ENERGETIKAI TERVEZÉS - SZÁMPÉLDA Az épületenergetikai szabályozás 3 szintje: legfelső szint: összesített energetikai mutató (nem ezt számítjuk, mivel ehhez nélkülözhetetlenek az épületgépész és elektromos szakágak képvieslői és szaktudásuk) második szint: fajlagos hőveszteségtényező (W/m 3 K) épületjellemző harmadik szint: hőátbocsátási tényezők (W/m 2 K) szerkezetjellemző A számpéldában a második szinthez tartozó számításokat vesszük át, mivel a harmadik szinthez tartozó számításokat eddig is használtuk, tehát elvileg nem újdonság. A fajlagos hőveszteség-tényező számításának többféle módja lehetséges: - számítógépes szimulációs eljárásssal (többszörösen összetett energetikai rendszerű épületeknél szükséges) - részletes számítási módszerrel (a sugárzási nyereségek figyelembe vételével, a vonalmenti hőátbocsátási tényezők kiszámításával) - egyszerűsített számítási módszerrel (a sugárzási nyereségek elhagyásával, a vonalmenti veszteségek egyszerűsített figyelembe vételével) az órán ezt a módszert tekintjük át A fajlagos hőveszteség-tényező megengedett legnagyobb értéke nem függ a számítási módszertől. Határértéke a következő összefüggéssel számítható: A fajlagos hőveszteség-tényező számítása
A számítás lépései: (csak az 1-5. lépéseket vesszük a példában) 1. Geometriai adatok meghatározása 2. A felület/térfogat arány számítása 3. A fajlagos hőveszteség-tényező határértékének számítása a felület/ térfogat arány és a rendeltetés függvényében 4. A fajlagos hőveszteség-tényező tervezett értékének eldöntése 5. A fajlagos hőveszteség-tényező számítása 6. A nyári túlmelegedés kockázatának ellenőrzése 7. A nettó fűtési hőenergia-igény számítása 8. A fűtési rendszer veszteségeinek számítása 9. A fűtési rendszer villamos segédenergia igényének számítása 10. A fűtési rendszer primer energia igényének meghatározása 11. A melegvíz-ellátás nettó hőenergia igényének meghatározása 12. A melegvíz-ellátás veszteségeinek meghatározása 13. A melegvíz-ellátás elektromos segédenergia igényének meghatározása 14. A melegvíz-ellátás primer energia igényének meghatározása 15. A légtechnikai rendszer hőmérlegének számítása 16. A légtechnikai rendszer veszteségeinek számítása 17. A légtechnikai rendszer villamos energia igényének meghatározása 18. A légtechnikai rendszer primer energia igényének meghatározása 19. A hűtés energia igényének meghatározása 20. A világítás éves energia igényének meghatározása 21. Az épület saját rendszereiből származó nyereségáramok meghatározása 22. Az összesített energetikai jellemző számítása
Irodaház- tervezési számpélda: Három szint + pince + padlás, középfolyosós irodaépület, a középső traktusban összevont szociális és közlekedő mag A példabeli épületnél a földszinti padlószint a terepszinttel egyezik meg. A pince és a padlás fűtetlenek. A padlásban nincs térdfal, a tetőszerkezet közvetlenül a födémre támaszkodik. 1. Geometriai adatok meghatározása: 2. A felület / térfogat arány számítása: A / V = 1809,91 / 4755,71 = 0,38 m 2 / m 3 3. A fajlagos hőveszteség-tényező határérték számítása: q m = 0,079 + 0,27 (A / V)= 0,1816 W/ m 3 K
4. A fajlagos hőveszteség-tényező tervezett értékének eldöntése: Gázkazánnal üzemelő fűtési rendszer és gázenergiával előállított használati melegvíz esetén vélelmezhetjük, hogy ha a fajlagos hőveszteség-tényező tervezett értéke megegyezik a határértékkel, akkor az összesített energetikai jellemzőre vonatkozó követelmény is teljesül. (A példában ezzel a feltételezéssel élünk, azonban ez nem minden esetben igaz.) 5. A határoló szerkezetek hőátbocsátási tényezőinek meghatározása: Itt a korábban megszokottól eltérően járunk el. Nem a rétegrendeket tervezzük meg először, hanem az adott szerkezetre a hőátbocsátási tényezőt, melyből a rétegrend tervezése visszafelé történik. Azaz olyan rétegrendeket kell tervezni, ami kielégíti az adott épületre kiszámított követelményértékeket. (ez azonban soha nem lehet rosszabb az adott szerkezettípusra előírt határértéknél!) Az egyszerűsített módszer szerint a fajlagos hőveszteség-tényező: ahol UR a korrigált hőátbocsátási tényező, és ahonnan χ a hőhidasság ( kicsit, közepesen, nagyon ) mértékét kifejező korrekciós (növelő!) tényező. A hőhidasság mértéke a rendelet szerint attól függ, hány folyóméter vonalmanti hőhíd jut egy négyzetméter tömör szerkezetre vonatkoztatva. A korrekciós tényezőt táblázatból kell kiválasztani. Ha a sugárzási hőnyereséget nem vesszünk figyelembe (a biztonság javára tévedünk), a fajlagos hőveszteség-tényező adott értékének beállítása annyit jelent, hogy a külső határoló szerkezetek három- négy- ötféle elemének a korrigált hőátbocsátási tényezőjének szorzatösszegével el kell találni a megcélzott értéket. A képletet átrendezve: A vonalmenti veszteségeket kifejező szorzat itt eltűnik, mivel a vonalmenti hőhidak hatását a korrigált hőátbocsátási tényezők meghatározott szabály szerinti növelésével vesszük figyelembe. (Alább látni fogjuk ezt.) A vonalmenti veszteségeket csak a tömör szerkezetekre vetítjük, a nyílászárókra nem. Vq = 4755,71 x 0,1816 = 863,63 W/K Ez az épület tervezett hőveszteség-tényezője. Az üvegezett szerkezetek (ablak) hőátbocsátási tényezője legyen Uablak = 1,15* W/m 2 K (megjegyzés: fa és PVC anyagú nyílászárók esetén ez a megkövetelt érték, azaz jobb lehet, de rosszabb nem!) A bejárati ajtó hőátbocsátási tényezője legyen Uajtó = 1,45* W/m 2 K (megjegyzés: általánosságban fém anyagú szerkezeteknél a megkövetelt érték 1,40 * W/m 2 K, azonban ennél kedvezőbb lehet) [ * : a 20/2014.(III.7.) BM rendeletben előírt értékek ]
A külső nyílászárók hővesztesége: AU = 337,5 x 1,15 + 8 x 1,45 = 399,725 W/K A tömör szerkezetekre (homlokzati fal, padlásfödém, pincefödém) marad: 863,63 399,725 = 463,905 W/K A padlásfödémre 0,9*, a pincefödémre 0,5* korrekció alkalmazható, mivel nem külső terekkel, hanem annál melegebb terekkel érintkeznek. (* a Rendelet által meghatározott értékek. Számításuk a következő képlet szerint is lehetséges: ti tx / ti te, ahol ti a belső léghőmérséklet, tx a fűtetlen tér téli átlaghőmérséklete, te a külső tér téli méretezési hőmérséklete ) A padlásfödémre legyen Upadlás = 0,17* W/m 2 K (határérték, ennél kedvezőbb megengedett, rosszabb nem!). A vonalmenti hőhidak hatását kifejező korrekciós tényező χ= 0,10. (A korrekciós tényező használata: 1 + 0,10 = 1,10 szorzó). A padlásfödém hőveszteség-tényezője: AUR, padlás= 452,93 x 1,10 x 0,17x0,9 = 76,23 W/K A pincefödémre legyen Upince = 0,26* W/m 2 K (határérték, ennél kedvezőbb megengedett, rosszabb nem!). A vonalmenti hőhidak hatását kifejező korrekciós tényező: 0,10, ha alsó oldali hőszigetelést alkalmazunk. (A korrekciós tényező használata: 1 + 0,10 = 1,10 szorzó). A pincefödém hőveszteség-tényezője: AUR, pince= 452,93 x 1,10 x 0,26x0,5 = 64,77 W/K A külső falra marad: 463,905 76,23 64,77 = 322,905 W/K A hőhidak hatását is figyelembe vevő korrigált hőátbocsátási tényező maximális értéke: 322,905/ 558,55 = 0,578 W/m 2 K A falra jutó hőhidak hossza összesen: 828,70 fm (pozitív falsarkok, födémcsatlakozások, nyílászárók kerülete, az elején kiszámítottuk). Az egységnyi homlokzati felületre vonatkoztatott fajlagos hőhídmennyiség: 828,70 / 904,05 = 0,92 fm/m 2 Ez alapján a fal a közepesen hőhidas kategóriába sorolható. Külső oldalán v. szerkezeten belüli megszakítatlan hőszigeteléssel ellátott fal esetén a közepesen hőhidas kategóriában 0,20, egyéb fal esetén 0,30 korrekciós tényezőt kell alkalmazni. Külső oldalán hőszigetelt fal esetén: 0,578/ 1,20 = 0,482 W/m2K Egyéb fal esetén: 0,578/ 1,30 = 0,445 W/m2K tartandó, hogy ne lépjük túl az épület tervezett hőveszteség-tényezőjét. Fontos megjegyzések a kapott számítási eredményekhez: 1./ Az ún. rétegrendi hőátbocsátási tényezők (U) a szerkezet általános helyen vett metszetére számított vagy a termék egészére, a minősítési iratban megadott [W/m2K mértékegységű] jellemző, amely tartalmazza nem homogén szerkezetek esetén a szerkezeten belüli pontszerű hőhidak hatását is. Megfelelő megoldás az MSZ EN ISO 6496 szabvány szerinti, vagy azzal azonos eredményt adó számítás. Itt kell számításba venni a hőszigetelést rögzítő dűbeleket, vagy a burkolatot tartó bordavázat, stb.
2./ A szabályozás a külső falakra U = 0,24 W/m2K rétegrendi hőátbocsátási tényezőt ír elő, melynél kevezőtlenebb nem tervezhető. A rétegrendek megtervezése most kezdődhet a falakra, a pincefödémre, a padlásfödémre. Tanulságos példa, mert a számítás végeredménye rámutat, hogy a szerkezetek hőátbocsátási tényezőire előírt határérték betartásával akár az előírtnál kedvezőbb fajlagos hőveszteség tényezőjű épület is tervezhető. Azonban ez nincs mindig így. Kedvezőtlen felület / térfogat arányú vagy tagoltabb épületek esetén a határoló szerkezetek hőveszteségéhez még jelentős hőhídveszteség is hozzáadódik. Ilyenkor nem teljesül automatikusan a fajlagos hőveszteség-tényező határértéke, csak a megengedettnél szigorúbb hőátbocsátási tényezőkkel. A példa tovább bonyolódna, ha a pince fűtött lenne, vagy ha fűtetlen lépcsőház volna az épületben: Fűtött pince esetén természetesen nő a fűtött térfogat. A lehűlő felületek számításánál a pincefal és a pincepadló növeli, a pince feletti födém csökkenti a jelenlegi példa lehűlő felületét. A pincefal terep feletti részét hőátbocsátási tényezővel, a terepszint alatt fekvő részt vonalmenti hőátbocsátási tényezővel kell figyelembe venni (a pincefal kerülete x a pincefal vonalmenti hőátbocsátási tényezője + a pincefal kerülete x a talajon fekvő padló vonalmenti hőátbocsátási tényezője). A pincefal -1 m mélységéig van előírt érték a hőátbocsátási tényezőre. Amennyiben nincs pince, a talajon fekvő padló a lehűlő felület. Itt a szélső 1,5 m szélességű sávra van előírt hőátbocsátási tényező. Ehhez adódik még hozzá a kerületre vonatkoztatott vonalmanti hőveszteség. A pincefalak és a talajon fekvő padlók vonalmenti hőátbocsátási tényezőit nem megengedett a többi hőhíddal összevonni és a felületre átlagosan szétosztani. A pincefalak és a talajon fekvő padlók (ha vannak ilyenek az épület fűtött részében) mindig önálló részszorzatot képeznek a fajlagos hőveszteség-tényező számítási képletében. Fűtetlen lépcsőház esetén a lépcsőházzal határos falak is lehűlő felületként jelentkeznek, azonban a pince és padlásfödémhez hasonlóan itt is csökkentő szorzót lehet alkalmazni, mivel nem külső térrel érintkeznek (lásd padlásfödém, pincefödém, de itt ki kell számítani a csökkentő szorzó értékét a fenti képlettel). A fajlagos hőveszteség tényező képletének átrendezésével meghatározható a külső határoló szerkezetek átlagos hőátbocsátási tényezője, aminél magasabb átlag nem tervezhető: Uá = 0,079 (V /A) + 0,27 A felületnagyságokkal súlyozott hőátbocsátási tényezők ebben az esetben sem lehetnek nagyobbak a rendeletben meghatározott értékeknél. A bemutatott egyszerűsített módszer nem alkalmazható a 40%-nál nagyobb üvegezési arányú épületeknél, klímahomlokzatoknál és egyéb többszörösen összetett energetikai rendszerű épületeknél. Ezeknél számítógépes szimulációra van szükség. BP., 2015. március 26. Dr. Kakasy László előadó