• nap
• növényház
• üvegház

Üvegházak, napterek tájolása

Az üvegházak kategóriájába sorolha­tók a télikertek, az üvegezett napterek és a növényházak egyaránt. Legfontosabb és építészetileg is hang­súlyos változatuk az épületbe integrált vagy az épülethez csatlakozó üvegház, a télikert.

Az eredeti felfogás szerint az üvegház­nak mesterséges fűtése nincs. A téli hő-nyereség, valamint az üvegház moz­gatható árnyékolóival és intenzív szel­lőztetésével biztosított nyári hővédelem következtében így is évente 5-6000 órán át a lakótér értékes bővítéseként hasz­nálhatók. Az általános megfogalmazás szerint a szoláris építészetben üvegháznak, nap­térnek akkor nevezünk egy teret, ha ar­ra a következő feltételek mindegyike teljesül.

Ezek:

• van transzparens külső határolása;
• legalább az épület egyik fűtött he­lyiségével érintkezik;
• az épületből megközelíthető;
• mesterséges fűtése nincs.

Ezeknek a követelményeknek igen sok­féle módon lehet eleget tenni. Üvegház az a három transzparens fallal és transz­parens tetővel határolt tér is, amelyet egy „kész” homlokzathoz csatlakozta­tunk. Üvegház lehet az épület töme­gébe „beharapott” vagy az épülettel tel­jesen integrált tér, amelynek csak egy transzparens külső felülete van.

Ez meg­valósítható akár az egyik szoba helyén, akár egy üveggel lefedett külön épület­szárnyként. Ám létrehozható üvegház egy transzparens héjalású padlástérben, üvegezett verandán vagy balkonon is. A formai és alaprajzi változatok vég­telenül gazdagok.

A sugárzás a naptér nagy, üvegezett fe­lületein bejutva a padlón, valamint az üvegház és a mögöttes helyiségek kö­zötti falak felületén nyelődik el, azok­ban tárolódik, és részben a falakon ke­resztül vezetéssel, részben természetes légmozgással jut a mögöttes helyiségbe. Az üvegház és a mögöttes helyiség kö­zötti transzparens szerkezeteken át a sugárzás egy része közvetlenül a mö­göttes helyiségbe jut. Ahhoz persze, hogy a direkt sugárzás az üvegházon átha­ladva a mögöttes helyiségbe jusson, bi­zonyos geometriai feltételeknek is tel­jesülniük kell.

Napterek tájolása

A napterek tájolását illetően nyilván­való, hogy a délihez minél közelebbi (általánosabban az Egyenlítőre néző) irányok a kedvezőek. Vegyük figyelem­be, hogy a téli hónapokban a diffúz su­gárzás az össz sugárzásnak aránylag na­gyobb hányadát teszi ki, ami mérsékli a különböző irányok közötti különb­séget. A napterek tájolása természete­sen számos körülménytől függ (telek­osztás, utcavonal, alaprajz, a környező beépítés árnyékolóhatása), így sok eset­ben nincs mód a déli tájolásra.

Ha a déli szektoron kívül eső tájolásra kénysze­rülünk, akkor elsősorban a puffer hatás jó kihasználására célszerű törekedni. Az üvegházhoz csatlakozó helyiségek természetes megvilágítást és szellőz­tetést az üvegházon keresztül (gyakran kizárólagosan csak azon át) kapnak. Ezért alapszabály, hogy az üvegházra csak összeférhető rendeltetésű, azonos kezelésben lévő helyiségeket nyissunk. Energetikai hatása, funkcionális és esz­tétikai értékei mellett az üvegház véd a külső zaj- és porterhelés ellen, ugyan­akkor akusztikai, szagterjedési szem­pontból össze is kapcsolja a rányitott helyiségeket. Az átrium a naptér egy speciális ese­tének tekinthető, ha mesterséges fűtése nincs.

Átriumos kialakítás

Ekkor az energiamegtakarítás abból adó­dik, hogy az épület burkolófelületeinek egy része az átriummal mint puffer zónával határos, a helyiségek pedig az át­riumban előmelegített levegővel szellőztethetők. Az átriumban is lejátszód­nak mindazok a folyamatok, amelyek­ről a napterek kapcsán szó volt, de a napsugárzás hatása csak akkor jelen­tős, ha az átrium alapterület – magas­ság aránya nagy. Az átriumos kialakítás lényeges előnye az, hogy nagyobb lesz az anyaépület alapterületének az a hányada, amely a benapozott, kielégítő természetes világítású sávba esik, még ha a benapozás közvetett is.

Az átrium intenzív nyári szellőzteté­sének lehetőségét biztosítani kell. En­nél nehezebb az árnyékolás megoldása, de erre is vannak példák. Az átrium mes­terséges fűtéssel való ellátása az ener­giamérleget csak abban az értelemben javíthatja, hogy az átrium puszta léte egy kompaktabb, kedvezőbb felület – tér­fogat arányú tömegformálást tesz lehe­tővé.

Az üvegházak belső klimatikus viszo­nyait, valamint a mögöttes tér helyzetét energetikai szempontból az egész ob­jektumot érintő vagy terhelő energia­áramok határozzák meg.

Transzmissziós energiaáramok

A transzmissziós energiaáram az ener­giamérleg legegyszerűbben meghatá­rozható összetevőiből számítható ki, me­lyek a következők:

• a teljes üvegfelület (A);
• a határoló rétegfelépítése, a nap­pali és éjszakai értékek átlagából számított hőátbocsátási tényezője (az árnyékolók figyelembevételével);
• csomóponti élek hossza;
• vonal menti hőátbocsátási tényező;
• belső hőmérsékletigény;
• külső hőmérséklet.

Az előzőek és a megfelelő számértékek alapján felírható a naptérbe bejutó és az onnan távozó áramok egyensúlyi egyen­lete. Ebből a puffer hatás miatt kialakuló naptér hőmérséklet – mint az egyetlen is­meretlen – kiszámítható. Részletesebb vizsgálat nélkül is beláthatjuk, hogy azon két tér között alakul ki nagyobb hőmér­sékletesés, amelyek között a határolás ellenállása nagyobb. Az utóbbi a felület és a hőátbocsátási tényező függvénye. Ugyanakkor az is könnyen megérthető, hogy – csak a puffer hatást vizsgálva – az épület (télikert, napház) energiafo­gyasztása szempontjából az a legkedvezőbb eset.

Ha:

• az épület határolásának minél na­gyobb részét olyan puffer zónával takarjuk be, amelynek külső hatá­rolása kis felületű (azaz hosszú, de nem mély naptérrel, természetesen a funkcionális és a formai szem­pontokat sem tévesztve szem elől);
• ha mindenhol kettős üvegezés van;
• ha mindenhol van mobil kiegészí­tő szerkezet.

Az általános összefüggések mellett meg­említendő még, hogy a naptér által vé­dett homlokzaton a szél hatása nem ér­vényesül, tehát a hőátadási tényező ki­sebb, továbbá a csapóeső kedvezőtlen állagvédelmi és energetikai hatásával sem kell számolni.

Konvektív energiaáramok

A konvektív áramok a zárt nyílászárók résein spontán módon kialakuló filtráció vagy az épület használói által tu­datosan foganatosított szellőztetés in­tenzitásától függenek. A légáramlás intenzitása és iránya szá­mos véletlenszerűen változó hatástól is függ, bizonyos fokig azonban a terve­zés folyamán is befolyásolható.

Ha az uralkodó szélirányt, a környezet beépí­tettségét adottnak tekintjük is (bár a nö­vényzet megfelelő telepítésével a szél­védettség javítható, illetve a szél terel­hető), az áramképet módosíthatjuk a nyílászárók és az üvegfal légáteresztési ellenállásai közötti arányok, továbbá a nyílászárók egymáshoz viszonyított hely­zetének megválasztásával, a nyitható ablakszárnyak és szellőzőcsappantyúk elhelyezésével, működési módjával, eset­leg egyszerű, kis teljesítményű ventilá­torokkal.

Természetesen az épület légcseréje – mind a beáramlás, mind a kiáramlás -a naptér megkerülésével (más homlok­zatokon át) is végbemehet. Ekkor a friss levegőt az épületben kell felfűteni. A naptér és a környezet között légcsere nincs. A naptér és az anyaépület kö­zötti légcsere a hőmérsékletkülönbségtől függően alakul, és egyaránt ered­ményezhet az épületből a naptérbe vagy a naptérből az épületbe irányuló energia­áramot aszerint, hogy melyik a mele­gebb oldal.

Az áramlás irányával kapcsolatban meg­említendő, hogy a levegő mozgásával konvektív vízgőztranszport is lejátszódik. Épületből naptérbe irányuló áramlás esetén gondolni kell a páralecsapódás lehetőségére. Naptérből épületbe irá­nyuló áramlás esetén hasonló gondok (penészképződés kockázata az épület szabad homlokzatainak csomópontjai környékén) adódhatnak, ha a naptér­ben túlságosan sok növény van. (A „túl­ságosan sok” megítéléséhez: 1 m² le­vélfelületről óránként 25-35 g vízgőz párolog el.)

„Két tűz közé” kerülhet egy lakótér, ha a kereszthuzat következtében (amely­nek vonalát a szemben levő nyílászá­rók, irányát az éppen aktuális nyomás­különbség szabja meg) a légutánpótlást vagy a konyhán, vagy egy növényekkel telezsúfolt naptéren keresztül kapja. Ha a naptér sűrű „beültetése” várható, cél­szerű egy szabad homlokzaton elhelye­zett ablakkal „tartalék légutánpótlási vonalról” gondoskodni. Az eddigiek mellett megemlítendő még, hogy naptér – épület irányú áramlás esetén a naptér mint ülepítő porkamra szerepel, így az épületbe a durvább aeroszoloktól mentes levegő jut. Figyelemre méltó ezenkívül a naptér által nyújtott akusztikai védőhatás is.

Sugárzási energiaáramok

A sugárzási energiaáramok a mérleg legösszetettebb tagját képezik. Először is azt kell leszögezni, hogy a naptér mi­att a mögöttes helyiségek közvetlen (di­rekt) nyeresége csökken, ezt azonban egyéb hatások ellentételezhetik. A naptér transzparens határolásán át­jutó direkt sugárzással többféle dolog történhet.

A sugárzás egy része a naptér és az anya­ház közötti üvegezett határolásra, majd azon át a mögöttes helyiségbe jut. Ha­tását ott úgy fejti ki, mint a direkt rend­szerekben, de a bejutó sugárzás inten­zitása kisebb, hiszen a környezetből ér­kező sugárzásnak mintegy 20%-át a nap­tér üvegezése visszaveri vagy elnyeli, a naptér határolásának pedig mintegy 15-25%-át átlátszatlan vázszerkezet alkotja. További csökkenést okozhatnak a naptérben lévő „akadályok”: bútorok, növényzet.

Nyilvánvaló, hogy a naptérbe annál több sugárzás jut, minél nagyobb és minél áteresztőbb üvegezett felülete van. Eb­ből a szempontból tehát egy egyrétegű fémvázas szerkezet volna a legjobb, amely azonban a transzmissziós áramok, a hő-hidak, a kondenzáció veszélye szem­pontjából a legrosszabb. A vastagabb szelvényekkel készülő faanyagú váz­szerkezet, valamint a kettős üvegezés az áteresztett sugárzási hányadot csök­kenti, a puffer hatást azonban lényege­sen javítja, a hőhidakkal, a kondenzációval kapcsolatos gondokat jelentősen mérsékli. Természetesen a mögöttes he­lyiség direkt nyeresége arányos a nap­térbe bejutó sugárzási energiával.

A mögöttes térbe bejutó direkt nyere­ség nagyságát befolyásolja a naptér és az épület közötti határoláson levő nyí­lászárók mérete, üvegezése, keretszer­kezete. A direkt nyereség nagyobb, ha itt nagy felületű és áteresztőképességű üvegezés van – ezzel azonban az épü­letből a naptérbe irányuló transzmisszi­ós veszteségek is nőnek. Ugyanakkor, ha ezen a határoláson kevés a tömör fal, akkor a naptér elnyelő felülete és hőtároló képessége csökken.

Megjegyzendő, hogy ha a naptérnek több üvegezett fala van, elnyelő felületet úgy is biztosíthatunk, hogy az egyik oldal­fal irányából érkező direkt sugárzás ese­tén a másik oldalfal előtt zárjuk a mozgatható árnyékolót. A direkt sugárzás egy része a naptér és az anyaépület közötti falakra jut. Ezek a tömegfalakhoz hasonlóan viselked­nek, azzal a különbséggel, hogy a fel­melegedett külső elnyelő felület a nap­tér levegőjét fűti.

A naptér legfontosabb elnyelő- és hő­tároló szerkezete a padló

A direkt su­gárzás egy része a naptér padlóját éri, azon 80-90%-a elnyelődik. A felmelegedett padlófelület egyrészt a naptér levegőjét fűti, másrészt a padló felületéről vezetéses hőáram indul a mé­lyebben fekvő rétegek felé. A padlószer­kezet nagy hőtároló képessége a nap­térben időben egyenletesebb hőmérsék­letet eredményez.

Ha a padlószerkezetben hőszigetelő ré­teg van, a hőtárolás folyamatában gya­korlatilag csak az afölötti rétegek vesz­nek részt, viszont a hőveszteség a talaj felé kisebb. Ha nincs hőszigetelés, a mélyebben fekvő rétegek és maga a talaj is részt vesz a hőtárolás folyamatában, amennyiben több nap alatt lejátszódó folyamatokról van szó (például néhány derült napot követően borult idő kez­dődik). Hőszigetelő réteg hiányában vi­szont nagyobb hőveszteség alakul ki a talaj felé. Megfelelő kompromisszum­nak tűnik a naptér lábazatán és alap­falán elhelyezett, a talajba mélyen be­süllyesztett hőszigetelő réteg.

A folyamatban jelentős szerepet játszik a padló sugárzáselnyelési tényezője. Bur­kolatának megválasztása egyértelmű­nek tűnik, de bizonyos részletkérdések itt is megemlíthetők: a sötétebb burko­lat hőelnyelése jobb, a világosabb bur­kolat viszont a természetes világítás szem-pontjából előnyösebb. Veszít jelentősé­géből a burkolat minősége, ha a naptér bútorozott vagy növényekkel zsúfolt: ebben az esetben ezek lesznek az elnye­lő felületek, a padló csak a levegő köz­vetítésével vesz részt a hőtárolás folya­matában.

A „berendezés” kis hőtároló képessége és a beárnyékolás folytán alárendelt sze­repre ítélt padló miatt a naptérben a na­pi hőmérséklet-ingadozás nagyobb lesz. Ez lehet pillanatnyi előny is, ha adott esetben derült, hideg időben néhány „komfortos órát” akarunk a naptérben elcsípni.

Direkt sugárzás

A direkt sugárzás egy része a naptérben lévő bútorokra, berendezési tárgyakra jut. Azok felületén is elnyelődik, de mi­után kis tömegű tárgyakról van szó, ben­nük csak kevés hő tárolása lehetséges. Az elnyelt energia ezért ezek felületé­ről a naptér levegőjébe jut, azt melegíti. Lényegében hasonló folyamat játszódik le akkor is, ha a padlót szőnyeggel bo­rítjuk.

A direkt sugárzás egy része a naptér egyik határolásán belépve és akadályba nem ütközve a naptér másik határolá­sán át újra a környezetbe jut. A naptérben lejátszódó folyamatok össze­tettségét mi sem jellemzi jobban, mint az, hogy a felületekről visszavert su­gárzással mindaz megtörténhet, ami az előző felsorolásban szerepelt, beleértve azt is, hogy a naptér üvegezésén át visszajut a környezetbe. A beérkező direkt és visszavert sugár­zás természetesen az embereket is éri, aminek igen jelentős hőérzeti és lélek­tani hatása van.

A naptér tetőzetének értékelése arány­lag egyszerű:

Nyilvánvaló, hogy a sugárzásos nyereség szempontjából télen az üvegezett szerkezet előnyösebb. Nyá­ron viszont ez a túlzott felmelegedés veszélyével jár. Ha átlátszatlan tetőszer­kezet készül (például azért, mert a biz­tonsági üvegezés drága, vagy azért, mert a tetőn aktív szoláris rendszer kollekto­rait helyezzük el), annak transzmisszi­ós vesztesége kisebb. Ugyanakkor a nap­tér mélysége erősen korlátozottá válik, hiszen a túl mély előtető a természetes vi­lágítás és a mögöttes helyiség direkt nye­resége szempontjából komoly hátrány. Ezt a korlátozást csökkenti a naptér bel­magasságának növelése.

A nagy bel­magasság más szempontból is előnyös­nek tűnik: nagyobb az épület védett hom­lokzati felülete, nagyobb felületen jut be a sugárzás a naptérbe. Ne feledkezzünk meg azonban arról, hogy a naptérben a sű­rűségkülönbség miatt függőleges irány­ban igen meredek léghőmérséklet-el­oszlás alakul ki (ez a rétegződés – sztratifikáció – jelensége). A magasabb léghőmérséklet hőérzetjavító hatása azon­ban csak akkor aknázható ki, ha a mele­gebb levegőt alkalmas rendeltetési hely­re – az anyaépületbe, a tartózkodási zó­nába – juttatjuk.

Hőérzet a naptérben

Az egyszerűbb számítási módszerekkel a naptér hőmérsékletének napi átlag­értékét becsülhetjük meg. Az így ka­pott szám olykor elég alacsony, azt a látszatot kelti, hogy az adott napon a naptér hőmérséklete hőérzeti szempont­ból nem kielégítő, a naptér „nem lak­ható”. Nem szabad azonban megfeled­kezni arról, hogy a naptérben a nap fo­lyamán nagy hőmérséklet-ingadozás ját­szódik le. Ha a naptér napi átlaghőmér­séklete nem is éri el az elfogadható szin­tet, azért a nap folyamán még adódik néhány olyan óra, amikor az aktuális érték a hőérzet szempontjából megfe­lelő.

Megtévesztő volna azonban a hőérzet, a kellemes környezetben való tartóz­kodás lehetséges időtartamát csak a hő­mérséklet alapján megítélni. Ha ugyanis a naptérbe napsugárzás jut, a kellemes hőérzet feltételei alacsony léghőmér­séklet mellett is kialakulnak. Ezt a szo­kásos hőérzeti jellemzőt számokkal le­írni nehéz, viszont igen jól követhetjük a bio klimatikus diagram alapján, ahol az azonos, kellemes hőérzetet eredménye­ző paraméter-kombinációk között az embert érő napsugárzás intenzitása is szerepel.

Minden különösebb nehézség nélkül megállapíthatjuk, hogy a kelle­mes „szobai” hőérzetnek megfelelő ál­lapot a naptérben akkor is kialakul, ha ott a léghőmérséklet például csak 15 °C, de a bejutó sugárzás intenzitása -210 W/ m². Az természetesen más kérdés, hogy a naptér és a mögöttes helyiség közötti ajtót – energetikai szempontokból – hu­zamosan csak akkor célszerű nyitva tar­tani, ha a naptérben a léghőmérséklet már elérte a mögöttes helyiségét.