A hőszigetelésnél használt fontosabb fogalmak, mennyiségek
Az épületek belső tereinek hő védelme, hőszigetelése szempontjából a következő mennyiségek játszanak fontos szerepet.
Hővezetési tényező
A „hővezetés” az építőanyagokban valójában három hőközlési forma (hővezetés, hőáramlás, hősugárzás) együttes hatását jelenti. A hővezetési tényező anyagjellemző, amely megmutatja, hogy mekkora az egységnyi vastagságú anyag egységnyi felületén időegység alatt átáramló (átvezetett) hőmennyiség, ha a külső és belső felületek hőmérséklet-különbsége is egységnyi: λ W/(mK).
A hővezetési tényező értéke több jellemzőtől függ:
- testsűrűség,
- pórusméret, póruselrendezés,
- nedvességtartalom,
- hőmérséklet.
A hővezetési tényezőt az anyag bizonyos beépítési feltételei mellett módosítani kell, az alábbiak miatt:
- gyártási nedvesség,
- beépítési nedvesség,
- ülepedés, roskadás,
- használati nedvesség,
- illesztés,
- légáteresztés.
A deklarált hővezetési tényező az építési anyag vagy termék hőtechnikai tulajdonságának várható értéke:
- a hőmérséklet és a nedvesség egy referenciafeltétel-együttese mellett mért adataiból lett megállapítva;
- egy meghatározott hányadrész és megbízhatósági szint formájában adott;
- összhangban van egy normál körülmények közt elvárható, ésszerű üzemi élettartammal.
A tervezési hővezetési tényező ettől különböző lehet:
- anyag vagy termék azon tulajdonsága, amely speciális külső és belső feltételek mellett figyelhető meg mint az anyag vagy termék tipikus teljesítményjellemzője, amikor az egy épületelemként van felhasználva.
Hővezetési ellenállás
Ez a jellemző már nem anyagjellemző, hanem a különböző anyagokból készült szerkezetekre vagy szerkezeti rétegekre vonatkozik, és adott vastagságú réteg hőszigetelő képességére utal: R=d/λ m2K/W.
Hőátadási tényező
A nyugalomban lévő levegőnek nincs hőátadó képessége. A külső térelhatároló szerkezetek felületei mentén azonban a gravitáció és a szélhatások révén a levegő mozog, és kialakul a hőátadás. Minél nagyobb a légmozgás, annál nagyobb az átadott hőmennyiség.
A hőátadási tényező azt mutatja, hogy a levegő és a szerkezet egységnyi hőmérséklet-különbségének hatására egységnyi idő alatt, a szerkezet egységnyi felületére vonatkoztatva mennyi hő adódik át a szerkezet és a levegő között: he,i W/(m2K).
Hőátadási ellenállás
A hőtechnikai számításoknál általában a hőátadási ellenállás értékeivel számolunk, amelyek a hőátadási tényezők reciprok értékei:
- külső oldalon: Re=1/he m2K/W,
- belső oldalon: Ri=1/hi m2K/W.
Hőátbocsátási tényező
Ha a szerkezet többrétegű, akkor az egyes rétegek hővezetési ellenállását összeadva kapjuk a teljes szerkezet hővezetési ellenállását:
ΣR= Σ (d/λ)= d1/λ1+d2/λ2+…+dn/λn m2K/W.
A szerkezet eredő hőátbocsátási ellenállása a hőátadási ellenállások és a hővezetési ellenállások összege:
ΣR=Re+ ΣR+Ri m2K/W.
A szerkezet hőátbocsátási tényezője a hőátbocsátási ellenállás reciproka. Azt fejezi ki, hogy mekkora egy adott épülethatároló szerkezet egységnyi felületén időegység alatt átáramló hőmennyiség, ha a külső és belső felületek hőmérséklet-különbsége is egységnyi:
U= 1/(1 /he+ Σd/λ+ 1/hi) W/(m2K).
Hőáramsűrűség
A hőáramsűrűség abban különbözik a hőátbocsátási tényezőtől, hogy ez esetben a hőmérséklet-különbség nem egységnyi. Ennek megfelelően azt mutatja, hogy egy adott épülethatároló szerkezet egységnyi felületén időegység alatt mekkora hőmennyiség áramlik át: q=UΔΘ W/m2.
Hőtárolás
Az épülethatároló szerkezetek fontos jellemzője a hőtárolás, a nyári és téli hő védelem szempontjából. A hőtárolási szám az anyag fajhőjének és testsűrűségének szorzata:
s= cρ kJ/(m3K).
Hőhidak
Az épülethatároló szerkezeteknek mindig vannak olyan részei, amelyeket nem jellemeznek a fenti, hőátbocsátásra vonatkozó jellemzők, mert a hőáramlás nem egy dimenzióban történik.
A többdimenziós hőáramlás kialakulásának az alábbi okai lehetnek:
- geometriai forma változása,
- különböző hővezetésű anyagok együttes alkalmazása,
- épületszerkezetek csatlakozásai,
- homlokzati síkból kinyúló szerkezetek,
- a felületi hőmérséklet egyenetlen eloszlása,
- az okok és hatások kombinációi.
Leszögezhető, hogy hőhídmentes szerkezet nincs, mert minden olyan hely, ahol nem egy- (homogén felület), hanem két- (pl. falsarok) vagy háromdimenziós (pl. falsarok-födém) hőáramlás alakul ki, hőhídnak tekinthető. Ezeken a helyeken az azonos hőmérsékletű felületek nem párhuzamosak egymással.
A hőhidak hatása kettős. Egyrészt itt a belső felületi hőmérsékletek alacsonyabbak, így befolyásolják a kialakuló legkedvezőtlenebb belső felületi hőmérsékletet(állagvédelem), és az átlagos belső felületi hőmérsékletet (hőérzet). Másrészt a hőhídakon áthaladó hőáramok általában nagyobbak, mint a határolószerkezet azonos felületű főmezőjében kialakuló hőáramok, így hatással vannak az épület hővédelmi teljesítményére (energetika).
Fontos, hogy vonal menti hőátbocsátási tényező meghatározásához választott számítási módszer pontossága feleljen meg a vonal menti hőhidak hosszát is figyelembe vevő teljes hő veszteség számításához megkívánt pontosságnak. Az 1. táblázat a ψ meghatározására rendelkezésre álló módszereket tartalmazza azok várható relatív hibáival.
1. táblázat: Számítási módszerek hibái
Módszerek | A ψ érték relatív hibája |
---|---|
Numerikus számítás (számítógépes modell) | ± 5% |
Hőhídkatalógus | ± 20% |
Kézi számítás | ± 20% |
Ha a csomópontok részletei még nem ismertek, de az épület mérete és formájának lényeges elemei – például a határolószerkezetek különböző elemeinek (tető, falak, zárófödémek) területe – ismertek, csak közelítőleg becsülhető, hogy a hőhídveszteségek a teljes hőveszteség mekkora részét teszik ki.
Amikor egy későbbi állapotban átfogó részletek állnak rendelkezésre, pontosabb ᴓ értékek határozhatók meg minden egyes vonal menti hőhídra oly módon, hogy az adott csomópontra egy hőhídkatalógusban szereplő, legjobban hasonlító csomópont ψ értékét használják. Kézi számítási módszerek is alkalmazhatók ebben a szakaszban. Teljes részletek ismeretében minden, a ψ érték meghatározására szolgáló módszer alkalmazható, beleértve a numerikus számításokat, amelyekkel a legpontosabb ψ érték adódik eredményként.
Hőhídkatalógusok
A hőhídkatalógusokban található épületszerkezeti csomópontok paraméterei alapvetően rögzítettek (pl. rögzített méretek és anyagok), ezért a számításokhoz képest kevésbé flexibilisek. Általában a hőhídkatalógusokban szereplő példák nem teljesen azonosak az adott épületszerkezeti csomóponttal, így az adott csomópontra használva a katalógus ψ értékei pontatlanságot visznek a számításokba. Mégis használhatók ezek az értékek, ha a katalógus példájában adott méretek és hőtechnikai tulajdonságok hasonlók az adott csomópontban szereplő méretekhez és hőtechnikai tulajdonságokhoz, vagy azoknál kedvezőtlenebbek.
Kézi számítások
Sokféle kézi-számológéppel vagy egyszerű szoftverrel végezhető számítási módszer létezik. Nem létezik általános meghatározás/leírás e módszerek pontosságát illetően, mert a legtöbb kézi számítási módszer kizárólag egy adott hőhídtípusra (pl. fémlemezzel burkolt szerkezetre) vonatkozik. Tehát egy adott alkalmazási területen belül egy adott kézi számítási módszer nagyon pontos lehet, viszont nagy pontatlanságokat is eredményezhet.
A homlokzati panelok hőhídas kialakítása1 számos panasz forrása lett. A hőszigetelés jellemzően polisztirolhab tábla, amely néha már a falpanel hőérlelésénél is károsodott, számos esetben a cementlé a táblák közé befolyva vonalszerű, egyenes hőhídat hozott létre. A 2. ábrán Y2-vel jelölt helyszínen beépítendő hőszigetelés hiánya alapvetően befolyásolja egy ilyen csomópont teljesítményét. A polisztirol hőszigetelést acélbetétek szúrják keresztül. (1. a 3., 4. ábrát is)
2. ábra: Házgyári épület tipikus sarokcsomópontja.
Jól látszik, hogy a falpanel szélén a hőszigetelés vastagsága jelentősen lecsökken
3. ábra: Házgyári épület sarokcsomópontjának egyszerűsített végeselemes modellje
4. ábra: Házgyári épület sarokcsomópontjának hőmérséklet- eloszlása.