. Diffúz és direkt fényhasználat az átriumban. Hőtároló tömegek a szerkezetekben Termikus fáziseltolódás, hűtőhatás, fűtőhatás. Bionikai megközelítés: Termeszhangya vár szellőzés, Termikus gravitációs szellőzés kihasználása, továbbá passzív hőnyereség meleg légtömegek hidegebb helységzónákba való átcsoportosítása, átkeverése által (irodák és átrium használtlevegője a termelésbe leszívva, meleg használtlevegő- légpárna a raktárban). Természetes egyoldalú ablakszellőzés az irodákban. Az átrium természetes be- és kiszellőzése gravitációsan is. Éjszakai szellőzés Energiahatékony passzív épülethűtés, különös tekintettel a vasbeton hőtárolótömegek termikus fáziseltolására. Toronykürtő hatás Termikus felhajtóerő, kürtőhatás segítségével nagyméretű csarnokok kiszellőztetése. A gyártástechnológia hulladék hőjének újrahasznosítása télen. Venturi effektus A természetes kiszellőzés támogató erősítése határoló rétegáramlat gyorsítással, Bernoulli törvény. Fényvezetés a szolártonyokban fényreflexiós zsaluzia a fénytornyok felső részében a téli direktsugárzást az épület mélyébe vezeti indirekt módon. 81

82 Passzív abszorpció a szolártornyokban fekete vagy szelektív bevonatú zsaluzia a fénytornyok felső részében a nyári direktsugárzás által passzív toronyfűtést generál, a gravitációs felhajtóerőt ezzel erősítve. Lightpipe fénycsövek Zárt rendszerű fénycsatornák a termelési csarnok természetes fényhasználatának kiegészítő rásegítése végett a főépület déli sávjában. Innovatív újranövő regeneratív hulladék anyagok újrahasznosítása: 10-15% fakönnyűbeton belső pergolaszerkezet. Klímazóna rendszer Az új projekt funkcionális elrendezését, a belső terek szervezését illetően felgyorsítja az üzem eddigi technológiai működését, transzportlogisztikai háttere, a termelés, irányítás, továbbá fejlesztés - marketing - ügyvezetés hatékonyabbá válik. Mindez a letisztult alaprajzi és metszeti elrendezésben, a konzekvensen végigvitt horizontális és vertikális zónás megoldásban tükröződik. Az egyik leglényegesebb tervezési stratégiai fogás az épület klimatikailag átgondolt belső terek rendszerezése: a helységszervezés egy olyan úgynevezett klímazónázás keretében történik, melyben a helységek nem csak funkcionális szempontból lesznek csoportosítva, vízszintes és függőleges irányban egymáshoz viszonyítva, elrendezve, hanem egyben épület klimatikai követelményeknek, igényeknek a figyelembevételével különböző klímazónákba is be lesznek sorolva. Az épület összesen több klímazónából áll, melyek egy kondicionált főépület részbe és egy kondicionálatlan raktárépület részbe csoportosulnak. Klímazóna: raktárcsarnok - nem kondicionált logisztikai pufferzóna: A raktártér és így az egész komplexum tájolása egy kezdeti (5. stáció) és egy előrehaladott tervfázisban (17. stáció) 2 különböző alkalommal lett komplex vizsgálati analízis alá vetve. Mindkét esetben a SWOT előnyök-hátrányok figyelembevételével a déli raktárelhelyezés a természetes fénytechnika, az esetleges túlmelegedés és a projekt kulcsfontosságú PV fotovillamos energiaellátása terén (2. fejlesztési fázisban 20000,00 kwh/a szoláráram többlettermelés a konkurens 180 -al elfordított tájoláshoz képest) előnyös döntésnek bizonyult. Az épület és a háztól északra fekvő bekötőút és parkoló terepbe való elhelyezése is lényegesen kevesebb fölmunkával jár ebben az esetben. A talajmechanika adottságok függvényében egy megszakító szivárgó övezi a házat D, K és Ny felől, továbbá az épület aljzata alá egy integrált árkos szivárgó hálózat lesz kiépítve csúszásveszély elkerülése okából. A transzportlogisztikai teherforgalom és a személygépjárművek a beépítési telek északi felébe integrált épületet, a telket keletről érintő sikondai országútról egy bekötőúton keresztül és egy parkolót érintve a kb. 120 m² -es keleti szín fedett-nyitott rakodóterén, ill. a lépcsőházakon keresztül tudják feltárni. Árufeltöltés ill. csere után a targoncák a közel 45,00 m épülethosszúságú üzemutca közlekedőfolyosón keresztül látják el a termelőcsarnokot és a színeket áruforgalommal. Az üzemutca egy légteret alkot a raktárral, azonos belmagassággal, bütüfalai transzlucens burokszerkezettel, tetőszerkezete sűrű ritmusú felülvilágító sorral hangsúlyozott cezúrát képez a raktártömeg és a főépület között. A fűtetlen-hűtetlen raktárcsarnoknak kizárólag a Tbelső 3 C, ill. kb. φ = % r.h. követelményt, tehát időjárásvédelmet kell teljesítenie. Az épület teljes hosszában végignyúló raktárcsarnok effektív puffertérként védi a főépületet, a folyamatos tartózkodási és szaniter zónákat, ill. téli és nyári hőszigetelésként a főépület déli burokszerkezetét alkotja. A keleti rakodótér szín mellett az épület átellenes bütüoldalán is szükséges volt egy kb. 60,00 m² keleti szín létrehozása a nem kondicionált kisméretű lakatos-, darálóműhely, vegyi- és veszélyes hulladék raktárak és kompresszortér térszervezése végett. A színek tetőszerkezetei eső- és nyári napvédelmet, valamint fotovoltaikus szolárgenerátor burokfelületet biztosítanak. Az épületgépészeti tér a 2. emeleten a főépület belső, déli technikai sávjában található gépészetstratégiailag a ház szimmetrikus középpontjában, kondicionálatlan kivitelben. Az üzemutca felső légterében, a 2. emelet szintmagasságában az épületgépész helység egy gépészeti galériával lett bővítve a komplex és helyigényes épületgépészeti berendezések és rendszerek költséghatékony és gazdaságos hasznos alapterület kihasználtságot biztosító elhelyezése érdekében. A megoldás lehetővé teszi a kb. 9,50 m belmagasságú üzemutca légterének hatékony kihasználását és a komplett épületgépészet központi elhelyezését. 82

83 Klímazóna: termelőcsarnok kondicionált gyártó-szerelő tér: A targoncaközlekedés az üzemutcából, a gyalogos megközelítés az épületet északról határoló parkolóból, a délnyugati lépcsőházon keresztül biztosított, mint fő közlekedési útvonal, de az északkeleti vertikális közlekedőből is lehetséges a kártyabeléptetővel ellátott bejáraton keresztül a bejutás. A gyártásban dolgozó alkalmazottak a délnyugati lépcsőházat használják bejáratként az épületbe és a termelésbe, ill. az 1. emeleti öltözőkbe való eljutáshoz. A termelőcsarnok tervezésénél alapkritérium volt a jövőbeli rugalmasság és az egy légtér flexibilitása a legkülönbözőbb gyártástechnológiai portfóliókhoz. A termelőcsarnok pozíciója épületklíma-stratégiailag optimális: a jelenlegi termoformázó, CNC, armster, headster, packster gyártósorok és csomagolástechnika egy észak felől természetesen szellőztethető és megvilágítható, déli oldalról pedig a raktárcsarnok által pufferelt, védett és indirekt természetesen szellőztethető multifunkcionális csarnokban helyezkedik el. A közel 17,35 m mélységű nagyterem épület klimatikai főproblémáját a középső és déli oldalon lévő belső csarnokterületek jelentik, melyek alulvilágítottak és nehezen szellőztethetők természetes módon. Már kezdeti tervezési fázisban (4. stáció Klimatikai adottságok ) megfogalmazódott egy gravitációs szellőzést biztosító Bad-gír szellőzőtorony közel keleti és észak-afrikai vernakuláris működési mintára -, mely nem csak forró nyári szezonban képes az említett problémát az áramlástanilag kedvező, középső teremhossztengely mentén megoldani. Nem sokkal később (7. tervezési állomás többvariációs tervezés ) a természetes megvilágítás is helyet kapott a sötét központi tengelysávban, felülvilágító formájában. E hűtött-fűtött, mesterségesen és természetesen is szellőztetett huzamos idejű tartózkodási térben a 26 C T belső 20 C, ill. kb. φ = % r.h. követelménynek kell teljesülnie. Klímazóna: irodák emelt komfortszínvonalú kondicionált terek: Az irodai alkalmazottak elsősorban az északkeleti lépcsőházból közelítik meg az irodákat, melyek a technológiai csarnok fölött az 1. és 2. emeleten a főépület északi homlokzatához rendelve helyezkednek el. A 26 C T belső 21 C, ill. kb. φ = 50 % r.h. követelmény a hűtött-fűtött, mesterséges és természetes szellőzéssel ellátott EU Office standard színvonalú terekben a kilátás és a természetes megvilágítás a kondicionálás mellett a legfontosabb determináló paraméter. A leglogikusabb lehetséges elhelyezés ennek függvényében a klímastratégiailag egyetlen külső homlokzatburokra való hozzárendelés a felső emeleteken. E megoldás azért is fontos, mert az irodáktól délebbre a főépület szimmetria hossztengelye mentén a termelői zóna stratégiailag kulcsfontosságú szellőző és passzív megvilágító elemei, szerkezetei igényelnek teret. Szintén az irodák zónacsoportba tartoznak a termelő- és raktárcsarnokot irányító földszinti irodaterek, melyek a gyártástechnológia és az alacsony A/V épületgeometria igényei szerint a keleti és nyugati homlokzatra tudnak csatlakozni. Egy kivételt alkot a főépület déli sávjában elhelyezkedő tárgyaló, ahol a természetes megvilágítás kisebb mértékben determinál: a max. 20 főre tervezett, kisebb létszámra, két részre szekcionalizálható helység kritikus belső hőterhelése végett az épületgépészet itt időszakosan intenzívebb ellátást biztosít (lásd klíma- és épületgépészeti koncepció). A 2. emeleten elhelyezett szerver helység irodafunkciója és e klímazónába sorolása ellenére nem lesz folyamatosan személyi jelenlét által használatban, ezért üzemeltetési igények függvényében - a T belső ± 3-4 K tartományban eltérhet az előírt kritériumoktól. Klímazóna: szaniter egységek belső részkondicionált terek: A termeléshez lehetőleg közel, az 1. emeleten a főépület déli, belső sávja komplett vizesblokként lesz kialakítva, mely a technikaiépületgépészeti sávot definiálja. Mivel nem folyamatos tartózkodási terekről, de kötelezően előírt mesterséges használtlevegő elszívásról révén szó, e funkciók belső, alárendelt elhelyezési pozíciója (gyengébb természetes megvilágítás és csupán közvetett ideiglenes természetes szellőzés lehetősége) elfogadható alternatívának bizonyult az előnyösen kompakt, mély épülettömegben. A kedvezően alacsony A/V értékű épülettömb belső tereinek hátránya ennek a klímazónának itt előnyére válik, hiszen a legmelegebb zóna, mint egy termikus hagymaszerkezetben a legbelső héjak a legközpontibb, más épületzónák által védett, pufferelt pozícióban helyezkedik el. A női és férfi öltözők, WC-kel, zuhanyzókkal kiegészítve, ill. a rekreáció terei az átriumból megközelíthetők, üzem(munka)időben mesterségesen szellőztetve, megvilágítva, de üzemidőn kívül (éjszaka, hétvége) az üzemutca-raktárcsarnokon és az átriumon keresztül indirekt átszellőzés is biztosítható. A fűtött Tbelső C szauna (Tbelső 28 C) ill. kb. φ = 50 % r.h. követelmény mellett a falszerkezetekbe épített felülvilágítókon keresztül mind északról mind délről közvetett természetes megvilágítás javítja a belső klíma minőségét. A 83

84 wellness-szauna pihenő-relaxációs sarokterméből a keleti tetőterasz közelíthető meg, hidegebb időszakban rövidebb, melegebb szezonban hosszasabb pihenő tartózkodás céljából. Klímazóna: többcélú terem kondicionált/részkondicionált étkező és rendezvénytér: A rekreáció funkciót kiegészítő, 1. emeleti átrium közlekedőből nyíló multifunkcionális közösségi tér specialitása az átriummal való összekapcsolhatóság. Fűtési és nagyon meleg nyári szezonban (T külső 28 C) mesterséges szellőzés, továbbá fűtés-hűtés üzemel a zárt üveg-tolóajtók mögötti vendégek, látogatók fogadására is alkalmas kávézóban. T külső 28 C körülmények között leáll a légtechnika és természetes ablakszellőzés biztosított, miközben az üveg tolóajtók megnyitásával étkező és átrium közel egy légtérré olvad össze az innovációs központ épületében. E funkció épületen belüli elhelyezésének bázisindikátora a természetes megvilágítás és a kilátás biztosítása volt, amely feladatot a fejlesztési iroda-műhely egység mellé, az északi homlokzatra csatolva e klímazóna hiánytalanul abszolvál. A klímakövetelmények a 26 C T belső 20 C, ill. kb. φ = 65 % r.h. tartományra érvényesek. A max. 30 főre tervezett multizóna helység belső hőterhelése végett az épületgépészet itt személyszám függő beszabályozás alapján biztosít ellátást (lásd klíma- és épületgépészeti koncepció), de rendezvény, oktatási programok, fogadások esetén a max főre is felduzzadható időjárásfüggően akár kritikus terhelést manuális ablakszellőzéses rásegítéssel lehet csak fenntartható és gazdaságos módon frisslevegővel ellátni és bizonyos esetekben passzív hűtést is biztosítani. Klímazóna: központi átrium - részkondicionált közlekedő puffertér: Az épület fő közlekedési és elosztóterének, a központi átriumnak a megközelíthetősége a nem kondicionált lépcsőházakon keresztül lehetséges. Az északkeleti lépcsőn keresztül az irodai és látogatói személyforgalom, a délnyugatin főként a termelési alkalmazottak forgalma bonyolódik le. Mindkét lépcsőház pufferzónaként védi a klímastratégiailag legkedvezőtlenebb pontokon, a külső épületsarkokon a belső tereket. A személyforgalmon kívül az átrium nem csak funkcionális terek összeköttetéseként működik, hanem természetes fényt, levegőt és hőenergiát is transzportál (télen télikert-napcsapda funkció) horizontális és vertikális irányban az egész épületen keresztül. Mindez központi fekvését sokszorosan indukálja. A közlekedőfolyosók és -hidak által közrefogott 2 átriumtér a központi hossztengely mentén a főépület leglényegesebb csarnokterének, a termelésnek szolgáltat természetes megvilágítást födémáttörés felülvilágítóként, amit 3 transzparens-transzlucens szellőző-világítótorony is segít ill. térbelileg övez. Az átrium felülvilágító tető a közlekedő puffertérnek kiszellőzést is biztosít. Az átrium téli napcsapda és nyári árnyékolt mikroklíma hatása továbbá esztétikuma az ókor óta vitathatatlan. A passzív szolár energiatermelésen kívül télen egy mediterrán jellegű belső klímacsarnok, nyáron egy árnyékolt zóna pozitív tulajdonságából a dolgozók állandóan profitálnak, a transzlucens tető és homlokzatfelületek pedig a dolgozók mindennapjait szorosabban kapcsolja a külső tér természeti jelenségeihez (felértékelődés). Az átrium enyhe időjárás esetén a közösségi teremmel egybenyitva innovációs központtá, tartózkodási zónává átalakulva a dolgozók találkozóhelye, szociális térként, kávézó, rendezvényés networking funkciókkal bővülve felértékeli a munkaszférát és reprezentatív arculatot ad az épületbelső- és külsőnek. 84

85 A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) klímazónái Energiahatékony szerkezettervezés, anyaghasználat A kőkorszaki logika alapja: Minél vastagabbak és nehezebbek a felek, annál nagyobb a biztonsága a lakóknak. A 20. sz. fémötvözeteinek megjelenése a súlyosság előnyét a könnyűszerkezetek javára gyorsan eldöntötte. Ez az Ephemerizálás központi jelentéstartalma: a Dymaxion- elv, amely állítja, hogy minél kevesebb ráfordítással minél többet csináljunk; megoldásonként minél kevesebb súllyal, idővel és energiával érjünk el egy bizonyos nívót. Egy átlag 22 éves fém recycling időintervallum és a folyamatosan javuló súlyegységnyi relatív hatásfokjavulás azt jelenti, hogy ugyanazokkal az öreg anyagokkal minél több ember egyre magasabb színvonalú ellátást tud kapni. R. Buckminster Fuller Az épületkomplexum konstruktőr tervezői megközelítését és anyaghasználatát alapvetően az energiadesign ROADMAP gondolatisága itatta át, ahol nem csak energia- és környezettudatossági szempontok, hanem erős gazdasági faktorok is döntő szerepet játszottak. A projekt programja azt, amit az épület megépítésekor, üzemeltetésekor és lebontásakor a természettől elvett, hitelként tekinti. Az ökológiai egyensúly felborulásának elkerülése végett a kreditet (energiát és nyersanyagokat) vissza kell fizetni, maximális lejárati idő az épület élettartama. Egy meggyorsított törlesztést a ház egyrészt az újranövő építőanyagok alkalmazásával képes elérni. A szerkezettervezés kiindulópontja az LCA (life cycle assessement), az épület és építőanyagai egész életciklusára vonatkozó anyag és energiaáramlatok vizsgálata, számszerűsítése volt. Az épület helységprogramjának függvényében a különböző helységeket, a funkciómátrixzónarendszert egy 5,00 x 5,00 m es méretű raszter szisztémába lehetett a legegyszerűbben besorolni. A költség intenzív nagyfesztávú tartószerkezetek elkerülése végett egy 5,00 x 5,00 m es regeneratív ragasztott fa pillérváz került bevetésre, amely nem csak energiamennyiséget, hanem CO 2 őt is képes magában raktározni. A faszerkezet az egész élettartamra vonatkozó kumulált energiamérleget (LCA) javítja és CO 2 -t köt meg: az előállítási, ill. építési energia drasztikus csökkentésével (fa melléktermékek regeneratív felhasználása), továbbá a bontási, ill. recycling munkálatok folyamán felszabaduló energianyereséggel minimalizálja az LCA összenergia mérleget. 85

86 A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) engedélyezési terv szintű modellje termelőcsarnok fa pillér- és gerenda szerkezettel (rendering) 86

87 A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) engedélyezési terv szintű modellje raktárcsarnok fa pillér- és gerenda szerkezettel (rendering) A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) engedélyezési terv szintű modellje központi átrium fa pillér- és gerenda szerkezettel (rendering) 87

88 A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) engedélyezési terv szintű modellje központi átrium fa pillér- és gerenda szerkezettel (rendering) A kitöltő falazatok is fa könnyűszerkezetből készültek volna eredetileg, ha az építőipari árrendszer és az ökológiai körforgási szisztéma egymással relációban lenne. Mivel a jelenlegi piacgazdaságra az ellenkező eset az érvényes, a legköltséghatékonyabb konstrukcióra esett a választás: előregyártott vasbeton pillérvázra. E választás hátránya a faszerkezettel szemben a kb. 30 as faktorral magasabb előállítási energiaigény és az ennek megfelelő beágyazott széndioxid emisszió, előny viszont a gazdaságosság és a szerkezet kb. kétszeres hőtároló képességének hasznosíthatósága a fával szemben, különösen nyáron. A kitöltő kerámia falazatok hasonló tendenciát mutatnak az eredeti elképzeléssel szemben. Az épület hosszirányában végigfutó előregyártott vasbeton gerendákra - hasonlóan az első szerkezeti verzióhoz - előregyártott 6,00 cm vastag vasbeton filigrándecke kéreglapos födémszerkezet lesz felültetve, felbetonnal ellátva és úsztatott esztrichhel zárva. Mindezzel a vázszerkezetes épület hőkapacitását és hőtároló képességét lehetett nagymértékben növelni az üzemeltetési energiahatékonyság és főként a nyári lényegesen magasabb épületklíma-komfortnívó kielégítése céljából. A raktárcsarnok és üzemutca épületrész szerkezetei A raktárcsarnok + üzemutca épületrész tartószerkezete: Az üzemfolyamatokat zavaró tartószerkezettől mentes térként létrejövő raktárcsarnok és vele egy légtérben az üzemutca folyosója megrendelői és technológiai alapfeltételt teljesít. A közel 700,00 m 2 es logisztikai terület tartószerkezete K-NY-i irányban az 5,00 m -es mátrixot követi - É-D-i irányban pedig az komplett logisztikai épületrész mélységét, kb. 15,00 m fesztávot áthidaló előregyártott vasbeton oszlopokkal valamint T-tartókkal alkotja a pillér-bordaváz konstrukcióját. Az aljzat acélhajjal erősített ipari betonpadló szerkezet, mely a mozgatható polcrendszer sínszerkezetét is befogadja. A raktárcsarnok + üzemutca épületrész külső épületburok szerkezete: A lapostető szerkezet ebben a déli egységben a legköltséghatékonyabb konstruktív megoldással, hőszigetelt acél trapézlemez 88

89 fedéssel, Sika műanyag vízszigeteléssel ellátva napelem modulsorokat tartó horganyzott acél térrácsoknak nyújt felerősítési felületet. A hőtechnikailag követelménymentes csarnokzóna függőleges burokszerkezete minimális rétegrendből, egy 10 mm vastag polikarbonát transzlucens légkamrás lemezből lesz kialakítva fapalló szekunder tartószerkezettel. A regeneratív, újranövő építőanyagok használata ahol csak lehetséges volt bevetése került a projektben. Az így létrejött üvegdoboz karakter óriási télikert-pufferzónát hoz létre az ilyen karakterű terek mindennemű energetikai, klíma- és fénytechnikai pozitívumaival egybekötve: télen napcsapdaként, ill. a főépület hőveszteségét csökkentő puffertérként, nyáron déli oldalról a PV-modulok által árnyékolt, ill. a főépületet árnyékoló, nyári hővédelmet szolgáltató klímastratégiai zónaként működik. A főépület szerkezetei A termelőcsarnok tartószerkezete: Az energetikailag előnyösen kompakt háromszintes főépület a technológiailag leglényegesebb helység, a termelői csarnok funkcionális alapkritériumára reagál: a folyamatos használati rugalmasságot egy kizárólag falaktól mentes helységben lehetett megoldani. Ebben az esetben egy gazdaságos szerkezeti szisztémával, előregyártott vasbeton pillérvázon és gerendarácson nyugvó vegyesgyártású födémrendszerrel állt elő a tervező, ami a felső emeletek átrium és kisterek struktúrájának is optimális tartószerkezeti keretet nyújt. A tartószerkezet ilyetén megoldása nemcsak hosszútávú és messzemenő funkcionális flexibilitást, valamint maximális költséghatékonyságot, hanem az épület hőtárolótömegének növelését és az ezzel járó klimatikaienergetikai előnyöket is magával hordja. Az átrium tartószerkezete: A főépület középső hossztengelye mentén az 5,00 m-es rasztertáv az átrium mélységében 2 folyosószélességnek helyet adva kibővül kb. 7,50 m-re. Az 1. és 2. emeleti közlekedőfolyosók között 2 nagyméretű kb. 4,00 m mély és 30,00 m² alapterületű felülvilágító és 3 db kb. 4,00 m mély, közel 20,00 m² alapterületű szellőzőtorony szolgáltat természetes megvilágítást és szellőzést a termelési csarnoknak, megvilágítást az átriumnak. A hosszirányú folyosók 1,60 m-es konzolkilógással és É-D-i keresztirányban 1,35 m széles födémhidakkal összekötve és merevítve tervezettek. A hidak képezik a felülvilágítók és tornyok ritmustagolását, amely a 3 tornyot áramlástani szempontból a lehető leghatékonyabban és leghomogénabban szervezi a 2 bütühomlokzat és a főépület középtengelyeinek metszéspontjába. A tornyok közé eső 2 felületet felülvilágítók töltik ki az 1. emelet padlófödém síkjában és acél zártprofil, ill. biztonsági üvegszerkezetből készülnek. Az átrium tetőszerkezete előregyártott vasbeton és acélprofil gerendákból, acél hosszirányú vierendel és szekunderszerkezetből tevődik össze. A hossztengelyt követő vierendel acélrács tartók kb. 1,00 m magasságban kiemelkednek a közlekedőfolyosók fölötti acél zártprofil-polycarbonat átriumtető fölé, hasonlóan egy bazilika központi főhajó tetőszerkezetéhez. A 3 torony között így kialakuló 2 bazilika tető kiemelkedés pontosan a két 1. emeleti üveg felülvilágító fölött helyezkedik el és épület klimatikailag hatékony, kb. 1,00 m vastag (magas) hőrétegződési pufferteret képez. Előnye, hogy a melegebb szezonokban a magas hőmérsékletű levegő (akár C) ebben a pufferpozícióban reked meg lassabb átszellőzés esetén, nem pedig kb. 1,60 m-el lejjebb, abban a magasságban, ahol a 2. emeleten az emberek tartózkodnak (fejmagasság). A főépület É-i és D-i sávjai fölötti tetőket vegyes technológiájú vasbeton födémszerkezet, hőszigetelt lapostetős és Sika - műanyag szigeteléses rétegrend alkotja. A szellőzőtornyok tartószerkezete: Az átriumban elhelyezkedő 3 szellőzőtorony a paradox tűzvédelmi előírásokból kifolyólag nem készülhetett ragasztott fából, így acélszerkezet zártprofilból tervezett kb. 15,00 m-es magassággal. Ez a magasság a maximális előírt átlagos építménymagasság (9,00 m) és megengedett 45 elméleti dőlésszög alatti tetőfelépítmény magasságok paramétereinek figyelembevételével a maximális legmagasabb beépítési érték, ami a termikus gravitációs toronyszellőzés fokozott hatékonyságát teszi épületszerkezeti repertoárral lehetővé. A könnyűszerkezetes toronykonstrukció az 1. emelet konzolos födémperemére ül fel és az átrium tetőszerkezetén áthatolva kb. 5,00 m-t kinyúlik az épület tetőszerkezete fölé. A tornyok felső lezárása időjárásvédelmet és aerodinamikai alacsonynyomású zóna képződését elősegítő, ún. Venturi - tányérok segítségével történik. A tányérok üvegszálas laminált héjszerkezetek, 89

90 melyeket zártprofilos acél tartószerkezet erősít a tornyokhoz - prototipikus formatervezésük épület aerodinamikai módszerrel történt (lásd fejezetek passzív szellőzés és aerodinamika). A lépcsőházak tartószerkezete: A lépcsőszerkezet, a gyárüzemhez karakterében jól illő acél lakatos konstrukció egyedi hajlított lemezrendszerből. A 3 monolitikus vasbeton tartó falszerkezet a K-i lépcsőház nyugati, ill. a NY-i lépcsőház keleti határoló falaként, ezenkívül a déli technikaigépészeti sáv É-D-i szimmetria középtengelyében elhelyezkedő pillérközt kitöltő falaként a hosszés keresztirányú épületmerevítést szolgálja. A főépület belső épületszerkezetei: Az előregyártott, majd monolitikus felbetonnal és úsztatott esztrich-el készített födémszerkezetekre 10,00 cm vastagságú belső opak nút-féder tégla kitöltőfalazat, továbbá üveg-, ill. polikarbonát transzparens-transzlucens könnyűszerkezetes térelhatároló konstrukció lesz felültetve. A földszinti irodák opak falszerkezetekkel vannak a gyártócsarnoktól és egymástól elválasztva, a fűtetlen lépcsőházi puffer zónáktól pedig kéthéjú 10,00 cm kerámia - 10,00 cm hőszigetelés - 10,00 cm kerámia rétegrend véd a hőveszteségektől ill. hőtehertől. A termelésirányító iroda 2 rétegű hőszigetelt üvegezéssel kapcsolódik a termeléshez, a gyártási munkálatokra való rálátást, bizonyos fokú munkabiztonságot és egyúttal hangszigetelést is biztosítva irodának és csarnoknak egyaránt. A termelőcsarnokban megtalálható belső zárt CNC terem 3 x 10 mm rétegű víztiszta polikarbonát falszerkezet 2 x 5 cm légréssel fény és hangtechnikai okokból. A gyártócsarnok belső burokszerkezete egy a nem kondicionált raktárüzemutca zónától hőtechnikailag leválasztó egyedi gyártású polikarbonát tolóajtókkal ellátott, 20,00 cm vastag nút-féder tégla kitöltő falazatból áll. Kivételt képez ebben a síkban az üzemtechnológiailag elengedhetetlen 2 hőszigetelt ipari kapu. Az 1. és 2. emelet irodáinak és vizes helységeinek 10,00 cm vastagságú nút-féder tégla falazat nyújt térelhatárolást, ami a költséghatékonyságon kívül a hangszigetelés és hőtárolóképesség szempontjából, ill. tűzvédelmi okokból is előnyös. A 2. emeleti titkárság és a tanácskozó terem átrium felőli oldala és az 1. emeleti többcélú terem toló ajtajai 1 rétegű üvegezéssel készülnek a funkcióból, gazdasági vagy épületfizikai koncepcióból adódóan (lásd üzemeltetési koncepciók). A főépület üzemutcára néző déli homlokzata 10,00 cm vastagságú nút-féder tégla falazat 20,00 cm környezetbarát Thermofloc hőszigeteléssel, időjárástól védett szárazépítésű OSB burkolattal ellátva. A szükséges hőtechnikai határt a fűtetlen raktár-üzemutca zóna teszi elengedhetetlenné. Belső üvegezett nyílászárók transzparens és transzlucens kivitelben, tömörfa tokszerkezettel készülnek. A főépület külső épületburok szerkezetei: Az épület különböző funkcionális és klímazónái külső megjelenésükben is eltérő épületburok szerkezettel rendelkeznek, az Energiadesign tervezési ROADMAP módszer logikai algoritmusát követve: a ház a térszervezés és az épület klimatikaienergetikai tervezési metódus következtében mind funkcionális, mind konstruktív és technikaigépészeti értelemben belülről kifelé építkezik. Egyfajta teljesítmény-formához hasonlóan, az épületbelső és külső megjelenésében bármely öncélúság nélkül pontosan azt tükrözi, amit az egyes komponensek és az összrendszer-organizmus különböző funkciójaikban teljesíteni hivatottak. A raktár és üzemutca logisztikai épületrész funkcionális és klímazóna feltételrendszerének megfelelő külső térelhatároló szerkezetétől a főépület burokkonstrukció rendszere jelentősen eltér. A főépület különböző zónatereinek és ezek feltételrendszereinek függvényében nem csak a raktártól hanem egymástól is erősen differenciált külső épületburok szerkezetek jöttek létre, egy komplex esztétikai összmegjelenést indukálva. A termelési csarnok burokszerkezetei: A termelőcsarnok egyetlen külső északi homlokzata 40,00 mm vastagságú 3 légkamrás polikarbonát függönyfal szerkezet, közepes hőtechnikai adottságokkal (U polycarbonat = 1,45 W/m 2 K). Szekunder tartószerkezetként, hasonlóan a raktárhoz regeneratív építőanyagot szálas fapallót alkalmazva a függönyfalban 3 duplaszárnyú polikarbonát toló kapu kialakítása biztosít természetes szellőzést. A nyitható toló szárnyak mögött kb. 50,00 cm magasságú szintén polikarbonát lábazat lesz porvédelem és az átjárhatóság kiküszöbölése végett. Az irodák burokszerkezetei: Az irodákban a külső opak épületburok szerkezet az É-i főhomlokzat, ill. a K-i és NY-i bütü homlokzatok részeként a belső tömör falas szerkezetekkel identikus falazat 20,00 cm vastagságú külső hőszigeteléssel kiegészített verzióját képezi és száraz építéstechnológiájú Thermowood hőkezelt faburkolattal lesz fedve. Az É-i homlokzatban a hőveszteségek minimálása, a K-NY-i homlokzatok földszinti irodáinál pedig a nyári hőteher (direkt 90

91 szolársugárzás) is mérvadó befolyásoló tényező szerepét játszotta a homlokzatok kialakításában. Újranövő építőanyag használata jelen esetben burkolat formájában bizonyult járható útnak. A tömörfa tokszerkezettel rendelkező üvegezett felületek nyílászáró részei az ablakszellőzés működéséhez igazítva, minimálva lettek a merev üvegfelületekhez képest és a kezdetben tervezett 3 üvegréteg helyett költség racionalizáció után előírásoknak megfelelő 2 rétegű hőszigetelt üvegszerkezetté redukálódtak. Az északi homlokzat ablakokkal áttört homlokzata kb. 45 %-os üvegezési arányszámot mutat. A többcélú terem, étkező burokszerkezete: Az 1. emeleti étkező-kávézó mellvéd-parapet üvegezése acél vagy alumínium lizénás függönyfalként, szintén hőszigetelt 2 rétegű üvegezéssel lesznek kiszerelve. Egy további extra T30 tűzgátló üvegmellvéd a homlokzatra kívülről lesz pontmegfogással rögzítve a kb. 35 m irodahomlokzat teljes hosszában. A többcélú (étkező)terem burokkoncepciójában a kilátás és az intenzív ablakszellőzés (rendezvények, magas személyszám sűrűség) játszott döntő szerepet, ezért a 100% üveghomlokzat nyílászáró méretei az irodaablakokhoz képest megduplázódtak és a teremfunkció igényeinek megfelelő könnyebb kezelhetőség miatt tolóablak kiszerelésben tervezettek. A lépcsőházak burokszerkezete: A lépcsőházak üvegezett homlokzatai acél vagy alumínium lizénás függönyfalként, hőszigetelt 2 rétegű üvegezéssel lesznek kivitelezve. A lépcsőházak függönyfalai az árnyékolt teraszokra nyílnak, a főépület külső sarok falai pedig hőszigetelt opak Thermowood faburkolattal védekeznek a hőveszteségek és a nyári hőteher ellen. Az átrium burokszerkezete: Az átrium K-i és NY-i bütü homlokzatai a lépcsőházak és kávézó függönyfal szerkezetével identikusak. Az átrium K-i és NY-i üveg bütü homlokzatai a polikarbonát toronyfalakat kétoldaról övező homlokzatsávokként egyrészt tűzvédelmi előírások végett (menekülési útvonal), másrészt fénytechnikai, energetikai okokból (nagyméretű fém-üveg nyílászárók) készülnek komplett hőszigetelt üvegből. Az átrium K-i és NY-i fényáteresztő képessége a hidegebb időszakokban intenzív természetes megvilágításért és üvegházhatásért, ill. az ezzel járó szoláris hőnyereségért felelős. Az energiahatékony külső árnyékoló szerkezet a 2 tetőterasz külső burokfelületének síkjában mozgatható transzlucens perforált fémlemez vagy membrán szerkezeti megoldással gátolja, a közlekedőtér nyári túlzott felmelegedését ugyanakkor támogatja a diffúz fénybeszűrődést. Télen és hidegebb szezonokban a konstrukció elhúzható a szükséges természetes megvilágítás érdekében. Az átrium tetőszerkezete szintén polikarbonát fedéssel, részben nyitható kivitelben (átszellőzés, hő- és füstelvezetés) készül további természetes megvilágítás (a fentről érező globálsugárzás akár 5-10 szeres faktort is jelenthet) és részben napcsapda céljából. A közel lapostetős kivitelben készülő polikarbonát tetőfelület gyakorlatilag kizárólag belső napvédelem megvalósítását engedi. A transzlucens tetőfelület belső síkja alatt kísérleti demonstrációs mérésprogram keretében Rehau fűtő-hűtőcsövezéssel ellátott, termikusan aktivált fa-könnyűbeton árnyékoló lamella szerkezet kerül bevetésre, mely külső (fénybecsapódás felőli) felülete tükröző fóliával van ellátva. Az innovatív lamella szerkezet faipari hulladék anyag újrahasznosítása és kedvezően pozícionált elhelyezése végett (felső kritikus hőrétegek) élvez kiemelt szerepet, továbbá minimálja a belső hőképződést, mivel fénytükröző tulajdonsága révén gyakorlatilag abszorpciómentessé válik, ill. termikusan hűtött kivitelben építik. A szellőző- és szolárkürtők burokszerkezete: A hangsúlyozott bekerülési gazdaságosságot szem előtt tartva, az egyrétegű üvegezésből épített a K-i és NY-i tornyok külső homlokzatai 40,00 mm vastag 3 légkamrás hőszigetelt transzlucens polikarbonát konstrukcióból készülhettek. A felső vertikális hőtechnikai határt a tornyokba integrált polikarbonát nyitható-zárható zsilipszerkezet képzi, mely kb. 1 m-el az átrium tetősíkja alatt található (lásd üzemeltetési koncepciók). Becsapódó esővízvédelem a Venturi-tányérok alatt, gazdaságos kihúzható-felcsévélhető membránfelülettel megoldott. A gravitációs szellőzés hatékonyságát fokozva a tornyok szolárkürtőként lesznek kiképezve. A szólárkürtő tornyok passzív szerkezete kétrészes árnyékoló lamella felületekből tevődik össze: az északi toronyfal felső-belső felülete egyik oldalán fekete szelektív bevonattal másik oldalán reflektív tükröző bevonattal készül. A fel-leengedhető tükörreflexiós és hőelnyelő-hőképző zsaluzia a déli toronyfal belső felületén is megjelenik közvetlenül az átrium bazilika tetőkiemelése fölött a felső zsaluziával fénytechnikailag kombinált indirekt tükrözéssel megoldott fényvezetés (sötétebb szezonok), ill. a szolárkürtő hatás abszorpciós fokozása céljából (melegebb időszakok). A kürtők felső K-i és NY-i alkotófelületeinek belső síkjában egyedi gyártású hőcserélős szoláris toronyfűtés további immár gépészeti 91

92 rásegítéssel biztosítja a gravitációs szellőzést működtető szolárkürtők hatékonyságát a kritikus nyári időszakban. A forró időszakok szoláris termikus túltermelése hulladék hőként itt energiahatékony felhasználásra kerül. A tornyok legalsó zárása kb. +3,00 m magasságban, a termelőcsarnok födémsíkjában tűzvédelmi okokból szükséges, tűzjelzésre induló pneumatikus T30 gipszkarton vagy tűzgátló felcsévélhető ponyva zárószerkezet. Az energiahatékony szerkezettervezés eredményében mind belülről mind kívülről leolvasható az átrium 2 emeletének szintjein az épület belülről való kibontakozó önfelépítése, a déli technikai és az északi iroda sávot összekötő, a fényt és levegőt vezető üvegcsarnok karaktert megtestesítő átrium-pufferzóna. 2.5 Épületgépészeti és üzemeltetési koncepció a mesterprojektben Ami az űrhajónkat számomra érdekessé teszi, az az a tény, hogy egy mechanikus járműről van szó, mint pl. egy autó esetében. Ha ön egy autó tulajdonosa, észreveszi, hogy olajat és benzint kell betöltenie, vizet a hűtőegységbe egyszóval gondoskodni kell összességében a kocsiról. Fokozatosan egy kis termodinamikai érzéket fejleszt ki magában. Tudatában van, hogy vagy rendben tartja a gépet, vagy baj lesz, és nem működik jól a rendszer. Eddig még sosem néztünk az űrhajónkra, mint egy integrálisan szerkesztett gépezetre, melyet a hosszútávú teljesítőképesség érdekében összességében kell, hogy felfogjuk és kezeljük. Még egy különösen fontos tény a Föld űrhajóval kapcsolatban: Nem szállítottak használati utasítást hozzá. R. Buckminster Fuller: Használati utasítás a Föld űrhajóhoz A gépészeti koncepció elemei: Mesterséges mechanikus szellőzés a hideg és meleg évszakokban Kontrollált szellőzés és a nyári, ill. téli hőveszteségek csökkentése. 4 db VTS légkezelő keresztirányú lemezes hővisszanyerővel kiszerelve hatásfok kb. 60% használtlevegő hőenergiájának visszaforgatása. Hulladékhő hasznosítás (termoformázók, szerver IT rendszer). Légkezelők kaloriferek víz-víz hőszivattyús fűtésssel-hűtéssel. Kizárólag szükség esetén alkalmazott. 3 db Rehau víz-víz hőszivattyú fűtésre, hűtésre Magas hatékonyságú (COP: 5) technika felszínközeli geotermikus támogatással és alacsonyhőmérsékletű felületi fűtőrendszer télen. Szükség esetén a földszondák nyári passzív teljesítményének aktív hőszivattyús hűtés rásegítése. Termikusan aktivált épületszerkezetek Fűtő-hűtő vízközeget szállító hőcserélő csőregiszterek vasbeton és beton épületrészekben felületi mennyezethűtés és padlófűtés (fűtőesztrich) céljára. Hatékony meleg és hideg puffer tároló rendszer az energiaátcsoportosítás ás raktározástárolás effektív hosszútávú záloga. Frekvenciaváltós ventilátorok a légtechnikában energiatakarékosság. Termo ventilátorok alkalmazása, ahol padlófűtéses megoldás funkcionálisan és technológiailag problematikus (termelőcsarnok). RATI üzemtechnológiai gépészet: Sűrített levegő hálózat, meglévő kompresszoros meghajtással. Látszógépészet nélkülözhetetlen a termikusan aktív épületfelületek végett A belsőépítészeti-technikai design megjelenésbeli vonatkozása tiszta egyszerű vonalvezetésben és rendszerben tervezett épület- és gépészeti szerkezetek szimultán, egyenértékű integrációját tükrözi. 92

93 A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) fűtési és hűtési gépészeti központja a gépészeti koncepcióban Fűtési üzemmód Termo aktív alacsonyhőmérsékletű felületi fűtési rendszer: Az Energiadesign ROADMAP, mint algoritmus többlépcsős mintamátrixként menedzseli a RATI épületének tervezését, amely nem az eddig megszokott műszaki rendszerek alapján fenntarthatóan működik. A ház nem rendelkezik konvencionális fűtési rendszerrel, hanem inkább egyfajta párbeszédet vesz fel közvetlen környezetével, alkalmazkodik, a meglévő lokális adottságokból pedig hasznot nyer: a fűtés feladatát az épület eleve szükséges tartószerkezete veszi át, betonmag aktiválás, szerkezetfűtés és -temperálás formájában. A 6,00 cm vastagságú filigrándecke felületére felülről kerülnek Rehau víz közegű csőrendszer körök elhelyezésre (hűtés, temperálás) a fölfelé kilógó acél térrács vasalások közé. Erre a szerkezetre kerül kb. 11,00 cm felbeton kiöntésre, majd 8,00 cm úsztatott Rehau víz közegű csőrendszerrel ellátott fűtőesztrich zárja a rétegrendet, simított kvarchomok látszófelülettel. A kb. 1050,00 m² energiahatékony megoldás passzív-hibrid rendszere termikusan aktiválja az épület hőtárolótömegének nagy részét a födémszerkezetek formájában. Ezzel identikus, de gyorsabban reagáló (kisebb fáziseltolódású Rehau -gipszkartonos falfűtéshez hasonló) rendszerben működik a fa-könnyűbeton lamella konstrukció (lásd Belső árnyékolástechnika a hűtési szezonban) az átriumban. Az összes iroda, vizesblokk, az étkező és tárgyalótér padlószerkezete, továbbá az átrium közlekedőfolyosói és hídjai is fűtő esztrichhel lesznek üzemeltetve. Az épületklíma zónákban megadott hőmérsékletre lehet így a beltereket fűteni, illetve ha komfortérzet szempontjából nem feltétlen szükséges, ennél kisebb teljesítménnyel is dolgozhat a rendszer. Az épület 3 db Rehau víz-víz hőszivattyúja kb. 35 C előremenő hőmérséklettel fűti a padló konstrukcióját 35/30 C hőmérsékletlépcsővel, mely konvencionális radiátoros fűtési rendszerekhez képest kb. 50%-al alacsonyabb hőfoknívót jelent ennél az 93

94 alacsonyhőmérsékletű felületi fűtőrendszernél. Az energia megtakarítás közel egyenesen arányos a hőfoknívó különbséggel. A 35 C hőmérséklet előállítása egy földszonda mező segítségével kb. 17 C hőfokról indulhat. A plafon födémszerkezeteiben lévő betonmag aktivált csőhálózat 28/25 C előremenő-viszamenő hőmérsékletlépcsővel kizárólag kiegészítő jelleggel segíti a fűtőrendszert. A szerkezettemperálás és -fűtés fizikális effektusai pozitív hatással vannak az emberek egészségére, a pszichológiai hatás pedig energetikailag is jelentős: a beltéri levegőnél magasabb, ill. alacsonyabb felületi hőmérsékletek az emberekben mindig melegebb, ill. hidegebb szubjektív hőérzetet alakítanak ki, mint ami az épületbelsőben valóban uralkodó hőmérsékleti szituáció. Mindez elősegíti a még takarékosabb és hatásosabb energiahasználatot. A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) 2. emeleti padlófűtési rendszere a gépészeti koncepcióban Alternatív fűtés- fan coil: A raktár és üzemutca csarnok, a lépcsőházak, a kompresszorhelység és a gépészeti terem fűtetlen tereiben (lásd klímazóna rendszer), ill. a termelési csarnokban padlófűtés nem kerül beépítésre. A termelőcsarnok ipari padlózatában a részben nagy felületeket igénylő termelési gépek, berendezések és a jövőbeli messzemenő berendezhetőségi rugalmasság lehetetlenné teszi a fűtött esztrich célszerű és hatékony alkalmazhatóságát. Ezért 6 db Wolf oldalfali termo ventilátor fűti a belső levegő átmelegítésével energiahatékony víz-víz hőszivattyús meghajtással a csarnokot közvetlenül a plafon födémszerkezete alatt. A gravitációsan felszálló meleg levegő ilyetén visszaforgatásával, keringetésével magas termikus komfortérzet és energiatakarékos üzemeltetés lehetséges. A földszinti daráló- és lakatosműhely megbízói igénynek megfelelően időszakos elektromos fűtést élvez mennyezetre szerelhető infra panelek formájában; a vegyi raktár pedig T belső 15 C előfeltételt kielégítve padlófűtéssel lesz megépítve. HMV és szolártermika a fűtési szezonban: A főépület déli technikai-épületgépészeti sávjának lapostető szerkezetére 10 db párosával párhuzamosan bekötött termikus síkkollektor szolgáltat éves szinten HMV-t, mely a kb. 30 fős napi tusolási és egyéb meleg víz használat hőenergia igényének (Q HMV = kb ,00 kwh/a) tekintetében számottevő közel kwh/a szoláris hőenergiát termel (PTE PMMIK, Épületgépészet tanszék napkollektor számítási tool, helyi 94

95 méréses sugárzási termelési adatokkal). A HMV igény teljes mértékben biztosított a 21,6 m² szoláris rendszerrel, amely kizárólag egy 5 db meleg vizes puffer tárolóból álló párhuzamos kötésű kaszkádszisztémával összeköttetésben képes e teljesítményre. A fektetett Rehau Solect QK kollektorok 45 dőlésszögben telepítettek egy egész évben hatékony hőtermelés biztosításának tekintetében. A technikai épületsáv tetején a kollektormező stratégiailag optimális pozíciója nincs árnyékolva semmilyen időszakban déli irányból, ill. a síikkolletorok sem árnyékolnak jelentősen az átrium tereibe téli időszakban. Mesterséges szellőzés a fűtési szezonban: A természetes szellőzésből adódó hőveszteségek elkerülése végett az épületkomplexum számára fűtési szezonban mesterséges szellőzés szolgáltat megfelelő légcserét. A mechanikus légtechnika egy hagyományos ablakszellőzéshez képest energiát takarít meg és növeli a termikus komfortérzetet ebben a szezonban: egy talajlevegő kollektormező, egy hővisszanyerőkkel ellátott légkezelő rendszer, továbbá a meleg, használtlevegő épületen belüli többszörös szinergetikus hasznosítása, keringetése, ill. a termelési technológia hulladék hőjének visszaforgatása és a víz-víz hőszivattyúval fűtött kalorifer (vízközeggel átáramoltatott csőhálózat) egységek a légkezelőkben egy magas színvonalú és részben a pluszenergia mérleget is elősegítő komplex légtechnikai szisztémává fejlődtek. A tervezet épület klimatikai és energetikai előszimulációja az IDA ICE 4.0 szoftver alkalmazásával történt. Kimutatható volt, hogy már egy rövid, kb. 1.5 hónapos átmeneti időszakban is (október eleje ás április hónap) egy ablakszellőzéses üzemmód több mint 3000 kwh fűtési többlet energiafogyasztást vonz maga után. Ezen túlmenően számszerűsíthetővé vált a komplett fűtési szezon légtechnikai fogyasztása, amely hő- használati energia része a Rehau AWADUKT talajkollektorral közel teljes mértékben kiválthatóvá válik (kb ,00 kwh). A mesterséges szellőzés stratégiája messzemenően nélkülözi a kifejezetten rossz hőátadó képességű levegő közeggel való fűtést a légtechnika elsődleges feladata a higiéniailag és TNM ill. MSZ EN előírások szerinti kielégítő légcsere megvalósítása. A légkezelőkben biztonsági okokból elhelyezett fűtőkaloriferek (vízközeggel átáramoltatott csőhálózat) csak szükség esetén kerülnek aktiválásra, abban az esetben, ha a talaj-levegő hőcserélő kollektor és a levegő-levegő hővisszanyerés nem szolgáltat kielégítő frisslevegő hőmérsékletet az előírt termikus komfortérzet szempontjából. A levegő útja az épületben fűtési szezon: A levegő útja az épületben egy összetett szervezet lélegző orgánumához hasonlóan egy komplex, különböző légtechnikai berendezésekből, csatornákból és belső épített terekből álló összerkezet átáramlásának programozott folyamata, ahol a belső higiéniailag szükséges légcserének biztosításán kívül a levegő többszörös klimatikaienergetikai hasznosítása, szinergiaeffektusok létrehozása, kiaknázása Energiadesign stratégiailag alapvető fontosságú prioritást élvez. A frisslevegő ellátás útja fűtési szezon: A 4440 m³/h frisslevegő beszívás az épülettől kb. 50,00 m távolságban, az parkoló területtől északra elhelyezkedő terepen történik egy légbeeresztő idomon keresztül a földalatti Rehau AWADUKT talaj-levegő hőcserélő rendszerbe. A talajkollektor kb. 3,00 m mélységben a kondenzvíz elvezetés miatt 3%-os lejtéssel lesz kialakítva, a legenergiahatékonyabb Tichelmann -rendszerben, ahol a középső ágak párhuzamos kötése áramlástanilag kis ellenállást eredményez más soros vonalvezetésű rendszerekhez képest. Rehau méretező szoftverrel az éves szinten 6-15 C hőmérsékletű jó hőtároló képességű talaj a fűtési szezonban átlag 8 C hőmérsékletet produkál az összesen 60 m hosszúságú 14 db párhuzamosan kapcsolt légcsatorna belső ágban. Az AWADUKT gyűjtő légcsatorna az épület NY-i oldalán az üzemutca bejárata alatt hatol a beltérbe, ahol rögtön függőleges irányban, az üzemutcában az 1. emelet magasságában horizontálisan elhúzódik a 2. emeleti épületgépészeti galériára, a központi LK-4 keresztirányú lemezes hőcserélőbe torkollva. A talajkollektor által előmelegített frisslevegő itt a termelési technológia (termoformázók) és a vizes szaniterhelységek használt levegőjének hőenergiáját 65%-os hatásfokig képes kiaknázni. A továbbhaladó előmelegített és LK-4 hőcserélővel továbbfűtött max m³/h frisslevegő az irodák LK-1 légkezelőjébe, max m³/h az étkező, rendezvénytér LK-2 légkezelő berendezésében, ill. a vizesblokkok (max m³/h) LK-3 légkezelő gépezetébe áramlik. Az LK-1 keresztirányú lemezhőcserélője immár harmadszor kezeli hőtechnikailag a levegőt, amely az átriumot átszelő légcsatornán keresztül a 2. emelet irodahelységeit látja el túlnyomásos és indukciós szellőzés formájában a helység magas beépített polc-szekrényrendszer felső részébe belsőépítészetileg 95

96 integrált befúvó anemosztátokon keresztül. A szerverhelység az átriumban oldalfali beltéri split klíma egységgel és raktár felőli kültéri berendezéssel ellátva a belső gépekből származó átlagon felüli hőterhet közömbösíti. A frisslevegő ellátás dimenzionálásakor az épületben dolgozó személyenként 50 m³/h higiéniailag szükséges légtérfogat áram szolgált alapul. Az 1. emeleti fejlesztési iroda-műhelyrészleg légellátása hasonló módon működik. A tárgyaló az üzemutca fölött vezetett LK-1 légcsatornájából a déli, üzemutca felőli falszerkezeten keresztül részesül szintén túlnyomásos és indukciós kevert légellátásban (max m³/h). Az öltözők, vizes helységek elosztócsatornái a lemezes hőcserélővel kiszerelt LK-3 légkezelőből az üzemutca e célra predesztinált felső tető alatti térségében vízszintesen elvezetve déli irányból hatolnak szaniter helységeikbe. A légtechnika itt kapcsolt és diffúz kevert szisztémában lesz 3-szorosan előkezelt frisslevegővel a plafonfödémek alól beszellőztetve. Az 1. emeleten a többcélú étkező külön LK-2 hőcserélős légkezelővel lesz üzemeltetve tehát itt is triplán előkezelt max m 3 /h frisslevegő ellátásról van szó, a gépész-technikai épületsáv nyugati főstrang födémáttörésén keresztül. Az átriumon áthaladó légcsatorna a közösségi tér külső homlokzata mentén a lábazat magasságában elárasztásos rendszerben végzi a befúvást, miután a hőforrások (emberek) mentén felmelegedő, gravitációsan felszálló levegőt a kávézó átrium felőli falának felső részében elhelyezett légycsatorna elszívja. Az 1. emeleti iroda + műhely + rekreációs relaxációs tér 500 m 3 /h légellátása a főépület technikai sávjában tervezett keleti gépészeti főstrang födémáttörésén keresztül lehetséges. A földszinti irodák + műhely légellátásában a passzív gravitációs szellőzőtornyok multifunkcionális szerephez jutnak: 2 épületszintet magasságilag áthidaló 1-1 függőleges légcsatorna a K-i ill. NY-i toronyban leszállítja az összesen 700 m³/h előkezelt frisslevegőt az LK-1- ből a földszintre és a többi irodával identikus légellátásban részesíti a csarnokot keletről és nyugatról övező tartózkodási tereket. Az épület középtengelye mentén az LK-1-ből egy vertikális főcsatorna a CNC terem felől csatlakozik a termelőcsarnokba és mindkét teret egy ventilátor segítségével kapcsolt és diffúz kevert megoldással szellőzteti a felső plafon födémszerkezet alól ( m³/h). A modelles öntő helységben és a vegyi raktárban Wolf robbanás biztos termo ventilátor és túlnyomást kibocsátó zsalu nélkülözhetetlen a tűzrendészeti előírásokból és a technológiailag kötött munkabiztonságból kifolyólag. A ragasztó kisventilátort, a daráló és lakatosműhely, ill. a modelles előtér (fali) axiál ventilátoros szellőzést kapnak a minimális szükséges légcsere és az ezzel járó alapvető működésképesség elősegítése végett. Mindez nélkülözhetetlen gyártástechnológiai kb m³/h légmozgatást eredményez. A használt levegő útja fűtési szezon: A használt levegő útja az irodákból az ajtószárnyak alatti küszöbréseken keresztül a túlnyomásos befúvás következtében az átriumba kiáramlik. A felmelegedett (emberek, irodatechnika, világítás) és felfűtött (padlófűtés) használt levegő a közlekedő-átriumban elkeveredik a meglévő folyosó levegőjével és fűtőhatást gyakorol a belső átrium klímájára, ezzel szinergiahatást okozva a közlekedő puffertér használtlevegővel való kondicionálására nézve. Az átriumból a belső fűtött tér használtlevegője a 3 szellőzőtorony sarkaiba integrált tornyonkénti 2 légcsatornában (500 m³/h csatornánként) kerül elszívásra, így a gépészeti installáció a toronyszerkezetet áramlástanilag nem hátráltatja, inkább előnyösen befolyásolja, hiszen a téglalap alaprajzú torony így bizonyos értelemben körkörösebb metszettel rendelkezik. A leszívott 3 x 1000 m 3 /h használt kb. 24 C hőmérsékletű levegőt a 3 torony alsó födémáttöréses vége mentén elhelyezett ventilátorok aztán befújják a termelési csarnok légterébe - légáramlástanilag stratégiai megfontolásból, e központi sávból a külső északi, magasabb transzmissziós hőveszteségű homlokzat irányába. A 3000 m 3 /h fűtőhatású, temperáló használtlevegő a csarnok levegőjével keveredve immár egy 2. szinergetikus épületklímát és - energetikát hőtechnikailag javító fűtőhatást eredményez, miközben a higiéniailag szükséges 1100 m 3 /h többszörösen előkezelt frisslevegővel elegyedve a belső termikus- és légkomfortérzet minősége magas színvonalú marad. A termelőcsarnok (és indirekt az irodák, ill. átrium) használt levegője a tornyokban egyrészt gravitációsan felfelé áramlik, másrészt az átrium hosszirányú folyosóinak tetőmagassága alatt kb 1,00 m-el hőtechnikailag lezárt tornyokban 1-1 elszívó légcsatorna bekötés segítségével 3 x 1600 m 3 /h légtérfogat áram kerül déli irányban az LK-1 légkezelő hővisszanyerőjébe elszívásra. A gépészeti térből az LK-1 levegős hővisszanyerőjében a használtlevegő hőenergiájának 50-65%-át átadja a frisslevegőnek, majd egy az üzemutca fölött installált légcsatorna elosztja a még mindig kb C hőmérsékletű közeget a raktárcsarnokban, hulladékhő hasznosítás, ill. a fűtetlen raktár hőtemperálását létrehozva. Túlnyomást kibocsátó 96

97 zsaluelemeken keresztül egy hatékony fúgaszellőzés jön létre, üzemidőben folyamatos légtemperáló hulladékhő hasznosítással. Az étterem-többcélú rendezvényterem használtlevegő elszívása az LK-2 légkezelő hővisszanyerőjén keresztül az LK-1 használtlevegő kidobási rendszerében kap helyet a raktártér téli temperálását támogatva. A termelőcsarnok termoformázó géprészlege mesterséges elszívásos rendszerrel lesz kiépítve a mérgező gázokkal keveredett használtlevegő elkülönített biztonsági elszívását biztosítva. A meleg kb C hőmérsékletű max m 3 /h légtérfogat áram közeg a szaniter zónák vizesblokk tereiből az LK-3 által elszívott és hőcserélt max m 3 /h használtlevegővel együtt az LK-4-ben lesznek utoljára lehőcserélve, majd zárt légcsatornában a raktártéren É-D-i irányban keresztülvezetve a déli homlokzat felső részén keresztül kibocsátva az épületből. A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) 2. emeleti gépi szellőzés rendszere a gépészeti koncepcióban Szinergiahatások és épített légvezető terek fűtési szezon: A levegő 3 szoros hőcserélése mellett (Awadukt, LK-4, LK-1), az átriumban 1. szinergia-fűtőhatás után a termelőcsarnokban 2. szinergiafűtési effektust okozva a raktárban egy utolsó szinergiát, a csarnoktér fűtőjellegű, hőveszteség csökkentését okozza. Az Energiadesign légtechnikai koncepció megoldásának specialitása a szinergiaeffektusok mellett az épített belső terek nem kizárólag építészetitérfunkcionális használata, hanem légtechnikai csatornaként való alkalmazása is. Az irodákban elszívó csatornák helyett az irodatér szolgáltat helyet az légáramnak, az átrium elosztócsatornaként biztosít megfelelő keveredési teret a termelőcsarnokhoz hasonlóan, míg a tornyok mesterséges és passzív szellőzőáramlatok vertikális csatornájaiként vezetik a levegőt. A raktárrészleg utolsó szinergetikus légtechnikai végfokként, mint egy nagyméretű hőtechnikai filter szűri vissza az utolsó Celsius fokokat a csarnoktérbe. A téli légtechnika a fűtési szezonban a légés termikus hőkomfort érzet magas színvonalának megteremtése mellett, az épület természetes szellőzéséből adódó hőveszteségeit is minimálja, mely jelentős fűtési energia megtakarítást indukál. Az épületenergetikailag kulcsfontosságú fogás a megfelelő mértékben méretezett talajlevegő kollektorban és az energiahatékony hővisszanyerésben rejlik. A mechanikus 97

98 szellőzőrendszer hiányában sem egy energia- és költségtakarékos üzemeltetés, sem a kitűzött 2. fejlesztési fázis pluszenergia mérlege nem teljesíthető. Éjszakai fűtés-temperálás: A födémszerkezetek betonmag aktiválása és a padló-esztrich szerkezetek termo aktiválása az épületfelügyeleti és beavatkozó monitoring központ időprogram schedule-programja alapján beszabályozott éjszakai fűtő-temperáló módban dolgozik. A termo aktív fa-könnyűbeton lamellák az átriumban szintén monitoring beszabályozott fűtő üzemmódban dolgoznak az átrium transzmissziós hőveszteségeit csökkentve és a belteret fűtve (lásd Belső árnyékolástechnika a hűtési szezonban). Transzparens-transzlucens légkollektorok: A téli időszak direkt szolársugárzását az átrium átlátszó-áttetsző üvegdoboz karaktere nem csak fénytechnológiailag, hanem termikusan is képes hasznosítani. A 2 terasztető a K-i és Ny-i oldalon a magyar tornácos parasztházak vernakuláris működési elve alapján a felkelő és lemenő nap alacsony beesési szögű globálsugárzását, főképp a direktsugárzást a transzparens-transzlucens bütühomlokzatokon keresztül beengedik hatolni mélyen az átrium belsejébe. A déli órákban a transzlucens tetőszerkezeten keresztül direkt és diffúz zenitfény képes az átriumot felülről megvilágítani: a tető felülvilágítón keresztül behatoló természetes fénymennyiség eléri az oldalról, ablakon vagy függönyfalon áthatoló megvilágítás 5-10 szeresét is, sokoldalú vizuális komfortérzetbeli és energetikai előnyöket magával hordozva. A K-i és NY-i besugárzásból az ilyenkor télikertként működő átrium üvegházhatás kialakulásával hőtechnikailag profitál, miáltal a felmelegedett beltér hőigénye ebben a napsütéses időszakban nagymértékben csökken, a termikus komfortérzet pedig növekszik. A raktár és üzemutca csarnoképület része K-i, NY-i és D-i burokszerkezete transzlucens polikarbonát héjszerkezet, amely a főépület déli télikert puffer zónájaként passzív fénytechnológiailag a raktártér mesterséges megvilágítási igényét minimálja, továbbá napcsapdaként 3 oldalról gyűjti a szoláris energiát. A raktár közepén elhelyezkedő polcrendszer a fényenergia abszorpcióját kényszeríti ki, majd felmelegedve rövidtávú, gyorsan letöltődő, kb. 2900,00 m³ volumenű hőakkumulátorként működik. A raktár + üzemutca = kb. 5100,00 m³ szoláris légkollektorban felmelegedett, gravitációsan fölfelé áramló belső levegőt a tetőszerkezet alatt felfüggesztett keringető ventilátorokkal lehet a meglévő beltéri levegővel és a befújt hőcserélt főépület (LK-1, LK-2) használtlevegőjével hőtemperáló hatás céljából elkeverni, elosztani. A déli transzlucens homlokzat 3 PV modulsor szerkezete (2 PV és 2 OSB provizórikus sor) télen a lapos beesési szögű szolársugárzást beengedi a raktárba. A logisztikai csarnok déli, kb. 430,00 m² nagyfelületű homlokzata opcionálisan egy egyszerűsített-modifikált Trombe -falkonstrukcióként is kiképezhető: egy nagyméretű fekete színű függönyként leereszthető műanyagponyva membránfelület (belső roló) segítségével homlokzati légkollektorként működik a szerkezet és direktsugárzás esetén szoláris abszorpciós hőenergiát termel passzív módon, ill. csökkenti a transzmissziós hőveszteségeket. A felszálló meleg levegőt a felső ventilátorok elosztják a belsőben, diffúz fényviszonyok között pedig a függönyszerkezet felcsévélhető a természetes megvilágítás végett. Hűtési üzemmód Termo aktív alacsonyhőmérsékletű felületi hűtőhatású temperáló rendszer: Az épület adottságainak kiaknázása a hűtési szezonban is az épületszerkezeteknél kezdődik. A födémszerkezetek tartórészében, a kéreglapokra elhelyezett és kibetonozott Rehau vízközegű hűtő-hőcserélő csőhálózat közel 1050,00 m² felülettel temperál, ha a fűtési üzemmód a hőszivattyúban deaktiválásra kerül. A hűtési temperálás egy földszonda mezőből kapja kb. 17 C hőmérsékletű hűtőenergiáját, ami azt jelenti, hogy normál üzemmódban a hőszivattyú nem dolgozik és így a temperálás passzív rendszerben 16/19 C hőlépcsővel kb C-os födémfelületi hőmérsékletet képez. A padló hűtőesztrich csőhálózata szintén 16/19 C hőlépcsővel de kizárólag kiegészítő, rásegítő jelleggel temperál ebben a szezonban. A termelőcsarnok, az összes iroda, és az átrium közlekedőfolyosói, a kávézó vasbeton plafon födémei lesznek temperálásra aktiválva. A belterek az épületklíma zónákban megadott hőmérsékletre képesek hűteni a beltereket, de ha komfortérzet szempontjából nem feltétlen szükséges, ennél kisebb teljesítménnyel is dolgozhatnak. A termo aktív betonmag aktiválás hőkomfort érzeti és 98

99 pszichológiai pozitívumait a fűtési üzemmódban tárgyaltuk. A passzív temperálás energetikai vonzata itt oly mértékben számottevő, hogy a 2. fejlesztési fázisban kitűzött pluszenergia mérleg elérése az épületenergetikai szimulációkban kizárólag a földszonda rendszerrel egybekötött felülettemperálással volt megvalósítható. Átmeneti túlzott hőteher esetében a víz-víz hőszivattyú aktív rásegítéssel hűtési teljesítményével, elektromos árammal hűti a vizes közeget a vasbeton födémek keringési hőcserélő rendszerében. Forró időszakokban, T 6-8K esetében kondenzáció veszélye áll fenn a szerkezetben - ilyenkor az Awadukt talajhőcserélő levegőjét lehet kizárólag épületklíma komfortjavítás céljára bevetni. HMV és szolártermika a hűtési szezonban aktív-hibrid szolárkürtők: A 10 db termikus síkkollektor a nyári hűtési időszakban hőenergia túltermelést hoz létre a szoláris direktsugárzás adottságainak függvényében. Az 5 db fűtési puffer tárolóban elraktározott hőenergia pusztán töredékét lehet a tusolókban, étkezőben (mosogatás), ill. a WC-k kézmosóiban elhasználni, fűtésrásegítésre sincs szükség, legalábbis első látásra. Pontosabb vizsgálat után ugyanis feltűnik, hogy az épület 3 multifunkcionális szolárkürtő-szellőzőtornya gravitációsan működik, amely termikusan felszálló légáramlat effektus egyik legfontosabb befolyásoló determináns-szorzója a hőmérsékletkülönbség. A termelésben a földszinten uralkodó és kb. H=15,00 m-el feljebb, a tornyok tetején mérhető ρ (kg/m 3 ) légsűrűség értékei a levegő T (K) hőmérsékletének a függvényei. Mivel a gravitációs felhajtóerő: p = ρ x g x H, ahol a gravitáció (9,81 m/s 2 ) és az említett beépítési szabályzat, ill. épületarányokból következő max. toronymagasság (~15,00 m) adott, ott a ρ marad az a paraméter, ami a T függvényében folyamatosan változik. A sűrűségkülönbség szorzótényező növelése nagyobb gravitációs felhajtóerőt és ezzel egyetemben gyorsabb és nagyobb légtérfogat áram átszellőzést eredményez. A tornyok felső részébe, a K-i és NY-i burokfalak belső síkjára ezért 1-1 speciális hőcserélő tervezett, egyszerű rézcső spirál formában opcionális hőelosztó lemezzel. A toronyfűtő felületek a szolárkollektorok többlettermelését, hulladék hőjét hasznosítják olyankor, mikor a szoláris direktsugárzás túlkínálatban van. A 90 C-os hőmérsékletet is elérő glykol-keverék a tornyok tetőmagasságában átfűti a rézspirálokat és a toronyfejek légterét, ezzel a T hőmérsékletkülönbséget a lenti földszinti termelési térhez képest drasztikusan megnövelvén. A nyári szolártermikus technika túltermelésének ilyetén átcsoportosításával a toronykorona-fűtés alacsony ráfordítással a komplexum lényegi és szellőzés, túlmelegedés szempontjából problémás csarnokterét intenzív légmennyiséggel öblíti át, így passzív-hibrid megoldásban hozzájárul a terem hűtéséhez. Mesterséges szellőzés a hűtési szezonban: A RATI innovációs központ a forró nyári időszakban kb. 2-4 hónapon keresztül mechanikus légtechnika által szolgáltatott légellátásban, légcserében részesül. A fűtési periódus légtechnikai működési elve nyáron kis különbségekkel identikus rendszerben történik, mely emiatt különösen fenntartható gazdaságos üzemeltetést jelent éves viszonylatban is. Az Awadukt talajkollektor átlag 14 C-os frisslevegőt szállít a házba a Rehau méretező szoftver alapján és az első különbség, a hővisszanyerés logikus elhagyásával a légkezelőkből a levegő kizárólag a földréteg által lehűtve érkezik a belső terekbe. A hővisszanyerés deaktiválásával szoros összefüggésben a használtlevegő kieresztése a házból nem a légkezelőkön, hanem a passzív szellőzőtornyokon keresztül történik. Az átriumból a használtlevegő hőmérsékletfüggő beszabályozásnak köszönhetően (lásd épületfelügyeleti koncepció) ha T átrium T termelés, akkor a kiszellőzés az átrium kiemelt felülvilágító tetőszerkezetén, tetőablak nyílászárókon keresztül távozik gravitációsan a beltérből. Ellenkező T átrium T termelés esetben, a használtlevegő leszívás ugyanúgy működik, mint télen, ill. a fűtési fázisban a termelési csarnokban hűtőjellegű hatást gyakorolva. Szellőzőtornyok a hűtési szezonban: A felmelegedett használt levegő a gravitációs felhajtóerő hatására felszáll a tornyokban, melyek felső záró mechanizmusa a hűtési periódusban megnyílik. A 3 szellőző- és szolártorony felső részébe integrált szolár fűtő csőspirál aktívtechnikája és az É-i, ill. D-i belső toronyburok felületek passzív fekete (opcionálisan szelektív bevonatú) zsaluziái a felhajtóerőt növelve a termelésnek (és indirekt az irodáknak) a gravitációs kiszellőzését segítik. A kiszellőzés kontinuitását tovább erősíti a folyamatos túlnyomást biztosító friss- és használtlevegő befújó légtechnika a termelői térben. A speciális tornyok további különlegessége a felső toronytetőszerkezet, az ún. Venturi -tányérok, melyek szél esetén szélindukciós alnyomást, azaz szívóhatást hoznak létre a tányérok és a toronyvégek között, szintén a kiszellőzést segítve. 99

100 Elszívás a hűtési szezonban: Az étkező és a termelési csarnok termoformázói, valamint a vizesblokkok mesterséges légtechnikai elszívásban részesülnek, higiéniai és káros anyag kibocsátási okokból. A szaniterzónák és a technológiai elszívás használtlevegője bypass megoldásban kerül a raktárt déli irányban keresztülszelő kidobó csatornába (lásd szellőzés a fűtési szezonban). A többcélú terem használtlevegője külön légcsatornában kerül kivezetésre az üzemutca felső terén keresztül. Éjszakai szellőzés: A nappal felmelegedett termo aktív és hőtároló födémszerkezetek, ill. hőtároló falak és a belső légtér hőenergiájának letöltése az éjszakai természetes szellőzés segítségével történik, ha a T külső kb. 20 C alá esik. Pécs környékén a METEONORM 6.0 klímadatbank kiértékelésében a legmelegebb nyári napok száma T külső kb. 26 C esetében közel 30 nap. Ezeken a napokon, a hajnali órákban, amikor a T külső kb. 20 C teljesül (napi átlag 5 óra), az épület és hőtároló tömegeinek passzív éjszakai áthűtése lehetséges, mindezzel energia megtakarítást és kellemes délelőtti épületklímát létrehozva. Az irodák nyiló-bukó ablakkonszignációja egyoldalú ablakszellőzés biztosít a külső és belső eltérő hőmérsékletviszonyok között kialakuló nyomáskülönbségekből kifolyólag természetes légcserét és hűtőhatást. A többcélú terem É-i homlokzat felőli ablakszellőzése tolóablakokon keresztül történik, míg a 2. emeleti tárgyaló szellőztethető a K-i homlokzaton lévő nyílászárójával. A többcélú terem az átrium felé való megnyitással (üveg tolóajtók) gravitációsan képes kiszellőzni ablakos után áramlással és átrium felülvilágítón keresztüli kiáramlással. A létesítmény sport facilitása (squashpálya) az 1. emeleten szintén a K-i bütü homlokzaton a nyílászáróján keresztül tud szellőzni. A termelőcsarnok részben egyoldalú ablakszellőzés alapján szellőzik az É-i homlokzaton a 3 db tolókapu segítségével, de itt a tornyok is kiveszik a jelentős részt az éjszakai légátöblítésből (lásd Gravitációs termikus szellőzés a passzív szezonban termelőcsarnok). Az épületgépészeti helység, a vizesblokkok és a szerverhelység mind az átrium, mind az üzemutca felé szellőző nyílásokon (tolóajtós megoldás gépészet déli falában) és felülvilágítókon keresztül képesek a használtlevegőt és hőenergiájukat leadni. Az átrium a központi felülvilágítóján, a raktárcsarnok pedig az üzemutca fölötti RWA felülvilágítón át és a déli raktárhomlokzat felső szellőzőnyílásain keresztül szellőzik ki. Utánáramlás itt a déli raktárhomlokzat alsó szellőzőnyílásain és a bütüfalak ipari kapuin keresztül (ajtószekció) biztosítottak. 100

101 A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) átrium és termelőcsarnok gépi és passzív hibrid szellőzési rendszere a gépészeti koncepcióban Éjszakai temperálás: A födémszerkezetek betonmag aktiválása és a padló-esztrich szerkezetek termo aktiválása az épületfelügyeleti és beavatkozó monitoring központ schedule-programja alapján beszabályozott éjszakai hűtő-temperáló módban dolgozik. Passzív üzemmód Szerkezettemperálás a passzív szezonban: A passzív üzemmód akkor érvényes, ha nincs fűtési igény, tehát T külső átlag kb. 12 C és a hőszivattyú nem dolgozik aktívan fűtőhatású hőenergiát előállítva, ill. a légtechnika sem üzemel, a mivel természetes szellőzés hőmérséklete kielégítő. Ekkor kizárólag a fölszondák kb. 17 C-os hőmérséklete temperálja a födémeket és az úsztatott esztricheket, az egész időszak alatt kb C-os födémhőmérséklettel: hűvösebb időjárás esetén enyhén fűtve, melegebb periódusban enyhén hűtve, temperálva a belső helységeket. Mindez egészen a hűtési igény időszakának kezdetéig tart, ahol T külső átlag kb. 25 C és a természetes ablakszellőzés már túlzott hőterhet importál az épületbelsőbe. Ilyenkor a külső hőmérsékletfüggő mesterséges szellőzés kapcsol be az Awadukt által hűtött temperáló hatású, magas lég- és termikus komfortnívót előállító frisslevegő ellátással. A passzív épületüzemeltetési fázis tehát a felszínközeli geotermikus hőenergiával meghajtott vasbeton födémtemperálást jelenti, természetes átszellőztetéssel kombinálva. Természetes ablakszellőzés a passzív szezonban: Az összes irodában egyoldalú ablakszellőzés működik a külső és belső eltérő hőmérsékletviszonyok között kialakuló nyomáskülönbségekből kifolyólag. A rendezvény- és étkező terem É-i homlokzat felőli ablakszellőzése az irodák nyílóbukó ablakkonszignációja helyett tolóablakokon keresztül történik. Megfelelő külső klíma esetében a 2. emeleti tárgyaló is szellőztethető a K-i homlokzaton lévő nyílászárójával. A létesítmény sport facilitása (squash-pálya) az 1. emeleten szintén a K-i bütü homlokzaton a nyílászáróján keresztül tud szellőzni. A termelőcsarnok részben egyoldalú ablakszellőzés alapján szellőzik az É-i homlokzaton a 3 db tolókapu segítségével, de itt a tornyok is kiveszik a jelentős részt az éjszakai légátöblítésből (lásd Gravitációs termikus szellőzés a passzív szezonban 101

102 termelőcsarnok). Az épületgépészeti helység és a szerverszoba mind az átrium (éjszaka), mind az üzemutca felé (éjjel-nappal) tolóajtós szellőző nyílásokon (megoldás gépészet déli falában) és felülvilágítókon (É-i, átrium felőli fal) keresztül képesek a használtlevegőt és hőenergiájukat leadni. Gravitációs termikus szellőzés a passzív szezonban átrium: Az átrium bütü falaiba integrált üvegajtókon és ablakokon keresztül frisslevegő utánáramlás lehetséges, mivel a kiemelt átriumtető a felmelegedő gravitációsan felszálló légáramlatot felülvilágító tetőablakaival kiszellőzteti. A közel 7,50 m magas átriumtér termikus kürtőhatása a hőrétegződés hőtechnikai heterogenitásának köszönhetően nagymértékben biztosított. A külső időjárás, szélviszonyok, ill. hőmérséklet viszont bizonyos esetekben lassító hatással lehet a gravitációs kürtőhatásra. A bazilika szerkezeti megoldással épített tornyok közötti 2 kiemelt felülvilágító tető ilyenkor a komfortérzetre kellemetlen és túlmelegedő légréteg torlódásának nyújt elnyelő pufferteret, anélkül, hogy a felső 2. emelet fejmagasságában a túlmelegedés az épületbelső klímáját negatívan befolyásolhatná. A nem kondicionált lépcsőházakban a földszinti külső ajtó (frisslevegő utánáramlás) és az 1. ill. 2. emelet nyílászáróinak megnyitásával gravitációs szellőzést lehet kialakítani. Gravitációs termikus szellőzés a passzív szezonban termelőcsarnok: A projekt egyik működésében legjelentősebb és megjelenésében is legmarkánsabb részkoncepciója a termelőüzem elsődleges technológiai terének, a gyártócsarnok természetes átszellőzése. A kb. 17,50 m mély tér csak egyetlen homlokzati burokkal rendelkezik a külvilág felé, így egy konzervatív ablakszellőzés hatásmélysége - mely esetünkben 2,5 x H gyártócsarnok = 2,5 x 3,40 m = 8,50 m-es ablakokat érintő sávot jelent - a lényegesen mélyebb teremben nem lehetséges. A legdélibb technikai-gépészeti sáv területe a legproblematikusabb egy natúrszellőzés tekintetében. Áramlástanilag viszont a csarnok szimmetriatengelye nyújtotta a legkedvezőbb pozíciót egy passzív gravitációsan felfelé működő természetes szellőzőkonstrukció szerkesztésére. A megengedett és financiális ráfordítás szintjén is vállalható magasság kihasználásával egy nagymértékben magától működő Afrikából és Közel-Keletről származó Bad-gír passzív szellőzőtorony vernakuláris princípiumot transzferált az Energiadesigner tervező egy modern építészeti koncepcióban. 3 kb. 15,00 m magas főként a csarnok (és indirekt irodák) kiszellőzésért felelős multifunkcionális torony transzparens (üveg, épületen belül) és transzlucens (polikarbonát, tetőszerkezeten felül) felületeivel a levegőn kívül a zenit golbálsugárzást is transzportálja az alulvilágított belső terekbe. A toronydesign munkálatai analizálták a legkülönbözőbb felfelé, ill. lefelé szűkülő tölcsérformákat, hiperbolikus ívelt csőstruktúrákat vagy akár homokórához, hőerőmű hűtőtoronyhoz hasonló irányokat is. A légközeg alacsony áramlási sebességének következtében viszont a legsúlyosabb determináns a légellenállás minimálása volt, melyet optimális esetben egy felfelé szélesedő tölcsér teljesíti. A szerkezeti és gazdasági paraméterek figyelembevételével viszont egy közel azonos ellenállású, egyszerűbb, olcsóbb és tisztább szerkezeti megoldású egyenes toronyverzió vitte el a pálmát. A tornyok elhelyezése áramlástanilag stratégiai eloszlásban a szimmetriatengelyen történt. A méretezéskor stacioner szimulációkkal számította a tervező a tornyok szellőző hűtőhatását szélsőséges esetben, továbbá bizonyította az elégséges és működőképes felhajtóerőt az után áramlást biztosító nyílászárók ellenállásával szemben. Energiaellátási koncepció a mesterprojektben A Föld űrhajó totális gazdagságába egy hatalmas biztonsági faktort terveztek be. Ezáltal az emberiségnek hosszú időn át nagyon sok tudatlanságot, nemtörődömséget engedélyeztek, mégpedig pontosan addig, amíg nem szerzett elegendő tapasztalatot, és nem fejlesztett ki általánosított alapelveket, melyek segítségével a környezet energiamenedzsmentjének folytonos növekedését uralni tudja. A betervezett használati utasítás hiánya a föld űrhajóval és az életet fenntartó, ellátó rendszerekkel való bánásmódhoz, az embert arra kényszerítette, hogy visszatekintve felfedezze azt, ami idővel a legfontosabb előrelátó képessége lett. Az ember intellektualitás saját magát kellet, hogy felfedezze. R. Buckminster Fuller Az épületkomplexum klíma- és technika koncepciójának megvalósíthatósága döntő mértékben függ attól, hogy milyen módszerrel lesz egy alkalmas energiakoncepció összeállítva és az épületre 102

103 rászabva, mint összorganizmussal leegyeztetve. A definiált működési elv által redukált összenergia mérleg üzemeltetési oldala a lokális környezeti adottságok kiaknázásával oldható meg. Környezeti energiákat hasznosító rendszereket, melyek a beépítési helyszín földrajzi helyzetéből, klimatikai paramétereiből kifolyólag, ill. a helyszíni talajviszonyok adottságai következtében lokálisan hozzáférhetőek, a teljesítményük szempontjából és speciális adottságaikra fókuszálva kivétel nélkül megvizsgálandók, analizálandók. A sikondai 1520/8 hrsz. telekadottságok következő forráskoncepciót generáltak: Rehau AWADUKT földregiszter-talajkollektor a frisslevegő beszívás előmelegítése, ill. előhűtése évszakszezon függvényében egy talaj levegő hőcserélőben. Különösen nélkülözhetetlen, ha nyáron a harmatpontőr kondenzációt riaszt a felületi temperáló rendszerben, melyet akkor átmenetileg le kell kapcsolni. Földszonda mező a sikondai terület karakterisztikus adottságai közé tartozik a geotermál energia. A beépítési telek területén az épületet északról határoló területen 25 db á 100,00 m mélységű 4 csöves D32 x 2,9 PE-Xa talajszondák segítségével 16,73ºC hőmérsékletű geo energiával közvetlenül lehetséges az épülethűtés-temperálás, ill. a fűtés előmelegítés. A szondarendszer egy 6-körös, egy 2x 6-körös és egy 7-körös Tichelmann rendszerben párhuzamosan kapcsolt osztó-gyűjtővel csatlakozik primer oldalról a talajhő-víz hőszivattyúkhoz. Az első próbafúrás elvégzése után egy 45 órás Geothermal Response teszt és egy EED 3.13 szondamező szimulációt hajtottak végre, melyek eredményeképpen egy első tervfázis adataiból (hőigény, szondahossz) a helyi szonda fajlagos fűtőteljesítménye kb. 40 kw/m szondahossz számszerűsíthető volt. A mérési eredmény aritmetikus 45 W/m átlagot mutat. ʎ talaj = 1,81 W/mK. Széltornyok - A helyi környezet adottságok másik fő eleme a szélenergia, mely bármely irányból az épület toronyszerkezetébe integrált a rotációs szimmetrikus Venturiszellőzőnyílásokon keresztül kiáramló használtlevegőre szívóhatást gyakorol, szélindukált természetes légelszívást biztosítva. A lokális adottságok kiaknázásának záróakkordját a napenergia képezi. A koncepció és engedélyezési tervfázis számításai alapján: egy PV- Fotovoltaikus szoláris elektromos áram termelés 1. fejlesztési fázisban 60 db, 2. periódusban további 360 db bővítéssel jelenleg az építőipari piacon leghatékonyabb monokristályos pl. Korax 240, vagy egyenértékű és minőségű szolármodul, max. 14% hatásfokkal telepítendő. A kedvező adottságúnak mondható kb kwh/m 2 a globálsugárzás értéke horizontális felületre, ill. a METEONORM klímíadatbankból átlag 220 W/m 2 teljesítmény az adatbank napsütéses óráival számolva 1. fázisban 60 db modullal 12595,00 kwh/a, össz. 420 db modullal pedig 88160,55 kwh/a fotovillamos energiatermelést produkál. Szolártermika HMV előállítás, szoláris hőenergia termelés 5x2 db Rehau Solect QK síkkollektorokkal. HMV, tusolók ellátása és fűtésrásegítés céljából. 103

104 A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) felszínközeli geotermikus talajszonda rendszere az energiaellátási koncepcióban A prototípus mesterprojekt (RATI iroda és ipari épület) felszínközeli geotermikus föld-levegő talajkollektor hőcserélő rendszere az energiaellátási koncepcióban 104

105 3. Modul: Épületgépészet (HVAC) megoldásai NZEB épületekben A NZEB és aktívházak esetében a következő alapvető tervezési stratégia érvényes: 1. Az összes lehetséges és ésszerű passzív megoldás alkamazása, integrációja, kiaknázása 2. Az épületburok nyereségmaximáló stratégiával a megújuló energiaforrások használatához szükséges optimalizált burokgeometriával és felületekkel 3. A lehető leghatékonyabb és ésszerű gépészeti rendszermegoldások alkalmazása 3.1 Alapfogalmak Helységkondicionálás Passzív (hibrid) helységkondicionálás Épületszerkezetek termikus aktiválása Beton/vasbeton födémszerkezetek felületi fűtésre/hűtésre való használata beágyazott (bebetonozott) vízzel átáramoltatott vízcsőhálózat segítségével. A termikus hőtároló tömeg miatt fáziseltolódás alakul ki. Ezáltal a hűvös éjszakai levegő egy visszahűtő berendezésen keresztül a nappali hűtést tudja kiszolgálni. A hőigény terhelések kiegyenlítődnek és így a szükséges hűtési teljesítmény csökken. A fűtési időszakban is hasznosíthatók hatékony módon megújuló energiaforrások, a mérsékelt rendszerhőmérsékleteknek köszönhetően. Padlófűtés/a-hűtés A padlószerkezet temperálása a burkolat alatt vízzel átáramoltatott vízcsőhálózat segítségével. Előfeltétel, hogy egy megfelelő méretű padlófelület legyen aktiválva és szükséges, hogy a fűtő csőhálózat fölötti rétegek jó hő vezetőképességgel rendelkezzenek. Maximális felületi hőmérsékletek korlátozzák a rendszer teljesítményét. A megújuló energiaforrásokkal való kombináció hatékony megoldás, mert kizárólag mérsékelt rendszerhőmérsékletek szükségesek az üzemeltetéshez. A homlokzat mentén bizonyos esetekben nem elegendő a fűtési teljesítmény ahhoz, hogy a homlokzat menti hideg levegő leesést megakadályozza. Ilyen esetekben konvektorokkal szükséges kiegészíteni a rendszert. A termikus komfortérzet megóvása érdekében padlószerkezettel csak kismértékben lehetséges a hűtés. Mennyezeti hűtőfödém/fűtőfödém Vízvezeték hálózatot magába foglaló felületi hűtőrendszer a mennyezeti födém közelében. A hűtési illetve a fűtési hőenergiát főként sugárzás által adja le a rendszer. Függesztett álmennyezet esetében, mikor a rendszer a helységlevegő által körbe van áramolva, egy bizonyos konvektív részarány is kialakulhat. Kondezációból adódó párakicsapódás elkerülése végett mennyezeti hűtő födémek legtöbbször szárítóberendezésekkel lesznek kombinálva. Folyamtosan rendelkezésre álló regeneratív energiaforrások jól hasznosíthatóak. Éjszakai szellőzés Az éjszakai szellőző levegő mennyiségének növelése annak érdekében, hogy a hőtároló tömeggel rendelkező épületszerkezetek kihűljenek. Az éjszakai szellőzés szabad hűtés - hatékony, ha elegendő szabadon lévő hőtároló szerkezet (nincsenek elburkolva) vagy PCM (Phase Change Material, fázisváltó anyagok) rendelkezésre állnak, ha magas légcsere biztosítható az éjszakai 105

106 órákban, és ha az éjszakai külső léghőmérsékletek elég alacsonyak. A belső tereknek jól átáramolhatónak kell lenniük (szabad átszellőzés). A kürtőhatás és az átellenes oldalon lévő nyílások kihasználása intenziválják az átszellőzést. Megfelelő szellőzőnyílások időjárás elől és biztonságtechnikailag védett kialakításúnak kell, hogy legyenek, továbbá elegendő szabad szellőzési keresztmetszetre is szükség van. Az éjszakai szellőzés épületfelügyelet segítségével automatizálható, szabályozható. PCM (Phase Change Material, fázisváltó anyagok) Kapszulákban kiszerelt, magas hőtároló potenciállal rendelkező anyagok, melyek a fázisváltást hasznosítják. Növekedő helységhőmérséklet mellett felolvad az anyag, miközben a tömegéhez képest nagy mennyiségű hőt képes felvenni. Ezáltal az operatív helységhőmérséklet további hő terhelés ellenére is hosszabb ideig egy bizonyos hőmérsékletszinten képes maradni. A hűtő hatás addig áll fenn, amíg a fázisváltó anyag teljes mértékben fel nem olvadt. A fázisváltási határhőmérséklet alatti környezeti hőmérséklet mellett a PCM anyag felvett hőenergiáját le lehet tölteni. PCM anyagot gipszrost lapokban, gipszkartonban, illetve festékekben alkalmazzák vagy zacskókban kiszerelt granulátumként álmennyezetekre helyezi el őket. Aktív helységkondicionálás Decentrális (helyi) szellőző berendezés Frisslevegő bevitel és kondicionálás homlokzatba integrált berendezés segítségével. A beszívott frisslevegőt egy ventilátor egy hőcserélő mentén szívja meg az így átvezetett levegő temperálása céljából. Abban az esetben, ha a használt levegő is a berendezésen keresztül távozik, akkor hővisszanyerés lehetséges. Bizonyos hűtési teljesítmény és nedves külső levegő esetén kondenzvíz elvezetés szükséges. Indukciós berendezés Központilag előkezelt levegő belső utófűtése/-hűtése. A légcsatornákból bevezetett levegőt egy hűtő/fűtő kaloriferen keresztül áramoltatva hűteni, illetve fűteni lehet. Az indukciós hatásnak köszönhetően a belső helység levegőjét megszívva a belső levegő is kondicionált lesz, miáltal a teljesítmények növekednek. Konvektor Hő/hideg átadása konvekció segítségével. A levegő hőcserélő lemezeken keresztül temperált, majd konvektív légáramlás elvén a helységbe áramlik. A célzott áramlási irány miatt konvektorokkal vagy fűteni, vagy hűteni lehetséges. Ha fűtésre vagy hűtésre van szükség, akkor ventilátor konvektorokra van szükség. Levegő vezetés A frisslevegő ellátás elosztása és adott esetben a használt levegő gyűjtése. Épületszinten a szellőztetett zónák egyesével, befújással és elszívással elláthatóak. Utánáramlási nyílások alkalmazásával több zónát soros kapcsolással lehetséges összekötni. Ilyen esetekben az elszívás abban a helységben történik, ahol a legalacsonyabb az előírt higiéniai szint. Abban az esetben ha egy kizárólag befújást biztosító rendszert építenek ki, a használt levegő a homlokzati nyílászárókon keresztül hagyja el az épületet. Kizárólag használtlevegő elszívó rendszerek fordítva működnek, ekkor viszont a frisslevegőt nem lehetséges központilag előkondicionálni. Helységszinten a fisslevegőnek beáramlási anemosztát nyílásokon keresztül kell, hogy beáramoljon a helységbe. A különböző be- és kiáramlási anemosztát nyílások elrendezése, a ki/be-áramlási sebességek és hőmérsékletek függvényében kevert és elárasztásos szellőzésről beszélünk. Hőérzeti komfort szempontjaiból kifolyólag a beáramló frisslevegő hőmérsékletének egy határértéken belül kell lennie. Magas légsebességek tartózkodási zónákban elkerülendők. 106

107 Légkezelő berendezés Légkezelő berendezés a levegő szállítása és kondicionálása céljából. A légkezelő berendezések általában több, egymás mögé elhelyezett komponensekből állnak. A levegő mozgatja/szállítja, szűri, fűti, hűti, párásítja vagy szárítja a berendezés. Gyakran egy hővisszanyerő is be van építve a légkezelő berendezésbe. A gépek egy vagy több szellőzőközpontban kerülnek elhelyezésre. Ezekből a helységekből légcsatornák, légaknák látják el a helységeket frisslevegővel. Levegős hő visszanyerő esetén a használtlevegőt vissza kell vezetni a szellőző központba. A szellőző központok és a légcsatorna hálózatok számára megfelelő méretű helyet biztosítani kell. Rövid és közvetlen légcsatorna vonalvezetés bekerülési költségeket és meghajtási energiát takarít meg. Ha nagymennyiségű légellátás szükséges, akkor különösen ügyelni kell a komfortos levegő bevezetésre a helységekben. Split klímaberendezés Villamos energiával meghajtott decentrális helység klimatizáló berendezés, fűtési és hűtési célból. A kültéri egységben egy kompresszor és egy hulladékhő ventilátor található. A kompresszor hűtőfolyadékot tömörít össze, melyet egy hűtőfolyadék vezetéken keresztül vezet be a berendezés a beltéri egységbe. Itt a tömörített hűtőfolyadék elpárolog, aztán a keletkezett hideg egy ventilátoron keresztül konvekció által a helységbe átadódik. Split klímaberendezések reverzibilis működőképességűek és ezúton fűtésre is lehet őket használni. Rendszerhőmérsékletek Egy fűtési vagy hűtési rendszer előremenő és visszajövő közeghőmérsékletei. A helységoldali hőátadó rendszer függvényében különböző előremenő közeghőmérsékletek szükségesek. Konvektív rendszerek, mint pl. az indukciós berendezések vagy a fűtő konvektorok magas előremenő hőmérsékleteket igényelnek. Felületi fűtési rendszerek képesek alacsony, mérsékelt előremenő hőmérsékletekkel működnek és ezért jobban alkalmasak regeneratív hőforrások hasznosítására. Ugyanez érvényes a hűtő rendszerekre is. A helységkondicionáló rendszer megválasztása függ a funkciótól, a homlokzat milyenségétől és a külső helyi klimatikai, időjárásviszonyoktól. A funkcióból eredeztethetőek a komfortkövetelmények, a belső hőterhelések és a frisslevegő igény. A homlokzat befolyásolja a szoláris nyereségeket és a természetes szellőzési lehetőséget. A külső klímától függ, hogy fűteni vagy hűteni szükséges, párásítani vagy szárítani kell a belső levegőt. Energetikai okokból kifolyólag kedvező, ha a helység csupán a higiéniailag szükséges légmennyiséget kapja, a hőt illetve a hideget vizes közegű rendszereken keresztül kell szállítani. Abban az esetben, ha termikus szolárrendszert alkalmaznak vagy a talajhőt hasznosítják, a felületi fűtő- és hűtő rendszerek kombinációja előnyös. 107

108 Helységkondicionáló rendszerek [YY] 108

109 3.2 Mesterséges Szellőzés Gépi szellőzés A természetes ablakszellőzés magas energiaveszteségeinek elkerülése végett célszerű NZEB és aktívházak esetében egy automatikusan szabályzott légkezelő berendezést hővisszanyeréssel integrálni. Hatékony hővisszanyerés mellett téli üzemidőszakban 75-90% mértékben csökkenthetőek a hőveszteségek, nyáron, aktív hűtés esetén pedig akár 60% mértékben redukálhatók a hűtési energiaveszteségek. A ventilátorok által fogyasztott villamos energia mennyiségének a 8-15-szörösét képes a hővisszanyerés kompenzálni. A mesterséges szellőzőrendszer konstans frisslevegő ellátást biztosít, minimum 0,3 h -1 légcsereszám mellett, melyet bármikor növelni (csökkenteni) lehetséges, - használói igényeknek megfelelő szabályzással. Ezúton magas színvonalú komfortérzet biztosítható, az esetlegesen felgyülemlő páramennyiséget elvezeti és így a penészesedés kialakulását megakadályozza. A szabályzás időprogram, jelenlét érzékelés (mozgásérzékelő) vagy kapcsolóval történhet, de igény alapú szabályozási programok alapján is. CO 2, keverék gáz vagy VOC-szenzorok mérései alapján a legjobban igényorientált (optimális légcserét biztosító) szabályzás és vezérlés lehetséges, mivel a tényleges légszennyezettség mértékre reagál az automatika. Ezáltal a fölösleges túlzott légcsere kiküszöbölhető nagymennyiségű szellőzésből adódó hőveszteség- és üzemeltetési költségcsökkentést előidézve. A magas szintű használói elfogadottság és kényelemérzet biztosításához szükséges, hogy az automatika ellenére a használói beavatkozás lehetősége mindenkor fennálljon: főként a hőmérséklet (+/- 5 K) és a légtérfogat áram változtathatósága terén. Egy lakóépületbe a gépi szellőzés rendszere központilag vagy decentális módon helyezhető el. A frisslevegő bevezetés közvetlenül beáramlik a fő helységekbe, a hálóba, napaliba, gyerekszobába és iroda/munkaszobába. A használt levegőt a légkezelő berendezés a nagy terhelésű, emisszióval rendelkező helységekből, a konyhából, fürdőből, WC-ből szívja el és vezeti be a hővisszanyerő egységbe a téli, fűtési időszakban. A nyári időszakra a légkezelőben szükséges egy by-pass kialakítása, hogy a távozó használtlevegő nyáron a hővisszanyerőt el tudja kerülni. A fűtési időszakban viszont a használtlevegő hőeneregiájának egy jelentős részét elvonja a hővisszanyerő és ezt átadja a beszívott firsslevegőnek. Az ilyen szellőzőrendszert kaszkádszellőzésnek hívják, mikor a befújt levegő a különböző terekben többszörösen hasznosított és a levegő útjának egyértelműen meghatározott iránya van. A frisslevegőt a homlokzatba vagy tetőbe integrált nyíláson keresztül szívja be a rendszer az épületbe, miközben ügyelni kell a rövidzárak kialakulásának a veszélyére is. Egy földcsatorna alkalmazásával a talajrétegek kiegyensúlyozott hőmérséklete hasznosítható a beszívott frisslevegő előkondicionálásával, miután a helységekbe bevezetendő levegő megkapja a fűtést vagy hűtést a légkezelőben. A beszívott levegő egy szűrőegységen áramlik, keresztül mielőtt beáramlik a légkezelőbe. A szűrő a levegő portartalmát, pollen és egyéb szennyeződéseket képes megszűrni, ezúton komfortos belső környezetet kialakítani, nem csak allergiások számára. A szűrő rendszeres cseréje elengedhetetlen a magas szintű légminőség biztosításához. A légminőség javítása érdekében a légcsatornák könnyen megközelíthetőnek kell, hogy legyenek. Visszakevert szellőzés higiéniai okokból kifolyólag nem javasolt. A mesterséges szellőzést hő visszanyeréssel, adiabatikus hűtési rendszerekkel, frisslevegőt temperáló kollektorokkal, földcsatornákkal kombinálva a szellőzési hő- és hűtési igényeket lehet csökkenteni, - megfelelő 109

110 tervezés és épületkoncepció esetén ezek a passzív technikák konvencionális gépesítést tudnak kiváltani. A gépi szellőzés elemei Légkezelő A légkezelő berendezések a levegő szállítását és kondicionálását/ kezelését szolgálják. Befújás és elszívások kívül a levegőt fűteni, hűteni, szűrni/tisztítani, párásítani-nedvesíteni és szárítani képesek, valamint hőt is tudnak visszanyerni a használt levegő hulladékhőjéből. NZEB és aktívház épületekben célszerű a helységkondicionálást vizes közegű gépészeti rendszer segítségével végezni, különben ha ez légtechnikával történne akkor nagy légmennyiségekre lenne szükség, ami sem energia hatékony, sem optimális komforttechnikai megoldás belső terekben. A légkezelő gépeknek három alapvető fajtája van: Szellőzető berendezések (csak szellőzés, illetve max. egy további funkció, pl. frisslevegő fűtés) Részben légkondicionáló berendezések (szellőzés plusz két-három további funkció, pl. frisslevegő fűtés és hűtés) Légkondicionáló berendezések (szellőzés plusz az összes extra termodinamikai funkció: fűtés, hűtés, szárítás, nedvesítés) Ezenkívül megkülönböztetünk: túlnyomásos alnyomásos légkezelő rendszereket. Az alnyomásos rendszer nagyobb légcsatorna keresztmetszeteket igényel, mivel alacsony nyomás mellett szállítódik, a levegő a rendszerben viszont kevesebbet fogyaszt a ventilátor. A túlnyomásos légtechnika nagy légsebességekkel transzportálja a levegőt (10-25 m/s), majd a helységbe való belépés előtt lassító csatornaegységekben enyhít a sebességen, a komfortnívó tartása végett. Magas ventilátor elektromos áramigénnyel rendelkezik. A szállított és szabályzott légtérfogat áram szempontjából megkülönböztetünk: konstans légtérfogat áramot biztosító (CAV, constant air volume) változtatható légtérfogat áramot biztosító (VAV, variable air volume) rendszereket. Abban az esetben, ha a variábilis légtérfogat áramot szolgáltató légtechnika a hőmérsékleteket (fűtés, hűtés) a légmennyiség változtatásával éri el, akkor nagyobb légmennyiségekre van szükség, mint a higiéniailag szükséges adag, ami hatékonyatlansághoz vezet. Lényeges megjegyezni, hogy a légkezelő berendezések alkotóeleminek kis nyomásveszteséget szabad csak okozniuk a rendszerben, valamint, hogy rendszeres karbantartás és tisztítás szükséges a levegő minőségének biztosítása végett. Ventilátor: központi vagy decentrális légkezelő egységekben is alkalmazzák. Axiál ventilátorokat és radiál ventilátorokat (sugárirányú ventilátor) különböztetnek meg, az axiál ventilátor esetében a légáramlás a ventilátor forgástengelye mentén történik. Axiál ventilátorok kis- és nagyméretben is 110

111 működnek különböző légkezelő rendszerekben, hibrid alkalmazásban pedig egy természetes módon meghajtott frisslevegő csatornába integrálva addig nincs meghajtva a ventilátor, amíg elegendő a frisslevegő beáramlás a helységbe passzív módon, - csak további frisslevegő légmennyiség igény esetén kapcsol be a gépi ventilátor meghajtás. Ventilátorlapát dőlésszöget és fordulatszámot igény szerint lehet beállítani. A ventilátorok jelleggörbéiből leolvasható egy adott ventilátor esetében a fordulatszámhoz tartozó nyomáskülönbség. Szűrők: Megkülönböztetünk durva, finom és lebegőanyag (vírusok, füst, mikrobák) szűrőket, melyek feladata a kültéri levegő szűrése portól és finomrészecskéktől a légkezelőben. Léteznek elektromos szűrők is, melyek a porszemcséket, részecskéket elektromosan feltöltik, majd elektromosan töltött felületeken összegyűjtik. A szűrőket rendszeren kell cserélni, különben a nyomásesés növekszik (csökken a hatékonyság) és a befújt levegő minősége romlik. Fűtő-hűtő kalorifer: A helységbe befújandó frisslevegő fűtését és hűtését szolgáló berendezések, melyek hőcserélőként egy fűtő, illetve hűtő folyadék által át vannak áramoltatva és a levegő áramlási keresztmetszetében hőt adnak át a kezelendő levegőnek. Ha a levegőt a harmatponti hőmérséklet alá hűti a kalorifer, akkor kondenzáció, párakicsapódás keletkezik, tehát a levegő szárítása történik. A kalorifernek a lehető legnagyobb hőátadó felületet kell képezniük, ugyanakkor a lehető legkisebb nyomásesést szabad csak okozniuk. Növekvő teljesítmény igénnyel növekszik a kaloriferek helyigénye is. Légpárásító/nedvesítő: Különösen télen, az előfűtött (és ezúton kiszáradt) frisslevegő nagymértékben ki képes szárítani a belő terek levegőjét, a páratartalom csökken. Ez okból kifolyólag az előmelegített frisslevegő a légkezelőben párásítani lehetséges különböző módszerekkel. A légáramba vízgőzt lehet ereszteni, vagy vizet beporlasztani, mely nedvességet aztán a helységbe áramló levegő felvesz. Ultrahangos beporlasztásos technikával, ultrahang segítségével nagyon kisméretű finom vízgőz részecskéket lehet létrehozni, melyeket a frisslevegő áramlatok abszorbálnak. Lényeges ügyelni a rendszerek karbantartásra, tisztításra, különben mikrobák, baktériumok telepedhetnek meg a rendszerben. Csappantyú/zsaluzat: A légtechnika légcsatorna hálózatának, egyes csatornaegységek, hálózatrészek nyitásához, zárásához szükséges légtechnikai elemek. A légcsatornákban áramló levegő légtérfogat áramának a szabályzására is alkalmazhatók. Különböző formában alkalmazhatók a nyitó/záró szerkezetek: zsaluzia, forgó csappantyú vagy toló csappantyú. Jellemző alkalmazási terület a by-pass nyitás/zárás, illetve bizonyos épületrészek légtechnikai leválasztása/visszacsatolása. Tűzvédelmi funkcióban tűzszakaszok közötti tűz gátló/álló lezárást lehet tűz gátló csappantyúkkal létrehozni. Légcsatorna: A légtechnika központ légkezelő berendezéséből kiindulva függőleges és vízszintes légcsatorna hálózaton keresztül közlekedik a levegő gépi szellőzés esetén. Kis légmennyiségek esetén spirálkorcolt acéllemezből (bádog) készült csőcsatornákban, illetve lapos légcsatornákban szállítható a levegő, függőleges strang-csatornákban és vízszintes csatornákban az álmennyezetben vagy álpadlóban. Speciális megoldás az álpadló légterének elárasztása, mely megoldás higiéniai problémákat vethet fel. Nagy légmennyiségek esetén falazott vagy betoncsatornákban, aknákban történik a levegő áramoltatása. Anemosztát: A frisslevegő helységbe való bevezetését szolgáló légtechnikai nyílások. A szellőzés fajtájától, a helység funkciójától és a helység geometriáját függően különböző anemosztátokat szükséges alkalmazni. Jellemző feladata a frisslevegőt bevezető anemosztátoknak a bevitt frisslevegő elkeverése a meglévő helység levegő mennyiségével (bekeverés), a légáramlási sebesség korlátorzása és a célirányos levegő vezetése egy helységben. Leggyakrabban elárasztásos nyílások, örvényképző nyílások és távolra dobó szelepek célszerű megoldások. Az elárasztásos anemosztátok nagyméretű felülettel rendelkeznek annak érdekében, hogy minél kisebb légáramlási sebességgel minél kevesebb frisslevegő keveredjen el a helységlevegővel. 111

112 Örvényképző nyílások ezzel ellentétben egy minél gyorsabb levegő elkeveredést biztosítanak, hogy a helységlevegő hőmérsékletnél hidegebb frisslevegőt lehessen a helységbe bejuttatni anélkül, hogy a komfortszint csökkenne. A távolra dobó anemosztátok célirányosan juttatják be a levegőt előre meghatározott pozícióba, más megoldással pedig, pl. indukciós eleven a helységlevegőt lehet elszívni és ezáltal légkeveredést beindítani. A coanda hatást kiaknázva, egy helységhatároló felület (fal, mennyezet) mentén frisslevegőt lehet befújni a helységbe, amely a kialakult alacsony nyomású felület menti zónában, a fal vagy mennyezet mentén elkezd áramolni és ezúton a légellátás elosztását a helységben javítani. Négyszögletes, kerek és rés formájú anemosztátokat ismerünk, melyek gyakran egy szeleppel vagy térfogatáram szabályzóval vannak ellátva annak érdekében, hogy helységenként lehessen a légmennyiségeket beállítani. Beépített szekrényekbe, álmennyezetbe, álpadlóba vagy rendezvénytermekben, koncerttermekben, mozikban, színházban az üléssorok szerkezetébe integrálhatóak. Ha közvetlenül a tartózkodási zónába engedi be a levegőt az anemosztát, akkor ügyelni kell a bevitt levegő sebességére (korlátozás!), a huzathatás elkerülése miatt. Térfogatáram szabályzó: VAV (variable air volume) légtérfogat áram szabályzók elhelyezésével a légcsatornák bizonyos pontjain változtatható légmennyiségek előállítása és helységbe szállítása lehetséges. A szabályzás épületfelügyeleti automatika vagy kézi kezelés alapján működhet. Használtlevegő elszívó anemosztátok: A használtlevegő elszívás a frisslevegő bevitellel szemben lényegesen egyszerűbb műszaki feladat, mivel ebben az esetben nincsenek figyelembe veendő komfortigények. Eltakart nyílásokként vagy a frisslevegőt befújó anemosztátokoz hasonlóan lehet kialakítani őket. Speciális esetben a helység világító test szerkezetébe van integrálva a használtlevegő elszívás, mely ezúton a lámpatest huldékhőjét és a helység használtlevegőjét egyszerre szívja el egyben a helység hőterhelését csökkenti. Utánáramlási nyílások: Ha egy átrium légtere az épületen belüli légvezetésnek szerves részét képezi, vagy a levegőt több helységen keresztül szeretnénk áramoltatni, akkor egyes épületszerkezetekbe utánáramlási nyílásokat kell integrálni. Egy ajtószárnyba integrált rés vagy rács formában kivitelezhető, de tűzgátló előírások esetében speciális tervezésre, kivitelezésre van szükség. Hőviszanyerés: A használtlevegő (hulladék)hőjének elvonása és a frisslevegő vagy egy fűtési rendszer számára való átadása a hővisszanyerés. Különböző építésű és levegő vonalvezetésű hőcserélőt ismerünk, melyek különbözően működnek és eltérő hatásfokkal is rendelkeznek. Egy párásító egység kombinációjával nyáron a hővisszanyerőt adiabatikus hűtésre lehet használni. Ha mind a frisslevegő, mind a használtlevegő légcsatornás rendszerben áramlik, akkor lehetőség van a hővisszanyerésre. Ha használt levegő a nyílászárókon távozik az épületből, akkor nem lehetséges a hővisszanyerés. Ha a használtlevegő elszívás egy átriumban történik, akkor a hővisszyanyerés egy zárt cirkulációs hálózaton keresztül vagy egy használt levegőt hasznosító hőszivattyúval oldható meg. A nyílászárókon keresztül történő frisslevegő ellátás esetében kizárólag egy használt levegőt hasznosító hőszivattyúval oldható meg a hővisszanyerés, - ekkor a visszanyert hőt a fűtési rendszerbe lehet táplálni. A hővisszanyerés hatékonyságát a hővisszanyerési szám fejezi ki, amely a befújt és elszívott használt levegő, valamint a használt levegő és a külső levegő különbségeit írja le és arányosítja egymással. Tipikus értékek: Keresztáramú lemezes hővisszanyerő 45-65% Kereszt-ellenáramú lemezes hővisszanyerő 50-80% Forgódobos hővisszanyerő 65-80% Heatpipe 37-70% Kapcsolt cirkulációs vizes közegű hálózat 40-70% 112

113 Használtlevegő hőjét hasznosító hőszivattyú rendszerfüggő Gyakori a keresztáramú lemezes hővisszanyerő alkalmazása, mivel jó kompromisszumot mutat a gazdaságosság és a karbantartási igény területén. Egymástól 2-10mm távolságban elhelyezett alumínium lemezekből áll a konstrukció; a lemezek közötti résekben egymástól elkülönítve áramlik keresztáramban a friss- és használtlevegő. Léteznek ellenáramban működő verziók is. A használtés frisslevegőt egy légkezelő központban szükséges összevezetni. Magas hatékonyságú és higiéniájú megoldás, mivel használt- és frisslevegő közvetlenül nem, - csak hőtechnikailag - találkozik egymással. Egy forgódobos hővisszanyerő ellentétben magasabb költséggel és karbantartási költségekkel (= életciklusra vetített költségekkel) jár. Egy tárolókerék forog a használtlevegő és a frisslevegő áramlási útjában (a két áramlás között forogva) és elvonja a használt levegő hőjét, majd az ellenáramlás elvén, 180º-os fordulat után átadja a felvett hőenergiát a frisslevegőnek. A méhsejt mintájú perforált légáteresztő rotor készülhet olyan anyagból is, amely a hővisszanyerés mellett páratartalom/nedvesség visszanyerést is lehetővé tesz. Előnye, hogy nedvesség visszanyerés is lehetséges kondenzációnak köszönhetően, bár ezért a karbantartás és a higiénia problematikus, továbbá szennyeződés és részecskeátvitel mellett szagátterjedés is bekövetkezhet (hátrányok). A használt- és frisslevegőt egy légkezelő központban szükséges összevezetni. A heatpipe megoldás egy bordázott csőszerkezet hűtőfolyadékkal feltöltve. Ipari hőtechnikai folyatok esetében használatos. Kis helyigényű és karbantartási igényű megoldás. A hűtőfolyadék állandó hőmérséklet mellett párolog és lecsapódik (folyékonnyá válik). Az alsó részben a használtlevegő hője párologtatja a hűtőfolyadékot, majd a heatpipe felső részében kondenzálódik a hűtőfolyadék a hidegebb frisslevegő hatására és ismét leesik a heatpipe alsó felébe. Eközben a hasznát levegő lehűl, a frisslevegő pedig felmelegszik. Kapcsolt cirkulációs vizes közegű hálózat két különálló vizes vagy egyéb tárolófolyadék közegű hőcserélőből áll, melyek egyike a használtlevegő csatornájában, másik pedig a frisslevegő áramlási útjában áll. Egy szivattyú segítségével a használt levegő hőenergiáját a vizes cirkulációs vezeték átszállítja a frisslevegőhöz és átadja neki. Előnye, hogy a friss- és használtlevegő útját nem kell összefogni, hátránya viszont, hogy hatásfoka alacsonyabb. A használtlevegő hőjét hasznosító hőszivattyú a használtlevegő (hulladék)hőjét egy magasabb hőmérséklet nívóra emeli, majd ezt a hőenergiát a frisslevegő vagy a fűtési rendszer számára rendelkezésre bocsátja. A hőszivattyú kompresszora extra meghajtási segédenergia igényes. A frisslevegő minősége nem romlik ebben a rendszerben. Előnye, hogy a friss- és használtlevegő útját nem kell összefogni, viszont a hatásfok nagymértékben függ a használtlevegő hőmérsékletétől, valamint a hőfogadó rendszer igényelt hőmérsékletétől. Olyan légtechnikai rendszerekben, melyekben például csak elszívás működik ott lehetséges megfelelő rendszerhőmérsékletek mellett ennek a megoldásnak a hatékony alkalmazása. A használtlevegő gyakran a külső levegő hőmérséklete alá hűtődik ebben a megoldásban. A hővisszanyerés a fűtési energiaszükségletet csökkenti nagymértékben, - egy jó épület terv és hőtechnikailag jó épületburok esetében a fűtési igény olyan kevés, hogy a fennmaradó igényt már a szellőzéssel is meg lehet oldani. A központi légkezelőben vagy a befúvó anemosztátok közelében ezért fűtő kalorifereket lehet elhelyezni. Konvencionális keresztáramú lemezes hővisszanyerők jó hővezető képességű fémlemezek segítségével cserélnek ki hőenergiát, anélkül, hogy a használt és a frisslevegő érintkezne egymással. Ez a rendszer a fűtési időszakban azzal a mellékhatással jár, hogy a befújt levegő nagyon száraz lesz. Ezt a problémát egy új fejlesztésű minőségi papírból készült hőcserélő azzal ellentételezi, hogy nem csak hőt, hanem a levegő páratartalmát is cseréli. A légkezelőkben lehetséges párásító egységek tervezését és használatát kerüljük el a magas energiaigény és a higiéniai szennyeződési problémák miatt. 113

114 Nagyon magas hatékonyságú kereszt-ellenáramú lemezes hővisszanyerők kis decentrális légkezelőkben fordulnak leggyakrabban elő. Ezek a berendezések kivezetik a meleg használtlevegőt az épületből, miközben egy kerámia hőcserélő felmelegszik, termikusan feltöltődik. Egy bizonyos idő után ezt a légáramlás irányát megfordítja a rendszer és a beszívott frisslevegőt előkondicionálja a termikusan feltöltött kerámia hőcserélő. h,x diagram (1017 mbar páranyomásnál): A nedves/párás levegő állapotának és változásának különböző tulajdonságait a h,x diagram segítségével állapíthatjuk meg. Az x-kordináta az abszolút páratartalom értékeit mutatja, az y-koordináta pedig a levegő hőmérsékletét. Az állandó léghőmérsékletekhez tartozó vonalak, az izotermák enyhén emelkedőek. A görbék azonos relatív levegő páratartalom értékekhez tartoznak. Az 1,0 görbe a 100% relatív páratartalmat, a levegő nedvességgel való telítettségi állapotát képviseli (telítettségi görbe). Ez a görbe fölötti terület az alultelített levegő területe, a görbe alatti rész a túltelített levegő területe. Az entalpia, a levegő hőtartalmát fejezi ki [kj/kg] és egy egyenes mentén ábrázolt. Példa h,x diagram: 20 C hőmérsékletű és 50% relatív páratartalmú levegő esetében a hőmérséklethez tartozó izotermát jobb felé követve a hőmérséklet és a páratartalom metsző pontját érjük el. Ebből a pontból egy egyenest lefelé vetítve a telítettségi görbével kialakuló metszőpont segítségével megkapjuk (balra vetítve az izotermák mentén) a levegő harmatpontját (9,2 C). A vízszintes koordináta tengelyekből leolvasható az ehhez a levegőhöz tartozó abszolút pártartalom (7,3 g/kg) és a páranyomás értéke (11,7 mbar). A levegő entalpiájának meghatározásához az izoterma és a relatív páratartalom metszeti pontjából egy merőlegest vetítünk az entalpia tengelyére (38,5 kj/kg). Ennek az egyenesnek a telítettségi görbével való a metszetéből megkapunk egy pontot, melyből balra az izotermák mentén vetítve a hűtési határhőmérséklet f olvasható le, 13,8 C. Keveredési folyamat: Télen a hideg külső levegő (q a külső levegő hőmérséklet, x a külső levegő abszolút páratartalom) a meleg belső levegővel (q i belső levegő hőmérséklet, x i belső levegő abszolút páratartalom) keveredik és kialakul egy kevert levegő állapot ( M külső levegő hőmérséklet, x M külső levegő abszolút páratartalom), a relatív páratartalom j M a külső j a és a belső j i értékeket összekötő egyenesen helyezkedik el. Felmelegedési folyamat: Ha a hőmérséklet növekszik ( q 2 > q 1) és az abszolút páratartalom konstans marad (x 1 =x 2 ), a relatív páratartalom csökken (j 1) miközben növekszik az entalpia (h 2 >h 1 ), mivel a levegő hőenergiát vett fel. Lehűlési folyamat: Ha egy helységet hűtenek, ugyanakkor az abszolút páratartalom azonos marad (x 1 =x 2 ), akkor növekszik a relatív páratartalom (j 1) és csökken az entalpia (h 2 <h 1 ). Ügyelni kell arra, hogy hűtési határhőmérséklet (q K) a harmatponti hőmérséklet alatt kell, hogy legyen (q Tp), különben párakicsapódás keletkezhet felületeken. Ha mégis magasabb a hűtési határhőmérséklet, mint a harmatponti hőmérséklet, akkor a levegőt szárítani kell. Párásítási folyamat: HA a levegőt gőzöléssel nedvesítik (x 2 >x 1 ), akkor növekszik az entalpia azonos hőmérséklet mellett. Párásításnál vagy beporlasztásnál az entalpia konstans marad (h 1 =h 2 ) a levegő pedig lehűl (q 2 < q 1). Az entalpiatengelyre merőleges vonalat követve lehet a levegő állapotait megérteni. 2<j 2<j q A mesterséges szellőzés tervezése Optimális szellőző levegővezetéssel magas komfortnívót és energia-megtakarítást lehet elérni. A légvezetési fajták a következő jellemzőkben különböznek egymástól: 114

115 Milyen módon visszük be a levegőt a helységekbe A levegő elő és utókezelése (fűtés-hűtés) Hővisszanyerés Annak érdekében, hogy hő- és meghajtási energiát lehessen megtakarítani a levegő vezetésének a módját, a szellőztetett zónák hőmérsékleteit egymáshoz kell hangolni, a kürtőhatást és termikus felhajtóerőt, illetve a szélviszonyokat hasznosítani szükséges. A légminőség és a légcsere további meghatározó tervezési faktorok. Huzamos tartózkodási helységekben a legjobb légminőséget kell előállítani, ezekből a terekből aztán továbbáramolhat a használt levegő a kevésbé huzamos tartózkodási zónákba, közlekedőkbe vagy elszívásos szellőztetésű helységekbe, pl.: mellékhelységekbe, szociális helységekbe. A légtechnikai központból, a légkezelőtől légcsatornákon keresztül lehetséges a frisslevegőt és a használtlevegőt eljuttatni a kívánt helyre, de létezik csak frisslevegő befúvó csatornavezetés (ilyenkor a használtlevegő az nyílászárókon, vagy aknákon, lépcsőházon, közlekedőn vagy átriumon keresztül hagyja el az épületet) vagy használtlevegő elszívó csatornavezetés (ilyenkor a nyílászárókon keresztül történik a frisslevegő ellátás). Ha mindkét légáram (frisslevegő ás használtlevegő) csatornákban közlekedik, akkor meghatározható nyomásviszonyok alakulnak ki, szag és hangterjedés meggátolható. Ha az egyik légáram egy épületrészben áramolhat, akkor a légcsatorna költségek csökkennek, használtlevegő pedig temperálni tudja a belső tereket hőmérsékletével (viszont hátrány a hang és szagterjedelem, bizonyos estekben esetleg a hőterjedelem is). Ha egész épületrészeket második (másodlagos) légvezetésre használunk, akkor a légcsere, légtérfogat áramok pontos értékeit nehezen vagy nem lehet meghatározni, a légcsere kevésbé kontrollálható rendszerben működik, főként a termikus felhajtóerő vagy a szélhatás miatt. Az át/utánáramlási nyílások kialakítása nagy kihívás, mivel alacsony ellenálásúnak kell lennie, ugyanakkor tűzvédelemet, hang- és szagátterjedést gátlónak kell lennie. Gépi szellőzési koncepciók A mesterséges szellőzőkoncepciók a meghajtás fajtája, az épületen belüli légvezetés és a helységen belüli áramlási fajták szerint különböztethetőek meg. Ezekből a tényezőkből következik a meghajtási energia mennyisége, a hővisszanyerés lehetősége valamint a termikus és akusztikus komfortérzet mértéke. Frisslevegő bevezetés a nyílászárókon keresztül utánáramlás egy átriumba: Egy nagyon egyszerű rendszer, kis műszaki ráfordítást igényel. Ablakokon, esetleg speciális nyílásokon keresztül beáramlik a frisslevegő a helységekbe (ügyelni kell a termikus komfortérzet követelményeire, nyáron kellemetlen frisslevegő hőmérsékletek lépnek fel), majd a levegő átáramlik az átriumba, annak belső terét melegíti. Termikus felhajtóerő, kürtőhatás elvén a felmelegedett levegő felfelé áramlik és az átrium felső nyílászáróin keresztül elhagyja a belső teret. Az átrium nem fűtött. Az átriumból és kívülről zajterhelés lehetséges, bizonyos esetekben az átriumból visszaáramolhat a használt levegő (utánáramlási nyílásokon keresztül). A használói elégedettség jó, a légminőség magas. Az éjszakai szabad hűtés (passzív szellőzés) hatékonyan alkalmazható. Jellemző alkalmazási területei a kombi iroda, iroda. Frisslevegő bevezetés a nyílászárókon keresztül használt levegő elszívás légcsatornában vezetve: A legegyszerűbb gépi szellőzési koncepció, magas használói elfogadottsági rátával és meghatározott lécserével. A frisslevegő homlokzati nyílásokon keresztül beáramlik közvetlenül a helységekbe. Huzathatás és túl alacsony léghőmérsékletek elkerülésére ügyelni kell. A használt levegő mesterséges módon gépi elszívás útján távozik a helységből zárt légcsatornán keresztül. 115

116 Mivel nincs a légkezelőkben frisslevegő bevezetés, ezért a hővisszanyerést egy vizes rendszerrel lehetséges csak megoldani: egy használtlevegőt hasznosító hőszivattyú a fűtési rendszerben kamatoztatja a visszanyert hőenergiát. Kívülről zajterhelés lehetséges. Olyan területeken alkalmazható, ahol jó a külső légminőség. A belső terekből ezzel a szellőző megoldással a káros anyagokat, illetve páratartalmat lehetséges kivonni. A használói elégedettség jó, a légminőség magas. Télen és nyáron a hőkomfort érzet csökkenhet. Az éjszakai szabad hűtés (passzív szellőzés) hatékonyan alkalmazható. Jellemző alkalmazási területei a lakóépületek, kombi iroda, iroda. Utánáramlás egy átriumból használt levegő elszívás légcsatornában vezetve: Ha a frisslevegő bevitel közvetlenül a homlokzati nyílászárókon keresztül az épület funkciója vagy a környezet miatt nem lehetséges akkor ebben az esetben az átrium homlokzati nyílászáróin keresztül beáramlik a frisslevegő az átriumba, ott felmelegszik, az átrium a frisslevegőt előtemperálja, zajteher vagy légszennyeződés nem érkezhet az átriumba. Ezután átáramlik a levegő az irodákba utánáramlási nyílásokon keresztül (pl. ajtóba integrált rács-, illetve zsaluszerkezetek). A helységekből történik a gépi elszívás; a használtlevegő hulladékhőjét egy használtlevegőt hasznosító hőszivattyú nyeri vissza a fűtési rendszer számára. Nyáron túlmelegedés veszélye áll fenn. A légcsatornákkal történő légvezetés miatt a légminőség szintje tartható. Az átriumból zaj- és szagterhelés terjedhet át a helységekbe. Tipikus módon kávézókban, büfékben, tárgyalókban, kombi irodákban, irodákban fordul elő. Mesterséges frisslevegő bevitel légcsatornákon keresztül használt levegő elvezetés nyílászárókon keresztül: A frisslevegő kezelés definiált körülmények között üzemel, nyáron nemkívánatos hőteher bevitel nem történik a nyílászárókon keresztül. A frisslevegőt a légkezelő a légtechnikai központban kondicionálja és légcsatornákon átáramoltatva a helységekbe vezeti. A helységekben a frisslevegő elárasztásos módon, alacsony sebességgel érkezik, komfortos belső környezetet kialakítva, majd a használt levegő a homlokzati nyílászárókon keresztül távozik az épületből, nyáron szoláris hőterhet képes elvonni a belső tértől. Hővisszanyerés nem lehetséges. A koncepció zaj, szag illetve légszennyeződéssel terhelt környezetben alkalmas megoldás. Jellemző alkalmazási területei a konferenciaterem, tárgyaló, nagyterű iroda, iroda. Mesterséges frisslevegő bevitel légcsatornákon keresztül használt levegő elszívás légcsatornában vezetve: Ez a megoldás lehetővé tesz egy részleges hővisszanyerést. A frisslevegő kezelés definiált körülmények között üzemel, nyáron nemkívánatos hőteher bevitel nem történik a nyílászárókon keresztül. A frisslevegőt a légkezelő a légtechnikai központban kondicionálja és légcsatornákon átáramoltatva a helységekbe vezeti. A helységekben a frisslevegő elárasztásos módon, alacsony sebességgel érkezik, komfortos belső környezetet kialakítva, majd a használt levegő utánáramlási nyílásokon keresztül átáramlik az átriumba, ahol az ottani levegő temperálja. Az átrium nyílászáróin keresztül kiáramlik végül a szabadba. Hővisszanyerés cirkulációs vízvezetékrendszerrel vagy használt levegő hulladékhőjét hasznosító hőszivattyúval lehetséges. Az átriumból zaj- és szagterhelés terjedhet át a helységekbe. Akkor ésszerű a koncepció alkalmazása, ha meghatározott frisslevegő kondíciók vagy magas légcsere az igény. Jellemző alkalmazási területei a konferenciaterem, tárgyaló, nagyterű iroda, kombi iroda, iroda. Mesterséges frisslevegő bevitel egy átriumon keresztül utánáramlás egy átriumba: A frisslevegő az átriumba gépi szellőzés segítségével jut be, majd az átrium a bevezetendő frisslevegő előtemperálását végzi: belső és szoláris hőnyereségeknek köszönhetően a frisslevegő itt bizonyos mértékben felmelegszik. Utánáramlási nyílásokon keresztül (pl. ajtókba integrált zsalu- vagy rácsszerkezetek) a levegő átáramlik a helységekbe, ahol a gépi elszívás kontrollált légcserét biztosít. Nyáron túlmelegedés veszélye áll fenn. Hővisszanyerés hatékony módon, levegő-levegő hővisszanyerővel lehetséges. Az átriumból zaj- és szagterhelés terjedhet át a helységekbe. Kisebb épületegységekben lehetséges megfelelően alkalmazni a koncepciót, ahol az átrium nincs 116

117 intenzíven, gyakran használva és a frisslevegő minőségére sincs különösebb követelmény. Tipikus módon kávézókban, büfékben, tárgyalókban, kombi irodákban, irodákban fordul elő. Mesterséges frisslevegő bevitel légcsatornákon keresztül használt levegő elszívás egy átriumon keresztül: Magas légcsereszám és kontrollált, meghatározott frisslevegő feltételek biztosíthatóak. A frisslevegőt a légkezelő a légtechnikai központban kondicionálja és légcsatornákon átáramoltatva a helységekbe vezeti. A helységekben a frisslevegő elárasztásos módon, alacsony sebességgel érkezik, komfortos belső környezetet kialakítva. A befújó anemosztát nyílások szabadon elhelyezhetők. Ezután a használt levegő uánáramlási nyílásokon keresztül átáramlik az átriumba, ahonnan gépi elszívás segítségével légcsatornákon átáramoltatva a légkezelő berendezésbe jut el. Hővisszanyerés hatékony módon, levegő-levegő hővisszanyerővel lehetséges. Magas légcsere az igény vagy egyéb különösebb követelmény esetén javasolt az alkalmazás. Az átriumból zajterhelés terjedhet át a helységekbe. Jellemző alkalmazási területei a konferenciaterem, tárgyaló, nagyterű iroda, kombi iroda, iroda. Mesterséges frisslevegő bevitel légcsatornákon keresztül használt levegő elszívás légcsatornában vezetve: Ez a koncepció a legkomplexebb, legköltségesebb verzió, de nagyon hatékony hővisszanyerést és definiált, kontrollált szellőzést, frisslevegő feltételeket biztosít. A frisslevegőt a légkezelő a légtechnikai központban kondicionálja és légcsatornákon átáramoltatva a helységekbe vezeti. A helységekben a frisslevegő elárasztásos módon, alacsony sebességgel érkezik, komfortos belső környezetet kialakítva. A helységekből a használt levegő gépi elszívás segítségével légcsatornákon átáramoltatva a légkezelő berendezésbe jut el. Az alkalmazás olyan helyszíneken és épületekben javasolt, ahol magas légcsere az igény vagy egyéb különösebb követelmény érvényes. Decentrális frisslevegő bevitel decentrális használtlevegő elszívás: Magas flexibilitás és alacsony helyigény jellemzi ezt a rendszert. A karbantartási igény magas. A frisslevegő definiált, kontrollált rendszerben egy decentrális gépen és a homlokzaton keresztül lesz befújva a helységbe, ahonnan a használtevegő szintén ugyanazon berendezésen keresztül jut ki a szabadba. Hatékony levegő levegő hővisszanyerés lehetséges. A frisslevegőt fűteni és bizonyos mértékig hűteni lehet. Természetes szellőzésű és kondicionálású épületekben ajánlott ez a megoldás, melyekben, egyes helységekben különösebb követelményeket érvényesek a szelőzésre. Kedvező tulajdonságok a kis helyigény, az utólagos kiépíthetőség és a zajterjedést gátló megoldás (ablakszellőzéssel szemben), viszont az energiaigénye az ilyen rendszernek magas. Jellemző alkalmazási területei a tárgyaló és iroda. Helységszellőzés A levegő vezetését helységekben alapvetően három módon lehetséges megoldani, ahol a szükséges légcsereszám, a légminőségre és a helységkondicionálásra vonatkozó követelmények a meghatározó tervezési tényezők: Kevert szellőzés Elárasztásos szellőzés Kiszorításos szellőzés Kevert szellőzés A kevert szellőzés a frisslevegőt falnyíláson vagy mennyezetnyíláson keresztül engedi be a helységbe. A befújt levegőt a rendszer nagy sebességgel jutatja be a helységbe. Anemosztát kialakítás függően vagy messzire lesz befújva a térbe a frisslevegő vagy örvény-hatás, illetve indukciós hatás segítségével elkeveredik a frisslevegő gyorsan a belső levegővel. Megfelelő befújó 117

118 nyílások és anemosztát pozicionálásával (pl.: nagy távolságra fújó fúvókák) egy horizontális szórást lehet elérni. Nagyon magas terekben nem ajánlatos az alkalmazása, mert a különböző hőmérsékletrétegződés (hőmérséklet grádiens) kialakulás miatt ilyen tereket gyakran nem lehetséges egyenletesen temperálni. A használt levegő elszívása a padló közelében, magasságában történik vagy utánáramlási nyílásokon keresztül átáramlik szomszédos terekbe. A befújt levegő magas sebessége miatt a belső levegő állomány felkeverődik. Emiatt a nagy légsebességek és a nagy hőmérsékletkülönbségek hamar leépíthetők, viszont nagy légcsreszámokra van szükség. A szellőzés a hígításos elven működik, miáltal a légminőség a helység majdnem minden pontján közel azonos. A levegő elkeveredés miatt a befújt levegő hőmérséklete a helységhőmérséklettől eltérhet, tehát a levegővel fűteni és hűteni is lehetséges. A befújt levegő hőmérsékletét 10ºC - 40ºC tartományon belül lehet megválasztani. A kevert szellőzés előnye abban áll, hogy a frisslevegő kis nyílásokon keresztül a helység bármely pontján bevihető. Ezáltal rendszerint egyszerűsített installációt lehet végezni. Mivel a befújt léghőmérséklet eltérhet a helységhőmérséklettől, ezért nem szükséges növelni vagy csökkenteni időszakosan a frisslevegő hőmérsékletét, - így kisebb energiafogyasztás érhető el. A kevert szellőzést akkor lehet alkalmazni, ha a légminőségre vonatkozó igények nem túl magasak, illetve abban az esetben, ha hőtechnikai, termikus okokból kifolyólag a légcsereszám a szükséges légellátás mértékét eleve többszörösen meghaladja. Ez a szellőzési fajta a helységkondicionálást is szolgálhatja, ha például a termikus épületszerkezet aktiválás teljesítményét kibővítendően az egyedi, helységenkénti szabályzást megtámogatja. Lakóépületekben legtöbbször kevert szellőzéssel állunk szemben, amikor az alacsony használók száma miatt a légminőség eleve nem a döntően kritikus probléma. Bármikor lehetséges kinyitni az ablakokat. Lakóépületekben a légcsere számára gyakran a levegő páratartalmának az elszállítása a meghatározó kritérium. Kevert szellőzés további alkalmazási területei olyan helységek, melyek funkciójukból eredendően magas légcsereszámokat igényelnek: rendezvénytermek, koncertcsarnokok, éttermek. Elárasztásos szellőzés Az elárasztásos szellőzés különösen kis légtérfogat áramokat enged be a beltérbe, a befúvónyílások a padló közelében, magasságában réseken, padlórácsokon vagy álpadló szerkezetekben vannak elhelyezve. A frisslevegő nagyon nagy keresztmetszetű nyílásokon keresztül jut be a helységbe, nagyon alacsony (0,2 m/s) áramlási sebességgel és kb. 2 K-el alacsonyabb hőmérsékleten mint a helyég levegő hőmérséklete. A padlózat magasságában egy hideg frisslevegő-zóna alakul ki, mely 2-4 K-el alacsonyabb hőmérséklettel rendelkezik, mint a helységlevegő. A frisslevegő a meleg hőforrások, felületek (emberek, gépek, berendezések) mentén felfelé áramlik, ezúton káros anyagokat direkt a kibocsátótól képes elszállítani. A várható hőforrások a belső térben ismertek kell, hogy legyenek, mivel ezek a konvektív gravitációs szellőző áramlást és a szükséges légtérfogat áramokat közvetlenül befolyásolják. A felszállt használt levegőt a mennyezet közelében, magasságában szívja el a rendszer. Annak érdekében, hogy a frisslevegő-zónát ki lehessen alakítani és a komfortparaméterek ne csorbuljanak a befújt frisslevegő hőmérséklete csak egy nagyon szűk tartományban mozoghat. A rendszer hűtőteljesítménye a hőkomfort paraméterek határértékei miatt tehát korlátozott, kb. 10 W/m 2. Mivel a befújt levegő hőmérsékletének a helység levegő hőmérséklete alatt kell, hogy legyen - egy ilyen rendszerrel nem lehetséges fűteni. Tehát további vízközegű rendszerek szükségesek a helységkondicionáláshoz. Az energiafelhasználás szempontjából hátrány, hogy hűtési igény ellenére a befújt levegő hőmérsékletét közel azonos szintre kell felfűteni. Nagyméretű helységekben előny, hogy egy befújó anemosztát-nyílás körül 15m-es körzetben a teljes terület szellőztetett. Így a légbevezető nyílások száma alacsony. Ha a 118

119 vízszintes légcsatorna elosztás álmennyezetben történik, akkor a befújáshoz függőleges további légcsatornák, installáció szükséges (plusz költség). Ebben a szellőzési formában az emberek mindig jó minőségű levegőt lélegeznek. Az elárasztásos szellőzés különösen alkalmas irodaépületek szellőztetésére, mivel relatív kevés légmennyiséggel magas légminőséget képes biztosítani. Az irodaépületek esetében ez a máig elterjedt, előnyben részesített szellőzőrendszer. Kiszorításos szellőzés Ebben az esetben a frisslevegőt a rendszer az egyik helységet határoló oldalon nagy felületen keresztül juttatja be a helységbe, például a mennyezet mentén. A szemben lévő átellenes oldalon a használt levegőt a rendszer elszívja, miáltal egy turbulencia mentes, definiált légcsere alakul ki a tér minden pontján. Ez főként akkor szükséges, ha különleges követelmények érvényesek, mint a mikrobák, vírusok és bacilusok, egyéb szennyeződések szükséges levegő általi el/kivitele a helységből (tiszta helységek, laborok, operációs helységek). A nagyfelületű légbevitel nagy installációs, szerelési ráfordítást igényel. Komfortszellőzés A komfortszellőzést biztosító berendezések főként lakóépületekben fordulnak elő. Egy központi kompakt szellőztető gép a háló és nappali, illetve egyéb szobákat ellátja frisslevegővel, mely utánáramlási nyílásokon keresztül a mellékhelységekbe, fürdő, konyhába áramlik, ahonnan a központi szellőztető berendezés elszívja hővisszanyerés és használtlevegő kidobás céljából. A frisslevegő beszívás közel hang- és káros anyag- (por) és szagmentesnek kell lennie, a kidobott levegővel való rövidzár veszélyét áramlástanilag ki kell küszöbölni. Por- és pollenszűrő, ventilátorok és egy hővisszanyerő (esetenként nedvesség-visszanyerő) található a lakásszellőztetőben. Központi szabályzás és hővisszanyerő by-pass is ajánlott. Decentrális szellőzés Épületfelújítások esetében a gépi szellőzés integrációja utólagos, (központi szellőző rendszerekkel szemben) kis építési ráfordítást igénylő decentrális hővisszanyerős rendszerekkel is lehetséges. Kizárólag természetes szellőzéssel működő épületekben, egyes helységekben, ahol nagyon légcsere igény jelentkezik a decentrális szellőztető berendezések alklamazása ajánlott. A külső falba fúrt kisméretű lyuk kialakításával a külső falba integrálhatóak a szelőztető egységek. A légcsere rendszerint ingaüzemben működik, a belső levegő kiáramlik a decentrális egységen keresztül és közben leadja hőenergiáját egy hőtároló közegnek. Ezután megfordul a légáramlás iránya és a bejövő levegő a decentrális szellőzőegységben először felmelegszik a hőtároló közegen végigáramolva, aztán bejut a belső térbe. Ez az ingaüzemű szellőzési rendszer akár 90%-os hővisszanyerést is lehetővé tesz, esetenként a komfortszellőzéses rendszer hővisszanyerésénél is hatékonyabb. Jó hőtechnikai tulajdonságokkal rendelkező épületekben a decentrális szellőztető gép fűtést is elláthatja. A hőt ez esetben a higiéniailag szükséges légmennyiség bevitellel juttatja be a gép a helységbe, - ez a megoldás a fűtött frisslevegő befújás miatt a termikus komfortérzetet sem befolyásolja negatívan. Rugalmasan, de kismértékben lehet hűteni is a rendszerrel. A decentrális szellőzőgépeket nagyon jól lehet szabályozni, alacsonyabb hőmérséklettartományokban lehet dolgozni velük. Rendszeres tisztítás és magas karbantartási igényekkel rendelkezik. 119

120 Példa klímaspirál: A BioParc Dreza mérnöki tervpályázat keretében Bernhardt und Partner tervezőiroda Darmstadt és az IB Hausladen München mérnöki iroda tervei alapján egy klímaspirál koncepció jött létre. Gépészeti technológia segítségével évszakoknak megfelelően a frisslevegő ellátás irányát meg lehet változtatni. Téli időszakban, mikor a klímahomlokzat (dupla, kéthéjú üveghomlokzat) a frisslevegőt elő tudja melegíteni, akkor a frisslevegő a homlokzat légréséből áramlik az irodákba, majd onnan a használtlevegő az átriumba utánáramlik. Az átriumból aztán az átrium tetőn keresztül kiáramlik a levegő. Abban az esetben, ha a külső hőmérsékletek és a szoláris sugárzás következtében a klímahomlokzat túlmelegedik (nyári szezon), a levegő útját megfordítják. A frisslevegő ekkor egy földcsatornán keresztüláramolva előhűtődik, majd az átriumba fújja a rendszer. Az átriumból a levegő utánáramlik az irodákba, ahonnan aztán a klímahomlokzaton keresztül kiáramlik véglegesen a szabadba, tehát a magas klímahomlokzat légrésében kialakult léghőmérsékletek nem befolyásolják negatívan a belő terek klímáját. A homlokzat szellőzőnyílásokkal van ellátva és télen túlnyomásos gyűrűként, nyáron pedig alnyomásos gyűrűként funkcionál, segítve az épület szellőzését. 3.3 Helységkondicionálás Épületekben a kívánt belső terek belső klimatikai komfortkörnyezetének kialakításához az épület passzív tervezési és szerkezeti megoldásai mellett épületgépészeti rendszerekre van szükség. A 60-as és 70-es években az épületeket légkondicionáló berendezésekkel klimatizálták és gyakran, magas hűtési teljesítményigények fellépésekor csak a légmennyiségek nagyméretű növelésével lehetett a hűtést megoldani. Ez a teljesítményigény nagyobb komplexitású gépészeti rendszert, illetve a gépészet jelentős helyigény- és energiafogyasztás növekesését vonzotta magával. Mellékhatásként a konvektív energialeadás, a magas légáramlási sebességek és rosszabbodott légminőség következtében a belső komfortérzeti tényezők is negatív hatásoknak lettek kitéve. Ezért következett be a paradigmaváltás a az épületgépészeti rendszerek tervezésének területén: a szellőzést és a helységkondicionálást egymástól elválasztották. Minél pontosabban meg van fogalmazva a belső terek klimatikai igénye, követelményrendszere, annál kedvezőbb helységkondicionálást lehetséges kialakítani. Ha a komfortigények nem meghatározhatók (pl. invesztorprojektek esetében a későbbi használat még nyitott kérdés tárgyát képezi), akkor a lehető legrugalmasabb koncepciót szükséges tervezni, megfelelő mennyiségű utólagos kiépítési, kiegészítési lehetőségekkel egyetemben. Az idővel megváltozott és továbbra is változó munkakörnyezet, kommunikációs technológiák egyre flexibilisebb épületeket igényelnek, a helységfelosztás, a funkcionális rugalmasság (funkcióváltás lehetősége) és az utólagos installációk kivitelezhetőségének területein. Épületszerkezetek termikus aktiválása esetén például a födémek nem burkolhatóak el (álmennyezet és álpadló nem lehetséges), esetenként még a lépéshang gátló (hő)szigetelés sem lehetséges. A hűtőmennyezetek alkalmazásakor az utólagos helységfelosztás komoly műszaki problémákat vet fel, ugyanakkor abban az eseten, ha későbbi funkcionális átalakítások várhatóak, akkor célszerű a fűtési és a hűtési hidraulikai hálózatokat egymástól elkülönítve kialakítani. Az energiaellátási oldalról nézve, a fűtésre és hűtésre hasznosítható megújuló energiaforrások műszakilag és technológiailag megvalósítható, hatékony megoldásokat nyújtanak. Ugyanakkor ezek a rendszerek kisebb hasznosítható hőmérsékletkülönbségeket (hőmérsékletlépcsőket) képesek előállítani, mint az eddigi konvencionális gépészeti-energetikai rendszerek, ezért a megújuló energiahasznosító 120

121 technológiák általában korlátorzottabb teljesítménnyel rendelkeznek. A hőátadó gépészeti és épületszerkezeti rendszerek megválasztásánál erre a tényre fokozott figyelmet kell szentelni. [XY] Helységkondicionálási koncepciók Az egyes fűtési, hűtési és szellőzési technológiák kombinációi különböző helységkondicionálási koncepciókat generálnak. Ezek a koncepciók a későbbi épület működésének meghatározó paraméterei. A következő tényezőkben különböznek a helységkondicionálási koncepciók egymástól: Rendszerhőmérséklet Teljesítmény Szabályozhatóság Energiahatékonyság Költségek Használói elfogadottság, elégedettség Ablakszellőzés - radiátoros fűtés: Műszakilag a legegyszerűbb helységkondicionálás. A fűtés radiátorok segítségével történi, melyek rendszerint az ablakok alatt helyezkednek el. A szellőzés az ablakokon vagy speciális nyílásokon, réseken, nyílászárókon keresztül történik, mely magas használói elfogatottságnak örvend (funkcionális érthetőség), bár a téli fűtési időszakokban hőérzeti komfort szempontjából kellemetlen hatása is felléphet. Hővisszanyerés nem lehetséges. A helység hűtése kizárólag szellőzéssel oldható meg, mely a külső hőmérséklet függvényében többékevésbé hatékony módon, - bizonyos mértékben a belső hőterhet el képes vonni a belső térből. A légcserét a használók individuálisan meghatározzák, a helységhőmérsékletet pedig termosztatikus szelepek szabályozzák. A szabályozhatóság általánosságban jó. A fűtési teljesítmény W/m 2, a rendszerhőmérséklet ºC, a levegő hűtési teljesítménye külső levegő hőmérsékletfüggő. Alkalmazható olyan területeken, ahol alacsony a külső lég- és zajszennyezetség, kis szélsebességek és gyengébb külső hőterhelés a jellemző. Tipikus épületfunkciók: iroda, lakóépület. Ablakszellőzés termikus épületszerkezet aktiválás - radiátoros utánfűtés: Az alapfűtés termoaktív (termikusan aktivált) épületszerkezeteken, vasbeton födémeken keresztül történik. A helységhőmérséklet utánszabályzásához és az ablakszellőzésből bejutó frisslevegő előfűtéséhez utánfűtést szolgáló extra radiátorokat alkalmaznak. Az ablakszellőzés vagy speciális nyílásokon, réseken, nyílászárókon keresztül történő szellőzés magas használói elfogatottságnak örvend (funkcionális érthetőség), kis műszaki ráfordítást igényel, ugyanakkor a hővisszanyerés nem lehetséges és a téli fűtési időszakokban hőérzeti komfort szempontjából kellemetlen hatás is felléphet. A különböző rendszerhőmérsékletek két különböző fűtési hidraulikai hálózat kiépítését igénylik: az épületszerkezet aktiválás alacsony fűtési hőmérsékleteken üzemel (25 ºC) és ezáltal hőszivattyúval hatékonyan meghajtható, a radiátornak viszont magasabb (35 ºC) rendszerhőmérsékletekre van szüksége. A hűtési rendszerhőmérséklet az épületszerkezet aktiválás hidraulikai rendszerében 18 ºC. Az épületszerkezet aktiválás komfortos helységhűtést képes előállítani a helység levegő hőmérséklet és a hűtőfolyadék hőmérséklet közötti alacsony hőmérsékletkülönbségek mellett, tehát regeneratív hűtő- és fűtőforrások (energiaforrások) alkalmazása válik ez esetben lehetővé. A hőtároló tömegek termikus tehetetlensége következtében (fáziseltolódás) éjszakai visszahűtés lehetséges. Az ablakszellőzéssel kombinálva az épületszerkezet aktiválás nagyméretű hőátadó felületeivel magas hűtési potenciállal, 121

122 kapacitással rendelkezik. A fűtési teljesítmény 50 W/m 2, a levegő hűtési teljesítménye külső levegő hőmérsékletfüggő, a vizes rendszer hűtési teljesítménye 40 W/m 2. A hőtehetetlenségből adódóan gyors szabályozhatóságra nincs lehetőség, helységenkénti szabályzás vagy szintenkénti elszámolás sem lehetséges, ugyanakkor az épületszerkezet aktiválás a fűtési és hűtési csúcsteljesítmény igényeket enyhíti (teljesítmény csúcsokat tompít), miáltal kisebb fűtési és hűtési energiatermelő központokat lehet méretezni. Lég- és zajszennyezettség és intenzív szélviszonyoktól mentes területeken, ahol megújuló hűtő/fűtőforrások találhatóak ésszerű a rendszert betervezni. A koncepcióban alacsony műszaki ráfordításra van szükség, a komfortérzet színvonala magas a sugárzó hőátató rendszer hatása miatt, az energiafogyasztás és a bekerülési, illetve üzemeltetési költség alacsony. A lépéshang átterjedés gátlása nem lehetséges, álmennyezetek sem lehetségesek. Tipikus épületfunkciók: iroda, lakóépület. Ablakszellőzés hűtőmennyezet radiátoros fűtés: Ez a rendszer magas energiafogyasztással, gyors szabályozhatósággal és magasfokú használói elfogadottsággal, elégedettséggel rendelkezik. A fűtés (rendszerhőmérséklet ºC, teljesítmény W/m 2 ) az ablakok alatt pozícionált radiátorok segítségével történik és az ablakokon beáramló frisslevegő bizonyos mértékű előfűtése is ezáltal lehetséges. Hővisszanyerés nem lehetséges. Rugalmas hűtési lehetőség a gyorsan reagáló, magas teljesítményű (vizes rendszer teljesítménye W/m 2 ) hűtőmennyezet által, bár párás meleg napokon az ablakszellőzés miatt kondenzáció veszély miatt a teljesítmény korlátozott. Előny az álmennyezet alkalmazhatósága, a hűtő álmennyezetek gépészeti és villamossági installációkat integrálhatnak és akusztikailag optimált álmennyezetek is lehetnek egyben. A kondenzáció veszélytől függő működés komplex szabályzást igényel, továbbá a helységek későbbi átalakítása nagy ráfordítást igényel. Az alacsony hűtési rendszerhőmérséklet miatt (16 ºC) kicsi a hűtési energiatermelők választéka. Alkalmazható csaknem minden nap az év folyamán olyan területeken, ahol alacsony a külső lég- és zajszennyezetség, kis szélsebességek és magas épületbelső hőterhelés a jellemző. Tipikus épületfunkciók: iroda, konferenciaterem. Decentrális szellőztető berendezés: A teljes mértékben természetes szellőzésű épületekben, egyes helységekben, ahol magasabb légcsere igény lép fel decentális szellőzőgépekkel lehet segíteni a problémán. Utólagos fejlesztési lehetőségként is optimális megoldás, minimális installációs ráfordítást igényel. Kizárólag természetes szellőzéssel működő épületekben, egyes helységekben, ahol nagyon légcsere igény jelentkezik a decentrális szellőztető berendezések alkalmazása ajánlott. A külső falba fúrt kisméretű lyuk kialakításával a külső falba integrálhatóak a szelőztető egységek. Jó hőtechnikai tulajdonságokkal rendelkező épületekben a decentrális szellőztető gép fűtést is elláthatja, a teljesítmény 40 W/m2, a rendszerhőmérséklet ºC. A hőt ez esetben a higiéniailag szükséges légmennyiség bevitellel juttatja be a gép a helységbe, - ez a megoldás a fűtött frisslevegő befújás miatt a termikus komfortérzetet sem befolyásolja negatívan. A hővisszanyerés lehetséges, ez esetben a helység/épület fűtési energiaigényét lehet csökkenteni. Előny a rövid frisslevegő bevezetési csatornaszakasz-vonalvezetés. Rugalmasan, de csak kismértékben lehet hűteni a rendszerrel, a teljesítmény 30 W/m 2. Ha nincs kondenzátum elvezető vezeték kiépítve, akkor a hűtési teljesítmény nagymértékben korlátozott. A decentrális szellőzőgépeket rugalmasan, nagyon jól lehet szabályozni, alacsonyabb hőmérséklet tartományokban lehet dolgozni velük (rendszerhőmérsékletek 16 ºC). Előny, hogy a használók közvetlenül beavatkozhatnak a szabályzásba, a funkcionális érthetőség adott. Rendszeres tisztítás és magas karbantartási igényekkel rendelkezik. Alkalmazási területei az iroda, tárgyaló, lakóépület. Decentrális szellőzető berendezés termikus épületszerkezet aktiválás: A decentrális szellőző rendszer és az épületszerkezet aktiválás kiegészítik egymást. Az alapfűtés termo-aktív (termikusan aktivált) épületszerkezeteken, vasbeton födémeken keresztül történik. Az épületszerkezet aktiválás komfortos helységhűtést képes előállítani a helység levegő hőmérséklet 122

123 és a hűtőfolyadék hőmérséklet közötti alacsony hőmérsékletkülönbségek mellett, tehát regeneratív hűtő- és fűtőforrások (energiaforrások) alkalmazása válik ez esetben lehetővé. A hőtároló tömegek termikus tehetetlensége (fáziseltolódás) következtében hatékony a szerkezeti-gépészeti passzív hibrid rendszer. Az épületszerkezet aktiválás a fűtési és hűtési csúcsteljesítmény igényeket enyhíti (teljesítmény csúcsokat tompít), miáltal kisebb fűtési és hűtési energiatermelő központokat lehet méretezni. Egy ablakszellőzésből adódó kellemetlen komfortcsökkenés, illetve az egyedi helységszabályzás kialakíthatósága végett az épületszerkezet aktiválás kiegészíthető decentrális szellőzőberendezéssel, mely további hőteljesítményt és komfortos frisslevegőt képes a helységbe bevinni. A decentrális szellőzőgépesítés segítségével komfortos lécsere biztosítható, nyáron a frisslevegő hűtésével a hőterhelés csökkenthető és az épületszerkezet aktiválás bizonyos mértékig szabályozhatóbbá válik. Előny a rövid frisslevegő bevezetési csatornaszakasz-vonalvezetés és a hővisszanyerés lehetősége. Változó használói kívánalmaknak lehet ezúton eleget tenni, továbbá későbbi funkcióváltás igényeit is ki lehet elégíteni. Az épületszerkezet aktiválással egyetemben egy közepes összesített hűtési teljesítményt ér el a kombinált rendszer, melyet lég- és zajszennyezett területeken is alkalmazhatunk, olyan épületekben, melyekben a rugalmasság követelmény, valamint közepes hőteljesítményekre van szükség. Az összesített fűtőteljesítmény W/m 2, a levegő hűtőteljesítménye 30 W/m 2, a vizes rendszer hűtőteljesítménye 40 W/m 2, a fűtési rendszerhőmérsékletek 25 ºC az épületszerkezet aktiválásban és 30 ºC a decentrális szellőzőberendezésben, a hűtési rendszerhőmérsékletek 18 ºC az épületszerkezet aktiválásban és 16 ºC a decentrális szellőzőberendezésben. A decentrális szellőzés rendszeres tisztítás és magas karbantartási igényekkel rendelkezik. Az épületszerkezet temperálás miatt szintenkénti elszámolás nem lehetséges. A lépéshang átterjedés gátlása nem lehetséges, álmennyezetek sem lehetségesek. Alkalmazási területei az iroda, tárgyaló. Mesterséges szellőzés termikus épületszerkezet aktiválás: A fűtés az épületszerkezet aktiválással (fűtőteljesítmény 40 W/m 2 ) alacsony rendszerhőmérsékleteknél (25 ºC) történik. Az épületszerkezet aktiválás komfortos helységhűtést képes előállítani a helység levegő hőmérséklet és a hűtőfolyadék hőmérséklet közötti alacsony hőmérsékletkülönbségek mellett, tehát regeneratív hűtő- és fűtőforrások (energiaforrások) alkalmazása válik ez esetben lehetővé. A hőtároló tömegek termikus tehetetlensége (fáziseltolódás) következtében hatékony a szerkezeti-gépészeti passzív hibrid rendszer. Az épületszerkezet aktiválás a fűtési és hűtési csúcsteljesítmény igényeket enyhíti (teljesítmény csúcsokat tompít), miáltal kisebb fűtési és hűtési energiatermelő központokat lehet méretezni. Az épületszerkezet temperálás mellett a komfortérzet színvonala magas a sugárzó hőátató rendszer hatása miatt, viszont szintenkénti elszámolás nem lehetséges. A lépéshang átterjedés gátlása nem lehetséges, álmennyezetek sem lehetségesek. Hirtelen fellépő nagyobb hőigény esetén a légtechnika fűtési célokat szolgál, bár ebben az esetben már nem alakul ki elárasztásos szellőzés. A hővisszanyerés a fűtési hőigényeket csökkenti, a frisslevegő kezelése (rendszerhőmérséklet 30 ºC) komfortos légbevitelt biztosít, és abban az esetben, ha légpárátlanítás/szárítás történik a légkezelőben, akkor a kondenzáció probléma bizonyos mértékig megoldható és ezúton az épületszerkezet aktiválás teljesítménye növelhető. A levegő hűtésével nyáron a hőtehelés csökkenthető. A levegő hűtésével (hűtési teljesítmény levegő 8 W/m 2 ), illetve a szerkezettemperálás teljesítményével (hűtési teljesítmény vizes rendszer 45 W/m 2 ) egyetemben egy közepes összesített rendszerteljesítmény érhető el. Összességében a szabályozhatóság korlátozott, de a légtechnika segítségével viszont teljesítményigény változásokra flexibilisen lehet reagálni. Az épületszerkezet temperálás miatt helységenkénti elszámolás nem lehetséges. A lépéshang átterjedés gátlása nem lehetséges, rossz a helységakusztika, álmennyezetek sem lehetségesek. Lég- és zajszennyezett területeken alkalmazható ésszerűen a rendszer, olyan épületekben, melyekben a rugalmasság követelmény, valamint közepes hőteljesítménykre van 123

124 szükség. Ott, ahol megújuló hűtő/fűtőforrások találhatóak ésszerű a rendszert betervezni. Alkalmazási területei az iroda, tárgyaló. Mesterséges szellőzés fűtő/hűtőmennyezet: A korlátozott fűtés teljesítmény kiegészítő radiátorokkal történhet, de jó hőtechnikai tulajdonsággal rendelkező épületeknél a hűtőmennyezet a fűtőfunkciót is el képes látni (vizes rendszer teljesítménye 50 W/m 2, fűtési rendszerhőmérséklet 30 ºC). Az energiahatékonyság a fűtő/hűtőmennyezeteknél igen magas, mivel nagy felületeken lehetséges a hőátadás, így a rendszerhőmérséklet különbségek (hőfoklépcsők) is alacsonyak. Rugalmas hűtési lehetőség a gyorsan reagáló, magas teljesítményű (vizes rendszer teljesítménye W/m 2, fűtési rendszerhőmérséklet 16 ºC) hűtőmennyezet által. A hővisszanyerés a fűtési hőigényeket csökkenti, a frisslevegő kezelése komfortos légbevitelt biztosít, továbbá eliminálja a kondenzációveszélyt és ezáltal növeli az eleve magas kapacitású hűtőmennyezet teljesítményét. A levegő hűtésével (hűtési teljesítmény levegő 8 W/m 2 ) nyáron a hőtehelés csökkenthető. A termikus hőtároló tömeg nincs kapcsolva a fűtő/hűtőmennyezet panel- vagy álmennyezeti elemekhez, így a szabályozhatóság jó. Az álmennyezet megoldás villamos és gépészeti installációknak nyújt optimális helyet, illetve az álmennyezet egyben akusztikus mennyezetként is kialakítható. A helységek későbbi átalakítása nagy ráfordítást igényel. A használói beavatkozás lehetséges. Az alacsony hűtési rendszerhőmérséklet miatt (16 ºC) kicsi a hűtési energiatermelők választéka. Lég- és zajszennyezett területeken alkalmazható ésszerűen a rendszer, olyan épületekben, melyekben magas a belső hőterhelés és az akusztikai igények. Konvencionális irodaépületek tipikus megoldása, - iroda, tárgyaló, konferenciaterem. Légkondicionáló berendezés: A légkondicionálás esetében egy rendszer végzi a fűtést, hűtést, légellátást, továbbá a bevezetendő frisslevegő ellátás páratechnikai szabályzását. Lehetséges a levegő szűrése szennyeződésektől, káros anyagoktól, portól, virágportól, pollentől. Jó szabályozhatóság. Szélsőséges klímazónákban a levegő nedvesítése/szárítása lehetséges. A hűtési teljesítmény nagyon magas (fűtési teljesítmény 70 W/m 2, fűtési rendszerhőmérséklet 40 ºC és hűtési teljesítmény 80 W/m 2, hűtési rendszerhőmérséklet 6 ºC), viszont nagyszámú hátránnyal rendelkezik ez a megoldás: Nagy helyigény a nagyszámú légtechnikai központok, és a nagyszámú légcsatornák számára, magas bekerülési, karbantartási és üzemeltetési költségek, magas energiafogyasztás, a használók beavatkozási lehetősége nagyon korlátozott, ezért a használói elismertség, elégedettség alacsony főként hibaesetekkor, hibás szabályzás mellett üzemeltetésnél. A belső levegő minősége csökkenhet. A használói igényekre optimálisan ráhangolt gépészet és szabályzástechnikára van szükség. Tipikus alkalmazás: labor, többfős iroda, tárgyaló, konferenciaterem. Példa: Energia-info-box A kasseli új létesítésű Környezettudatos Építés Központ egy kutatási épület, melyben azokat a lehetőségeket kívánják felmutatni, melyek segítségével minimális energiaigény mellett maximális komfortot lehet biztosítani. A mesterséges szelőzés és a helységkondicionálás külön-külön rendszerben történik. A helységkondicionálás termikusan aktivált épületszerkezetekkel történik, padló és mennyezet szerkezetekben, helységenként fűtő/hűtő vizes csőhálózat körök kialakításával. Mérésekkel vizsgálják az épületben a légtechnika, a hőátadó rendszer és belső helységklíma (komfort) és a használói viselkedés hatásait, összefüggéseit. Alapesetben a fűtés a fűtőesztrich szerkezetből történik, a hűtés pedig a mennyezettemperálásból, illetve hűtőmennyezetből. Adott igény esetén a mennyezet- és padlószerkezetet egy rendszerként is össze lehet kapcsolni, és ezúton egy olyan rendszert előállítani, amely energialeadása egyformán kiegyenlítve lefelé ls felfelé is működik egyszerre. A lépéshang gátló szigetelés ezért minimális 124

125 (2cm) vastagsággal készült. Hűtéskor a visszahűtést az épület alaplemezében végzik vízzel átáramoltatott hidraulikai hálózat segítségével. Hőátadó rendszerek A helység hőveszteségeit egy hőátadó rendszernek kompenzálnia kell. A hőközpontban előállított hő víz vagy levegő közeg segítségével a helységbe jutatja a gépészeti rendszer (kivétel a helységben megtermel hő, kandalló, cserép- és tömegkályha, villamos kályha, gázsugárzó csarnokokban). A hőátadó rendszerek különböznek a hőátadás módjától (konvekció vagy sugárzás) a szükséges előremenő hőmérséklettől és a szabályzás módjától. A sugárzó rendszerek (elektromágneses hullámok szállítják a hőt, leárnyékolástól mentesnek kell lennie) komfortosabbak, a légmozgás miatt a konvektív rendszerek (mozgó közeg szállítja a hőt, folyékony vagy gáz közeg) gyakran kellemetlenek. Hővezetés a testen belül történik, molekula molekulának adja át a hőt. Hideg levegő leesést és sugárzási asszimetriát a hőátadó rendszerekkel meg lehet szüntetni. Felületi fűtés: Falak, mennyezetek, padlók a nagyméretű felületeiken keresztül adják le főként sugárzással a hőt, ennek köszönhetően alacsony hőmérsékleteken képesek energiahatékonyan működni. A homlokzatok mentén kialakuló hideg levegő esést a homlokzatok mentén sűrűbben kialakított hőcserélő vízcsővezetékek segítségével lehet ellensúlyozni. A hőtehetelenség miatt nehezen szabályozható rendszer. A padlófűtés felületi hőmérséklete nem haladhatja meg a 29 ºCot komfortelméleti okokból kifolyólag. Magas csarnokokban mennyezeti sugárzó panelek magas hőfokon ( ºC előrenemő hőmérséklet) fűtik a belteret. Lapos fűtőtest: Nagyfelületű fűtőtestek kevés vízmennyiséggel átáramoltatva főként sugárzással adják át a hőt, gyorsan szabályozhatóak (kismennyiségű közegáramlás). Radiátor: Bordázott formájú fűtőtestek, melyek sugárzás és konvekció által adják át a hőt. A radiátorok mélységével növekszik a konvekív részarány. Jól szabályozhatók. Gyakran nyílászárók alatt a külső frisslevegő előmelegítéséhez használják a diszkomfort megelőzése céljából. Közepes előremenő hőmérsékletekkel üzemel. Konvektor: Relatív kisméretű fémlemezekből álló fűtőtest, mely főként az őt átáramló levegőnek adja át a hőenergiát. Gyakran padlókonvektorként alakítják ki őket, - a homlokzatok előtt a hideg levegő leesést képesek javítani. Nagyon jól szabályozható. Hátrány a magas előremenő hőmérséklet igény (magas energiafogyasztás) és a por, mely a lemezek között összegyűlik és a konvektív légáramlatokkal a helységben felszáll. Egy ventilátorral kombinálva termoventilátorként vagy egy központi légtechnikai rendszerre rákötve indukciós berendezésként is működhetnek. Hátrány az alacsonyabb komfortnívó a sugárzó rendszerekhez képest. Légfűtés: Ha az épületburok hőtechnikailag jó minőségű, akkor központilag vagy helységenként fűtőkaloriferrel vagy egyéb fűtőegységgel fűtött levegővel is lehet fűteni, - jól szabályozható. Lényeges megjegyezni, hogy kizárólag a higiéniailag szükséges légmennyiség beviteléről, légcseréjéről van szó! 125

126 Hűtési energiát átadó rendszerek Ha a belső tér szellőzésből és transzmisszióból adódó veszteségei kisebbek, mint a szoláris és belső hőteher, akkor aktív hűtésre van szükség. Hideget vizes és levegős rendszerekkel lehetséges a helységnek átadni. A hűtő rendszerek különböznek a hőátadás módjától (konvekció vagy sugárzás) a szükséges előremenő hőmérséklettől és a fajlagos teljesítménytől. A harmatponti hőmérséklet alá nem szabad menni a rendszerrel, különben kondenzvíz elvezetésre van szükség, vagy időszakosan szüneteltetni kell a hűtést. Hűtőmennyezet: Elsősorban a mennyezet alá rögzített és bevakolt vízcsőhálózat, álmennyezet vagy hűtőpanel/vitorla formájában alkalmazzák. Nagyrészt sugárzó hűtési hőleadást végeznek a szerkezetek, miáltal magas komfortnívót biztosítanak. Függesztett verzióban, álmennyezetek esetében, mikor a levegő közül tudja áramolni a hűtőszerkezeteket a magas konvektív részarány társul a hőátadáshoz. A páralecsapódást meggátlandólag harmatpont szabályzással kell ellátni a rendszereket, így kondenzáció veszélyének fennállása esetében a szabályzás csökkenti a hűtési teljesítményt. Ez az oka a sok esetben párátlanító/száritó funkcióval rendelkező gépi szellőzéssel való kombinációnak. Magasabb előremenő hőmérsékletekkel is működik a rendszer, melynek köszönhetően regeneratív energiaforrások hasznosítása lehetséges. Hűtőkonvektor: Mennyezet magasságban elhelyezett hűtőkonvektorok hideg vízzel átáramoltatva. Lefelé irányuló konvektív áramlás alakul ki, a harmatpont alatti hőmérsékletek miatt kondenzvíz elveszetés szükséges. Gyakran egy fal előtti burkolat alatt áramlik lefelé az így felgyorsult hideg levegő, majd padlómagasságban beáramlik a helységbe. Egy másik gyakori megoldás a hűtőgerenda, mely a mennyezetre van felfüggesztve, adott esetben a megvilágítással kombinálva. Létezik olyan megoldás is, amikor a hűtőgerenda egy ventilátor segítségével zajmentesen intenziválja a levegő keringését. Indukciós készülék: Központi légtechnikai rendszer által előkezelt levegő légcsatornákon keresztül eljut az indukciós készülékbe, ahol egy hűtő-csőhálózat segítségével tovább hűtődik. Az indukciós effektus által a belső levegőt a készülék elszívja és szintén hűti. Ezáltal a hűtési teljesítmény növekszik. Kevert levegővel működő hűtőgép: A helységlevegőt elszívja a berendezés és egy vizes közeggel átáramoltatott kaloriferrel lehűti. Kevert szellőztetés elve alapján ez a használt levegő ismét a helységbe kerül. Magas hűtési teljesítmény érhető el. Decentrális hűtőgépekkel lehetséges a működés. Légkondicionáló: A berendezés a levegőt központilag hűti, szárítja, majd a helységbe juttatja. A magasabb hűtési teljesítmények eléréséhez nagyobb mennyiségű légtérfogat áramokra van szükség. Magas légsebességek és magas hőmérséklet különbségek miatt körültekintő tervezésre van szükség. Termikus épületszerkezet aktiválás: Energiahahatékony és bekerülési költséghatékony megoldás. Ellentétben a padlófűtéssel vagy a hűtőmennyezettel, a rendszer a teljes vasbeton födémszerkezetet temperálja. Ezáltal a födémszerkezet hőtároló tömegével jelentősebb költségráfordítás nélkül termikus fáziseltolást lehetséges kialakítani. Ezáltal éjszaka, a hűvös levegő hűtőkapacitását egy visszahűtő berendezés vagy egy éjjel nem használt hűtőgép segítségével a következő nappali hűtésre lehetséges kamatoztatni. A hűtési teljesítményigény csúcsértékek kiegyenlítődnek, miáltal csökkentett kiépítendő hűtési teljesítményt lehetséges megcélozni. A nagyméretű energiaátadó felületeknek köszönhetően kialakult kis 126

127 hőmérsékletkülönbség a helység levegő hőmérséklet és a fűtési, illetve hűtési vízhőmérsékletek között lehetővé teszi a megújuló energiatermelés alkalmazását. Az energialeadás önszabályzó módon történik. A vizes közeget áramoltató csőhálózatok a statikailag semleges födémzónába (középre) vagy közvetlenül a födémre betonozott eszrichbe kerülnek elhelyezésre. Speciális esetben két csőhálózat kerül beépítésre: külön hőcserélő csőhálózatot építenek a födémbe és külön hőcserélő csőhálózatot az úsztatott esztrichbe. Ez a megoldás megfelelő lépéshang gátlást biztosít, ugyanakkor jobban lehet a rendszert szabályozni. Az energialeadás hatékonyságának védelmében nem lehetséges az elburkolás vagy álmennyezetek beépítése. A helységakusztika és a műszaki flexibilitás korlátozott. A nagy hőtehetetlenség, továbbá a felfelé és lefelé történő energiaátadás miatt a helységenkénti szabályzás nem lehetséges. A helység léghőmérsékletet sem lehetséges gyorsan módosítani. A gyakorlatban a szabályozási körök égtájanként vannak felosztva annak érdekében, hogy a különböző szoláris sugárzási hatásra reagálni lehessen. Télen és az átmeneti évszakokban az energialeadás önszabályzó módon történik. A födémszerkezet hőmérsékletét körülbelül 23 ºC-on tartja a rendszer. Ha a helység léghőmérséklete e hőmérséklet fölé kerül a födémszerkezetnek hűtőhatása van, fordított esetben fűtőhatással rendelkezik a födém az átmenet fűtés és hűtés között megszakítás nélküli. Nyáron a hűtést a harmatpont szabályzás határozza meg. Mivel gyors hőmérséklet korrekció a hőtehetetlen rendszerrel nem lehetséges, ezért a minimális hűtési hőmérséklet 18 ºC, különben kondenzáció veszély áll fenn. A teljesítmény 40 W/m 2, naponta kb Wh/m 2 d hőenergiát képes a rendszer a helységekből elvonni. 3.4 Épületenergetika Energiatermelés Tömb hőerőmű Erőmű villamos áram és hő előállítása céljából. Tüzelőanyagként olaj, gáz, továbbá Biogáz nyersanyagokat lehet alkalmazni. A kapcsolt áram- és hőtermelés lehetővé teszi a tüzelőanyagok energiatartalmának majdnem veszteségmentes hasznosítását. Kedvező, ha a tömb hőerőműveket lehetőleg magas teljes terhelésű óraszámra méretezik, a csúcsterheléseket pedig egy további rugalmasabb hőtermelővel kiegészítve elégítik ki. A keletkezett elektromos áram rendszerint a villamos hálózatba lesz betáplálva. Kondenzációs kazán Hatékony hőtermelő, mely tüzelőanyaggal működik. Kondenzációs kazánokban az égetéssel termelt hőhasznosítás mellett a kipufogó ázok kondenzációjából adódó hőképződést is hasznosítja a berendezés. Ezért vízálló és nyomásálló füstkivezető csatornavezetékekre van szükség. Kondenzációs kazánok energetikailag meghatározó és irányadó megoldást nyújtanak abban az esetben, ha gáz vagy olajtüzeléssel tervezik a fűtési üzemeltetést. Földcsatorna Földalatti légcsatorna a talajhő, illetve a talaj hidegének hasznosítása céljából. Egy földcsatorna a frisslevegőt elő tudja fűteni, illetve hűteni. Kizárólag gépi szellőzési rendszerrel kombinálva működőképes. Gazdaságos megoldás, ha a földcsatorna az épület létesítéséhez szükséges 127

128 földkiemelés helyére, az épület közvetlen környezetébe fektethető vagy a pince,- illetve mélygarázs fal megduplázásával kialakítható. Földcsatornákat általában a hűtési igényekhez igazítva méreteznek. Ahhoz, hogy jó teljesítménnyel rendelkező rendszert lehessen kialakítani magas hőmérsékletkülönbségre, van szükség a talajréteg hőmérséklete és a külső levegő hőmérséklete között. A földcsatornák hatékonysága szoros kapcsolatban van a talajrétegek tulajdonságaival. Földszonda/talajvíz hasznosítás Technológiák annak érdekében, hogy a talajrétegeket hő-, illetve hűtőforrásként lehessen használni. A talajrétegek, illetve a talajvizek hőmérsékletnívója közvetlenül egy hőcserélőn keresztül hűtésre, illetve közvetetten egy hőszivattyú segítségével fűtésre hasznosítható. A talajvizet egy nyerő és egy nyelő kút segítségével közvetlenül lehet hasznosítani. Alternatív megoldásként vízzel átáramoltatott csőhálózatokat is lehet fektetni a talajrétegekbe. Az energia egy központi hőcserélőn keresztül áll rendelkezésre. Ezt az energiát fűtő, illetve hűtő kalorifereken (vízközeggel átáramoltatott csőhálózat) keresztüláramoltatva a légkezelő berendezésekben a beszívott frisslevegő előmelegítése történhet vagy a nyert geotermikus hőenergia a felületi fűtő-, illetve hűtő rendszerekbe áramoltatható. A kitermelt geotermikus energia további alkalmazási területe a hűtőgépek optimált visszahűtésében rejlik. Megkülönböztetünk felszín közeli és mély geotermikus rendszereket. A leggyakoribb alkalmazás a felszín közeli geotermika, mely keretében a földszondák, vizes és levegős talajkollektorok (földcsatornák), kutak és energiacölöpök (vasbeton cölöpalapozás integrált hőcserélő vízcsőhálózattal). Hűtőgép Hűtési energia/hideg előállításához szükséges rendszer, amely elektromos áramot vagy hőenergiát használ forrásközegként. Azt az energiát, melyet segédenergia segítségével a hűtendő közegből elvon a rendszer, egy másik helyen - magasabb hőmérsékletszinten - ismét le kell tudni adni. Ezt a visszahűtési folyamatot a legmegfelelőbben hűtőtornyok képesek elvégezni, melyek a külső levegő hűtópotenciálját hasznosítják. Az előállított hűtési teljesítmény és a szükséges meghajtás teljesítményének aránya a hatásfok vagy COP (coefficient of perormance). Fordított elven működő berendezéseket hőszivattyúnak hívják. A fűtési rendszer számára egy alacsony hőmérsékletű forrásközegből ki szükséges termelni a rendelkezésre álló energiát. Regeneratív forrásként például a talajrétegeket lehet használni. Hűtőtorony A külső levegő hűtési teljesítményének hasznosítását lehetővé tevő technológia közvetlen hűtés vagy visszahűtés céljából. Elég alacsony külső levegő hőmérsékletek mellett ez a hűtőforrás folyamatosan rendelkezésre áll. Más esetben az éjszakai alacsony léghőmérsékletek hasznosíthatóak annak érdekében, hogy a hűtési energiát (hideget) fáziseltolással egy termikus épületszerkezet aktiválás keretében eltároljuk. Visszahűtő berendezések száraz és nedves üzemben működhetnek. A nedves üzemmódban a hűtőközeg hőmérsékletét a víz párolgása tovább hűti. A hatékonysága ennek az adiabatikus hűtésnek a külső levegő hőmérséklete mellet a külső levegő páratartalmától is függ. Hűtőtornyokat hűtőgépek visszahűtéséhez is alkalmaznak. 128

129 Fotovoltaikus rendszer A napenergia közvetlen átalakítása elektromos energiaformába. A hatásfok a technológiától függően maximum 15%. Körülbelül 25ºC napcella hőmérséklet fölött a hatásfok fokozatosan csökkenni kezd. A magas beruházási költségek miatt a fotovoltaikus rendszerek alkalmazása különösen a sugárzásban gazdag területeken és sugárzásra exponált felületeken ésszerű. A tetőszerkezetekbe, illetve a homlokzatokba való integrálás lehetséges. Ezúton, bizonyos körülmények között ökonomikus szinergiaeffektusok hasznosíthatóak. Szoláris hűtés A szoláris termikus kollektoros rendszerek és a termikusan meghajtott hűtőgépek kombinációja. Egy abszorpciós hűtőgép a szoláris termikus kollektorok által megtermelt hőenergiát hűtési energiává alakítja át. Az üzemeltetéshez magasabb kollektor hőmérsékletek szükségesek, ezért ez a rendszer magas szolári sugárzással rendelkező területeken alkalmazható. Magas direkt szolári sugárzás esetében koncentráló kollektorok is alkalmazhatóak. Különösen gazdaságos az a rendszer, amelyik abszorber felülete azokban az időszakokban, amikor nincs hűtési igény, hőenergia termelésre használható. Dessicant-Cooling rendszer Desiccant-Cooling (DEC) rendszerek a kollektorok hőjét hasznosítják annak érdekében, hogy a frisslevegő befújást hőmérsékletnövekedés nélkül szárítsák/párátlanítsák. Ezután egyszerűen nedvesíthető és hűthető a levegő párásításos hűtéssel. Termikus szoláris rendszer A szoláris sugárzást hővé átalakító technika. A hőenergiát a szolárkollektorokból a rendszer egy hordozóközeg (rendszerint víz) segítségével adja le és vezeti be egy tárolóba. A tárolóból aztán a különböző fogyasztók igényeinek függvényében lehetséges a HMV-t vagy a fűzési hőenergiát lehívni. Mivel a fűtési hőenergiaigény jelentkezése és a napsugárzás alakulása éves szinten nem fedik egymást, ezért a szoláris fűtés kizárólag olyam területeken ésszerű, ahol alacsony a fűtési hőenergiaigény egész évben megfelelő mennyiségű szoláris sugárzás adott. A szoláris hőtermelést fűtésre, HMV készítésre és hűtésre lehetséges használni. Abszorberként síkkollektorok vagy vákuumcsöves kollektorok gyűjtik a napenergiát. A termikus napkollektorok az egész szoláris sugárzási spektrumot hasznosítják, hatásfokuk 60-80% értékű a szoláris sugárzás hőenergiára való átalakítása során. Tároló Hőenergia és hűtési energia tárolására alkalmas rendszer. A regeneratív hő és hidegtermelő megoldások koncepcióiban legtöbbször szükség van egy energiatárolóra. Ezáltal az energiatermelő berendezések képesek energiát termelni függetlenül a fogyasztói oldalról jelentkező, változó teljesítményigényektől. Ha a termelt energia a pillanatnyi energiaigényt túllépi, a rendszer eltárolja az aktuálisan felesleges energiát, későbbi hasznosítás érdekében. Hatásfok [%] Viszonyszám a leadott, hasznosítható energia és a műszaki berendezések meghajtási segédenergiája között. A hatásfok leírja egy gépi berendezés hatékonyságát és számszerűsíti a veszteségeket, melyek a berendezésben keletkeztek az energiaátalakítás folyamán. A hatásfok a 129

130 hővisszanyerő berendezésekben, tüzelőberendezésekben, fotovoltaikus rendszerekben vagy világítótestek esetében jelentős. Hőszivattyúkkal vagy hűtőgépekkel kapcsolatban a COP (Coefficient of Performance) kifejezés használatos. Az éves szinten vizsgált, időszakhoz kötött munka karakterisztika szám (német nyelvterületen Jahresarbeitszahl JAZ, angol nyelvterületen Seasonal Energy Efficiency Ratio SEER) több információval szolgál az összrendszer hatékonyságáról. Ez utóbbi a arányszám a leadott, hasznosítható energiamennyiséget viszonyítja a berendezés felvett, működéshez szükséges energiamennyiségével. Az energiatermelő rendszer megválasztása függ a hőigénytől, a hűtési igénytől, a szárítás/párátlanítás igénytől, valamint a szükséges teljesítményektől és a helységkondicionálás rendszerhőmérsékleteitől. Hely specifikus adottságok többek között a szoláris sugárzás intenzitása és időbeli alakulása, lefutása, továbbá a külső levegő hőmérsékletek és a talajhőmérsékletek. Minél jobban rá van hangolva az energiatermelő rendszer a helységkondicionálás koncepciójára, annál nagyobb a hatékonyság és a gazdaságosság. 130

131 Energiagermelő/hasznosító rendszerek [YY] Hő- és hűtőenergia termelő rendszerek Konvencionális rendszerek A fűtőkazán a legelterjedtebb hőtermelő, fosszilis energiahordozókat éget el, olajat, gázt, de szén és (megújuló) fatüzelés is lehetséges. A hőenergiát egy hőcserélő adja át a vizes hidraulikai 131

132 rendszernek. Minél alacsonyabb a kivezetett füstgáz hőmérséklete, annál magasabb a rendszer hatékonysága. Alacsonhőmérsékletű kazán: folyamatosan ºC visszatérő hőmérsékletekkel lehet üzemeltetni anélkül, hogy kondenzációból adódó korrózió károsodás keletkezne. Többrétegű falszerkezete vagy bordázat védi a kazánt a harmatponti hőmérséklet alá eséstől. Készülékétől függően különböző mértékben lehet a hőmérsékletet csökkenteni. Éjszaka kikapcsolahtó a kazán, a hatékonyságot ezzel növelve. Kétlépcsős üzemmódban maximum teljesítménnyel kizárólag szélsőséges fagyos időszakban üzemel a kazán, különben hosszabb időszak alatt a kisebb teljesítményű fokozaton üzemel. Többfokozatú vagy átmenet nélküli kazánok 90 ºC előremenő hőmérsékletet állítanak elő, régebbi kazánok helyett működhetnek. Gáz cirkulációs boiler: Eredetileg a HMV készítéshez fejlesztették, minimális helyigénnyel rendelkezik, ezért szintenkénti fűtésre, kisméretű lakásfűtésre alkalmas kw a maximális teljesítmény, egy-kétlakásos lakóházak fűtési és HMV hőigényét képes kielégíteni. Költséghatékony, hőközpontra, tüzelőanyag raktározásra nincs szükség. Alacsonyhőmérsékletű és kondenzációs kazánüzemmóra alkalmas. Kondenzációs kazán: A füstgáz lehűlés szempontjából az alacsonyhőmérsékletű kazán megoldásán túl egy további fejlődési lépés. A füstgázban található vízgőz folyamatos kondenzációját hasznosítja a berendezés, a vízgőz lecsapódása folyamán felszabaduló nagymennyiségű látens hőenergiát. A forró füstgázt a visszatérő vízhőmérséklettel kondenzációs hőmérsékletre hűti a rendszer, majd mind a szenzibilis mind a látens hőt visszaforgatja egy nemesacél hőcserélő, az alsó U U fűtőértékre vonatkoztatva ezúton 110%-os hatásfok érhető el. Látens hőnek nevezzük azt a hőfelvételt vagy hőleadást, mely egy anyag fázisváltásakor, halmazállapot változásakor keletkezik. Azért a látens (rejtett) megnevezés, mert a hőfelvétel, illetve hőleadás folyamán az anyag hőmérséklete nem változik (pl.: párolgási hő, olvadási hő, kristályosodási hő). Szenzibilis hőnek az érzett hőt nevezzük, amely egy anyag tényleges hőmérsékletváltozásakor keletkezik. Előfeltétel, hogy a visszatérő vízhőmérséklet a füstgáz páratarlamának a harmatponti hőmérséklet szintje alatt legyen. A füstgáz CO 2 -tartalmától függően ºC között helyezkedik el ez a hőmérséklet tartomány. Alacsonyhőmérsékletű fűtési rendszerek predesztináltak kondenzációs kazánokhoz. Tüzelőanyagként elsősorban gázt használnak, mert az olajjal szemben a füstgáz kevesebb kéndioxid tartalma miatt magasabb harmatponti hőmérséklettel rendelkezik. Olyan alacsony hőmérsékletű a füstgáz, hogy a rendszerből való távozáskor a kürtőhatást egy ventilátorral kell megsegíteni. A kéménynek gázálló és kondenzáció álló belső béléstettel kell rendelkeznie, üveg, acél vagy samott alkalmas erre a célra, de a műanyag is megengedett. A mérsékelttől erősen savas kondenzvíz bevezethető a szennyvízcsatorna hálózatba. Kompresszoros hűtőgép: A kompresszoros hőszivattyú felépítésével, rendszerével azonos felépítésű berendezés. A hőszivattyú elvével ellentétes módon a párologtató mentén elvont hőfelvétel a hűtési előremenő vízhőmérsékletet hűti le. A kondenzátor mentén termelődő hőt egy másik hűtő cirkulációs vezetékkörnek kell elvonni a rendszerből annak érdekében, hogy a hűtési folyamat működőképessé váljon. Az energahatékonyságot növeli, ha a normál esetben visszahűtendő hűtésből származó hulladékhőt HMV készítésre lehet alkalmazni, - ehhez szükséges, hogy az igény a hűtésre és HMV használatra egyidejűleg lépjen fel. Általános irodaépületek hétköznapjaiban ez az eset ritkán fordul elő. Visszahűtő berendezés: Egy hűtőgép kondenzátorától a keletkező hulladékhőt elvonó, hűtő vízvezetékkör lehűtésre hivatott rendszer. Általában a tetőszerkezetekre építik be a berendezéseket. Megfelelően alacsony külső léghőmérsékletek esetében közvetlen módon képesek hűtési energiát előállítani. Megkülönböztetünk nyitott, zárt és száraz visszahűtő rendszereket. Nyitott rendszer esetében a hűtőfolyadék egy hőcserélő külső felületére csöpög 132

133 vékony vízfilm formájában, majd az átáramló levegőnek köszönhetően a párolgás következtében lehűl és visszaáramlik a hűtési körbe. Folyamatosan vízfilmet kell képezni a párolgási hűtés és a párolgásból adódó vízveszteség fedezésének biztosítása végett. Zárt visszahűtési rendszerekben a hűtendő folyadék és a levegő egy hőcserélő által el vannak egymástól választva. A hőcserélőre vízzel porlaszatanak. Ez a visszahűtés nagyobb helyigénnyel rendelkezik mint a nyitott rendszer. Ha a zárt visszahűtés víz nélkül működik, akkor száraz rendszerről beszélünk. Fenntartható, környezettudatos és energiahatékony rendszerek Hőszivattyú: A hőszivattyú működése azon elven alapszik, miszerint minden test rendelkezik egy bizonyos mennyiségű energiával. A környezettől energiát von el a hőszivattyú egy alacsony hőmérsékletnívón, majd egy meghajtási energia segítségével a termikus energiát felemeli az alacsonyabb szintről egy magasabb szintre és átadja azt egy épület fűtési rendszerének. Alapvető felépítésében a hőszivattyú négy részből áll: párologtatóból, kompresszorból, kondenzátorból és tágulást biztosító szelepből. A hűtőfolyadék a párologtató tartályban kb. 3 bar nyomás alatt elpárolog, gáz halmazállapotúvá válik. Eközben környezetétől szenzibilis hőt von el, miközben ő maga alig melegszik fel, mivel a hőt főként látens formában veszi fel. Következő állomásban, a kompresszorban a páraformájú hűtőanyagot bar nyomára besűríti, összenyomja a kompresszor, ezáltal növekszik a nyomás és ezzel párhuzamosan a hőmérséklete a hűtőanyagnak. A kompresszor meghajtási segédenergiaként elektromos áramot igényel. A magas nyomás miatt a hőtőanyag kondenzációs hőmérsékletpontja annyira megnövekszik, hogy képes a hőenergiaáját átadni a szekunder (fogyasztói) oldal fűtési előremenő ºC hőmérsékletű vízvezeték körének. A lecsapódás, folyékonnyá válás a következő állomásban, a kondenzátorban történik, ahol a hűtőfolyadék magas nyomás alatt leadja hőenergiáját a szekunder oldanak (fűtési körnek), -ez a folyamat túlnyomó részben látens hőenergia átadás keretében történik. Utolsó állomásként a kondenzátorban ismét folyadékká változott hűtőanyag a tágulási szelepen keresztüláramlik, a nyomásveszteség miatt nagymértékben lehűl, majd eléri kiindulópontját, a párologtató, ahol ismét hőt képes felvenni környezetétől. Minél alacsonyabb a hőmérsékletkülönbség áll fenn a megújuló energiaforrás és a szükséges fűtési, illetve hűtési hőmérsékletek között, annál hatékonyabb a folyamat, annál kevesebb meghajtási energiaigény jelentkezik. Alacsony hőmérsékletű fűtési rendszere ezért a leghatékonyabb kombinációk hőszivattyúk esetében. Monovalens üzemmódban a hőszivattyú kizárólag fűtésre dolgozik, bivalens-alternatív üzemmódban pedig a hőszivattyú a hűtést szolgálja magas külső léghőmérsékletek esetében, alacsony külső hőmérsékletek mellett pedig kikapcsolják és egy konvencionális kazán veszi át a fűtési hőtermelő szerepét. Bivalens-párhuzamos üzemmódban a hőszivattyú hűt, fűt, magas hőigény esetén pedig a hőszivattyúval párhuzamosan egy konvencionális kazán is kiveszi a részét a fűtésből. A primer oldali forrásközeg lehet a levegő, a talaj, illetve a víz hőtartalma. Felszín közeli talajhő hasznosítás folyadék-csőhálózat vagy talajszonda-folyadékhálózat formájában lehetséges. A vezetékekben fagyálló keverék (glykol-víz keveréke) kering, mely a hőenergiáját átadja a párologtató egységnek. A folyadék-csőhálózat (talajkollektor) kb. 2m mélységben lesz nagy vízszintes felületet lefedve lefektetve. 2,5-3-szoros fűtött hasznos alapterület méretre van szükség ahhoz, hogy primer oldalon megfelelő hőforrás energiamennyiséget lehessen biztosítani. Nedves, magas agyagtartalmú talajrétegekben kedvező az alkalmazás. Kisebb beépítési telkeken vagy utólagos kivitelezésnél (pl.: felújítások esetében) függőleges talajszonda az alternatíva. Kb. 15 m mélységtől kezdve a talajrétegek átlagosan kb ºC hőmérséklettel rendelkeznek. A szondák általában műanyag csővezetékek. Primer oldali forrásként a víz felszíni víz, talajvíz vagy szennyvíz 133

134 formájában hasznosítható. Tó- és folyóvíz alkalmazásának alapfeltétele, hogy egész évben kielégítően magas hőmérsékletekkel rendelkezzen. A felszíni vizek hőmérsékletei időeltolással követik a külső levegő hőmérsékletének alakulását. A vízhőmérséklet minimum értéke nem mehet ºC alá, különben a hőcserélők megfagyhatnak. A talajvizek hőmérsékletei kb. konstans 10 ºC körül alakulnak egész éves szinten. Egy nyerő kút segítségével ki lehet termelni a talajvizet a talajrétegekből, majd elvezetni a párologtató tartályhoz, ahonnan vissza szükséges áramoltatni a talajvizet a nyelő kútba, a talajba. A szélsőségesebb téli időszakokban is gazdaságosan üzemelnek ezek a rendszerek. Állandó primer oldali forrásközeget biztosítanak az ipari és kereskedelmi létesítmények technológiáiból keletkező szennyvizek hőmérsékletei, például hűtési folyadékok hőtartalma vagy szennyvíztisztító telepek hőenergiája. A külső levegő hőtartalmát nagyon könnyen lehetséges hasznosítani, ugyanakkor a külső levegő alapvető karakteréből adódóan nagyon szélsőséges hőmérsékletingadozást mutat éves szinten. Különösen télen, mikor a legnagyobb hőigény áll fenn, akkor legalacsonyabb a primeroldal forráshőmérséklete. Kedvezőbb megoldás, ha egy kizárólag elszívó légtechnika használtlevegőjének a hőtartalmát hasznosítja a hőszivattyú, mivel ez esetben folyamatos magas hőmérséklet szint biztosított a használt levegő oldaláról. Energiatermelés talajvízből és talajrétegekből: A talajrétegek tömegének nagyságából adódóan a termikus hőtehetetlenségük nagy, hőtároló kapacitásuk jelentős. Nyáron, kedvező esetben relatív alacsony hűtési teljesítményigények esetén épülethűtési célokat, télen pedig egy hőszivattyú társításával fűtési igényeket lehet kielégíteni épületekben. Talajvizeket nyerő és nyelő kutakkal, valamint a talajhőt zárt rendszerű talajkollektorokkal, illetve talajszondákkal vagy akár vasbeton cölöpalapokba integrált hőcserélő folyadék-vezetékekkel lehetséges hasznosítani. Ezek a vizes rendszerrel működő megoldások termikusan aktivált épületszerkezeteket, födémeket, pallószerkezeteket, hűtőmennyezeteket képesek fűteni-hűteni, továbbá esetleges légtechnika frisslevegő ellátását előtemperálni. Az optimális cél, hogy a nyáron felmelegített talajrétegeket, az elraktározott hőenergiát télen a hőszivattyú a fűtési hőigény ellátásával visszahűti, - ezúton tehát a folyamatos talaj felmelegedés meggátlása még kismértékű talajvíz áramlás esetén is biztosított. A talajvíz hőenergiájának hasznosítása esetén a talaj és a talajvizek különböző elengedhetetlen geológiai paramétereinek birtokában szabad csak a tervezőnek és később a kivitelezőnek a rendszert megvalósítani. A helyileg hatályos vízgazdálkodó hivatalnál egyeztetni és engedélyeztetni kell a felszín közeli geotermikus kutak létesítését. A talajrétegek áteresztő képessége, valamint a talajvíz áramlási irányának és sebességének ismeretében lehet csak kiszámolni a hőmérsékletzónák kiterjedését és a szükséges távolságot a nyerő és nyelő kutak között. Ha nem ismeretes a talajvíz folyási iránya, akkor minimum 15m távolságot kell a kutak között tartani annak érdekében, hogy ne zavarja egymást a két különböző energetikai áramlási iránnyal rendelkező kút. Ha ismert az talajvíz áramlási iránya, akkor a nyelő kút folyási irányban mindig a nyerő kút után/alatt létesítendő. A talajvíz vezető rétegnek elegendő mértékben erősnek (vízvezető réteg, nyomás) kell lennie ahhoz, hogy a szükséges vízmennyiséget szállítani, nyomni tudja a talajvíz kitermelés részére. A talajvíz kémiai összetételét is vizsgálni kell a hőszivattyú párologtatójának a védelmének, kompabilitásának ellenőrzése érdekében. A talajvizek ingadozását figyelembe véve a nyerő kút kb. 5-6 m mélységbe a talajvízszint alá kell hogy lenyúljon. A kútvíz hőtartalmát egy hőcserélőn keresztül az épületgépészeti rendszer átveszi, majd a kútvíz visszaáramlik a nyelő kúton keresztül a talajrétegbe. Évszakonként változóan 8-12 ºC hőmérséklettel rendelkezik a talajvíz, tehát nyáron ºC hűtővíz hőmérsékletekkel lehet számolni. A megoldás hátránya a hosszútávon relatív bizonytalan talajvíz ellátás kérdése. Cölöpalapok is alkalmasak felszín közeli geotemika hasznosítására, a folyadékcső-hálózat a vasalási kosarak mentén rögzítésre kerülnek, majd kibetonozzák az alaptesteket. Ez a rendszer önálló folyadék-hidraulikával rendelkezik, tehát előny, hogy nem függ a hosszútávon esetlegesen 134

135 bizonytalan talajvíz ellátottság helyzetétől. A m mélységű szerkezetek akkor nyújtanak ésszerű megoldást, ha az épületprojekt statikailag eleve ilyen alapozást igényel. A cölöpalapok általában olyan talajviszonyok mellett szükségesek, ahol magas a talajvíz szintje, ezért jó a hővezetési képessége (előnyös szinergiahatás hasznosítás). Talajszondák szintén önálló hidraulikai rendszerek, további előny a vízszintes értelemben kis helyigény és az utólagos kivitelezhetőség, fejleszthetőség (pl. felújítások esetében) m mélységig furatokat állítanak elő, melyekbe műanyagcsöveket, vagy szimpla csővezeték hurkokat vagy pedig koaxiális cső a csőben dupla csővezetéssel készült megoldást helyeznek el. Utóbbi verzióban a külső csőben a házból jövő folyadék áramlik lefelé, a belső csőszegmensben pedig a temperált folyadék áramlik vissza az épületbe. Függőleges és ferde szonda kivitelt ismerünk, a függőleges szondák legalább 6 m-es körzeten kívül helyezkednek el egymástól. Levegő talaj hőcserélő kollektor: Másik nevén földcsatorna; alapvető feladata a külső levegő előkondicionálása a fűtési időszak szellőzési hőenergiaigény és a hűtési enegiaigény csökkentése céljából. A talajrétegek hőmérsékletei éves szinten kb. 3 m mélységtől mérve kb ºC tartományban mozognak. A talajrétegbe elhelyezett szimpla csatornavezeték vagy csőhálózat szellőző légcsatornaként működik. A külső levegő télen előfűtődik, nyáron pedig előhűtődik, előfeltétel, hogy gépi szellőzés is legyen az épületben, annak érdekében, hogy a frisslevegőt át lehessen áramoltatni a levegő-talaj hőcserélőn és aztán be lehessen szívni az épületbe. Ezzel a megoldással a téli hővisszanyerés fagyásveszélye is kiküszöbölhető, sőt megfelelő méretezéssel akár az előfűtő kalorifer is elhagyható a légkezelő berendezésből. Fűtési szezonban maximum 20 ºC, nyáron pedig 12 ºC a minimum elérhető temperált frisslevegő hőmérséklet. A legegyszerűbb esetben a légcsatornákat az építési gödörben helyezik el, az épület külső falai mentén, továbbá a pincefalak megduplázásával is lehetséges földcsatorna-hőcserélő kialakítása, csak ebben az esetben ügyelni kell, hogy helység oldalról meggátoljuk a hőáramlást a fal/földcsatornába (pl. hőszigeteléssel). Földcsatorna hálózatok szabad területek alatt vagy épületek alapfödém szerkezete alatt is elhelyezhetők, bár a szabadon fektetett csőhálózat kivitel nagyon költséges és nem gazdaságos megoldás. Kis csatorna keresztmetszetek esetén PVC műanyagcsövek, nagyobb átmérőknél pedig olcsóbb, előre gyártott beton vagy szálcement csövek kivitelezhetők. A rendszer tervezésekor első lépésben már ismert az épület által igényelt légtechnika és a légkezelő által szállítandó légtérfogat áram mennyiség. A földcsatorna hálózat hossza és keresztmetszete függ a helyi földrajzi és klimatikai adottságoktól, a talaj hőtechnikai és nedvességbeli tulajdonságaitól, valamint a talajvíz szintjétől. Bár gyakran a tervezési fázisban még nem ismerik a talaj fizikai adottságait, ezek vannak a legnagyobb hatással a földcsatorna teljesítményére. A talaj sűrűségének, a talajvíz és a talajnedvesség mértékének a nagysága (minél nagyobb, annál jobb) képesek alapvetően javítani a földcsatorna teljesítményén. Szivárgó felszíni vizek és a rövid hideg és forró időszakok szintén pozitív hatással vannak a rendszer teljesítményére. A hálózat méretezésével is lehet növelni a teljesítményt: alacsony légsebességek, hosszú csatornajáratok, nagyobb távolságok a csatornák között, nagyobb fektetési mélység. Azonos légtérfogatára átöblítés mellett túl kis átmérőjű csatornajáratokban aránytalanul növekszik a nyomásesés és a ventilátor ilyen esetben nagyon magas villamos áramfogyasztást okoz. Nagy légmennyiségek esetében bejárható csatornák létesíthetőek, melyek ezúton karbantarthatóak és tisztíthatóak. A közel vízszintes lég kollektor hálózatban, nyári időszakban kondenzáció lép fel, a csatornákat ezért legalább 2-3 % lejtéssel szükséges kivitelezni, a páralecsapódásból származó vizet kondenzvíz gyűjtő aknákban összegyűjteni és kavicsos szivárgó rétegben elszivárogtatni vagy a szennyvízcsatornába vezetni. Revíziós nyílások szükségesek, továbbá ha talajvízbe helyezik el a csatornahálózatot, akkor teljes mértékben vízállónak kell lennie. Energia tároló: A kiindulási probléma többrétű. Egyrészt a regeneratív energiaforrások sok esetben csak időszakosan állnak rendelkezésre, mint például a napenergia vagy a szélenergia esetében. 135

136 Másrészt probléma, hogy a hő- és villamos energia csupán egy meghatározott időtartam erejéig tárolható. Szokásos termikus szoláris rendszerek, melyek HMV előállítást szolgálnak pár napra képesek hőenergiát előtermelni vizes rendszertárolójukba. Fűtésrásegítés esetén már jóval nagyobb vizes puffer tároló rendszerre van szükség, hogy pár napra előre lehessen tárolni szoláris forrásból nyert hőenergiát. Szezonális melegvíz tároló: Nagyméretű, hőszigetelt tárolótérfogattal rendelkező tartály, mely hosszabb időtarmig tárol hőenergiát, optimális esetben a nyáron gyűjtött hőenergiát menti el a téli időszakra. A víz jó hőkapacitási tulajdonsága miatt kedvező tároló közeg. A hőmérsékletnívó éves szinten ingadozik. A tároló geometria tervezésekor kedvező A/V hányados, kis burokfelület előnyben részesítendő. Épületekben hőszigetelt acéltankokat alkalmaznak, melyekből rétegenként lehet a hőenergiát kivenni. Épületen kívül lehelyezett tárolók legtöbbször aquifer tárolókként vannak kialakítva, hőszigeteléssel körülvett kavics és víztöltetű tárolók. A hőenergiával való fel és letöltés több vízszintes vízcsőhálózattal történik. Tervezett tároló menedzsment alapján optimálni lehet fel- és letöltési folyamatokat. Látenshő tároló: A fázisváltó PCM (phase change materials) anyagok azt az effektus hasznosítják, miszerint egy anyag olvadásakor nagyon sok hőfelvétel történik anélkül, hogy az anyag különösebben felmelegedne. Sóhidrátok (kristályvíz) ºC hőmérséklettartományban képesek fázis (halmazállapot) változásra. Paraffin anyagok is alkalmazhatók azonos hőmérséklettartományban, azzal az előnnyel, hogy könnyebben kezelhetők. Jelenleg a ºC hőmérséklettartományban cukoralkohol anyagokat fejlesztenek. A látenshő tárolók előnye a nagy energiatartalom (energiahatákonyság) és az azonos hőleadási és hőfelvételi hőmérsékletek. Épületekben jelenleg extra hőtároló tömegként próbálják az épületszerkezetekbe integrálni ezt az anyagot a cél érdekében, hogy a hőmérsékletingadozásokat felfogják. PCM gipszrost lapokba, padlószerkezetekbe és homlokzatokba integrálhatók. A jégtároló segítségével hűtési energia tárolható, - egy konvencionális hűtőgép költséghatékony éjszakai vezérelt árammal lehűti a tárolót, majd nappal rendelkezésre áll a rendszer, mint hűtési energiaforrás. Termokémiai tároló: Előnye a csaknem veszteségmentes hőtárolás hosszú időtartamban és a magas energiatartalom. Hőbevitel által a tárolóban kémiai átalakítási folyamatok keletkeznek, pl. egy tároló közegből vizet vonnak el. Később megfordítva a folyamatot, vízgőz bevitelével ismét hő keletkezik. Szilikát vagy zeolit anyagokat használnak e célra, melye nagy belső felülettel rendelkeznek és sok vizet képesek megkötni. A szilikátok porózus, üvegszerű anyagok, melyek különösen a termikus szolárkollektorok hőenergiáját képesek fogadni. A zeolitok víztartalmú fém-alumosuzilikátok, melyek a deszorpcióhoz magas (100 ºC) munkahőmérsékleteket igényelnek, viszont a letöltési folyamatban is magasabb hőmérsékleteket szolgáltatnak. Jelenleg távhő rendszerek csúcsteljesítmény igényének a kiegyenlítésére kísérleteznek velük. Épületek szezonális energiatárolása érdekében jelenleg a szorpciós tárolót már gyakorlati tesztek alá vetik. Elektromos áram tároló elemek: Máig a legelterjedtebb elem az ólomelem, 350 kg súlya van és kb. 11 kwh áramot szolgáltat, ez kb. 1 liter fűtőolaj energiatartalma. Nátrium-kén és cink-levegő elemeket jelenleg kísérleteznek nagyobb kapacitás elérése érdekében, de a szoláráram tárolás a magas költségek és veszteségek miatt csak olyan helyeken javasolt, ahol nincs kiépített elektromos hálózat. Hidrogén tároló: technika még fejlesztési stádiumban, van, magas költségek, veszteségek jellemzik. Elektrolízis alkalmazásával a vizet hidrogénre és oxigénre bontják, majd a gázokat szezonális rendszerben tankokban tárolják, majd üzemanyagcellával ismét árammá alakítják. Termikus szoláris rendszer: Közép Európában kb kwh/m 2 a szoláris sugárzásból nyerhető energiamennyiség áll rendelkezésre. A termikus szolárenergia hasznosítás során napkollektorok a szoláris fénysugárzást abszorberek segítségével hőenergiává alakítják át. Túlnyomó többségben HMV készítésre használják a kollektorokat. Méretezéstől függően az éves szintű HMV energiaigény 50-70%-a megtakarítható. Jó hőtechnikai jellemzőkkel rendelkező 136

137 épületburok (pl. alacsony energiafogyasztású épületek, passzívházak, közel nullenergia és aktívházak) esetén a napkollektorok által termelt hőenergia fűtésrásegítésként is működhet. Éves átlag szinten déli tájolás mellett 30-40º-os dőlésszögben optimális energiahozam célozható meg, kis eltérések nincsenek hatással az energiahozamra. A szolárkollektorok legegyszerűbb kivitele a termikus abszorber. Fekete műanyag folyadék-csőhálózatból áll, melyet szabad felületekre vagy tetőszerkezetekre helyeznek el. Különösen előnyös az alklamazás nyitott nyári üzemeltetésű fürdőkben, ahol a maximális sugárzási viszonyok és a használati igények időbeli egybeesése adott. A medence vize közvetlenül az abszorber hálózaton keresztüláramlik. A külső léghőmérsékletnél kb. 20 ºC-al magasabb hőmérsékleteket lehet előállítani. Magasabb hőmérsékleteket üvegezett sík kollektorokkal lehet elérni. Jól hőszigetelt panelházban üvegezett fedéssel abszorber lemezek találhatóak, csőhálózattal vannak összekapcsolva. A csőhálózatokban fagyálló folyadék áramlik, leggyakrabban víz-glykol-keverék. Sík kollektorokkal kb. 50 ºC és 50-60%-os hatásfokok érhetőek el. Az abszorber anyagai alumínium vagy réz, melyek egy szelektív réteggel lesznek extra bevonva annak érdekében, hogy a szoláris sugárzás felvételét maximálják, és a lesugárzást meggátolják. A fedőborítás Antireflex-üvegezés, mely 90-ről 95%-ra emeli a sugárzási átbocsátást. A sík kollektorok vákuum kollektorként is kaphatók, melyekben a kollektorokban lévő vákuum a konvencióból adódó hőveszteségeket gátolja meg. Egy hatékonyabb alternatíva a vákuum kollektor, mely jobb hatásfokokat és magasabb hőmérsékleteket képes elérni. Légtelenített üvegcsövekben találhatók az abszorber csíkok. A vákuum ideális termikus védelmet biztosít és minimálja a konvencióból eredő hőveszteségeket. A vákuumcső az egyik végén egy gyűjtő csőre csatlakozik, melyen keresztül a hordozóközeg a szoláris hőenergiát a hőtároló egységbe vezeti. Száraz kötésekkel kialakított rendszerben az úgynevezett heatpipe vákuumcsövek üzemhasználat közben is cserélhetők. 70 ºC-al melegebb hőmérsékletek érhetőek el, mint a külső levegő hőmérséklete ezrét fűtéshez és technológiai hő előállításhoz is alkalmas a technológia. A tipikus HMV készítő berendezések kétkörös rendszerből állnak, melyben a szolárkör el van különítve a HMV körtől. A szolárkör egy hőcserélőn keresztül a HMV tárolót tölti fel hőenergiával. A szabályzás úgy történik, hogy a szolárrendszer keringető szivattyúja akkor kapcsol be, ha a kollektor hőmérséklete pár fokkal magasabb, mint a tároló hőmérséklete. Nyáron legtöbbször a termelt szolárhő elegendő az egész HMV igényt ellátni. Télen a szolárisan előmelegített vizet után kell fűteni. A fűtésrásegítés esetén két tárolóból álló rendszermegoldást alkalmaznak. A HMV puffertároló mellet egy további nagyobb puffertároló szolrásugárzásban szegényebb napokon hivatott áthidalni az időszakot. Elsőként a HMV tárolót tölti a rendszer fel,- egy konvencionális fűtési rendszer a tároló felső részét látja el után fűtéssel (ún. készenléti állomány), melyből aztán a hőenergia vételezése történik. Mivel nem a teljes tároló térfogatot fűtik, az energiaköltségeket minimálni lehet. A tárolóban kialakul egy hőmérséklet rétegződés, melyet az hőenergiával való feltöltés során lehetőleg nem szabad megváltoztatni. Ezt a célt rendszerint a gyakorlatban áramlásvédő lemezzel a hidegvíz bevezetési ponton, alacsony átáramlási sebességekkel és hővezető csövekkel oldják meg. Fotovoltaikus szoláris rendszer (PV): A szolárcellák villamos áramot állítanak elő. Modulokba összeépítve az épületek tetőszerkezetébe, illetve homlokzatába integrálják őket. Az optimális beépítés függ a beépítési helyszín tájolásától, és a szélességi körtől. Éves szinten átlagolva déli tájolás mellett kb. 30º-os dőlésszögben a legjobb termelés célozható meg. Függőleges homlokzati beépítésben a nyugati, illetve keleti tájolás esetében még a maximális besugárzási értékek 60% adott. Európában rendszerint a magas (50%-os) diffúz szoláris sugárzási részarány miatt a nappálya követő megoldások nem gazdaságosak. A szolárcellák félvezetők. A legtöbb félvezető szilíciumból áll. Mono- és polykristályos változatban a jelenlegi piac 80%-át a kristályos napelemek képezik. 0,3 mm vastagságú, 10 cm nagyságú szeleteket vágnak szilíciumtömbökből, magas hatásfokkal rendelkeznek. Amorf szilíciumcellák ezzel ellentétben anyagtakarékos módon pár 137

138 ezred milliméter vastagságban egy hordozóanyagra gőzölik. Hatásfoka lényegesen alacsonyabb. Egy fotovoltaikus cellában kialakult feszültség 0,6 Volt. Az elektronok mennyisége, tehát az áramerősség arányos a besugárzási intenzitással és a cellafelület méretével. Egy 10x10 cm nagyságú cella 900 W/m 2 besugárzás mellett 3 Amper áramerősséget produkál. Annak érdekében, hogy használható teljesítményeket kapjunk normál esetben cellát 1,0 m x 0,5 m méretű modulokba integrálnak. A modulban a cellák a feszültség növelése érdekében string-ekben sorosan vannak kapcsolva, mely string-ek aztán párhuzamos kapcsolásban lesznek összekötve. Soros kapcsolás esetén a legkisebb fényintenzitással rendelkező cella határozza meg a teljes modul teljesítményét, miáltal már kisebb árnyékvetés is nagyon negatív hatással van a teljesítményre. Különböző veszteségi faktorok miatt egy szokványos szolármodul hatásfoka 20% alatt marad. Egy része ezeknek a faktoroknak fizikailag adottság és alig lehetséges javítani. Egy ugrásszerű hatásfokfejlődés tehát nem várható. Fotovoltaikus rendszerek autonóm (független) vagy hálózatra kötött rendszerekként üzemeltethetőek. A szigetüzem (autonómia) akkor indokolt, ha a villamos hálózattól, telpülésektől távol eső vidéki, természeti tájegységben létrehozott épületről, rádió adó-vevő állomásról, hegyi szállásról van szó. Elemre (pl. ólomakkumulátor) van szüksége ennek a rendszemegoldásnak a villamos energia tárolására. Egy ólomakkumulátor töltési hatásfoka kb. 90%-osnak kell lennie. Elektronikus töltő szabályzó végzi a hibamentes töltési folyamat vezérlését, ha a rendszer eléri a maximális töltési határértéket, akkor kikapcsol a töltési folyamat, ha viszont a minimális töltési érték alá esik az akkumulátor töltöttségi szintje, akkor ismét bekapcsol a töltési folyamat. Egy elektronikus alul töltöttségi védelmi funkció védi az akkumulátorokat a túlzott letöltöttség veszélyétől. A hálózattal párhuzamos üzem esetén a szolárgenerátorok a termelt elektromos áramát a villamos közmű hálózatba táplálja a rendszer. Az inverter egység a kapocs a közmű hálózat váltóáramú rendszere és az épület napelemes egyenáramú rendszere között. Az inverter alakítja át a modulok termelt egyenáramát 230 Voltváltóárammá. Hálózatra kapcsolt üzemmódban a az épület PV rendszere a közmű hálózatot tárolóként használja. Ha több szoláráram keletkezik, mint amennyit az épület pillanatnyilag fel képes használni, akkor a felesleg a hálózatba lesz betáplálva. Fordított üzemben, borult benapozású időszakokban vagy éjszaka az épület a közmű villamos hálózatból vételez áramot. Példa: RATI iroda és ipari épület fenntartható energiahatékony gépészeti rendszere Az épület magas színvonalú belső komfort környezetének, valamint a jelenleg egyre aktuálisabb épületenergetikai, környezetbarát, egyszóval fenntarthatósági minőségének biztosítása szempontjaiból a projekt egyik leglényegesebb részét az épületgépészeti rendszer alkotja. A projekt már korai tervezési fázisában egy olyan gépészeti gyártót kerestünk, aki a maximális minőségen kívül a megbízhatóság és az innovációkra való nyitottság tekintetében potenciális szakmai partnerként támogat egy hazai, referencia értékű pluszenergia középület projektet. A Rehau Kft. mindezek tekintetében optimális partnernek bizonyult, egyrészt a tervezett komplex épületgépészet teljeskörű, egy kézből történő gyártási kapacitás biztosítása, másrészt a referencia karakterű épület K+F irányultságú igényeinek kielégítése szempontjából. Az épület rendelkezik az ország tudomásunk szerint legnagyobb, több mint 1 km hosszúságú Rehau Awadukt Thermo levegős talajkollektorával. Az épület mesterséges szellőztető rendszerének ezen hőtechnikailag passzív légcsatorna-csőhálózat eleme 3m mélységben került Tichelmann-kötésben elhelyezésre annak érdekében, hogy a földrétegek energiatároló képességét kihasználva a kontrollált szellőzés hatékonyságát növelje. Télen a beszívott összes légmennyiséget előfűti, nyáron pedig előhűti a levegős talajkollektor, így a légtechnikai rendszer fenntarthatóan és gazdaságosan működtethető. Ez a több innovációs díjat is elnyert rendszer az első levegő-talaj hőcserélő, mely belső felülete antimikrobás bevonattal készül, tehát nem csak 138

139 energiaköltségeket csökkent, hanem a belső légminőséget és egyben a termelékenységet is nagymértékben növeli. Individuális geometriák kialakíthatósága egy praktikus idom rendszer segítségével lehetséges. A beszívott levegő előszűrése (higiénia), a radon állóság illetve a kondenzvíz elvezetésének megoldása mellett a csőanyag hővezetési képességének növelésével a talajréteg és a beszívott levegő közötti hőátbocsátás optimalizációja is biztosított. A Rehau Awadukt Thermo kivitelezés munkálatai a Rati Kft ipari és irodaépület előtti tervezett parkolóterület alatt Komlón 139

140 A Rehau Awadukt Thermo gyűjtőcsatornájának elhelyezése A fűtés, valamint az aktív és passzív hűtés kulcsfontosságú eleme a Raugeo PE-Xa 32x2,9mm csőátmérőjű összesen 25 db 100m mélységű dupla földszondákból álló rendszere, mely időjárástól, évszaktól, napsugárzási viszonyoktól és szélviszonyoktól függetlenül hasznosítja hatékony módon a geotermikus hőenergiát. A hajlított szondavég kialakításával elkerülhető volt a hegesztéses toldás kialakítása, így az üzembiztonság nagymértékben növelhetővé vált. A robusztus PE-Xa műanyag cső ellenáll a fúrt szondalyukba történő süllyesztés folyamán a sérülésveszélyeknek. A fűtési energiafogyasztás hatékony csökkentése mellett különösen a nyári időszakban figyelemreméltó a szondamező működése, mely a dinamikus szimulációk eredményei alapján az aktív hűtési villamos áramfogyasztást gyakorlatilag lenullázta (lásd a cikk Szimulációk fejezetét)! Az épületben, a nyári időszakban az is megtörtént, hogy az irodákban dolgozók kérésére az aktív hűtést ki kellett kapcsolni, mert fáztak a dolgozók

141 A Rehau Raugeo PE-Xa földszonda rendszerének kivitelezése szondafúrás a Rati kft épülete előtti területen A Rehau Raugeo PE-Xa földszonda rendszerének előregyártott osztó-gyűjtője a komlói projektben A Rautherm-S PE-Xa alacsonyhőmérsékletű felületi fűtő-hűtő sugárzó rendszer a fűtőesztrichekben és a mennyezet temperálásban 20mm-es átmérővel került beépítésre. A betonmag aktiválás segítségével az épület vasbeton födémszerkezeteinek hőtároló tömegeit termikusan aktiválva egy végtelen energiatároló rendszer született, mely alacsony előremenő fűtési és magas előremenő hűtési hőmérsékletek futtatását engedélyezi. Ezúton a hőszivattyús geotermikus energiahasznosítás is biztosított az épületben. A hagyományos (pl. radiátoros) fűtési hőátadó rendszerekkel összehasonlítva ugyanazon termikus komfortérzet eléréséhez a sugárzó rendszer esetében több fokkal alacsonyabb helységhőmérséklet is elegendő, mely 10%-os fűtési megtakarítást is eredményezhet. E rendszer mellett a légtechnikának csupán a higiéniailag szükséges légcserét kell biztosítania, jóval kisebb légmozgatás és energiafogyasztás mellett, mint 141

142 a levegős fűtő-hűtő rendszerek. Az energiahatékonyság mellett az egészségre pozitív hatást gyakorló tulajdonságok, a redukált légmozgás (minimalizált por cirkuláció), a Beteg épület szindróma megszüntetése (a klimatizáció komplett kiváltása) is fontos szempontok voltak a tervezésnél. A Rehau Rauterm-S PE-Xa betonmag aktiválás csőfektetése a mennyezetben A Rehau Rauterm-S PE-Xa betonmag aktiválás csőfektetése a paló-esztrichben 142

143 A Rehau Rauterm-S PE-Xa száraz fektetésű nagy teljesítményű falfűtés-hűtés A projektben ezenkívül Rautitan Flex vízellátást biztosító csőrendszer és Raupinao szennyvízelvezető rendszer került kivitelezésre, a magas higiéniai biztonság és a hosszútávú használhatóság céljából. 3.5 Épületenergetikai számítások A 2500 m 2 hasznos alapterületű épület, a RATI Kft gyárüzem és irodaépülete; egy 10 m magas raktárcsarnoknak és egy termelőcsarnoknak biztosít helyet, irodákkal és szükséges szociális helységekkel egyetemben, melyeket egy központi átrium szervez egységgé. Az épület innovációs központként is működik, fejlesztési osztállyal, ill. egy többfunkciós étkező, kiállító, előadó és rendezvényteremmel kiépítve. Az előregyártott vasbeton pillérvázas épület 12 hónap alatt készült el, előregyártott kéregpaneles és úsztatott esztrich födémszerkezettel, továbbá vázkitöltő tégla külső és belső falazóelemekkel. Hőszigetelő üvegezés és polycarbonat transzparens-transzlucens felületek tagolják a 20 cm hőszigeteléssel ellátott opak épületburok szerkezetet. 143

144 A kísérleti ipari és irodaépület északi fő homlokzata A kísérleti ipari és irodaépület nyugati homlokzata 144

145 A raktárcsarnok motoros mobilis polcállvány rendszerrel (fűtetlen-hűtetlen épületrész) A komplexum egy fűtetlen-hűtetlen raktárcsarnok részből és egy kondicionált főépület részből tevődik össze, mely tagoltság a keleti és nyugati homlokzatokról könnyen leolvasható. A három fehér feszítet ponyva-tányérszerkezettel ellátott üveg- ill. polycarbonat bevilágító torony a termelőcsarnok szellőzését is szolgálja. 145

146 A termelő csarnok passzív szellőző tornyokkal és felülvilágító üvegfödémekkel Az épület szezonális működési koncepciója Az épület működését a klíma-, a gépészeti és az energiakoncepció hármassága határozza meg. A térszervezés ún. zónázás technikával alakult ki, mely segítségével a helységek nem csak funkcionális, hanem klimatikai szempontból is rendszerezve lesznek: azonos igénnyel rendelkező tereket zónákba sorolva egy kondicionálatlan raktártömb és egy kondicionált főépület egység jön létre. A raktárcsarnok zárt tömege délről védi a főépületet a nyári felmelegedés elől és épületburok szerkezetének felületével a PV napelem modulelemeknek nyújt telepítési helyet. Alapvető kritérium volt az alacsony A/V-hányados és a természetes megvilágítás ill. szellőzés biztosítása, mely vörös fonalként konzekvensen végigfut az épület térszervezési struktúráján. 146

147 Az épület klíma-, gépészeti és energiakoncepciója Három szellőző és bevilágítótorony működteti a termelőcsarnokot, mely fölött egy központi galériás, kétszintes közlekedő-átrium szintén szellőző és felülvilágító funkcióval rendelkezik. A tornyok felső ún. Venturi - tányéroknak is nevezett tányérszerkezetei aerodinamikailag optimált széláramlást gyorsító Venturi-, ill. Bernoulli effektus alapján működő passzív konstrukciók, miáltal a csarnokból a használt levegő természetes módon hatékonyan kiszellőztethető, frisslevegő utánpótlást biztosítva a homlokzati kapukon keresztül. A gépészeti koncepció alacsonyhőmérsékletű magas energiahatékonyságú felületi sugárzó rendszerből áll, padlófűtés és mennyezettemperálás formájában. A fűtési és az aktív vagy passzív hűtési energiát hőszivattyúk végzik, a mesterséges szellőzés pedig keresztáramú lemezes hővisszanyerős légkezelőkkel lehetséges. Az energiaellátás egy 100 kw teljesítményű geotermikus földszonda mezőből, hazánk tudomásunk szerint legnagyobb, több mint 1 km hosszúságú talaj-levegő kollektorából, valamit termikus (napkollektorok) és fotovillamos (PV) 147

148 szolártechnikából áll. A természetes fénytechnikát 7 db fénycsatorna egészíti ki, melyek fényperiszkópként a természetes szolársugárzást a termelőcsarnok sötétebb zónájába vezetik. A termelőcsarnok alacsony hőmérsékletű felületi sugárzó termo aktív fűtési hőátadó rendszere (részlet az energiakoncepcióból) 148

149 A 3 db hőszivattyúból álló fűtési-hűtési központ 25 db 100m mélységű geotermikus szondamező rendszer (részlet az energiakoncepcióból) 149

150 Az épület specialitása a magas komfortnívó biztosítása mellett a minimalizált energiafogyasztás: az elméleti modell esetében pluszenergia mérleg, a kivitelezett épület esetében pedig költségcsökkentési okokból kevesebb PV-modul (51 db) kivitelezésével egy alacsony energiafogyasztású rendszer jött létre, pluszenergia potenciállal. Ez azt jelenti, hogy az eredetileg tervezett PV-rendszer (420 db modul) figyelembe vételével az épület energiamérlege pozitív. A létesítmény energetikai tulajdonsága két eljárással lett számszerűsítve: stacioner számításokkal ill. dinamikus szimulációkkal. A 7/2006 (V. 24.) TNM rendelet alapján végzett statikus épületenergetikai számítások, az energetikai jellemzők meghatározása mellett energetikai tanúsítást is eredményeztek a 40/2010 (VIII.13.) BM, ill. a 176/2008 (VI. 30.) Kormányrendeletnek megfelelően. A szabályozás szerint három követelménynek kell megfelelni. Az egyes határoló szerkezetek rétegtervi hőátbocsátási tényezője (U, W/m 2 K) és az épület fajlagos hőveszteség-tényezőjének értéke (q, W/m 3 K) nem haladhatja meg a rájuk vonatkozó követelményértéket. Az épület összesített energetikai jellemzője (E p, kwh/m 3 a) továbbá nem haladhatja meg az épület felület-térfogat aránya és rendeltetésszerű használati módja függvényében a számítási összefüggéssel és diagram formájában is megadott értéket (E pmax, kwh/m 2 a). A WinWatt program [3.4] a számításokat a 7/2006. (V. 24.) TNM és január 1-től a 40/2012 (VIII.13.) BM rendelet szerint végzi el. A szoftver egy moduláris felépítésű fűtéstechnikai tervező program, mely alkalmas a réteges szerkezetek épületfizikai számítására, az épületek fűtési hőszükséglet és energetikai számítására is. A számítás részei a következők: 1. Rétegtervek 2. Épületszintek és helységek 3. Épületgépészeti rendszerek 3.1. Fűtési rendszer 3.2. HMV (használati melegvíz) rendszer 3.3. Légtechnikai rendszer 3.4. Mesterséges világítás 3.5. Nyereségáram források és/vagy veszteségek 3.6. Hűtési energiaszükséglet meghatározása és számítása. Az épület rétegtervi épületszerkezeteinek létrehozása után a szerkezetek tájolása, dőlésszögük, az üveges szerkezetek árnyékolásának, takarásának a beállításai következnek. Látható az MSZ :1991 szabvány figyelembe vételével végzett hőátbocsátási tényező (megengedett határérték ellenőrzése), csillapítási tényező, fajlagos faltömeg, hőtároló tömeg és padló hőelnyelési tényező (padlók és födémek esetére) számszerűsítése. A program a páradiffúziós diagramot (egyensúlyi nedvességtartalom) is elkészíti. A méretezési belső hőmérséklet érték alapján a külső és belső határoló szerkezetekre (külön a fal és külön üvegezett külső felületekre) a transzmissziós hőveszteség és sugárzási hőterhelés is számított, emellett a filtrációs energiaáram, a napsugárzásból származó hőnyereség és a belső hőterhelések is figyelembe lettek véve. 150

151 Az épületszerkezetek megadása és parametrizálása (szoftver: WinWatt) Az épületburok szerkezetek hőtechnikai számításai (szoftver: WinWatt) 151

152 Nyári hőterhelés hőtechnikai számításai (szoftver: WinWatt) Az épület három szintjének definiálása után az ezeken belüli helységeket kell létrehozni, ekkor kerülnek megadásra a belső helyiség-paraméterek (pl. belmagasság, alapterület) és a határoló szerkezetek. A helyiségek geometriai méreteinek, hőveszteségének felhasználásával az épület fajlagos hőveszteségtényezője összevetésre kerül a felület/térfogat (A/V) arány alapján megengedett követelményértékkel. A számítások a 7/2006 TNM rendeletben meghatározott részletes módszer szerint, az ablakokon keresztüli sugárzásos nyereség számításával egyetemben történnek. A téli hőszükséglet-számításon alapulva az épület egységnyi fűtött térfogatára és az egységnyi (belső-külső) hőmérséklet-különbségre vonatkozó fajlagos hőáramot határozzuk meg, és az épület használati jellegének figyelembe vételével ellenőrizzük, hogy az a rendeletben előírt maximum alatt maradt-e. Legvégül az épületgépészeti rendszerek meghatározására kerül sor. Esetünkben célszerűen a fűtési rendszer és így az épület, 2 részre lett bontva; az iroda részben elektromos üzemű hőszivattyú, talajhő hőforrással 86%-ban, fűtés rásegítésként a napkollektoros rendszer 14%-ban fedezi az energiaigényt padló és mennyezetfűtés hőleadó rendszer segítségével. A 14% napkollektoros fűtés rásegítés az átmeneti hónapok, április és október napkollektor (HMV igényen felüli) túltermeléséből adódik. A másik részben, a termelőcsarnokban termoventilátorok (fan-coil) is részt vesznek a fűtésben. Szükséges a rendszerhez tartozó alapterületet, a hőtermelők által lefedett energiaarányt, a használt energia típusát (elektromos áram + megújuló), a hőtermelő teljesítménytényezőjét, segédenergia igényét, a beágyazott fűtések esetén a veszteségeket, a vízhőmérsékleteket, a hőfoklépcsőket, a tároló típusát és vízhőmérsékletét megadni. 152

153 Fajlagos hőveszteség tényező és az összesített energetikai jellemző számításai (szoftver: WinWatt) A HMV igényt 80%-ban napkollektoros rendszer, 20%-ban hőszivattyú fedezi. A fűtési rendszerrel azonos típusú paraméterek beállítása mellett, itt az elosztóvezeték helye (fűtött térben, cirkulációval) és a tároló típusa (indirekt) megadandó. A hűtési energiahasználat passzív vagy aktív hűtési üzemmódban működik: a felülethűtési rendszer a geotermikus szondákból, hőszivattyún és hőcserélőn át jut a szekunder rendszer hálózatba; a számított éves primer energiaigény itt az épületgépészeti kiviteli terv alapján végzett külső számítási eredményből lett megadva. A légtechnika három részre oszlik a három légkezelőkhöz rendelt funkciók és helységek szerint. Az iroda traktust a gépészeti kiviteli terv és műszaki leírás alapján Rehau Awadukt -típusú talajhőcserélővel látjuk el, a rendszer alapterületét, a levegő térfogatáramot a használati időben (4800 m 3 /h), a hővisszanyerés hatásfokát (60%) és az üzemidő arányt (70%) beállítjuk. Ezenkívül a befúvási hőmérsékletet, a rendszer áramlási ellenállását (400 Pa), a ventillátorok összhatásfokát, és a légtechnikai rendszer egész évi működési idejét is definiálni kell. A vizes helységek és az étterem épületrész azonos rendszerben parametrizált, 1680 m 3 /h térfogatáram és 300 Pa áramlási ellenállás különbséggel (öltözők, WC-k, tusolók), ill m 3 /h levegő térfogatárammal (étterem). A mesterséges megvilágítás világított alapterületre vetített fajlagos primerenergia igényét a 0,7-es korrekciós tényezővel megszorozott mesterséges megvilágítás nettó energiaigényéből számítható kwh/a nyereségáram 51 db 235 Wp csúcsteljesítményű PV-modul napelem rendszerből biztosított, melye értéket külön napelem számításból adtuk be a programba. A téli hőszükséglet-számítás az MSZ /87 szabvány alapján történik, párhuzamosan a nyári hőterhelés-számítással (MSZ /78). Az épület nettó energiaigénye és az egyes gépészeti rendszerek fajlagos primerenergia igénye alapján kerül meghatározásra az épület összesített energetikai jellemzője. Ezt szükséges összevetni az épület rendeltetése alapján előírt megengedett értékkel, és ezáltal az épület energetikai minőségét tanúsítani. A 16. ábra az energetikai minőségtanúsítványt ábrázolja, melyben 61,83 kwh/m 2 a fajlagos primer energiaigény alapján az épület energetikai jellemzője a követelményértékre vonatkoztatva 41,5%, A+ fokozottan energiatakarékos besorolással. Összefoglalva a tanúsítvány vegyes számítási 153

154 módszerrel készült, a hőhidasság egyszerűsített (általában járatos, mert túlnyomórészt nincs nagy különbség a részleteshez képest), a sugárzási nyereség részletes, a hőfokhíd és fűtési idény hossz részletes számítással. 154

155 Az ipari és irodaépület energetikai minőségtanúsítványa 155

156 3.6 Termikus szimulációk A hagyományos (hőfokhíd alapú) statikus (stacioner peremfeltételeket alklamazó) épületfizikai és energatikai számításokkal az egyre komplexebb elvárásokat épületek klimatikai és energetikai teljesítményével ( performansz ) kapcsolatban már nem lehetséges megfelelő pontossággal analizálni, az épületek viselkedéséről nehéz megfeleő egzaktságú megállapításokat tenni. Ezek a stacioner módszerek jellemzően mono-diszciplinárisak, eredményorientáltak és korlátozott határok között működnek csak. Rendszerint statikus (általában csak külső) peremfeltételeket vesznek figyelembe és gyakran olyan analitikus módszeren alapulnak, melyek nagyrészt egy nagyon leegyszerűsített szemszögből szolgáltatnak egzakt megoldást (modellezik a valóságot). [1.15] A dinamikus energetikai, klimatikai és aerodinamikai (DEKA) épületszimulációk ellenben multidiszciplinárisak, problémaorientáltak és széleskörű alkalmazási területekkel rendelkeznek. A DEKA épület szimulációk dinamikus és időben folyamatos peremfeltételeket vesznek figyelembe és olyan numerikus módszereken alapulnak, melyek a reális világ egy komplex modelljéről közelítő megoldást szolgáltatnak. A dinamikus szimulációs eszközök jelenleg a legfejlettebb elemző eszközök, annak érdekében, hogy fenntartható épített környezetet lehessen megalkotni. A szimulációk alkalmazási területei a gazdasági elemzésektől kezdve játékokon át egészen a műszaki problémamegoldó eljárásokig terjed. Megfelelő alkalmazásban az épületek viselkedéséről alkotott előrejelzések magas fokú tervezési biztonságot nyújtanak, továbbá lényegesen hatékonyabbak és gazdaságosabbak, mint a már megvalósult épületeken elvégzett problémamegoldások. A DEKA épület szimulációk jelentősége a zöld épületminősítő rendszerekben, mint a LEED, BREEAM, DGNB, illetve a törvényhozói oldalon (EPBD) folyamatosan növekszik. [3.3] Ennek ellenére meg kell állapítani, hogy a mai tervezési gyakorlatban a szimulációk meglepően kismértékben vannak jelen, és főként a késői tervezési fázisokban, szinte kizárólag részterületek kérdéseiben alkalmazzák őket: homlokzattervezésben, a nyári túlmelegedés kockázatának vizsgálatakor, hűtési energiaigény meghatározásához vagy épületgépészeti rendszerek méretezéséhez. Pedig fontos hangsúlyozni, hogy a modern számítástechnikával támogatott épület szimulációk kifejezetten a korai tervezési fázisokban képesek a legnagyobb mértékű bekerülési és üzemeltetési költségmegtakarítások elérésére (pl.: épületvariáns kiválasztásához döntéstámogató módszer). Az épület energetikai és klimatikai dinamikus szimulációja Épületfizikai klímamodell Már a kezdeti tervezési koncepcióvariánsok szelekciója folyamán szükséges volt kimutatni az épületenergetikai karakterisztikát dinamikus épület szimulációk alkalmazásával, mely alapján a végső design-verzió kiválasztott kerülhetett sor. A kidolgozott végső elméleti épületmodell szimulációi és műszaki megoldásai eredményeképpen valósult meg a prototípus épület. Az építési kivitelezési folyamat járulékos és szokványos változtatásai alapján a megvalósult épület verziójának a szimulációs modelljét megalkotva a valós épület használatba vétele után megindult üzemeltetést lehetséges szimulálni. Az üzemeltetés folyamán egy energetikai mérésadagyűjtés 156

157 történik, mely segítségével kalibrálni lehetséges a megvalósult épület szimulációs modelljét. A komplex, nagyfelbontású kutatási eredményekből cél egy egyszerűsített szimulációs modellezés technika kifejlesztése és további üzemeltetési, szimulációkkal támogatott épületfelügyeleti szabályozási módszerek kidolgozása. A szimulációkhoz első lépésben egy épületfizikai klímamodellre van szükség, amely helységenkénti felbontásban az épületfizikailag releváns adatokat összegzi. A helységeket használó személyek számát, szerkezeteket, anyagokat, a központi és decentrális épületgépészeti rendszereket, a mesterséges megvilágítást és a berendezéseket funkcióséma alaprajzokba rendezve egy úgynevezett épületklímamodell keletkezik. Ennek szerves része a tereket határoló szerkezetek anyagainak rétegtervi megadása és szisztematizálása, hasonlóan a stacioner számítások (Winwatt) szerkezeti rendszerezéséhez. Az épületklímamodell további alkotója az épületgépészeti séma, mely a 18. ábrán a szellőzést és a temperáló kondicionálást külön rendszerben kezeli. A központi légtechnika részletesebb, mint a tanúsítás esetében, itt a talajkollektorból megtáplált 4 légkezelő berendezéshez vannak az épület több helységből álló klímazónái hozzárendelve, működési időprogram, hővisszanyerés és befújt léghőmérséklet szabályzás meghatározásával. A központi fűtés-hűtés és a HMV rendszer energiaigényét talajhő/víz hőszivattyús földszonda rendszerből és termikus szolárkollektorokból kapjuk. A padlókörök szabályozott előremenő hőmérséklettel, a mennyezeti rendszer pedig konstans hőmérséklettel vannak vezérelve. Míg a hőszivattyúk szezonális fűtési és hűtési (aktív vagy passzív) üzemben dolgoznak, addig a HMV készítés egész évben igényelt. 157

158 Az épületklímamodell alaprajzi szerkezete (engedélyezési terv szintű modell) 158

159 Az épületklímamodell gépészeti sémája (engedélyezési terv szintű modell) Dinamikus energetikai és klimatikai épületszimulációk Az épületklímamodellt a szimulációs szoftver programnyelvére fordítva egy szimulációs modellé szükséges konvertálni. Az IDA 4.5 indoor climate and energy szimulációs szofrverben a dinamikus végeselem számítás földrajzi alapadatait, az épület pontos elhelyezkedési koordinátáinak megadásával kell végezni. Az éghajlati alapadatokat a Meteonorm 7.0 klímaadatbankban generált komlói beépítési térségében uralkodó éves szintű, órás felbontású klímaprofil léghőmérséklet, relatív páratartalom, direkt és diffúz szoláris sugárzás, szélirány és 159

160 szélsebesség adatainak importálása követi. A klímaprofil mellett a projekt geográfiai koordinátái, továbbá következő szimulációs modellezési lépésként - az épületburok szerkezet hőhídjainak ill. az épületgépészeti rendszerek hőveszteségeinek meghatározása is megtalálható. Az épület szimulációs modelljének földrajzi, klimatikai és hőtechnikai alapadatai (szoftver: IDA ICE 4.5) Mérnöki becslés alapján a tipikus szerkezeti-geometriai csatlakozások hőtechnikai veszteségei definiálhatók, ezen kívül a HMV rendszer cirkulációs vezetékeinek, a fűtési és hűtési hőátadó rendszerek vezetékeinek, a légtechnika csatornahálózatának és a hőszivattyúk stand-by üzemének energiavesztesége is beállítandó. A szimulációs modell építése szintenkénti épülettömeg-tömbökből (building body) áll, melyeket helységenkénti klímazónákkal lehet feltölteni. A 7 tömbből és 32 zónából álló multiklímazóna 160

161 modell a következő ábrán látható. A zónák határoló szerkezeteit a rétegtervi adatok alapján lehet meghatározni és nyílászáró szerkezetekkel ellátni. A terasztetők és a vertikális terasz árnyékolók, a tornyok Venturi tányérkonstrukciói, a raktár oldaltetői és a napelemek külső árnyékolószerkezetként modellezhetőek. Ezzel a megoldással lényegesen rövidebb időigényű és kisebb komplexitású számítási procedúrát érünk el, ellentétben egy CAD épület-szerkezeti modellből importált 3d objektumot alkalmazó megoldással szemben. Az ipari és irodaépület dinamikus szimulációs modellje, 3d látvány (szoftver: IDA ICE 4.5) A követlező ábrán a komplex matematikai szimulációs modell rendszerének egy részlete látható a légtechnika és fűtés-hűtés központtal valamint földszinti helységzónákkal. Az ipari és irodaépület dinamikus szimulációs modellje, matematikai modell részlet (szoftver: IDA ICE 4.5) 161

162 A következő ábrán a szimulációs program egyik haladó szintű matematikai modellje látható, a 4 db légkezelőből (AHU - Air Handling Unit) felépített központi légtechnika egyik tipikus - LK 1 számú - légkezelőjét mutatja, mely az üzemeltetési koncepció alapján az épület irodahelységeit állandó 25 C befújt léghőmérséklettel látja el egy egyébként szakaszos arányban is szabályozható vezérlés (piecewise proportional controller) segítségével. A hővisszanyerés közel azonos beállítással üzemel, mint az energetikai tanúsítás esetében (64% hatásfok). A központi légtechnika LK 1 (AHU 1) számú légkezelőjének matematikai modellje (szoftver: IDA ICE 4.5) A fűtési-hűtési hőszivattyús központ matematikai macro modellje a következő ábrán a fűtési központ (boiler) ill. a hűtési központ (chiller) részletes felépítését szemlélteti. A hatásfokok, a fűtési COP érték 4,1, továbbá a hűtési EER érték 6,48. Ebben a részletes matematikai szimulációs modellben már nem szükséges magas, körüli EER értéket megadni annak érdekében, hogy a 25 db 100 m mély geotermikus szondákkal meghajtott hőszivattyús és felületi sugárzó termo aktív födémszerkezet rendszer időszakos passzív hűtési teljesítményét, hatásfokát is modellezni lehessen. Hűtési időszakban ugyanis felléphetnek időszakosan olyan a szondamezőből megtermelt - geotermikus hőmérsékletek a hőszivattyús rendszerben, melyek passzív módon is elegendőek a helységek hűtési igényét kielégíteni. Ezt például a németországi JAZ (Jahresarbeitszahl) éves hatásfok-munkaszám mutató fejezi ki, mely a 15-ös értéket is el tudja érni. A szimulációban a JAZ szám az EER értéknek feleltethető meg és megnövelésével azt az állapotot lehetséges tehát szimulálni, amikor az épülethűtést kizárólag a szondák sólékörének hőcserélt hőmérsékletével közvetlenül meg lehet oldani. Ebben az esetben az előremenő, hőcserélt passzív hűtési folyadékhőmérséklet általában 16 C alatt van. 162

163 A fűtési-hűtési energetikai központ beállításai és egyszerűsített matematikai modellje (szoftver: IDA ICE 4.5) Ezzel ellentétben jelen kutatás részletes matematikai szimulációs modelljében a program integrálja a szondamező hatását az épületgépészeti rendszerbe. A szondák október közepétől március végéig fűtési, a fennmaradó évadban pedig hűtési energiát biztosítanak a hőszivattyúk s a belső terek számára kwh/a fűtési és 41206,2 kwh/a hűtési energiát termelt a geotermikus szondarendszer. Aktív hőszivattyús fűtés esetén külső hőmérsékletfüggő (25. ábra) előremenő fűtővíz 35 C és 20 C közötti hőmérséklettartománnyal szabályozott. Az aktív hűtési előremenő vízhőmérséklet konstans 16 C hőmérséklettel üzemel, a hőtechnikailag lassan reagáló termo aktív hőtároló vasbeton födémszerkezetek nehéz szabályozhatósága, továbbá a nyári páralecsapódás veszélyének és ezzel egyetemben a hűtési teljesítmény csökkenés veszélyének okából. A HMV készítés és fogyasztás a szimulációkban alapbeállításokkal futnak, mivel itt nem a dinamikusan változó külső klímaviszonyok függvényében történő fogyasztásról van szó, hanem egy konstans használati melegvíz igényről az épületben. A napkollektoros rendszer egy a PTE PMMIK, Épületgépészeti tanszékén, mérésadatok alapján fejlesztett méretező program eredményeinek függvényében 80%-ban ellátja a HMV igényt és még 14%-ban a fűtésre is rá tud dolgozni. 163

164 A geotermikus földszonda hőenergia termelése (W) éves szinten a matematikai modellben Külső hőmérsékletfüggő előremenő fűtési vízhőmérséklet szabályzása a matematikai modellben (Y-tengely: fűtővíz hőmérséklet, X-tengely: külső léghőmérséklet) 164

165 A decentrális, helységenkénti gépészet elemeit zónánként szükséges megadni, - itt a légtechnika, a fűtési és hűtési hőátadó rendszer és a megvilágítás állítható be. Itt parametrizálhatóak a helységet használó személyek, a berendezések, továbbá a helység légtömörségének és extra hőveszteségeinek értékei is. A személyek számán kívül az aktivitásuk mértéke (MET-érték) és az öltözködési szokásaik (clo-érték) is integrálhatók a szimulációkba, valamint a berendezések és a megvilágítás teljesítménye ill. berendezés vagy személy időprogramját is be kell állítani a realitásnak és az épület megrendelőjének, üzemeltetőjének adatszolgáltatása alapján. A zónák bútorzatának, falainak hőtároló tömegeit is lehetséges integrálni a szimulációs kalkulációkba. A modellezés befejeztével a szimulációk beállításai a következő lépés: az energiaszámlálókat a fűtés-hűtés, HMV, megvilágítás, légtechnika ventillátorok és egyéb berendezések (PC-k, gyártó gépek) esetében villamos áram üzemmódra kapcsoltam. Az szimulációt mindig szükséges egy előszimulációval előkészíteni (startup), annak érdekében, hogy az épület hőtároló tömegei hőtechnikailag már beüzemelt állapotban kezdhessenek működni a rögzített szimulációkban. Az előszimulációs futamidő tartama minimum 1 hónap, a nagyméretű szimulációs modellben december hónapban történt a startup szimuláció, miután egy egyéves rögzített szimuláció indult automatikusan a következő év január 1-től. Az éves szintű szimulációk előnye, hogy teljes képet kapunk az épület klimatikai és energetikai teljesítőképességéről, mivel a szoftver az egyes helységek, elemek közötti energia és légáramok számítását egyéves időintervallum függvényében változó külső és belső környezeti fizikai paraméterek figyelembevételével végzi. Az egymástól eltérő üzemeltetési szezonok és a nagyméretű épület komplex gépészeti rendszerének függvényében egy többlépcsős, szimulációsorozatot volt szükséges kifejleszteni ahhoz, hogy a tervezett épület koncepciójáról (szezonálisan változó természetes és mesterséges szellőzés) dinamikusan számított részletes visszacsatolást nyerjünk. Mivel az épület fűtési rendszere helységzónánként egyedi helységszabályzással, a hűtés pedig konstans födémtemperálás keretében történik, továbbá a fűtés és hűtés saját rendszerspecifikus, hatékony beállításokkal rendelkezik, ezért képesnek kell lennie a zárt épület veszteségeinek, ill. a különböző szellőzési megoldások hatásainak klimatikai lekövetésére. Ezt az alapfeltételt figyelembe véve, az épület szellőzési koncepcióját, továbbá a természetes és mesterséges szellőzési üzemidőszakokat volt szükséges és lehetséges egy többlépcsős szimulációsorozat keretében nagy pontossággal meghatározni. [100] Az MSZ EN szabvány alapján az épületmodell tartózkodási zónáiban a termikus komfortosztály, a PPD és PMV indexek elemzésével azonosítani lehetett a természetes vagy a mesterséges szellőzést igénylő időszakokat az éves szimulációkban. A szimulációs modellben az átrium felülvilágító szerkezetét hosszirányban lekövető magasságbeli, kb. 50 cm-es födémugrást egyszerűsítetve a jelentősen magasabb szimulációs számítási ráfordítást és a modell komplexitásának csökkentését lehet elérni. Ahhoz viszont, hogy pontos eredményeket kapjunk, és a matematikai szimulációs modell részletes hőhíd veszteségeinek integrálását elvégezhessük, a kérdéses épületszerkezeti csomópont hőveszteségeit 2D végeselemes tranziens numerikus hőtechnikai szimuláció keretében számszerűsítettük és a kapott hőáramot a hatodik szimulációs modellbe integráltuk. A 26. ábrán a hőhidakra vonatkozó EN ISO 13789:2008, EN ISO 14683:200 és EN ISO 10211:2007 szabványok szerinti szimulációk eredményeit láthatjuk. A szerkezeti csomópont hőhidas felületén mért hőáram értékből kivonandó az ezen szerkezeti részen jelentkező hőhidasság nélküli hőáram, miáltal megkapjuk a csomóponthoz tartozó hőhíd hőáram értékét. 165

166 Az átrium tetőszerkezetének hőáram szimulációja, a szerkezet felépítése és hőtérképe (szoftver: HEAT 2) Ezt az értéket a hőhidas rész keresztmetszeti hosszával elosztva a vonalmenti hőhíd értékét számíthatjuk: Ψ = Q l (1) ahol Ψ [W/K] a vonalmenti hőátbocsátási tényező, Q [W/m] a hőveszteség felületi szegmens mentén és l [m] a hőveszteség szegmens hossza. A hőáram a es szegmens mentén mérendő, mert ez a terület lett a multiklímazóna szimulációs modellben egyszerűsítve. A hőveszteség a felületen 0,081 W/mK, a vonalmenti hőátbocsátási érték 0,051 W/K lett, 0,64 m keresztmetszeti szegmenshosszal számolva. A teljes szerkezeti hosszra érvényes vonalmenti hőveszteség az alábbi egyenlet alapján 166

167 ΣΨ sz = Ψ sz l sz (2) ahol Ψ sz a beépítési részlethez tartozó vonalmenti hőveszteség érték a szimulációk szerint, és l sz a beépítési szerkezeti részlet hossza. A fenti összefüggés alapján számított 3,59 W/K értéket a zóna alapú modellbe extra hőveszteségként kell végül definiálni. A komfort-klimatikai eredmények kielégítő színvonalának igazolása után sor kerülhet az épületenergetikai szimulált értékek elemzésére. A következő szemlélteti a PPD (kedvezőtlen hőérzet várható százalékos valószínűsége) és PMV (várható hőérzeti érték) termikus komfortmutatók értékeit éves lefutásban, a belső léghőmérséklet, átlagos sugárzási hőmérséklet, relatív levegő páratartalom, légsebesség és emberi aktivitás mértéke (metabolic rate), valamint a ruházat hőszigetelési értékeiből számítva. Látható mindkét grafikonon, hogy a hozzátartozó optimális értéktartományban helyezkednek el, a PMV a -0,5 és +0,5 tartomány között, a PPD pedig ritkán éri el a 10%-os elégedetlenségi rátát (5%-os elégedetlenség minimum érték a PMV függvényében). [3.5] A szimulációs épületmodell 2. emeleti irodáinak PPD és PMV Fanger indexei A 28. ábrán a fűtési, hűtési, a légtechnika ventilátorainak és a mesterséges megvilágítás, az irodai IT berendezések és a termeléstechnológia gépállományának a fogyasztását illusztrálja primerenergia szinten. Ezen kívül a szolártemikus és fotovillamos rendszer, továbbá a talaj-levegő hőcserélő-kollektor hűtési és fűtési energiatermelése is leolvasható így a szimuláció összesített energetikája ,2 kwh/a és 92,53 kwh/m 2 a primerenergia igényt és ,5 kwh/a és 115,46 kwh/m 2 a primerenergia termelést eredményez. Az energia mérleg 59161,29 kwh/a és 22,93 kwh/m 2 a, tehát az épület a szimulációban ennyivel több energiát termel, mint amennyit felhasznál. Az energimérleg számításakor a gépek, berendezések primérenergia fogyasztása nem lett figyelembe véve, mivel ezek energiafogyasztása az épülettől független értékeket alkotnak és 167