PLETFIZIKA Dr Tth Pter Szchenyi Istvn Egyetem Mszaki

ÉPÜLETFIZIKA Dr. Tóth Péter Széchenyi István Egyetem Műszaki Tudományi Kar Baross Gábor Építési és Közlekedési Intézet

ÉPÜLETFIZIKAI KÖLCSÖNHATÁSOK ÁLTALÁBAN (HŐ, PÁRA, LÉGÁRAMLÁS, TERMÉSZETES VILÁGÍTÁS, ZAJHATÁS, ÉPÍTŐ ANYAGOK EMISSZIÓJA) • Az épületek, azok helyiségeit, szerkezeteit, anyagait mind a külső környezet, mind a belső zárt terek részéről különböző hatások érik. A sokféle hatás közül az „épületfizika” gyűjtőnévvel a hő-, pára-, légáramlás, természetes világítás, zajhatással kapcsolatos problémákat tárgyaljuk. A valóságban az említett hatások többé-kevésbé kölcsön kapcsolatban vannak, egyes részeit azonban önmagukban, a többi hatástól elkülönítve kezelik. • Az épületfizikai hatásokat mindig komplex szemlélettel, az egy időben fellépő valamennyi hatás figyelembevételével, a kölcsönhatások szem előtt tartásával kell kezelnünk, számításba vennünk. Ennek fő felelőse az építész tervező.

AZ ÉPÜLETFIZIKAI MÉRETEZÉS CÉLJA • Az épületek, helyiségek, épületszerkezetek épületfizikai méretezésének kettős célja van: a) egyfelől el kell érni, épületszerkezetek az épület használata közben eredeti állagukat minél hosszabb időn keresztül megőrizzék; b) másfelől az épület, a helyiségek funkciójától, használatától függő hőérzeti (komfort) feltételek fenntartását és az egyéb épületfizikai követelmények megvalósítását a létesítés és üzemeltetés lehető optimális ráfordításai mellett tegyék lehetővé. • • Az épületfizikai méretezés, ellenőrzés célja ilyen esetben az ésszerű változatok között történő gazdaságos megoldás megválasztásának elősegítése lehet. Az épület az emberek mintegy kibővített ruhája. Lényeges, hogy védjen, ugyanakkor a környezetből érkező pozitív hatásokat sem szabad távol tartania.

AZ ÉPÜLETFIZIKAI HATÁSOK IDŐBELI JELLEGE • Az épületszerkezetekben, helyiségekben, épületekben végbemenő épületfizikai folyamatok időbeli lefolyása igen különböző lehet aszerint, hogy milyen a folyamatot kiváltó ok jellemzőinek időbeni változása és az épületszerkezet „tehetetlensége” a változással szemben. Ebben a tekintetben „legdinamikusabbak” a zaj, a természetes világítás és a filtráció (levegőforgalom) jelenségei, amelyek hatása a kiváltó ok fellépésekor gyakorlatilag késlekedés nélkül észlelhető. A következő „lomhább” kategóriát a hőhatások képviselik. Az időben periodikusan változó (pl. külső meteorológiai) vagy sztochasztikusan változó (pl. belső) hőterhelések hatására a helyiség-hőmérsékletek néhány óra, ill. néhány nap nagyságrendben „válaszolnak”. A „leglomhábbak” a pórusáramlás folyamatai, amelyek fél éves nagyságrendben éreztetik hatásukat.

ÉPÜLETSZERKEZETEKBEN ALKALMAZOTT ANYAGOK ÉPÜLETFIZIKAI JELLEMZŐI 1. • • Épületszerkezeti funkciója: teherhordás, hőszigetelés, hanggátlás pl. : külső fal csapadék elleni védelem, terem megvilágítás biztosítása. Az anyagok minősége, ezzel összefüggésben épületfizikai jellemzőik a gyártási egyenetlenségnek megfelelően bizonyos szórást mutatnak. A gyártó vállalatok termékkatalógusai ezzel kapcsolatban általában nem tartalmaznak információt. Az anyagok hővezetési tényezője, hőmérsékletvezetési tényezője, hőelnyelési tényezője, páradiffúziós tényezője a halmazsűrűség függvényében változik. Nem elhanyagolható mértékben befolyásolja az említett fizikai jellemzőket nedvességtartalmuk. Ennek figyelmen kívül hagyása olykor jelentős hibához vezethet. Befolyásolja ezenkívül az előző fizikai jellemzőket a szálas, rostos anyagoknak a hővezetésirányához viszonyított elhelyezkedése is. Más a számértékük a rostok irányában, és megint más a rostokra merőleges irányban. Hőtani abszorpciós (emissziós) tényezőjének függése a sugárzás hullámhosszától. Ugyanazon anyag napsugárzással szembeni abszorpciós (emissziós) tényezője jelentősen eltér az alacsony-hőmérsékleti sugárzás abszorpciós (emissziós) tényezőjétől. A napsugárzásra vonatkozó abszorpciós tényezőt N, -nel az alacsonyhőmérsékleti (az épületek külső környezetének megfelelő) abszorpciós tényezőt betűvel jelöljük.

ÉPÜLETSZERKEZETEKBEN ALKALMAZOTT ANYAGOK ÉPÜLETFIZIKAI JELLEMZŐI 2. • A nedves levegő fizikai jellemzői. A levegőforgalommal kapcsolatos számítások során a páratartalom figyelmen kívül hagyása hibát okoz. A hőmérséklettől a levegő sűrűsége lényegesen, fajhője, dinamikai és kinematikai viszkozitása, valamint hővezetési tényezője nem függ jelentős mértékben. • A síküveg abszorpciós, transzmissziós és reflexiós tényezője a beesési szögtől függ. Az említett fizikai jellemzők értéke más a közvetlen, ún. direkt sugárzásra és más a szórt, ún. diffúz sugárzásra vonatkoztatva. Gyakorlati számítások során nem szabad megfeledkezni arról a tényről, hogy az épület üvegezések fizikai jellemzői – a használat folyamán keletkező elpiszkolódás mértékében – idővel változnak. • Akusztikai anyagok abszorpciós tényezője az alkalmazott anyag rétegvastagságának függvénye és természetesen frekvenciafüggő. Amelyik anyag zajcsökkentésre megfelel az jó hőszigetelő, de fordítva nem igaz!

ÉPÜLETSZERKEZETEK ÉPÜLETFIZIKAI JELLEMZŐI 1. • • • Funkciójuk összetett: teherhordás, hőszigetelés, hanggátlás, csapadék védelem, természetes megvilágítás. Az épületszerkezetek épületfizikai jellemzőit illetően még fokozottabban érvényesülnek az előző pontban az anyagokról leírtak. A szerkezetek esetében az anyaggyártásból adódó, gyártási szóráshoz még a szerkezetgyártásból származó szórás is hozzájárul. Egyazon típusú és névleges méretű szerkezetek egyedeinek épületfizikai jellemzői között meglehetősen nagy különbség tapasztalható, még üzemben történő gyártás esetén is. I. osztályú kivitelezés csak I. osztályú anyagok felhasználásával oldható meg. Általában, de el is lehet rontani. Az eltérés tovább fokozódhat helyszíni gyártáskor, ill. a szerkezet beépítésekor, amennyiben a technológiai, szerelési utasításokat nem tartják be. A szerkezeteket képező anyagok épületfizikai jellemzőinek kölcsönhatását, ill. függését egyéb tényezőktől röviden ismertettük. Csak azokra a jellegzetességekre mutatunk rá, amelyek előregyártott vagy helyszínen készült épületszerkezetek épületfizikai jellemzőit befolyásolják és amelyek figyelmen kívül hagyása az épületfizikai számítások során hibát okozhat.

ÉPÜLETSZERKEZETEK ÉPÜLETFIZIKAI JELLEMZŐI 2. • Inhomogén rétegű szerkezeti elemek. A betonba ágyazott vasalás – annak méretétől és sűrűségétől függően, különösen a kengyelek helyén – hőhidat képez, ami megnöveli a szerkezet ezen keresztmetszeteinek hőáramát, télen csökkenti a belső felületi hőmérsékletet. Egyenértékű hővezetési tényezővel számolva helyesen kapjuk meg ugyan a szerkezeten télen átáramló hőmennyisége, de a határolószerkezet belső felületi hőmérsékletének számításakor csak egy átlagértéket kapunk; a tényleges felületi hőmérséklet-eloszlásról nem nyerünk képet. A felület egyes elemein a számított átlagosnál kisebbek lesznek és adott esetben páralecsapódást okozhatnak. • Többrétegű szerkezetek esetében ugyancsak a panel egészének átlagos hővezetési tényezőjét szokás megadni. Ez az érték nem ad felvilágosítást a peremhatásról, azaz arról, hogy mennyivel nagyobb a panel nem hőszigetelt peremén a hőáram a panel belső mezőjéhez képest. Ezért a perembelső felületén télen keletkező kisebb hőmérséklet, ill. lecsapódás nem ellenőrizhető.

ÉPÜLETSZERKEZETEK ÉPÜLETFIZIKAI JELLEMZŐI 3. • • • Nyílászárók A filtrációs hőveszteség elkülönített számítása megkívánja a nyílászáró szerkezetek transzmissziós hőátbocsátási tényezőjének ismeretét. Utóbbi – üvegezett nyílászárók esetén – az üvegezett felület és a keret hőátbocsátási tényezőiből határozható meg számítással. Nyílászáró szerkezetek légáteresztését az elhatárolt két tér közötti nyomáskülönbség függvényében helyes megadni. Nyílászárók légáteresztés szempontjából történő jellemzésekor két esetet kell megkülönböztetnünk: a nyílászáró szerkezet mint gyári termék légáteresztése, ill. a falba beépített nyílászáró légáteresztése. Az előző érték magára a szerkezetre mint termékre jellemző, az utóbbi érték magában foglalja a tok helytelen beépítéséből származó légáteresztést is. A tapasztalat azt mutatja, hogy utóbbi érték gyakran számottevő, nem elhanyagolható. A faszerkezetű ablakok keretei az idő folyamán elvetemednek, megrongálódnak, ami a zárási hézagok megnövekedését okozza. Az ablakok légáteresztésének csökkentése érhető el az üvegezett felület egy részének fix, nem nyitható szerkezeti kialakításával. Ablakok, üvegezett vagy műanyag bevilágító felületek világítási hatásfoka – éppúgy, mint ezen szerkezetek légáteresztése – külön-külön értelmezendő magára a gyári termékre, ill. a falba, tetőszerkezetbe beépített szerkezetre. A beépített szerkezet hatásfokát lényegesen befolyásolja a befoglaló fal-, ill. tetőszerkezet vastagsági mérete, ill. a bevilágító szerkezetnek a vastagsági méreten belüli elhelyezkedése.

Különböző célú védelmi intézkedések egymásra hatása. • Meglevő falszerkezet hővédelmének belső hőszigeteléssel történő utólagos fokozása esetén például megvizsgálandó, hogy a tervezett határolószerkezet akusztikai tulajdonságai megfelelőek-e. • A nyílászáró szerkezetek kívánatosnál nagyobb mértékű légáteresztése a fliltrációs hőveszteség növekedését okozza, és ezzel energiapazarlás forrása lehet. Energiatakarékossági megfontolások alapján ilyen esetekben a nyílászárók tömítésével csökkenteik a filtrációs hőveszteséget. • Üvegezett felületek, bevilágítók napsugárzásból származó energiahozamának csökkentése céljából gyakran alkalmaznak árnyékvetőket, árnyékoló szerkezeteket. A téli fűtési időszakban az árnyékvető árnyékoló szerkezetek kizárják a fűtési hőfogyasztást (megfelelő szabályozás esetén) csökkentő napsugárzást. • A hőátbocsátás és légáteresztés szempontjából jobb nyílászáró szerkezetek általában zajvédelem tekintetében is kedvezőbbek. • Épületek fokozott hőszigetelésével az épület légforgalmának hőigénye elérheti a 70 %-ot is!

HELYISÉGEK ÉPÜLETFIZIKAI JELLEMZŐI • • • Az épületfizikai méretezés célja az épületszerkezetek állagvédelme mellett az épület helyiségeiben a hőérzeti és egyéb épületfizikai követelmények megvalósítása, a létesítés és üzemeltetés lehető optimális ráfordításai mellett. Más szóval, arra kell törekednünk, hogy a helyiségekben az épületfizikai, egészségügyi követelményeket a létesítéskor lehetőleg kis ráfordítással, az üzemeltetés során a természeti energiák minél jobb kihasználásával megvalósuló optimum mellett elégítsük ki. A hővédelem vonatkozásában a helyiségekben azokra a hőhidakra kell mindenek előtt utalni, amelyek a különböző hővezetési tényezőjű határolószerkezetek találkozásánál, csatlakozásánál, nyílásainál és nyílászáróinál alakulnak ki. Ezek belső felületi hőmérsékletének ellenőrzése lecsapódás szempontjából mindenképpen szükséges. A nyílászárók, ill. üvegezett felületek homlokzati arányának van olyan optimuma, amely mellett a helyiségek éves világítási és fűtési energiafogyasztása minimális. A nyári hővédelem szempontjából nagy jelentősége van a helyiségek tájolásának, az üvegezett felületek árnyékolásának, a helyiségek hőtárolásának, éjszakai szellőztetésének, különöse egyszintes épületek esetében a tetőfödém hőszigetelésének esetleg átszellőztetett tetőszerkezet alkalmazásának. Más szóval valamennyi, a helyiség légáramútját képező nyílás és nyílászáró ellenállása befolyásolja a helyiség levegőforgalmának mértékét. A helyiségek épületfizikai jellemzőit, paramétereit úgy kell alakítani, hogy azok megfejeljenek az ember hőérzeti és egyéb komfort követelményeinek. A helyiség hő-, pára- és légáramlási viszonyai tehát együttesen befolyásolják az ember hőérzetét. A megvilágítás és a zajszint mértéke, amelytől független az ember hőérzete, épületszerkezeti eszközökkel szintén jelentősen befolyásolható.

ÉPÜLET ÉS KÖRNYEZET KÖLCSÖNHATÁSA • Az épületfizikai hatások komplex szemlélete alatt az épület és környezete kölcsönhatásának figyelembevételét is kell értenünk. Az épület kölcsönhatásban van természeti környezetével (a meteorológiai környezettel, a környezet domborzatával, növényzetével stb. ), valamint épített környezetével (környező épületekkel, út- és térburkolatokkal stb. ) • Olykor hajlamosak vagyunk az épület környezetét a meteorológiai környezetre szűkíteni. Holott az épület körüli domborzat, növényzet, a szomszédos épületek, utak, terek, burkolatok térbeli elhelyezkedése, geometriai méretei, felületeinek, szerkezeteinek fizikai jellemzői mind befolyásolják az adott épület és a környezet közötti hőcserét, az épület körüli légáramlást, az épület természetes világításának és zajszintjének alakulását. És az épület is hat a környezetre! • Környezetvédelem!

ENVIRONMENT - ENERGY – ECONOMY ÉPÜLETFIZIKAI TERVEZÉS • Az épületfizikai tervezés lényege abban ál, hogy az épület helyiségeinek (szerkezeteinek, anyagainak) épületfizikai jellemzőit a különböző épületfizikai követelményekkel hozzuk összhangba. • Az ember számára szükséges komfortkövetelmények kizárólag építészeti-épületszerkezeti eszközökkel nem minden esetben biztosíthatók. Ilyenkor az épületgépészeti berendezések, eszközök igénybevétele válik szükségessé. • A tervezés során akkor járunk el helyesen, ha az épületet, annak épületszerkezeteit, épületgépészeti (és technológiai) rendszereit, valamint az épület környezetét egységnek, egységes működő rendszernek tekintjük, és ennek az egységnek létesítési és üzemeltetési ráfordításait optimálisan alakítjuk; a hőérzeti és egyéb épületfizikai követelményeket – a takarékosság érdekében – az optimum helyet a még megengedhető értékeknek megfelelően választjuk meg.