Hogyan befolyásolja az épület energiafelhasználását a hőtároló tömeg?

Az épületek energiafelhasználásának csökkentése kiemelt téma, sokat olvashatunk és hallhatunk a hőszigetelésről, annak gazdaságos mértékéről, a különböző gépészeti rendszerek hatásfokáról és a megújuló energiák „befogási” lehetőségeiről. Ezeken túl vajon befolyással van-e az épület szerkezetének tömege és az épületszerkezeti kialakítás az energiafelhasználásra?

Egy épületet magára hagyva a belső hőmérséklet bizonyos mértékig követi az időjárási tényezők alakulását. Egy sátor vagy egy szabadban hagyott autó hamar felveszi a külső hőmérsékletet, egy középkori katedrálisban azonban majdnem mindegy, milyen idő van kint: a belső hőmérséklet egész évben alig változik fűtés vagy klimatizálás nélkül is. Ennek hátterében a hőtároló tömeg áll, amely az ingadozó hőmérsékleti és energetikai viszonyok közepette hőt vesz fel vagy ad le, és mérsékli a hőmérsékleti ingadozást. Huzamos emberi tartózkodásra szánt épületeinket nem hagyjuk magukra, ezekben igyekszünk a hőmérsékleti ingadozásokat gépészettel ellensúlyozni.

Hőérzetünket a levegő hőmérséklete mellett több tényező befolyásolja, így a környező felületek (pl. falak, ablakfelületek, mennyezet, padló) hőmérséklete is. Jó közelítéssel e kettőnek az átlaga, az operatív hőmérséklet határozza meg, hogy hőmérsékletileg hogyan érezzük magunkat.

Nyári hőkomfort

Ami a napsugárzásból bejut, főleg az üvegfelületeken keresztül, azt a hőtároló tömeg részben elnyeli, és mérsékli a belső tér felmelegedését. Éjszaka átszellőztetéssel az épület tömege visszahűthető. Megfelelő építészeti és épületszerkezeti tervezéssel családi házakban klimatizálás nélkül sem alakul ki huzamosabb ideig kellemetlenül meleg belső tér. Hőtároló tömeg hiányában nappal az épületbelső gyorsan felmelegszik, a hőérzet javításához klimatizálást üzemeltethetünk. Ráadásul, ha a bennünket körülvevő felületek felmelegedtek, alacsony léghőmérsékletet igénylünk. Ez egészségügyileg is kedvezőtlen, és a klímarendszer létesítési és üzemeltetési költsége egyaránt magas.

Téli hőérzet

A jó hőszigetelő képességű falszerkezet belső felületi hőmérséklete télen alig tér el a belső léghőmérséklettől, így alacsonyabb léghőmérsékletre fűtött térben kényelmesebben érezhetjük magunkat, mint egy akár 24-25 C-ra felfűtött, de rosszul hőszigetelt épületben. Kedvező tájolású üvegfelületekkel hideg időben is sok meleget „ejthetünk csapdába” (passzív napenergia-hasznosítás). A hőtároló tömeg a napsugárzás melegét elnyeli, és később visszaadja, számottevően csökkentve a fűtési igényt – a hosszabb ideig melegebb felületek révén a hőérzet alacsonyabb léghőmérséklet mellett is jobb marad. Ha nincs elegendő hőtároló tömeg, akkor a belső tér gyorsan felmelegszik, de estére semmi nem raktározódik el, a felületek hamar lehűlnek, intenzívebb fűtés lesz szükséges.

A hatásos hőtároló tömeg

Az épületbe beépített anyagok hőtároló képességét a fajhő és a tömeg szorzata határozza meg. Az építőanyagok többségének fajhője közel azonos, így elsősorban a beépített tömeg a mérvadó. A szerkezet tömegének hőtárolásra való kihasználásához alapvető fontosságú, hogy a belső légtérrel érintkezzen, attól ne legyen elválasztva. A napi ciklusú hőingadozás energia-folyamataiban az épület szerkezetei csak akkor tudnak érdemben részt venni (akkor hatásosak), ha a hőenergia hatékonyan eljuthat a szerkezet belsejébe, vagy kijuthat onnan.

A hatásos hőtároló tömeg többféleképpen számítható. Gyakorlatias megközelítés szerint akármilyen vastag is egy szerkezet, hatásos hőtároló tömegként legfeljebb annyit vehetünk figyelembe egy anyagrétegből, amilyen vastagságban (belülről kifelé haladva) a hővezetési ellenállása R=0,15 m2K/W. A hőszigetelő anyagok könnyűek, figyelembe vehető rétegvastagságuk is kicsi, így hőtárolásra alkalmatlanok.

Energetikai szimulációkkal végzett vizsgálatok azt mutatják, hogy az épület szerkezeteiben (padló, fal, födém) célszerű 400 kg/alaprajzi m2-nél (de legalább 200 kg/alaprajzi m2-nél) nagyobb hatásos hőtároló tömeget kialakítani. Könnyűszerkezetes épületekben ez nehezen oldható meg. De egy téglalakás hőtároló képessége is lerontható, ha a felújítást gipszkarton előtétfallal és álmennyezettel oldják meg!

Célszerű alapelvek

Az épület külső határoló szerkezeteinek optimális hőszigetelése, jó hatásfokú gépészeti rendszerek telepítése és a megújuló energiahasznosítás lehetőségei mellett érdemes odafigyelni a megfelelő hatásos hőtároló tömeg kialakítására is (pl. nehéz padlóburkolatok, vakolt téglafal, nehéz födém), hiszen ez is jelentősen csökkentheti az épület energiafelhasználását. Gyakorlatilag a tervezés során eldől, mennyi lesz az épületben a hasznosítható hőtároló tömeg. Indokolt és megtérülő erre több figyelmet fordítani! Különösen azért, mert egy átgondolt megoldás megvalósítása nem drágább…

Dr. Szabó László PhD, egyetemi adjunktus
BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék