• épületszerkezetek
• falak
• hőhíd

Hőszigetelt épülethatároló szerkezetek falak, hőhidak

Az épület karakterét és formáját meghatározó épülethatároló szerkezet alatt a lábazatot és a homlokzati falakat értjük a tetőzet azon pontjáig, amelynek belső oldalán fűtött (vagy hűtött) belső tér helyezkedik el.

A külső szerkezetek vastagságának és tömegének ésszerű csökkentése érde­kében, statikai és a hőtechnikai szem­pontokat is figyelembe véve, speciális szerkezeteket fejlesztettek ki. Kialakultak a réteges szerkezetek, ahol a teherhordó szerkezet a tégla vagy vasbeton, ritkáb­ban egyéb anyag (könnyűbeton és pó­rusbeton), a burkolati rétegek alá pedig külön hőszigetelő rétegek kerülnek. A lábazatok ma már – komolyabb fagy­állósági követelmények miatt-különlegesebb és körültekintőbb réteg megállapítást igényelnek, továbbá hőszigetelő feladatot is elláthatnak, alkalmazkodva az épületen alkalmazott anyagokhoz és építéstechnológiához.

A fölső határoló födémek és tetőfödé­mek – hasonlóan a határoló falakhoz – rétegesen készülnek, megfelelnek a szi­gorú hőtechnikai, valamint szerkezeti és időtállósági követelményeknek.

Hőhidak

A falban lévő vasbeton koszorúk és gerendák, a tetőteraszok és lodzsák a hőhidak szempontjából az ún. kényes szerkezetek körébe tartoznak. A kinyúló átmenőfödémek, a konzolok, a födém­felfektetések, a peremek (attikák, vonal menti és pontszerű vízelvezetések), egyaránt számos hőhíd kialakulására adnak lehetőséget. A hőhíd párakicsapó­dáshoz, penészképződéshez vezethet, amelyet csupán az intenzív hőszigete­lésnek a kritikus csomópontokban is folytonos vezetése küszöbölhet ki.

A korszerű építéstechnikában honid­ról már csupán néhány vizsgálati ponton vagy elemen belül beszélhetünk. Mint például a tetőfödémeknél, ahol a szarufa a köztes hőszigetelővel szemben már lehet hőhíd. Ugyanígy a korszerű téglák habarcsba való beépítése már a fugán keresztül is „hőhidat” képez. Ezt az utób­biakat úgy kell értelmezni, hogy a hőáram útja a magasabb testsűrűségű (sú­lyú) anyagban vagy rétegben intenzívebb. Gyakorlatban azonban a téglafalakat falazottan; tömör vagy légrés hézagos fugával kell számításba venni a hőtechnikai méretezésnél, vagy a ténymegállapítás­nál, mégpedig egy átlagoltan számított hőátbocsátási tényezővel.

Pontszerű hőhidak

Léteznek pontszerű hőhidak is, ame­lyek főként az átmenő vagy a határoló szerkezet nagyobb keresztmetszetébe nyúlnak bele, illetve keresztezik ezeket. Pontszerű hőhíd a kötőelem, a kötőcsa­var, a szeg stb. Szerelt tetőknél, ahol a hordozóvázat vagy a felületi burkola­tot normál szeg vagy facsavar kapcsolja, ott a párakondenzáció által rozsdásodott szegfej bizonyítja a hőhidasságot, nem beszélve a könnyed falfestékes gipsz­karton felületekről, ahol a csavarok rozsdája néhány év alatt „átvilágít” vagy átüt. Pontszerű hőhíd a homlokzatbur­kolat kötőeleme, de még a fedélszék horgony csavarj a is. Ez az utóbbiaknál ugyan bentről kifelé (nem úgy, mint az előzőnél) jelentkezik, az intenzív kondenzáció. Ezért hasznos szakmai tanács, hogy a hőhidas kötőelem leg­alább oxidáció- (rozsdásodás-) mentes anyagú vagy felületű legyen.

A betonról köztudott, hogy jó hőveze­tő, ám azt már kevesebben tudják, hogy a betonba helyezett vasalás nagymértékben fokozza a vasbeton hővezetését. Az át­menő vasalások helyén jelentős hőhidasság alakul ki. Kellő vastakarás híján megindulhat a vasalás korróziója és a be­ton eróziója.

Pontszerű hőhidakként elemezhetjük a tető szaruzat feletti szegezését. Ennek ugyan a hőtechnikai keresztmetszetnél nagy jelentősége nincs, de gazdasági és műszaki hatása óriási, mert a tető szerkezete felülről lefelé (vagy kintről befelé) lehűl, és emiatt a kötőszeg fejrésze a kondenzációs hőmérsékleti határon párásodik, majd három-négy év alatt összefüggően átrozsdásodik. 10 év múl­va a szegfej 50-80%-ban gyakorlatilag eltűnik, és stabilizáló szerepe megszűnik. Ez az oka a faszerkezet, a tetőléc toldás kiszakadásának és a tetőfelületek hullá­mossá válásának.

Hőhidak tucat számra vagy százszámra találhatók még a legkorszerűbb technikával épült háznál is. Érdekességként álljon itt a Mátyás-templom II. világháborút követő tetőfelújítása: ahol a szerkezetet faanyagú szeggel kapcsolták, az jól bírta a több száz évet is, ahol azonban „beavatkoztak” valamilyen fém kötőelemmel vagy szeg­gel, azok a szerkezetek már együttesen eloxidálódtak és elkorhadtak. Tulajdonképpen egy bejárati ajtóban lévő kilincs is hőhíd, és sorolhatnánk to­vább. Ilyenkor jövünk rá, hogy a fémka­pocs nélküli burkolat vagy hőszigetelés milyen előnyös.

Hővédelem

A külső határoló (főként a fal- és tető-) szerkezet fő feladata hőtechnikai szem­pontból az, hogy a belső teret védje a külső hőmérséklet változásaitól úgy, hogy az ideális belső mikroklíma minél kisebb fűtési energiával biztosítható legyen.

A külső hőhatások egy-egy nap folya­mán – de az egész évet alapul véve is – szakaszosan, fluktuálva jelentkeznek. Ezeket a változó hőhatásokat a határoló szerkezet csillapítja és késlelteti, és mi­nél inkább képes erre a szerkezet, annál kevésbé és annál később hatnak a belső térre a külső tér hőmérséklet-változásai. A hőcsillapítás és a hőkésleltetés egyebek között a falazati és tetőfödém-rétegek sorrendjétől is függ. A kívül elhelyezett hőszigetelő rétegek mindig hatásosabbak, mint a belső oldalra helyezett rétegek.

Szakaszos üzemű fűtés esetén a hatá­rolókat a belső oldalról, a helyiség felől is érik változó hőhatások. Ebből a szem­pontból annál jobb egy szerkezet, minél több hőt képes a belső felületén keresz­tül elnyelni, majd felhalmozni, és a fűtés szünetelése alatt a helyiség felé visszaadni. Ez a hatás akkor érvényesül még erőtel­jesebben, ha a szigetelő réteg – amely­nek hőelnyelő képessége kisebb, mint a tömör teherhordó rétegé – a külső oldalra kerül. Az ilyen falszerkezet felfűtése ugyan lassúbb, de nehezebben is hűl le, ami szakaszos fűtésnél igen előnyös. Előnytelen viszont pl. hétvégi házak és irodák esetén, ahol a helyiség gyors felfűtésére van szükség, ilyenkor a belső oldali hőszigetelés a kedvezőbb.

A nyári napsugárzás hatására az üveg­felületeken át jelentős hőmennyiség jut az épület helyiségeibe. A nyári meleg levegő hatásait csak az olyan falszer­kezet képes ellensúlyozni, amelynek tömör, nagy hőelnyelő képességű rétege a fal belső oldala felől helyezkedik el, mivel így a helyiség felmelegítéséhez nagyobb hőmennyiség szükséges, azaz na­gyobb a helyiség hőstabilitása. A napsu­gárzás okozta nyári felmelegedés ebben az esetben kisebb lesz, a határoló szer­kezetekben felgyülemlett hőmennyiség pedig az éjszakai szellőztetéssel nagyrészt eltávozik.

A külső oldali hőszigetelésnek a hővédelem szempontjából további előnye, hogy a falszerkezetben a külső oldal felé tolja a fagyhatárt, így a falszerkezet kifagyásának veszélye csökken. A hő­szigetelő rétegnek természetesen fagy­állónak kell lennie (3.40-3.41 ábrák).

3.40 ábra. Egyhéjú, tömör és réteges határoló falakban lejátszódó hőmérsék­letváltozások téli és nyári szélső érté­keknél (az ábráról leolvashatók a belső falfelületi hőmérsékletek) A tömör vagy üreges téglafal esetén kétol­dali vakolattal; B belső kiegészítő hőszige­teléssel és külső vakolattal; C külső hom­lokzati hőszigeteléssel és belső vakolattal.

3.41 ábra. Falak ± 0,00 °C fagyhatárának vonala a) hagyományos falazatú épületnél; b) külső hőszigetelés esetén (a határvonal a főfal síkján kívül marad); 1 fagyhatár: -15 és +20 °C között; 2 főfal; 3 vakolat; 4 korszerű hőszigetelő rendszer.

Az elmondottakból kitűnik, hogy külső hőszigetelő réteg esetén a tömör anyagból készült határoló fal a kedve­zőbb, hiszen a nagyobb testsűrűségű anyag gyorsabban képes nagyobb mennyiségű energiát elraktározni, és a fűtési szünetekben is egyenletesebben adja le a hőt a belső tér felé. Ez utóbbi úgy is megfogalmazható, hogy a betárolt ener­gia hosszabb ideig ellenáll a felületi lehűlésből származó hatásnak. Ha a fal­szerkezet egyes részeinek hőátbocsátása nagyobb, mint általában a többi részén, akkor ezeken a helyeken a belső felület hőmérséklete alacsonyabb lesz, mint a környezet hőmérséklete (hőhidak). A felületi hőmérséklet-különbség a hő-hidakon akkor is elszíneződéseket okoz­hat, ha egyébként magán a felületen nem csapódik le a pára, mivel a levegőben lévő por lerakódik a hidegebb felületekre, és ún. porárnyékot hoz létre (3.42-3.44 ábrák).

3.42 ábra. Különböző falszerkezetek fagyhatár-vonalai a) hagyományos (tömör) téglafal; b) hagyományos téglafal külső hőszigetelő réteggel; c) kéthéjú falszerkezet, külső hőszigetelés­sel (csak a lecsapódott, felgyülemlett víz fagy meg, okoz károsodást).

3.43 ábra. Egyhéjú határoló falszerkezet rétegfelépítése és a hőmérsékleti határ­értékek; a) tömör téglafal; b) tömör kő-téglafal; c) tömör téglafal belső hőszigeteléssel; d) tömör téglafal külső hőszigeteléssel.

3.44 ábra. Kéthéjú homlokzati határoló falszerkezet rétegfelépítése és a hőmér­sékleti határértékek a) főfaltól légréssel kiemelt burkolattal; b) hőszigeteléssel kitöltött szabad légréssel (tulajdonképpen így egyhéjúvá válik); c) falazott homlokzati burkolattal és kiegé­szítő hőszigeteléssel; d) szerelt homlokzati burkolattal és hőszigeteléssel

A hőszigetelést a felületi hőmérsék­let-elosztás szempontjából is kedvezőbb a külső oldalra helyezni, mivel a jobb hővezető képességű belső réteg oldalirá­nyú hővezetése nagyjából kiegyenlíti a felületi hőmérsékletkülönbségeket. A hővédelem szempontjából tehát egyér­telmű, hogy a hőszigetelő réteget célszerűbb a falszerkezet külső oldalára helyezni. Az ábrák jól szemléltetik a magasabb hőmérsékletű tér felől az alacsonyabb felé irányuló hővándorlást, valamint azt, hogy a hőhidak télen és nyáron egyaránt kedvezőtlenek a belső tér szempontjából.

Az új hőszigetelési szabvány sajnos még nem sokat változtatott a régi be­idegződéseken. A szakemberek többsége ma is a korábbi szabványban meghatáro­zott hőátbocsátási értéket veszik alapul, azaz azt vizsgálják egy-egy épületnél, hogy az adott falszerkezetnek mennyi a hőátbocsátási tényezője (k), és az ho­gyan változik a falvastagság és különböző vakolatok függvényében. Termékismer­tetőikben a falazóelem-gyártók is a va­kolatlan falszerkezet értékét adják meg. Összehasonlító elemzésnél egyébként, amikor nem egy konkrét épületet vizsgálunk, valóban ezt a jellemzőt kell vizsgálni (3.45-3.47 ábrák).

3.45 ábra. Fal és ablak kapcsolata a hőtechnikai ± 0,00 °C, átmenőtengely folytonosságában a legtökéletesebb. Beépítési példa.

3.46 ábra. Erkélyajtó/padozat kapcsolata hőtechnikai szempontból előnyösebb, ha az úsztatott padlóbetont PE habréteggel választjuk el az erkély lejtbetonjától.

3.47 ábra. Ablak és fal kapcsolata közbe­iktatott redőnyszekrénnyel (télen sötétebb a fagypont alatti rész) a) legrosszabb megoldás (gyakori példa); b) jó megoldás, belső redőnytok hőszigetelő béléssel; c) előregyártott „hőszigetelős” kagyló alakú szekrénnyel; d) a ± 0,00 °C fagypont határral a legrövidebben elérhető tengelyvonallal, ahhoz elhelyezett ablakokkal (legjobb megoldás) hőtechnikai szempont­ból (kivételesen a belsőoldali hőszigetelés előnyösebb).

A falak utólagos hőszigeteléséről már nem sok újat lehet elmondani, ezért most más nézőpontból vizsgáljuk, mégpedig, amikor még nem is nevezhetjük „utóla­gosnak”. Új épületnél a tervező szabadon dönthet, hogy az épület külső fala mi­lyen szerkezetből épüljön. A döntés azonban nem egyszerű, hiszen nem minden esetben a hőátbocsátási tényező a leg­fontosabb, még akkor sem, ha az egyik fő szempont az energiatakarékosság. A ma készülő épületek, legyenek azok akár lakó-, akár középületek, általában vegyes tartószerkezetűek, azaz a vasbe­ton tartószerkezetek függőleges teherhordó elemként; oszlopként és vízszintes teherhordó elemként; gerendaként és ki­váltóként egyaránt igen gyakoriak.

Az eltérő hő vezetési tényezőjű anyagok hőhidakat hoznak létre. A hőszigetelésre való hagyományos vakolás nem jelent korrekt megoldást, a tervezőnek tudato­san nagy hőátbocsátási tényezőjű, de gyorsan építhető szerkezetet kell válasz­tania, és az eltérő anyagú, többnyire hőhidat jelentő vasbeton szerkezetekkel együtt az egész külső homlokzat hőszi­getelését utólag kell megterveznie. Ha összehasonlítunk egy 25 cm vas­tag kettős méretű, soklyukú téglából épített falat egy 15 cm vastag vasbeton fallal, a hőátbocsátási tényező (k) értéke:

1,28 W/(m2∙K), illetve 2,87 W/(m2∙K); 3 cm vastag expandált polisztirol anyagú hőszigeteléssel ezek az adatok: 0,56 W/(m2∙K), illetve0,92 W/(m2∙K) értékre csökkennek, 6 cm-es hőszigete­léssel pedig már a szabványnak meg­felelőek: 0,40 W/(m2∙K) és 0,55 W/(m2∙K).

6 cm-nél vastagabb hőszigetelő anyag­gal a „k” tényező a hőszigetelő anyag minden egyes centiméterére vonatkoz­tatott javító hatása nem egyenletesen nő: 5 cm-ről 6 cm-re való vastagságnöve­kedésnél a k érték 16%-ot javul, 6 cm-ről 7 cm-re történő növekedésnél viszont már csak 12%-ot. Még szemléletesebb, ha összehasonlítjuk a 3 cm és a 6 cm vas- tagságú hőszigetelés hatását az eredeti hőátbocsátási tényezővel, ahol vasbeton fal esetén az első 3 cm hőszigetelés ezt az értéket 67%-kal javítja, az első réteg megduplázásával 6 cm-re növelt hőszigetelés a hőátbocsátási tényezőt a fent említett 0,55 értékre módosítja, amely az eredeti értéknek 20%-a. Egy újabb 3 cm-es hőszigeteléssel 9 cm-esre növelt réteg az eredeti érték 14%-ára képes módosítani a értéket [k=0,39W/(m2∙K)].

Tehát a hőszigetelés kiválasztásakor is lehetünk takarékosak, de a hőszigetelő anyag ideális vastagságát több szem­pontból kel megközelíteni. A várható energiaár-emelések ellenére sem célszerű egy bizonyos rétegvastagságnál vasta­gabb hőszigetelést készíteni (3.48 ábra).

3.48 ábra. Az erkély, mint épülethőhíd védelme a kedvezőtlen hőhatások ellen a) hagyományos falszerkezettel (nincs védelem); b) falak külső hőszigetelésével; c) erkély fölső hőszigetelésével; d) főfal és erkély pólyaszigeteléssel (utóbbi a leg­kedvezőbb, de ez sem tökéletes).

Nedvesség- és páravédelem

A hő vezetési és páradiffúziós tényező az anyagok testsűrűségével és tömörsé­gével általában fordított arányban válto­zik, nagy testsűrűségű, tömör anyagok hővezetési tényezője aránylag nagy, páradiffúziós tényezője pedig kicsi. Az ilyen anyagokból készült rétegek tehát aránylag kis hőmérsékletkülönb­ség, ugyanakkor pedig aránylag nagy nyomáskülönbség fenntartására képe­sek. A kis testsűrűségű, laza anyagok általában fordítottan viselkednek, de vannak kis testsűrűségű, de nagy páradiffúziós ellenállású anyagok is, pl. a zárt cellás műanyag habok (3.49 ábra).

3.49 ábra. Különböző határoló falakban lejátszódó páradiffúziós folyamatok a) két oldalon vakolt téglafalban; b) külső tömör, erősen párafékező burkolatú falban (legrosszabb megoldás); c) kéthéjú hőszigeteletlen falnál; d) kéthéjú hőszigetelt határolóknál; A külső oldal; B belső oldal; 1 határoló téglafal; 2 páradiffúzió iránya; 3 párakicsapódás épületszerkezeten belül; 4 vakolat; 5 tömör burkolat; 6 ragasz­tóhabarcs réteg; 7 homlokzati héjburkolat; 8 légrés.

A különböző rétegsorrendű, de azo­nos anyagú és vastagságú rétegekből álló falszerkezetek belsejében a rétegek sorrendjétől függően vagy bekövetkezik a páralecsapódás, vagy nem. Állagvédelmi szempontból a belső páralecsapódás megengedhetetlen, ezért kétrétegű szer­kezetek esetén a nagyobb páradiffúziós tényezőjű (általában kisebb testsűrű­ségű) szerkezeteknél esetenként kell meghatározni a helyes rétegfelépítést.

Az ideális hőszigetelő anyag a lehető legjobb fizikai tulajdonságokkal rendelke­zik, emellett csak kevéssé párazáró. Termé­szetesen a hőszigetelő anyagok széles skáláján nemcsak ilyen ideális tulajdonsá­gokat mutató anyagok találhatók, pl. a po­lisztirolhabok (általában a műanyag habok) meglehetősen rosszul eresztik át a párát. Az épülethomlokzatok külső elszíne­ződésének okai – hasonlóan a beltéri elszíneződésekhez – a hőt jól vezető hőhidak, elsősorban a vasbeton koszorúk, ahol gondoskodni kell a megfelelő hővédelemről és takarásról.

Az elmondottakat jól szemlélteti néhány anyag hővezetési tényezőjének (λ) összehasonlítása:

Csapadék és fagy elleni védelem

Épületfizikai szempontból és a hőszi­getelő képesség megőrzése érdekében igen fontos, hogy az épület homlokzatától a csapadékvizet elvezessük, valamint, hogy az ablakok beépítése tökéletesen beázás mentes legyen. Ez elsősorban az ablak szakszerű elhelyezésével, a jó tömítéssel érhető el. Az ablakok típusát, valamint a beépítési módját (kávás vagy káva nélküli) a homlokzat épületfizikai jellemzőinek ismeretében kell megvá­lasztani (3.50-3.51 ábrák).

3.50 ábra. Ablak és homlokzatburkolat beázás mentes csapadékvíz-elvezetése és fagy elleni védelme: 1 a csapadék útja; 2 a csepp elvezetése; 3 könyöklő vízorros elvezetése; 4 burkolat; 5 ablaküveg (külső felület); 6 ablak tok­kerete; 7 vízvető; 8 légrés; 9 hőszigetelés; 10 kiváltó; 11 az ablak és a homlokzati fal fagyhatárvonala; 12 belső ablaksík; 13 beltéri ablakkeret felülete; 14 belső párakicsapódás lehetséges vonala; 15 határoló fal.

3.51 ábra. Nyitott hézagú homlokzati héjburkolat külső és belső károsodás­mentes csapadékvíz-elvezetése A csapóeső; B szél terhelő (és fúvóka-) hatása és iránya; 1 kőburkolat; 2 kapocs­elem mint vízszintes távtartó és réstámasztó; 3 csapóeső útja; 4 csapóeső belső vízelve­zetése; 5 vízorr, csepegtetőprofil; 6 légrés; 7 hőszigetelés; 8 tartókonzol; 9 határoló fal.

Az épületek homlokzatának csapadék elleni védelme elsősorban az ereszek, osztópárkányok, valamint az oromzatok megfelelő kialakításával biztosítható. Mediterrán éghajlatú országokban az épü­letek ereszpárkányainak szinte csak árnyékvető szerepe van, az északi, csapadékos országok túlzottnak tűnő, kalapszerű tetőzete pedig védi a falakat és épülethomlokzatokat az időjárás viszontagságaitól. Hazánkban a csapadék okozta károk gyakran csak néhány év után jelentkeznek az épülethomlokzatokon.

Igen lényeges az ablakpárkányok bádogozása, a megfelelő tömítettség és a faltő-kapcsolat. Érdemes külön gon­dot fordítani a tetők vizét elvezető lefo­lyócsatornára, azok állapotára és méreteik megfelelőségére, valamint a homlokzat­burkolat és a lábazat kapcsolatára.

Szakmai szempontból ugyan a bádogos szerkezetek nem tartoznak a cikksorozatunk témakörébe, funkcionálisan azonban feltétlenül foglalkoznunk kell velük, mivel a homlokzati leázások és kifagyások egyik fő oka a rossz minőségű bádogo­zás.

A főbb hibaforrások:

• a csatornák keresztmetszeti mérete nem megfelelő,
• túl hosszú ereszcsatorna-szakaszok tartoznak egy-egy lefolyóhoz,
• a toldások szakszerűtlenek,
• nem elegendő a fali bekötések (bilincsezések) száma,
• nem vették figyelembe a hókása bejutását és az abból adódó terheket,
• a betervezett anyagok nem bírják el a saját terhüket.

A lábazatok fagy védelme elsősorban a járdák helyes kialakításával, másod­sorban pedig a lábazatok szigetelésével biztosítható.

Természetesen még az épülethomlokzat megtervezése előtt ki kell választanunk a számunkra legkedvezőbb megoldást. Biológiai köpeny – a zölddel futtatott homlokzat – alá elegendő egy igénytele­nebb fal- vagy vakolt felület, tagozatok nélkül, egyszerű színekben. Tagozott homlokzathoz és burkolt felülethez nem készíthető kiemelt rácsozat, mert a tago­zatokon nemcsak a csapadék, hanem a lehullott lomb is megül, és bomlásakor a szabadon maradó homlokzatfelület elszíneződik (3.52-3.54 ábrák).

3.52 ábra. Épülethomlokzat biológiai hővédelmének elve.

3.53 ábra. Az épület homlokzatára kap­csolt, kiemelt rácsos vázú biológiai állványzatra futtatott növényzet.

Kiemelt rácsnál a rácsozat irányának közel függőlegesnek vagy ferdének kell lennie, hogy jól elvezesse a csapadékvi­zet (a vízszintes rácselemekről könnyen a falra csapódhat a víz). Jól tudjuk, hogy a csapadéktól a belső és egyéb ned­vességtől, párával és vízzel „töltődött” épületszerkezetnek jelentősen csökken a hőszigetelő képessége. Másik veszély a kifagyás, a homlokfelület esztétikai értékeinek csökkenése, és az élettartam megrövidülése.