Az energetikai optimalizálás háztervezésnél
A hőveszteségek minimalizálása, illetve a szoláris nyereségek maximalizálása érdekében tett intézkedések gyakran konkurálnak egymással, így pl. az épület magasságának csökkentése folytán kevésbé árnyékolja be a szomszédos épületeket, tehát a környező épületek tekintetében magasabb szoláris nyereségeket tesz lehetővé. Ugyanez az intézkedés azonban a kisebb fokú kompaktság miatt növelheti az épület saját speciális hőveszteséget. Ezért az optimalizálásra mind a szoláris nyereségek, mind a hőveszteségek tekintetében szükség van.
A tervezés során az egyoldalúan, csak a magas szoláris energianyereségek, vagy csak az alacsony hőveszteségek szempontjából elvégzett optimalizálás azt a veszélyt rejtheti, hogy összességében elmarad a fáradozásaink hátterében álló fűtési hő-szükséglet-megtakarítás – esetleg egyenesen magasabb értéket ér el.
Az energetikai optimalizálás mindenkor azt jelenti, hogy mindkét tényezőt közelítjük a lehető legjobban az elérendő fűtési hőszükséglet egyensúlyi állapotához. A következő ajánlások lehetővé teszik az önök számára, hogy helyesen mérjék fel a koncepcionális döntések energetikai jelentőségét.
Hőveszteség
Arányának minimalizálása, azaz az épület kompaktságának befolyásolása elsődleges cél. Minél kisebb a hőátadó felület (A) a hasznos lakóterülethez viszonyítva, vagy egyszerűsítve az épület térfogatának (V) viszonylatában (A/V), annál kevesebb hőt veszít az épület – feltételezve az azonos szigetelésvastagságot – alapterületéhez, illetve térfogatához viszonyítva. A hőveszteség tehát csökken.
Az A/V-arány egyszerűsítve a „kompaktság mértékét” jelöli minden egyes épületszerkezeti elem tekintetében.
Épületforma/épülettípus
Az A/V-arány szempontjából elsődlegesen az épület formája (épülettipológia) bír jelentőséggel. Minden épületformára létezik – a mindenkori épülettérfogat által meghatárzott keretek között – egy tipikus A/V-arány:
Az épület kompaktsága
A szigetelési szabványtól függetlenül az épületek külső felületükön hőt adnak le környezetüknek. A különböző épületformák A/V-értékei 0,25-től – a többemeletes tömbház esetében – egészen 1,2-ig – az egyszintes zegzugos bungaló esetében – terjedhetnek. A tömör alakzatú épületek alapvetően a kedvező A/V-arány felé tendálnak. Az épületforma megválasztása tehát kulcsfontosságú döntés a fűtési hőszükséglet szempontjából.
Az épülettest hosszúsága
Az épülettest A/V-aránya – változatlan keresztmetszet esetében – az épület, vagy az épületcsoport hosszának növekedésével csökken. Ebben küszöbértékek játszanak szerepet. Különösen a többemeletes épületek esetében, ha az épület, illetve épületsor hosszúsága egy bizonyos, 20-30 m közötti hosszúságot nem ér el, az A/V-arány aránytalan megnövekedését könyvelhetjük el. Ezzel szemben ez az A/V-értékre gyakorolt befolyás növekvő mértékben csökken az 50 m-es hosszúságot meghaladó épületek/épületsorok tekintetében.
Az épülettest mélysége
Az épület mélységének növekedésével nő a kompaktság mértéke is. Az épület mélységének csökkenésével azonban az A/V-arány aránytalanul megnövekedik.
Az épületmélység befolyásolja a passzív napenergia-használat lehetőségeit is. A csekély mélységgel rendelkező épületek (< 7 m) esetében, a nagyobb mélységű épületekkel szemben, minden egyes helyiség a napfény felé tájolható. Az ezáltal hatványozottan megnövekedő szoláris energianyereség azonban többnyire nem képes kompenzálni a csekély épületmélység következtében erősen megnövekedő transzmissziós hőveszteséget, így összességében az épület mélységének csökkenésével megnő a fűtési hő-szükséglet.
A csekély épületmélység kedvezőtlen A/V-arányt eredményez. Az épület mélysége kedvező esetben nem kisebb, mint 10 m. A 12 m-t meghaladó épületmélység esetében viszont el kell gondolkodni a természetes megvilágítás módján.
A szintek száma
Az A/V-arány az épület szintjeinek növekvő számával egyre kedvezőbbé válik.
Így az egy helyett kettő szint betervezése nagyon erős, kettőről három szintre történő áttérés pedig erős visszaesést jelent az A/V-arány vonatkozásában. Ezzel szemben a szintek számának az A/V-arányra gyakorolt hatása több mint 6 emelet esetében egyre kisebb. A 4. vagy 5. szint fölött kiegészítő technikai megoldásokra van szükség (felvonó), amelyek viszont kedvezőtlenül befolyásolják az energiafelhasználást, a hasznos lakóterület arányát és az építési költségeket is.
2-3 épületszint alatt az A/V-arány, és ezzel együtt a fűtési hőszükséglet jelentős megnövekedését figyelhetjük meg. Az egyszintes építkezési formát ezért kerülni érdemes.
A tető formája és dőlése
Az A/V-arány és a „tényleges kompaktság” között gyakorta ellentétes irányú tendenciák figyelhetők meg, mert bár a tető területének nagy légtérfogata megnöveli a térfogatát, a hasznos alapterületet azonban nem.
Mivel a házra jellemző speciális fűtési hőszükségletet a hasznos lakóterületre (LT) kell vonatkoztatnunk, a tető alakjának energetikai megítélésében a külső felület/lakóterület-viszony (A/LT), illetve a lakóterülettől függő hőveszteség lesz irányadó.
A tetőterek esetében ezt jelentősen befolyásolja a:
- tető formája
- a tető dőlése (ill. a gerincmagasság), a fedélszék magasság (ill. ereszmagasság), az épületmélység
Az ereszmagassággal összhangban a tetőtérben is kedvező A/V-arányt kellene kialakítani. Ehhez mindenekelőtt laposabb dőlésű tetők tervezésére kellene törekedni.
Az A/V-arány értékelési hibái
Az A/V-arány megállapítása viszonylag egyszerű, azonban ez az érték az épület tetejének típusától (süllyesztett fedélszék, dőlésszög) és magasságának megítélésénél az energetikai értékelést számottevően meghamisíthatja.
Ugyanígy megtévesztőleg hat a térfogat mindenféle megnövelése, a legegyszerűbb példánál maradva az egyes szintek magasságának megnövelése is, vagy mint itt, a tető dőlésszögének növelése az A/V-arány javulását és a lakóterülettől függő éves fűtési hőszükséglet (Q”.) színleges csökkenését, valamint az épület nagyobb kompaktságát vonja maga után (hasznos lakóterület Ah = 0,32 x V) [15].
Közben ténylegesen mind az abszolút, mind a lakóterülettől függő éves hőszükséglet megnő. Mindemellett az A/V-arány figyelmen kívül hagyja a talaj közelében fekvő és a külső levegővel érintkező épületelemek hőveszteségei közötti különbségeket is. A talaj télen is viszonylag meleg marad, a talajhőmérséklet tartósan nulla fölött marad, míg a külső levegő hőmérséklete jelentős mértékben nulla alá esik. Mivel azonban az A/V-arány erre nincs tekintettel, azt a téves következtetést vonhatnánk le, hogy egy álló épülettest éves fűtési hőszükséglete ugyanakkora, mint egy ugyanilyen formájú, de fekvő épülettípusé.
Érdemes megfontolni:
Az A/V-arány elsődlegesen az abszolút méretet, és csak másodsorban a térfogathoz társuló formát értékeli.
A tető formájának megítélésénél az A/V-arány alapulvétele rendszeresen téves energetikai értékeléseket eredményez. A talajjal és a külső levegővel határos épületelemek különböző mértékű hő-veszteségét nem veszi figyelembe. Az épület energiahatékony értékelése és terveinek optimalizálása pusztán az A/V-arány alapulvételével lehetetlen, mivel nem tudunk mérleget felállítani a szoláris nyereségek és az A/V-arány összefüggéséről.
A passzív szoláris energianyereségeket alapvetően befolyásoló tényezők:
- az épület tájolása ill. fekvése
- az épület beárnyékolása más épületek által
- a növényzet által az épületre vetett árnyék
- a topográfiai fekvés miatti árnyékolás (extrém esetekben)
- valamint a klíma és a földrajzi szélesség
Az épület tájolása
Az ablakok tájolása alapvetően meghatározza, hogy a fűtési időszak alatt mennyi napfény esik be az adott ablakon. így egy délre néző ablakhoz viszonyítva egy keletre vagy nyugatra néző ablak csak a napsugárzás mintegy 60%-át, egy északra néző ablak pedig csak a 40%-át tudja befogadni.
A déli iránytól való maximum 25°-os eltérésig a szoláris energiaveszteség kevesebb mint 5%, tehát csekélynek mondható. A 30°-ot meghaladó eltéréstől egészen a keletnyugati irányultságig progresszíven növekedő energiaveszteséget figyelhetünk meg.
Mivel az épület elforgatásával az egyik homlokzatra eső napsugárzás mértéke csökken, az ellentétes oldalra eső napsugárzás mértéke azonban ugyanakkor nő, a déli iránytól való eltérés befolyása a szoláris nyereségekre összességében kisebb, mintha egyetlen ablakot veszünk górcső alá. A szoláris veszteségek a déli iránytól való 25°-os elfordulás esetén maximum 3%-ot, 45°-os elfordulás esetében pedig mintegy 8%-ot tesznek ki. Kelet-nyugati irányultság esetében 30%-kal számolhatunk.
Az épület tájolásának a szoláris nyereségekre gyakorolt hatását az egyes, a különböző irányokba néző homlokzatok között megoszló ablakok elhelyezkedése és mérete határozza meg, tehát az épület típusának függvénye. A kedvezőtlen fekvésből adódó szoláris veszteségek maximálisan 30%-ot tesznek ki.
Egy kb. 30°-os déli iránytól való elfordulás jelentéktelennek tekinthető. Az épületeknél arra kell inkább ügyelnünk, hogy ne legyenek főként kelet-nyugati tájolásúak (a nyugat felé néző ablakfelületek az átmeneti időszakban és nyáron külön nap elleni védelem hiányában könnyen túlmelegíthetik a belső teret).
A szomszédos épületek árnyékoló hatása
A kedvezőtlen fekvés mellett a rendelkezésre álló passzív napenergia-hasznosításunk hatékonyságát a szomszédos épületek egymásra vetett árnyéka is csökkentheti. Az építési mód és az ablakok elrendezésének függvényében az épületek főhomlokzatai és az árnyékot vető élek között az épületmagasság 2-3-szorosának megfelelő távolságot célszerű tartani (ez 18-24°-os árnyékolási szögnek felel meg).
Amennyiben a szomszédos épülettől számított távolság nagyobb, mint az épület magasságának háromszorosa, csupán nagyon kicsi árnyékolási szöggel számíthatunk.
Passzív szoláris nyereségek
Ezek a veszteségek abszolút mértéküket tekintve a déli tájolású ablakfelületekkel összehasonlítva sokkal kisebb arányúak. A délnyugati-délkeleti tájolású ablakok tekintetében sokkal nagyobb hangsúlyt kell az árnyékoktól mentes környezetre fektetnünk, mint a nyugat, kelet vagy észak felé néző ablakoknál.
Különösen a sűrűn beépített területeken vezet az épületek által egymásra vetett árnyék a fűtési periódusban az ablakokat érő napsugárzás érezhető csökkenéséhez, és ezzel együtt a passzív szoláris energianyereségek csökkenéséhez is. Az ezáltal okozott szoláris veszteség elérheti a 35%-ot.
A növényzet árnyékoló hatása
Miközben a fenyőfélék árnyékoló hatása nyilvánvaló, a lombhullató fák árnyékoló hatását gyakran alulbecsülik. Nem veszik figyelembe, hogy a lomb kiteljesedésének ideje egybeesik a nagy szoláris nyereségek időszakával, és mélyen átnyúlnak a fűtési időszakba is. Ősszel a túl közel, a homlokzat elé ültetett lombos fák szinte megakadályozhatják a szoláris energianyereséget, így hozzájárulhatnak egyrészt a fűtési időszak korábbi megkezdéséhez, és összességében is magasabb fűtési hősszükséglethez vezethetnek.
A fák árnyékoló hatása és az ebből adódó fűtési hőszükséglet-többlet sokrétű tényezők függvénye:
- a fáknak a homlokzathoz képest elfoglalt helye (az égtáj),
- a fa és a homlokzat közötti távolság, a fa magasságához viszonyítva, a homlokzat magassága a fa magasságához viszonyítva,
- a fasorban, a sétány mentén vagy az ültetvényen belül a fák elhelyezkedésének sűrűsége,
- az egymás mögött álló fák száma,
- a fa fajtája,
- a lombhullatás ideje,
- az ágazat sűrűsége,
- a lombozat sűrűsége a vegetációs időszakban,
- a rügyfakadás ideje.
A közvetlenül beárnyékolt homlokzat tekintetében egyetlen magányosan álló fa is jelentős szoláris veszteséggel járhat. A lombos fák okozta veszteségek akár a 40%-ot is elérhetik.
A nap energiájának hatékony passzív kihasználása, és az ablakok lombhullató fákkal való árnyékolása a nyári hőséggel szemben kizárják egymást, mivel a napsugárzás nem szabályozható a változó igényekhez és követelményekhez mérten.
A homlokzat déli oldalára ültetett fák a napsugárzást – annak abszolút mennyiségét tekintve – háromszoros mértékben akadályozzák, mint az azonos távolságban az északi oldalra ültetett fák. A fákat ezért ültessük lehetőleg a homlokzatok keleti, nyugati vagy északi oldalára.
Ha a fa magassága az épület magasságának kétszerese, a távolságot növeljük a fa magasságának kétszeresére, háromszoros magasság esetében pedig legyen a távolság a koronamagasság 2,5-szerese. Ha több mint három fa áll egymás mögött, a fák lombozatán a napsugárzás semmi esetre sem jut át.
Aktív napenergia-hasznosítás
A használati víz-kollektorral szoláris energia mennyisége nagymértékben a tető felületének dőlésétől, fekvésétől, valamint leárnyékoltságától függ. A szoláris berendezések optimális kihasználtsága érdekében a legkedvezőbbek a mintegy 30°-os dőléssel és délnyugati, déli vagy délkeleti tájolású tetők.
A természetes fény kihasználása
Az épület mélységének növekedésével csökken a fűtési hőszükséglet. Az alapterülethez képest kisebb kiterjedésű homlokzatfelület miatt csökken azonban az ablakok beépítésére rendelkezésre álló felület is, és a passzív napenergia-hasznosításból származó energia is.
Ezen túlmenően a természetes fény csak mintegy 5-7 méteres épületmélységig képes elegendő megvilágítást adni lakásunknak. Ezért az épület mélységének megtervezésekor ajánlatos tekintettel lenni a természetes fény kihasználására és a rendelkezésre álló ablakfelületekre is.