• nap
• napsugárzás

Épületek energiatakarékos tervezése, tájolása és napsugárzás

Akár hagyományos, akár energiata­karékos épületet tervezünk, először végig kell gondolni mindazokat a szempontokat, amelyek alapján a tervezés különböző fázisaiban választani tudunk az egyes megoldások között. A hagyományos épületek tervezési szempontjai eseten­ként változnak, az építtetői igények, az életforma, a család összetétele szerint.

A napenergia-hasznosítás évezredes tapasztalatait felújító, illetve új ered­ményeit alkalmazó építészet törekvéseit a vele kapcsolatban használt jelzők – energiatudatos, bioklimatikus, passzív szolár, környezetbarát, természetelvű – is érzékeltetik. Ezek a törekvések az épü­letek telepítésétől kezdve, a tájoláson át, az alaprajzi szervezésen keresztül, egészen a külső megjelenésig új szempontokat, az eddigiektől eltérő tervezési elveket jelentenek a tervezők számára. Az, hogy egy épület jól vagy rosszul működik, elsősorban az elvek megfelelő alkalmazásától függ.

Energiatakarékos ház tervezésekor a következő legfontosabb szempontokat kell figyelembe venni:

• klimatikus adottságok,
• tájolás, tömegformálás,
• alaprajzi elrendezés,
• ablakok, bejáratok,
• fix hőszigetelő anyagok, illetve szerkezetek,
• mozgatható hőszigetelő szerkezetek,
• árnyékolók.

Nem szabad elfeledkezni arról, hogy a tervezési elvek állandóan fejlődnek, és emiatt folyamatos változáson mennek keresztül. A tervezési szabályok aján­lásként foghatók fel egy konkrét probléma megoldására nézve, és amint újabb és újabb információk állnak rendelke­zésünkre, a megoldások is változhatnak.

Ha pedig új, eddig ismeretlen probléma merül fel, a tervezési elvek sorát ki kell egészíteni a problémakörbe tartozó általános érvényű szabályokkal. Fontos megjegyeznünk azt is, hogy a következőkben ismertetendő elveket nem szabad szó szerint alkalmazni. Mivel a napenergia hasznosításával foglalkozó kutatások aránylag rövid ideje folynak, a tervezési elvek állandó finomítására és módosítá­sára van szükség (4.5-4.7 ábrák).

4.5 ábra. Változó napállás, változó su­gárzási intenzitás a) ha az intenzitás értéke 1, akkor b) intenzitás értéke kisebb 1-nél.

4.6 ábra. A telepített biológiai árnyékolók az épületek előtt akkor „tökéletesek”, ha biztosítják a téli benapozást.

4.7 ábra. Nagyobb üvegfelületek benapozásához, illetve szabályozott árnyékolásá­hoz a lombhullató „futtatott” növények, pl. a vadszőlő az ideális; a) nyári árnyékolt épület és terasz; b) a téli benapozás 70-80%-os hatásfokkal (a rácso­zat és növényindák miatt).

Lakóházak „tökéletes” benapozását az ablakokon kívül az épületek feletti üvegtetőn keresztül is biztosíthatjuk, mint tető-felülvilágítón keresztül.

Klimatikus viszonyok

Egy energiatakarékos épület fűtését és hűtését a következő klimatikus tényezők befolyásolják: az átlagos léghőmérséklet, a napsütéses órák száma, az átlagos csa­padékmennyiség, a szélerősség és az ural­kodó szélirány. Mindezek közül egy kifejezetten napenergia-hasznosító épü­let tervezésekor természetesen a Nap a legfontosabb éghajlati tényező.

A napenergia-hasznosítás terén akkor érjük el a legnagyobb eredményt, ha télen a Nap melegéből maximális előnyö­ket szerzünk, nyáron viszont védekezni tudunk a túlzott felmelegedés ellen. Ehhez ismerni kell a Nap mozgását (pályáját), és ehhez kell tájolni az épületet.

Figyelembe véve a napsugárzás tér­beli és időbeli változását, amelyet a nap­pálya, a természetes és mesterséges környezet, valamint az időjárás befolyásol, a felhasználható adatok statisztikus jellegűek. Hazánk az északi szélesség 46° 45′ és 48° 35′ között, a Greenwichtől keletre eső hosszúság 16° 20′ és 22° 40′ között fekszik: az ország „súlypontja” az északi szélesség 47°-ára, a keleti hosszúság 19°-ára esik. Magyarország területének aránylag kis méretei megen­gedik, hogy a benapozási-árnyékolási kérdéseket (számottevő hiba nélkül) egy pontra vonatkoztatva vizsgáljuk. Az égboltot szemlélve, a Nap egy lát­szólagos pályát fut be. A „nappálya” adatai – magassági szöge, valamint a déli iránytól való eltérés szöge – a földrajzi szélességtől, hosszúságtól, vala­mint az időponttól függenek.

Évi napsugárzás hazánkban

Magyarországon az évi összes napsu­gárzás mintegy 40-50%-a éri el a föld­felszínt. Ez az érték az év folyamán kissé változik: télen (december) 30%-nál kevesebb, nyáron (június) 50%-nál több az átlagos napsugárzás. Télen a földrajzi szélesség szerinti változást, vagyis az északi-déli tagolódást némileg módo­sítja az Alföld közepének és a Dunántúl délkeleti részének maximális sugárzás­bevétele. Nyáron a területi eloszlást az ún. medencehatás alakítja ki. Ország­részeink sugárzás-bevételi különbségeit a nyugati határon az Alpok, az észak­keleti határon a Kárpátok okozza. Magyarország egyes területei között kevés az eltérés az évi sugárzási energia mennyiségében, többéves átlagban mind­össze 4-5%. Ennél nagyobb viszont az el­térés az évi energia havi megoszlásában.

Egy energiatakarékos vagy szoláris épület tervezésének első fázisakor fel­tétlenül javasoljuk az adott telek éghaj­lati viszonyainak gondos megfigyelését, illetve ezeknek a tapasztalatoknak a rög­zítését. Az adott telek átfogó éghajlati viszonyain kívül nem elhanyagolhatók a telek közvetlen környezetének – a mik­rokörnyezetnek – ún. mikroklimatikus tényezői sem. A mikrokörnyezetre olyan tényezők is hatnak, amelyeket hajlamo­sak vagyunk figyelmen kívül hagyni, például a szomszédos épületek elhe­lyezkedése, a hegyek, a tavak, a szabad síkságok közelsége stb.

Ahogyan egy város különböző kerü­leteiben ugyanabban az időpontban más és más időjárás uralkodhat (a különböző klíma miatt) ugyanúgy két szomszédos telek klímája között is lehetnek eltérések.

Épülettájolás és épülettömeg

Az építendő házat az adott klímát, illetve mikroklímát figyelembe véve úgy kell elhelyezni a telken, hogy a ház automatikusan kialakítsa saját „védő­rendszerét” a lehűlés és a túlzott felme­legedés ellen. Ha erre gondolunk, ez már egy igen fontos lépés az energiataka­rékosság felé.

Egy épület annál jobban illeszkedik környezetébe, minél jobban képes a saját, természetes hőegyensúlyát fenn­tartani télen és nyáron, vagyis minél kevésbé szorul a Nap melegére. Az épület tájolása elsősorban a napsütés és a szél miatt befolyásolja az energiaforgalmat. A napsütés hatására az épület napsütötte homlokzatain, változatlan fűtési teljesít­mény mellett is túlfűtés mutatkozik, ezért ilyenkor ezekben a helyiségekben a fűtést csökkenteni kell. A tájolás a nyári hővédelem, illetve hőterhelés szempontjából is igen nagy jelentőség­gel bír. Nyáron ugyanis kelet és főként nyugat felől érkezik a függőleges felületre a legnagyobb hőterhelés, észak felől természetesen a legkevesebb, dél felől pedig viszonylag kevés (a meredek beesé­si szög miatt). Ha ehhez hozzátesszük, hogy télen viszont dél felől érkezik füg­gőleges felületre a legtöbb napenergia, akkor nyilvánvaló, hogy dél irányába és a melléktájai felé való tájolás a leg­előnyösebb.

Az uralkodó szélirány ugyancsak meghatározó jelentőségű a tájolás szem­pontjából. Az uralkodó szélirányba minél kevesebb ablakot, ajtót tervezzünk, még akkor is, ha ez a napsütés szem­pontjából kedvező lenne, mert ezek a nyílások télen erősen megnövelik az épület lehűlését.

Mielőtt azonban az épület pontos elhelyezkedését rögzítenénk a telken, meg kell fontolni az épület tömegará­nyait. Azok az épületek, amelyek tö­megformálása figyelmen kívül hagyja az előbb említett főbb klimatikus ténye­zőket, jelentős mennyiségű energiát pazarolnak fűtésre, illetve hűtésre. Az épület tömegkialakításakor tehát ne feledkezzünk meg arról az igen kézen­fekvő dologról, hogy a napsugárzásnak minél szabadabb utat biztosítsunk a ház­ba. Egy épület tömege tehát akkor opti­mális, ha télen kicsi a hővesztesége, nyáron pedig kicsi a „hőnyeresége” (4.8-4.9 ábrák).

4.8 ábra. Benapozás szabályozása az épü­letbe épített árnyékolókkal; a) erkéllyel; b) rácsos árnyékvetővel.

4.9 ábra. A szomszédos épületek hatása a benapozásra; 1 vizsgált épület; 2 árnyékvető épület; 3 benapozás.

Az épület alaprajza

Egy hagyományos épület tervezése­kor elsősorban az építtetők életformáját és az ennek megfelelő igényeket vesszük figyelembe. Energiatakarékos épület esetében az építtetőknek tudomásul kell venniük (hiszen ezt saját maguk vállalják), hogy majdani otthonukban életstílusuk változni fog, mert az időjárási viszonyok sokkal inkább éreztetik majd hatásukat a mindennapok során.

A belső terek fűtési és bevilágítási igénye akkor elégíthető ki legjobban, ha a helyiségek többsége a déli homlokzatra kerül. Természetesen egy ház különböző funkciójú helyiségeinek különböző a fűtési és bevilágítási igénye. Egy konyha – például főzés alkalmával – jelentősen felmelegszik a tűzhely, a sütő és egyéb háztartási berendezések üze­meltetése folytán. Központi fűtés esetén a radiátorok méretezésekor ezt a körül­ményt nem szabad figyelmen kívül hagyni. Ugyanakkor a konyha igen páratermelő, ezért a fűtéssel, hőszigeteléssel, szellőz­tetéssel csökkenteni kell a páralecsapódás veszélyét. Vagy például egy hálószoba sem igényli ugyanazt a meleget, mint egy nappali vagy dolgozószoba, hiszen a hálószobát csak éjszaka használjuk, amikor alaposan betakarózunk. Ha többen alszanak egy helyiségben, a pá­ratartalom megnő, és itt is páralecsa­pódás veszélyeztet.

Miután eldöntöttük, melyek azok a helyiségek, amelyek a legtöbb meleget kívánják és melyek kevesebbet, a ház alapterületét „hőmérsékleti zónák” sze­rint fel kell osztani. A közel azonos hőmérsékletigényű helyiségeket cso­portosítjuk egy zónába. Ez a fajta diffe­renciálás azért is lényeges, mert egy háznak általában nincs hosszú déli homlokzata. A legmelegebb – délre tájolt – zónába célszerű csoportosítani a következő helyiségeket: nappali, étkező, dolgozó, nagyszülő lakószobája, gyermekszoba (ha ott nemcsak alszik, hanem tanul, ját­szik a gyerek).

A közepes hőmérsékletű, ún. „átmeneti” zónába kerüljenek a közle­kedőterek; az étkezőkonyha, a házimunka­szoba stb. A legkisebb hőmérsékletű zónába pedig az összes egyéb funkciójú helyiségek tartoznak: hálószobák, gard­rób, fürdőszoba, WC, konyha, kamra, tárolók, garázs, barkácshelyiség. Helyes „zónázással” elérhetjük, hogy bizonyos helyiségekből hosszabb időszakra is (pl. a hálószobákból nappalra) kizárhat­juk a meleget. Az egyes zónák közötti ajtókat azonban gondosan zárni kell! Kánikula idején helytelen az ablakokat kitárni, mert a meleg bejön. Szellőztetni hűvös reggelen és éjszaka célszerű.

A hőmérsékleti zónák kialakításának két járható útja van

Az egyik esetben a ház különböző zónáit teljesen elkülö­nítjük egymástól, ezáltal abszolút bizto­sítható valamennyi helyiség megkívánt hőmérséklete. Ennek azonban nagy ára van, a zónák közti elválasztó falakat és födémeket (sőt ajtókat is) hőszigetelni kell, hogy a meleg ne jusson át a hűvösebb területekre. A másik megoldásnál – különösen a napenergiát közvetlenül hasznosító épületeknél – gyakorlatilag egyáltalán nincsenek falak a helyiségek között. (Hazánkban is sokak által kedvelt az egyterű lakás.) Egy ilyen épületben a meleg szabadon cirkulál egyik zónából a másikba, a hőmérséklet-ingadozást a helyiségek elrendezése ellensúlyozza.

Az épületek legmostohább oldala ál­talában az északi oldal, hiszen ez az oldal kapja télen a legnagyobb hideget, a leg­kevesebb fényt. Általában tehát ezt az ol­dalt használjuk a legkevesebbet, mert közvetlen napfény sosem éri, az év jelentős időszakában az északi hom­lokzat folyamatos árnyékban van, akkor is, amikor téli hónapokban a Nap alacso­nyan süti a déli oldalt, mert délnyugaton már le is nyugszik. Emiatt bármilyen kis mennyiségű hó, esetleg eső esik, az hosszú ideig az északi oldalon marad, nem képes elolvadni, illetve elpárolog­ni. A hazánkban leggyakrabban uralkodó északi-, északnyugati szél tovább nehezíti az épületek északi oldala men­tén elhelyezhető helyiségek megfelelő kialakítását.

Sík terepre tervezetett épületek északi homlokzatát csupán fokozottan hőszigetelt falszerkezetekkel, fokozottan légzáró és minimális felületű ablakokkal, illetve egyéb nyílásokkal lehet elviselhetővé tenni. Lejtős terepen több lehetőség adódik az északi oldal kedvezőtlen időjárási hatásainak kiküszöbölésére. Déli, délkeleti, délnyugati lejtő esetén az épület északi részét – a terep adottsá­gait kihasználva – félig vagy egészen földbe süllyeszthetjük. Európában gyak­ran alkalmazott megoldás az, amikor az épületek tetőzetét földréteggel fedik- legyen az lapos vagy magastető -, amely tökéletes hőszigetelést biztosít a téli lehűlés és a nyári túlmelegedés ellen. Egy szélesen elnyújtott déli homlokzat pedig állandó napsugárzáshoz jut.

A Nap és a ház kapcsolatában nagy fontosságúak a határoló falak; födémek, árnyékolók stb., amelyekkel külön részben foglalkozunk (4.10 ábra).

4.10 ábra. Nappályadiagram a benapozás és a különböző épített árnyékvetők hatá­sainak szerkesztéséhez (zárójelben a nyá­ri időszámítási értékek).