Energiatudatos építészet Szikra Csaba, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomány Egyetem Építészmérnöki Kar Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék Az épületgépészeti rendszerek hatásosságának növelése mellett az épület szerkezetének tudatos kialakítása az energia megtakarításának számos lehetőségét hordozza. Már az építészeti vázlattervek készítésénél eldől, hogy az építész által álmodott ház energetikai szempontból magában hordozza-e a takarékosabb épület koncepcióját. Az energiatudatos építészeti koncepció mellett 2006 január 4.-től kötelező lesz építményeink energetika átvilágítása. Csak egy újabb bürokratikus EU szabályozás, vagy valóban lehet energetikai haszna egy ilyen jellegű direktívának? Közeleg tehát az „Energy Performance Directive” kora… ENERGY PERFORMANCE DIRECTIVE (EPD) Világunk energia fogyasztásának 40%-ért épületeink felelnek. Ez a jelentős energiafogyasztás ráadásul folyamatosan emelkedik. Nem véletlen tehát, hogy az EU kiemelt programjai között szerepelnek az épület szektor energia racionalizálását célzó kutatások. A legfontosabb célok közé tartozik, a jellemző meteorológiai peremfeltételek melletti, energia-hatékony épületterv készítése, a szükséges energia optimális felhasználása, a megújuló energiaforrásokban rejlő potenciál kiaknázása. Általános alapelv, az energia hatékony felhasználása mellett, a költséghatékonyság. Az EPD szintén célozza a felújítás alá kerülő épületek energia racionalizálását, hiszen egy átfogó energetikai audit felszínre hozhatja a még költség hatékony, de számottevő energiafogyasztás csökkenéssel járó beavatkozás lehetőségeit, mely nem feltétlenül jelenti az építmény teljes körű felújítását. Az utóbbi években energetikai szempontból negatív tendenciák figyelhetők meg az Unió országaiban. Nevezetesen, a nyári hőérzet javítása érdekében, a passzív hűtési technikákban rejlő potenciál kiaknázása helyett, split és fan-coile rendszerű hűtőberendezések növekvő ütemű telepítése, mely érinti a lakás és középület szektort is. Azt hiszem, hogy túlságosan nem kell hangsúlyozni a hűtőberendezések ilyen mértékű elterjedésének energetikai hatását. A leginkább szembetűnő következmények a villamos fogyasztási szokásaink látványos átrendeződése, az energiaellátó rendszer terhelés eloszlás időbeli lefolyásának változása, illetve a beruházási és üzemeltetési költségek emelkedése. A legszomorúbb azt tapasztalni, hogy míg az épületszektor energia megtakarításáról beszélünk, a hűtőberendezések elterjedése egyre gyorsuló ütemet mutat. A beruházási-felújítási elvek mellett megjelenik a karbantartás energia hatékonyságot növelő hatásának hangsúlyozása is. Hűtő-, fűtő-, melegvíz termelő-, világító- stb. berendezéseink hatásfoka élettartamfüggő. Rendszeres karbantartással magasabb hatásfokú üzemelés érhető el. Az energia hatékony felhasználás egyik eszköze a fogyasztás-mérés, mely párosulhat lineáris vagy akár progresszív tarifa rendszerrel. Fontos, hogy a háztartások, intézmények fogyasztásának mérhetősége, mely lehetőleg a legközvetlenebb kapcsolatban legyen a
felhasználóval. Nyilvánvaló az ezen elv mögötti szándék. Amennyiben az elfogyasztott energia közvetlenül érinti a pénztárcánkat, fogyasztási szokásainkban jellegzetes változások figyelhetők meg. Összefoglalva tehát a 2002/91/EC direktíva legfontosabb céljai a következők: • • • • •
Egységes energetikai átvilágítási rendszer kidolgozása; Az új épületek minimális energetikai követelményeinek meghatározása; A meglévő nagyobb és felújításra váró épületek minimális energetikai követelményeinek meghatározása; Energetikai bizonyítvány kiállítása; A minimális karbantartási követelmények és a minimális karbantartási ciklus intervallumának meghatározása.
A direktíva integrált energia mérleg számítását célozza, amely komplex módon tartalmazza: • • • • • • • •
a fűtés és légtechnikai rendszer termikus fogyasztását; a nyereségáramok hasznosított hányadát; a ventilátorok, szivattyúk energiafogyasztását; a használati melegvíz termelés energiafogyasztását; a világítás energiafogyasztását; a háztartási és iroda berendezések energiafogyasztását; az aktív szoláris és fotovoltaikus rendszerekből származó nyereségeket; a kapcsolt energiatermelésből származó nyereségeket;
Az energia fogyasztás minden elemét primer energiahordozóra vetíti vissza. A direktíva megpróbálja tudomásul venni a primer energiahordozóra történő visszaszámolás nehézségeit. Valószínű az újszerű elvek közt ez a leginkább nehézségeket okozó elem, hiszen bizonyos energia hordozók esetében lehetetlen feladat a primer hordozóra történő visszaszámlálás. Egy jellemző példaként: Hazánkban az elektromos áram különböző forrásokból származik. Milyen arányban történjen a primer hordozóra történő visszavezetés? Amennyiben mégis sikerül, valódi összehasonlítást kaphatunk az épületszektor energia fogyasztásáról. Az elvek kidolgozása után a helyi sajátosságokat is figyelembe vevő szabályozások kidolgozása az EU nemzeteire vár. Az EPD hatálya a következő épületekre terjed ki: • •
Új épületek; 1000 m2-nél nagyobb alapterületű meglévő épületek vagy azok egyes részei lényeges felújítása esetén;
A tervezet szerint felmentést kapnának az EPD hatálya alól a következő épületek: • • • • •
műemlék épületek; a nyaralók; templomok vagy egyéb vallási aktivitást szolgáló épületek; ideiglenes épületek; bizonyos ipari és mezőgazdasági épületek.
A kötelezően minden tíz évben végre kell hajtani az építmény energetikai átvilágítását. Az érvényes dokumentumot az ingatlan bérlésekor, eladásakor hozzáférhetővé kell tenni a szerződő fél számára. Közintézmények esetén az érvényes dokumentumot nyilvánossá kell tenni. Új eleme tehát a szabályozásnak a rendszeresség, illetve a közzététel. Tekinthetjük az energetikai átvilágításról készült dokumentációt az építmény energetikai liszenszének, mely az állapot rögzítése mellet, jól képzett szakember kezében, az „energetikai állagromlásra” illetve a szükséges beavatkozásokra is felhívhatja a figyelmet. Néhány részlet a szabályozásból: Kazánberendezések esetén 20kW-ig amennyiben a készülék 15 évnél idősebb teljes állapotfelmérés, 100kW-ig rendszeres felülvizsgálat, 100kW felett legalább kétévente rendszeres felülvizsgálat, gázkészülékek esetén négyévente rendszeres felülvizsgálat. Légkezelő és légkondicionáló berendezések esetén, ha a névleges teljesítménye meghaladja a 12kW-ot rendszeres felülvizsgálat alá kell vetni. A rendszeres felülvizsgálatot csak független, megfelelő bizonyítványokkal rendelkező szakember végezheti. 2005 nyarára várható, hogy Európai Unió közzé teszi az EPD-t végleges formájában. 2006 január 4.-től kötelező érvénnyel alkalmazni kell. Ha azt szeretnénk, hogy a megfelelően felkészített szakember gárda, a direktíva bevezetésekor rendelkezésre álljon, az oktatást 2005 januárjában el kell kezdeni. Tanszékünkön jelenleg folyik egy nemzetközi project, melynek keretében a szakember képzéshez felépítjük azt az oktatási rendszert. Oktatási és hiper-text formátumú internetes anyagokkal, jegyzetekkel készítünk, mely integrálni kívánja az EPD dokumentációjához elengedhetetlen tudásanyagot, figyelembe véve az interdiszciplinaritást, mely feltétlenül szükséges, hogy az épületszerkezet, a statika, az épületfizika, az épületgépészet és az épületvillamosság részismeretein keresztül, a teljes építmény átvilágítása szakszerűen megvalósulhasson. ALACSONY ENERGIAFOGYASZTÁSÚ ÉPÜLETEK ÉS AZ ÉPÜLETSZERKEZET KAPCSOLATA Mint ahogy már említettem, közeleg az EPD kora. A szabályozás érinti a meglévő, illetve az újonnan tervezendő és kivitelezendő épületeket is. Szemléletváltásra van szükség, hogy a saját szakterületén kiváló tudással rendelkező mérnökök, egymás szakterületére is figyelemmel léve kihasználják az épületszerkezetben, az épületgépészetben és az épületvillamosságban rejlő szerkezeti és funkcionális integráció lehetőségeit. A tervezés alapvetően kétféle gondolkodásmód mentén felépítve lehetséges: Defenzív vagy védekező, mely a nemkívánatos áramok csökkentését célozza. Jellemzői télen a transzmissziós veszteségek csökkentése. Mely a • •
a sík falak valamint a geometriai és anyagjellemzők különbsége által keletkezett hőhidak csökkentését illetve az ellenőrizetlen szellőzés, a nyílászárókon keresztül történő filtrációs légforgalom csökkentését jelentik.
Természetesen a levegőforgalom csökkentésének azonnali következménye, hogy a belső tér nedvességterhelését is csökkenteni kell, mivel arányosan csökken a nedvesség épületből
történő elszállítása. Ennek egyenes következménye a relatív nedvességtartalom emelkedése, mely egy bizonyos határon túl az épületszerkezet károsodásához vezet. A téli, energetikai szempontból „káros” áramok csökkentése mellett, nyáron, a napsugárzásból származó külső, illetve belső hőterhelések csökkentése a fő cél. Az így tervezett épületek közös jellemzői: a kompakt forma, jó hőszigetelés, jó légzárás, alacsony emissziós és jó hőszigetelő képességű ablakok, igényfüggő és hővisszanyerővel ellátott gépi szellőző berendezések.
1. ábra. A direkt szoláris rendszer jellemvonásai: kompakt forma, déli homlokzaton nagy üvegezési arány hőszigetelt és alacsony emissziós üvegezéssel. Interaktív, szoláris vagy offenzív, mely a kívánatos áramokat növelését helyezi előtérbe. Télen igyekszik a • a napsugárzásból származó hőnyereségeket növelni valamint • a belső hőterheléseket hasznosítani. Az így tervezett épületek közös jellemzői a forma és tájolás megfontoltsága energiagyűjtő felületet biztosításának szempontjából, nagy üvegezési arány, árnyékoló szerkezetek, nagy hőtároló tömeg, hővisszanyerővel ellátott szellőző berendezés, direkt és indirekt passzív szoláris eszközök alkalmazása (1. ábra, 2. ábra), szellőző levegő előmelegítése egyéb természetes rendszerekkel.
2. ábra. Indirekt energiagyűjtő szerkezetek: transzparensszigetelés, tömegfal illetve a Trombe fal.
Nyáron valamely passzív hűtési technika alkalmazása, mely lehet földhűtés, sugárzó hűtés, éjszakai intenzív szellőztetés, vagy a párologtatás elvére épülő hűtés. HIBRID SZELLŐZŐ RENDSZEREK A következő szintje az energia csökkentésének az úgynevezett hibrid szellőzési rendszerek alkalmazása lehet. Mely tulajdonképpen a hagyományos, természetes, de kontroll nélküli technikák újra éledése, kombinálva a modern szabályozástechnikával, kiegészítve gépi szellőzéssel.
3. ábra. A BRE egyik épületében megvalósított hibrid szellőző rendszer, szolár-kéménnyel, hőtároló tömeggel, éjszakai intenzív szellőztetéssel, levegő előfűtés lehetőségével A hibrid szellőző berendezések közös jellemzői: • Kettős működésű rendszerek: a természet erőforrásainak kiaknázása mellett, gépi szellőzés, mely csak a természetes szellőzés elégtelen volta esetén működik; • A természetes és mesterséges kiegészítő mód üzeme valamely szabályozott jellemző alapján automatikusan dől el; • A működésmód függ az évszak, és a napi ciklustól; • A tervezés fő szempontja a „belső tér szolgálata” mellett megjelenik az energia fogyasztás minimalizálásának szempontja; • A rendszerek már nem csak a „mechanikus elemek” méretezésén alapszanak, hanem figyelembe veszik (méretezik) épület szerkezetét, belső hőfelszabadulásokat, passzív technikákat, a külső meteorológiai paraméterek pillanatnyi illetve előrevetített értékeit is. A hibrid szellőző rendszer szolgálhat az épületbe érkező levegő előfűtésére, előhűtésére, vagy akár alkalmassá tehető az épület tömegének bevonásával az éjszakai intenzív szellőztetésben rejlő potenciál kiaknázására. A tető síkjába integrált szellőző-energiagyűjtő felületeket kiegészíthetjük fotovoltaikus cellákkal, mely részben fedezheti az épület villamos energia igényét (4. ábra). AKTÍV SZOLÁRIS ÉPÜLETGÉPÉSZET Az előző példa már átvezetett az alkalmazható legmagasabb szintre, az aktív szoláris rendszerek területére. Főbb jellemzői, hogy az energia gyűjtő elemtől közvetítő közeg segítségével vezetjük el a hőt, majd a víz hőtároló képességét felhasználva tárolhatjuk a
felhasználás ideéig. Mivel ezek a rendszerek követelik a legkisebb szintű szerkezeti integrációt alkalmazásuk kényelmes.
4. ábra. Hibrid szellőzés kiegészítve fotovoltaikus cellákkal. Megvalósult elvek: Nyáron Éjszakai passzív hűtés, télen szellőző levegő előfűtés, Épület hőtároló tömegének hasznosítása, Hibrid szellőztetés gondolkodásmód. Az aktív szoláris technikák kiválóan alkalmasak tehát a passzív rendszerek kiegészítésére. KIEGÉSZÍTŐ ENERGIA NÉLKÜLI ÉPÜLETEK A végcél olyan épületek tervezése és kivitelezése, mely optimálisan használja fel a defenzív és az offenzív technikákban rejlő lehetőségeket, az épületgépészeti rendszerekbe csak a szükséges mechanikai munkát illetve energiát vezetik be, a villamos igények zömét fotovoltaikus cellával állítják elő, és kiegészítő energiaforrásként aktív rendszereket használ. Mindez kiegészül kifinomult igényfüggő szabályozással. Ma még lehet, kissé utópisztikusnak hatnak ezek a gondolatok. A kezdő lépéseket az egyes területeken már megtettük, csak integrálni kell a különböző részterületekben rejlő lehetőségeket. IRODALOM [1] DIRECTIVE 2002/91/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL OF 16 DECEMBER 2002 ON the Energy Performance of Buildings. [2] COOLING OF BUILDING INTEGRATED PHOTOVOLTAICS BY VENTILATION AIR, M Sandberg, Laboratory of Ventilation and Air Quality, KTH Department of Built Environment. [3] Hybrid Air-Conditioning System at Liberty Tower of Meiji University, T. Chikamoto, Nikken Sekkei Ltd., Japan; First International One day Forum on Natural and Hybrid Ventilation, 09/1999, Sydney, Australia.
