BALOGH DIÁNA, HÓDOSI DÁNIEL, HOLLÓSI KATALIN
FÁZISVÁLTÓ ANYAGOK AZ ENERGIATUDATOS ÉPÍTÉSZETBEN
TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI KONFERENCIA
2012
KONZULENS: DR. LÁNYI ERZSÉBET
TARTALOMJEGYZÉK TARTALOMJEGYZÉK ............................................................................................................... 1 1.
BEVEZETÉS...................................................................................................................... 5 FÁZISVÁLTÓ ANYAGOK ISMERTETÉSE ...................................................................... 6
1.1.
FÁZISVÁLTÓ ANYAGOK MŰKÖDÉSE
1.1.1.
VÁLASZTÁS INDOKLÁSA .......................................................................................... 7
1.2. 2.
.................................................................. 6
DOLGOZAT CÉLJA ............................................................................................................ 9
2.1.
CÉLKITŰZÉS ............................................................................................................. 9
2.2.
FELADAT LEHATÁROLÁSA ..................................................................................... 10
2.3.
KIDOLGOZÁS MÓDSZERE ........................................................................................ 12
3.
TÉMA KIDOLGOZÁSA ..................................................................................................... 13 ÉPÍTŐANYAGOKBA, TERMÉKEKBE INTEGRÁLT FÁZISVÁLTÓ ANYAGOK .................. 13
3.1. 3.1.1.
DUPONT - ENERGAIN® THERMAL MASS PANEL............................................... 13
3.1.2.
GLASS X AG – GLASS X ................................................................................ 14
3.1.3.
PHASE CHANGE ENERGY SOLUTIONS – BIOPCM ........................................... 16
3.1.4.
BASF – MICRONAL PCM ............................................................................... 17
3.1.4.1.
LASSELSBERGER-KNAUF - T HŐMÉRSÉKLET SZABÁLYZÓ VAKOLAT ....... 18
3.1.4.2.
RIGIPS - ALBA®BALANCE GIPSZKARTON 2 .............................................. 18
ALKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEK ................................................................................ 19
3.2. 3.2.1.
FALSZERKEZETEK OSZTÁLYOZÁSA ................................................................. 19
3.2.1.1.
FALSZERKEZETEK OSZTÁLYOZÁSA RÉTEGFELÉPÍTÉSÜK SZERINT ............ 19
3.2.1.2.
FALSZERKEZETEK OSZTÁLYOZÁSA ANYAGUK SZERINT18 ........................ 20
3.2.1.3.
FALSZERKEZETEK OSZTÁLYOZÁSA RENDELTETÉSÜK SZERINT18 .............. 20
3.2.1.3.1.
TEHERHORDÓ FALAK ................................................................ 20
3.2.1.3.2.
NEM TEHERHORDÓ FALAK ........................................................ 20
3.2.1.4.
FALSZERKEZETEK OSZTÁLYOZÁSA SZERKEZETI JELLEGÜK SZERINT........ 21 1
3.2.1.4.1.
FALAS SZERKEZETI RENDSZER .................................................. 21
3.2.1.4.2.
VÁZAS SZERKEZETI RENDSZER .................................................. 21
ÁLTALUNK VIZSGÁLT FALSZERKEZETEK ........................................................ 22
3.2.2. 3.2.2.1.
FALAZOTT SZERKEZET ............................................................................ 22
3.2.2.2.
KÖNNYŰSZERKEZET ................................................................................ 23
3.2.2.3.
ÜVEGSZERKEZET ..................................................................................... 23
3.4.
KÖVETELMÉNYRENDSZER FELÁLLÍTÁSA ................................................................ 24 MŰSZAKI KÖVETELMÉNYEK:18 ....................................................................... 24
3.4.1. 3.4.1.1.
SZILÁRDSÁGI KÖVETELMÉNY: ................................................................. 24
3.4.1.2.
TARTÓSSÁGI KÖVETELMÉNYEK:.............................................................. 24
3.4.1.3.
TŰZÁLLÓSÁGI KÖVETELMÉNYEK: ........................................................... 25
3.4.1.4.
PÁRAVÉDELEM: ....................................................................................... 25
3.4.1.5.
VÍZ ÉS FAGYÁLLÓSÁG: ............................................................................ 25
3.4.1.6.
HANGSZIGETELÉSI KÖVETELMÉNYEK:..................................................... 25
3.4.1.7.
ENERGETIKAI, HŐTECHNIKAI KÖVETELMÉNYEK:..................................... 26 FENNTARTHATÓSÁGI KÖVETELMÉNYEK: ........................................................ 27
3.4.2. 3.4.2.1.
GYÁRTÁSI ENERGIASZÜKSÉGLET ............................................................ 27
3.4.2.2.
KÁROSANYAGTARTALOM ....................................................................... 27
3.4.2.3.
SZÁLLÍTÁSI ENERGIASZÜKSÉGLET ........................................................... 27
3.4.2.4.
BEÉPÍTÉSI ENERGIASZÜKSÉGLET ............................................................. 27
3.4.2.5.
ENERGIAHASZNOSÍTÁS ............................................................................ 27
3.4.2.6.
FELÚJÍTÁSI IGÉNY, VÁRHATÓ ÉLETTARTAM ............................................ 28
3.4.2.7.
ÚJRAFELHASZNÁLHATÓSÁG .................................................................... 28
3.4.2.8.
KÖLTSÉG ................................................................................................. 28
3.5.
SZERKEZETEK KIÉRTÉKELÉSE ................................................................................ 28
3.5.1.
A KORRIGÁLT ÉS EGYSZERŰSÍTETT HŐÁTBOCSÁTÁSSZÁMÍTÁS INDOKLÁSA.... 28
3.5.2.
KORREKCIÓK .................................................................................................. 29
2
3.5.2.1.
I. RÉTEGREND .......................................................................................... 29
3.5.2.2.
II. RÉTEGREND......................................................................................... 30
3.5.2.3.
III. RÉTEGREND ....................................................................................... 30
3.5.2.4.
IV. RÉTEGREND ....................................................................................... 30
3.5.2.5.
V. RÉTEGREND ........................................................................................ 30
3.5.3.
I. RÉTEGREND KIÉRTÉKELÉSE ......................................................................... 31
3.5.3.1.
FELTÉTELEZÉS......................................................................................... 31
3.5.3.2.
NYÁRI HŐFOKESÉSI GÖRBE JELLEMZÉSE ................................................. 31
3.5.3.3.
TÉLI HŐFOKESÉSI GÖRBE JELLEMZÉSE ..................................................... 31
3.5.4.
II. RÉTEGREND KIÉRTÉKELÉSE ........................................................................ 32
3.5.4.1.
FELTÉTELEZÉS......................................................................................... 32
3.5.4.2.
NYÁRI HŐFOKESÉSI GÖRBE KIÉRTÉKELÉSE .............................................. 32
3.5.4.3.
TÉLI HŐFOKESÉSI GÖRBE KIÉRTÉKELÉSE ................................................. 32
3.5.5.
III. RÉTEGREND KIÉRTÉKELÉSE ....................................................................... 33
3.5.5.1.
FELTÉTELEZÉS......................................................................................... 33
3.5.5.2.
HŐFOKESÉSI GÖRBÉK KIÉRTÉKELÉSE ...................................................... 33
3.5.5.3.
LEHETSÉGES VISELKEDÉSI MODELL A NYÁRI IDŐSZAKBAN ..................... 33
3.5.5.4.
LEHETSÉGES VISELKEDÉSI MODELL A TÉLI IDŐSZAKBAN......................... 34
3.5.6.
4. RÉTEGREND KIÉRTÉKELÉSE ......................................................................... 35
3.5.6.1.
FELTÉTELEZÉS......................................................................................... 35
3.5.6.2.
NYÁRI HŐFOKESÉSI GÖRBE JELLEMZÉSE ................................................. 35
3.5.6.3.
LEHETSÉGES VISELKEDÉSI MODELL A NYÁRI IDŐSZAKBAN ..................... 35
3.5.6.4.
TÉLI HŐFOKESÉSI GÖRBE JELLEMZÉSE ..................................................... 36
3.5.6.5.
LEHETSÉGES VISELKEDÉSI MODELL A TÉLI IDŐSZAKBAN......................... 36
3.5.7.
V. RÉTEGREND KIÉRTÉKELÉSE ........................................................................ 36
3.5.7.1.
FELTÉTELEZÉS......................................................................................... 36
3.5.7.2.
SZÁMOLÁSI ADATOK JELLEMZÉSE ........................................................... 36 3
3.5.7.3. 3.5.8. 3.6.
4.
ELVI MŰKÖDÉS ........................................................................................ 36 KÖVETELMÉNYEKNEK VALÓ MEGFELELŐSÉG ................................................. 37
SZERKEZET VÁLASZTÁS ADOTT KÖRÜLMÉNYEK ISMERETÉBEN .............................. 37
3.6.1.
A FALASSZERKEZETEK ................................................................................... 37
3.6.2.
KÖNNYŰSZERKEZETES RENDSZER .................................................................. 38
3.6.3.
ÜVEGSZERKEZET ............................................................................................ 38
ESETTANULMÁNY ......................................................................................................... 40
4.1.
KÍSÉRLETI ÉPÜLET ................................................................................................. 40
4.2.
MEGÉPÜLT PÉLDÁK................................................................................................ 43
5.
SZÁMÍTÁSOK ................................................................................................................. 45
6.
EREDMÉNYEK................................................................................................................ 49
7.
GYAKORLATI HASZNOSÍTHATÓSÁG ............................................................................... 50
8.
TOVÁBBI KUTATÁSI FELADATOK ................................................................................... 51
9.
KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS ............................................................................................... 52
10. IRODALOMJEGYZÉK....................................................................................................... 53
4
1.
BEVEZETÉS Napjainkban egyre többet hallani az energiagazdálkodásról és a megújuló energiák
használatának fontosságáról, mivel kutatások bizonyítják, hogy a nem megújuló, fosszilis energia készleteink végesek, az ilyen mértékű felhasználásuk során a kimerülésük hamar bekövetkezhet. Továbbá azt is tudjuk Földünk energiakészletéről, hogy igen mélyről történik a kinyerése, illetve már olyan rétegek energiahordozó anyagait fogyasztjuk, amik akár 200 millió évesek. Logikusan belátható, hogy ezt a rendkívül költséges és romboló életvitelt meg kell valahogyan változtatnunk, ugyanis lehetőségünk várni arra, hogy újabb energiakészlet halmozódhasson fel a Föld mélyén, más bolygókról pedig jelenleg nem tudunk, ahol élet vagy számunkra elérhető nyersanyagkészlet lenne. A szemlélet összességében egyfajta haladást mutat, ami párhuzamosan vele „vissza a gyökerekhez” szemléletmóddal párosul. Elég ha csak a magyar népi építészetre tekintünk vissza, az iparosodás kezdete előtt minden tájegységen fellelhető épületállomány arról tanúskodik, hogy az emberek a környezetükben fellelhető építésre megfelelő anyagokat használták, és nagy értékként tekintettek a környezetükre, mert tudták, hogy tőle függnek. Így egyre elterjedtebb a régi korhoz hasonlóan elemi anyagokból építeni, természetesen a mai tudásunkat hozzáadva, annál is inkább mert a mai energiaárak egyre növekednek. Mindezek mellett a kutatások, fejlesztések is nagy szereppel bírnak világszerte, hogyan lehetne a napenergiát, geotermikus energiát, szélenergiát és minden más megújuló energiaforrást, felhasználni. Sokszor azonban elfeledkezünk arról, hogy a később energiatakarékosságot szolgáló berendezések, anyagok előállításához, szállításához is fosszilis energia szükséges, mint az eddig használtakhoz, így ahhoz hogy azt mondhassuk egy építőanyagra vagy egy rendszer egészére, hogy környezettudatos és fenntartható szélesebb körben meg kell vizsgálnunk azt. Egymás mellé kell állítanunk az ökológikus és a műszaki oldalt,hogy össze tudjuk hasonlítani mi az ami megéri, és mi az ami várhatóan sosem fog megtérülni számunkra, mind anyagi oldalról, mind energia befektetés szempontból, ráadásként elképzelhető,hogy sokkal több kárt hoz, mint hasznot. Fenntarthatónak nevezhetünk egy rendszert,ha annak kismértékű a beépített energia tartalma, viszonylag közel az építési helyhez,vagy ott előállítható, káros anyag tartalma a határérték alatt marad és végül a visszaforgathatóságát is figyelembe kell vennünk. Fontos továbbá, hogy mennyi ideig képes ellátni a rá bízott feladatot, és az élettartamának lejárta után hová tudjuk elhelyezni, lehetőleg ne a már az 5
eddig is hatalmasra nőtt szemét mennyiséget növelje tovább. Mondhatjuk ezért, hogy a fenntarthatóság gondolatmenete elég komplex látásmódot, körültekintő viselkedést igényel a tervezőktől, felhasználóktól. Kutatásunkban a rendszer egyetlen elemét választjuk a vizsgálat tárgyának, mert a rendszerelvű vizsgálat alapeleme, hogy az alkotókat egyenként ismerve, rendszerezve a saját lehetőségein belül tudjuk később a nagy egészbe visszailleszteni.
F ÁZISVÁLTÓ ANYAGOK ISMERTETÉSE
1.1.
Már a magyar népi építészetben és később a világi építész terén is vastag falakat építettek, ami sok előnyén kívül kedvező volt hőtárolás szempontjából is. Az átmeneti évszakokban 1-2 héttel el tudta csúsztatni a természetben lejátszódó hőmérséklet változást a benti komfortérzetet pozitívan befolyásolva. Ezen kívül a fűtési szokásaink is mások voltak régebben. Akkor naponta egy alkalommal pár órán keresztül fűtöttek, majd a fűtőberendezés és a falak tömege képes volt tárolni a hőt még órák múlva is. Legtöbbször ez csak egy-két szobára volt igaz, ahol maga a fűtőberendezés állt. Később törekedtek arra, hogy a lehető legtöbb lakószobába eljusson a meleg, míg napjainkra eljutottunk oda, hogy a hőszigetelés fontossága számottevőbb lett, mint a hőtároló képességé, így mondhatnánk, hogy nincs szükség hőtárolásra. De az energiaválság és az energiaárak emelkedése miatt ismét számot kéne vetnünk a kérdés fölött. A fázisváltó anyagok (Phase Change Material – PCM) képesek a napi hőingadozás felvételére, tárolására, így a hőmérsékleti csúcspont időbeli eltolására. Kisebb napi ingadozást biztosít a szerkezetekben is, így az épületszerkezetekben csökken a hőterhelés, ami befolyásolja a várható élettartamukat. A fázisváltó anyagok alapanyagai lehetnek természetes vagy mesterséges anyagok is egyaránt. Készülhet például sóhidrátokból, paraffinból, viaszból, növényiolajokból vagy több anyag elegyéből, például grafit-sóhidrát illetve garfit-parafin alkotókból is.
1.1.1.
FÁZISVÁLTÓ ANYAGOK MŰKÖDÉSE
Ezen anyagok a fagyott és az olvadt állapotuk közötti hatalmas tárolt energiakülönbséget használják ki, azaz a látens olvadáshőt. Legszemléletesebb példa erre a víz és a jég közötti kapcsolat, ugyanis a víz olvadáshője 333 kJ/kg míg a fajhője 4,2 kJ/kgK , megközelítőleg ez azt jelenti,hogy míg 1 kilogramm 1°C-os vizet 80°C-ra melegítünk ugyanannyi energiát igényel, mint ha egy kilogramm 0°C-os jeget 0°C-os vízzé 6
alakítunk át. Amikortól a hőmérséklet 0 °C fölé emelkedik a jég nyeli el ezt az energiát mindaddig, míg az összes jég így fel nem olvad, a környezete csak ezután tud felmelegedni. 1 Ezt az elemi fizika által kimondott tételt fordítjuk át az építészet világába, amikor fázisváltó anyag használatával a belső terek intelligens hőmérsékletszabályozásáról beszélünk (1.ábra).2 A fázisváltás térfogat növekedéssel jár, ami nem éri el a 10 %-ot, de mindenképpen fel kell tudni venni ezt a szerkezetnek, ezért kapszulákban tárolva fólia kiszerelésben,vagy mikrokapszulákkal oldják meg a problémát.
1. ábra
1.ábra3
1.2.
V ÁLASZTÁS INDOKLÁSA Megdöbbentő,
hogy
Magyarországon
az
energiafogyasztás több, mint egyharmadát a lakóépületek energiaellátása teszi ki. Indokolt tehát végig gondolni a lehetőségeket ennek csökkentése érdekében. Dolgozatunkban főként a kisléptékű családi házas viszonylatban vizsgáljuk a beépíthetőségét, mert a legnagyobb energia megtakarítási potenciál ebben a típusban rejlik, Magyarországon döntő többségben a lakásállományt ez teszi ki (2.ábra), illetve a felhasználás alternatíváját ebben a célcsoportban látjuk, hiszen itt
2. ábra4 7
maga a lakó az egyedüli döntéshozó az építéskor, felújításkor fellépő többletköltségek vállalása felett.4 A fenntartható építészet rendszerelvű gondolkodásmódot igényel, és ebben a közegben szeretnénk egy alkotót koncentráltan kutatni. Választásunk a fázisváltó anyagok és azok beépítése a külső térelhatároló falszerkezetekbe. Már 1945-ben Telkes Mária magyar származású fizikus kutatta a látens hő felhasználását hőtárolási célokra glaubersó segítségével, az ő kísérleti épületében nem tudott hosszú távon megvalósulni a teljes energiaellátása napenergiával (mindössze két évig működött), mert meghibásodás lépett fel a rendszerben. Valószínűleg a kiolvadt só különvált a vizes bázistól, és később nem tudott visszakeveredni az egységbe.1
3.ábra4 Azóta is folyamatosan kutatják ezt a témát, több építőanyag gyártó cég fejleszti ezt az anyagot, de rendszerezésre tudomásunk szerint eddig nem került sor a külső falszerkezetekbe való beépítés szempontjából. Ezzel a dolgozattal tehát egyszer csoportosítunk
a
könnyebb
átláthatóság
érdekében
és
javaslatokat
teszünk
a
falszerkezetben elfoglalt legoptimálisabb helyére, illetve felhasználására épületfunkciók függvényében. Magyarországon a termék kereskedelmi forgalomban még nem kapható, csak különleges kérésre mindössze néhány gyártó közös konzultáció során tudja kielégíteni az ilyen fajta igényt. Azonban még annyira ismeretlen hazai viszonylatban ez az anyag, hogy az igény még nem fogalmazódott meg a felhasználására. Szeretnénk itthon szélesebb körben megismertetni ezt a külföldön egyre elterjedtebb anyagot, mind az előnyeit, mind a hátrányait tekintve. 8
2.
DOLGOZAT CÉLJA C ÉLKITŰZÉS
2.1.
A fázisváltó anyagokat számos területen alkalmazzák nagy sikerrel, az építőiparban is elindult egy ilyen irányú fejlesztési, kutatási gondolat, ám ezen belül mégis több irányban figyelhetünk meg fejlődést. A gyártók különböző termékeket más-más területre kínálnak, így könnyű elveszni a sok adat és alkalmazási útmutató között, tehát nem tudjuk mérhetően összehasonlítani a PCM anyag tulajdonságait a beépítés függvényében. Első sorban rendszerezni szeretnénk a rendelkezésünkre álló ismeretanyagot, de ehhez le kell szűkítenünk a vizsgálandó területét az építészetben való alkalmazásnak, ezért a dolgozatunk csak a külső térelhatároló falakba beépíthető fázisváltó anyagok lehetőségeivel foglalkozik. Természetesen, még a falszerkezetek kategóriáján belül is a csoportosítási lehetőség, ha nem is végtelen, de jelentős számmal bír, így ezen rendszerezés után a kategóriákból csak néhány példát emelünk ki,amit egyszerűsített matematikai modellel és logikai úton vizsgálunk. Hazánkban a lakóépületek körében ( családi házas beépítések esetén) jobban elterjedt a falas teherhordó rendszer a vázas rendszernél, így abból 3 különböző rétegrendi beépíthetőséget,míg a vázas rendszerből csak egy speciális esetet vizsgálunk, illetve végül de nem utolsó sorban megvizsgáljuk a kortárs építészet által kedvelt térelhatároló szerkezetet,az üvegfalat. A
könnyűszerkezetes
rendszer
bár
nem
elterjedt
Magyarországon
vázas
szerkezetként, mégis csak jelen van a mai építőiparban, így ezt sem hanyagolhatjuk el. Ebben a rétegrendben szándékosan olyan anyagokat használunk, ami a környezettudatos szemléletnek a leginkább megfelelnek, mert szeretnénk a PCM anyag fenntartható építészetben fellépő szerepét vizsgálni. Követelményrendszert állítunk fel az anyaggal és a szerkezettel szemben, ökológikus, energiatudatos és épületszerkezettani szempontokból, majd ezek segítségével alkalmazási lehetőségeket értékelünk. Tehát a fő célunk beépíthetőségi lehetőségek vizsgálata során rendszerezni a falszerkezetekbe beépített fázisváltó anyagokat, megadni a falszerkezeten belül elfoglal energetikai szempontból legkedvezőbb fizikai helyét, olvadási hőmérsékletét illetve megadni a PCM anyag falszerkezeten belül elfoglalt épületszerkezettani szerepét, használatának indoklását. 9
2.2.
F ELADAT LEHATÁROLÁSA A fázisváltó anyagokat számos területen alkalmazzák. Legelőször az űrkutatásban
kezdték vizsgálni, majd használni az anyagot. A NASA tudósai már az 50-es években kutattak olyan anyagokat, amik megvédhetik az űrhajósokat az extrém hőmérsékleti körülményektől. A Johnson Űrközpont mérnökei által elsőként kifejlesztett védőruházat úgynevezett aktív rendszer volt, a 80-as években kezdtek el a passzív rendszerek előtérbe kerülni, és a NASA olyan anyagokat kezdett kutatni, amelyek folyamatos cirkuláció nélkül képesek megfelelni a követelményeknek. A fejlesztéseik eredményeként létrehozott fázisváltó anyagokat magán vállalattokkal közös munka eredményeként sikerült textilbe integrálni.5 A NASA azonban nem csak egy kutatási irányt jelölt ki, többek között a fázisváltó anyagok felhasználásával létrehoztak egy hűtőtáskát, ami megfelelő a begyűjtött tudományos minták adott hőmérsékleten való szállítására. Nagyobb minták esetén a hűtőtáska falába épített PCM nem elegendő a hőmérséklet szinten tartásához, ennek kiküszöbölése érdekében külön fázisváltó anyaggal töltött kapszulákat helyeznek a tartályba. Ezek a kapszulák különböző formában léteznek és lehetőség van egyéb rendszerekben való használatukhoz is.6 További gondolatok is vannak az űrkutatásban a fázisváltó anyagok használatára, ezek egy része azzal foglalkozik, hogyan lehetne alkalmazni az anyagot az űrhajók hőmérsékletét szabályozó rendszerben. A Johnson Űrközpont Small Business Innovation Research programja lévén a technológia eljutott a magánkézben lévő vállalatokhoz is. 1991-ben az Outlast Technologies megszerezte a technológia fejlesztéséhez a kizárólagos jogot, azzal a szándékkal, hogy forradalmasítsa a textilipart. A fejlesztések megkezdése után a cég 1997ben mutatta be az első kereskedelmi forgalomban is kapható kesztyűjét és lábbelijét, amiben már fázisváltó anyagokat is használtak.7 Az Outlast három technológiát használ a textíliák fázisváltó anyaggal történő ötvözéséhez. Az egyik a bevonat készítés, aminek a legnagyobb a hatásfoka, de csak olyan termékekhez ajánlott, amik nincsenek közvetlen kapcsolatban a bőrrel. Egyik jelentős előnye a bevonatnak, hogy tág körben alkalmazható.8Egy másik lehetőség, amikor a fázisváltó anyag rostokba van beépítve majd ezekből fonnak fonalat, amit aztán felhasználnak textilgyártásra, amiből végül olyan ruhaneműket készítenek, amik érintkeznek a bőrfelülettel. 9 A harmadik technológia a mátrix ráviteles bevonat, ami abból 10
áll, hogy egy adott szövetre nyomják rá a fázisváltó anyagot így szinte tetszőleges már előre legyártott textílián alkalmazható.10
4.ábra11 A végleges használati lehetőségek szinte korlátlanok. Használják az alvás komfort javítása érdekében ágyneműkben és matracokban. Természetesen különböző öltözeteket is előállítanak belőle, alsó és felsőruházatot, kiegészítőket (kesztyű, sál, sapka stb.), cipőt, és speciális munkaruházatot. Ezenkívül gyártanak különböző székeket mind irodai, mind otthoni használatra, de még golyóálló mellényt is.12 A
fázisváltó
anyagokat
önmagában
is
felhasználják
különböző
célokra,
természetesen így is szükség van egyfajta védő anyagra, azonban ezzel nem működik mikro szinten együtt a PCM csak, mint burok funkcionál. Ezzel a módszerrel készítenek hűsítő arcmaszkot, illetve olyan kiegészítőket, amiket már meglévő tárgyainkhoz tudunk használni. Ezenkívül különböző méretben kaphatóak fázisváltó anyaggal töltött szőnyegek, amik használhatóak laptop alátétként túlmelegedés ellen, lepedő alá alváskor.13 Egy idő után, főként a manapság egyre előtérbe kerülő energiatudatos szemlélet révén elkezdték kutatni a felhasználási lehetőségeket az építőiparban is. Lévén az anyag energiát tárol és ad le így csökkenteni lehet vele az épület által felhasznált energiamennyiséget. Különböző lehetőségeink vannak beépíteni szerkezetinkbe a fázisváltó anyagokat. Belekeverhetjük a vakolatba, a pórusbeton vagy a gipszkarton anyagába. Ezeken kívül lehetőségünk van álmennyezetekbe történő elhelyezésre is, amikor nem képezi szerves részét a szerkezetnek, hanem az csak, mint tároló vagy tartószerkezet funkcionál.2 A dolgozatunkban a fázisváltó anyagok felhasználásán belül azt kutatjuk, hogy energetikai szempontokat figyelembe véve, milyen módon és hatásfokkal tudjuk beépíteni falszerkezeteinkbe, illetve maga az anyag adott helyzetekben megfelel-e a fenntartható építészet követelményeinek.
11
2.3.
K IDOLGOZÁS MÓDSZERE Többfajta módszerrel dolgoztunk a kutatásunk során. Kezdetben irodalomkutatást
végeztünk, az anyag általános tulajdonságait és a felhasználási területeket szélesebb körben megismertük. Az építőipari felhasználásáról publikációkban illetve a külföldi gyártók kutatásairól, megépült épületpéldáiról a világhálón olvastunk . Nálunk szinte alig található olyan épület, amit bármilyen PCM alapanyagú termék felhasználásával építettek, így a magyarországi építőipari lehetőségekkel kapcsolatban a hazai gyártókkal konzultáltunk. Sokan kutatják a használhatóságot, de még kiforratlan a felhasználása, mivel nagyon sokan komplett rendszerben vizsgálják (napkollektorokkal, geotermikus energia felhasználásánál) ,így nem tudnak kizárólag a fázisváltó anyag tulajdonságaira vonatkozó adatokat mérni. A tapasztalati úton szerezhető ismeretanyagon kívül matematikailag is modellezhető szimulációk segítségével a folyamat, ám erre jelenleg nincs lehetőségünk. A falak csoportosítását követően, a falszerkezetekbe való beépítést figyeltük, mint egy rendszerezve a lehetőségeket. Vizsgálatunknál egyszerűsített számítási modellt használunk, a hőátbocsátás folyamatának bemutatása során megvizsgáljuk,hogy az anyag milyen módon vesz részt a hőátbocsátásban, milyen hatással van a mellette levő rétegek hőmérsékletére, hol van a szerkezetben olyan hőmérséklet,aminek a hatására működésbe lép és milyen olvadáspontú fázisváltó anyagot érdemes választani ahhoz a konstrukcióhoz a legkedvezőbb hőtechnikai eredmény eléréséhez. Esettanulmányon keresztül pedig ismertetjük, hogy egy fázisváltó anyag használatával megépült épületnél mekkora az energia megtakarítása ahhoz képest, ha ugyanazt a házat hagyományos anyagokkal valósítottuk volna meg.
12
3. 3.1.
TÉMA KIDOLGOZÁSA É PÍTŐANYAGOKBA , TERMÉKEKBE INTEGRÁLT FÁZISVÁLTÓ ANYAGOK Az elmúlt néhány évben a fázisváltó anyagok iránt megnőtt az érdeklődés és egyre
többen kezdték el vizsgálni annak esetleges előnyeit, hatásait. Mind kísérletek, mind számítógépes szimulációk kimutatták, hogy a PCM-nek igenis lehet létjogosultsága az energiatudatos építészetben. A kérdés az maradt, hogy milyen formában, hogyan, hova és milyen keretek között lehetne alkalmazni egy épületben a fázisváltó anyagokat. Ez a TDK dolgozat is ilyen kérdésekre keresi a választ és próbál egy átfogó, ugyanakkor leegyszerűsített és csak a külső térelhatároló falakra szűkített képet adni az anyag használhatóságáról. Másrészről viszont a nagyobb építőanyag gyártók és új csak a PCM tartalmú termékekkel foglalkozó gyártók is megalkották a válaszaikat a kérdésre és piacra dobták a termékeiket. Az alábbiakban ezekből a termékekből kerülne bemutatásra néhány, hiszen az építészeti tervezés során gyakran kész termékek kerülnek betervezésre, és fontos, hogy ismerjük azoknak a használhatósági kereteit, előnyeit és hátrányait. Az általunk kiválasztott termékek fázisváltó anyag nélküli kivitelben napi szinten megjelennek az építőiparban, illetve nagy mennyiségben kerülnek beépítésre. Ezen okból kifolyólag ismertetjük őket, hiszen PCM-el való társításukkal lehetőségünk van jelentősen befolyásolni az épületeink energiafelhasználását.
3.1.1. DUPONT - ENERGAIN® THERMAL MASS PANEL14 Általános ismertetés Az Energain panel egy 1 m x 1.2 m x 5mm-es, 4,5 kg/m2 felülettömegű alumínium laminátumos tábla, amiben egy copolymer és paraffin viasz keverékű PCM található. Ebben a termékben található fázisváltó anyag 18 °C alatt szilárd, 22 °C felett pedig folyékony halmazállapotú, vagyis ha a panel körüli hőmérséklet 22 °C fölé emelkedne, akkor a PCM hőt von el a környezetéből, így meggátolva annak a hirtelen felmelegedését, 18 °C alatti környező hőmérséklet esetén pedig hőt bocsát ki miközben megszilárdul, így megakadályozza a hirtelen lehűlést. A termék EN 11925-2 vizsgálat alapján „E” tűzvédelmi osztályba tartozik. 13
Beépítés A táblák méretre vághatók, de az elvágott éleket le kell ragasztani a táblákhoz kapható alumínium ragasztószalaggal, hogy megakadályozzuk a fázisváltó anyag kiömlését. A táblák rögzítése a gipszkarton táblákéhoz hasonló módon történhet szegezéssel vagy csavarozással. A táblák nem eresztik át a párát, így alkalmazhatók a rétegrendben párazáró rétegként is, ekkor viszont a táblák közötti hézagot le kell ragasztani például a rendszerazonos alumínium ragasztószalaggal, de ugyanezen tulajdonsága okán figyelni kell a rétegrendben való elhelyezésére. Követelményeknek való megfelelés Tartóssági követelmény: A termékről nincs információ a tartósságát illetően. Tűzállósági követelmény: A szerkezet E tűzvédelmi osztályba sorolt. Fenntarthatóság követelményei:
A gyártási energia szükségletekről nincsenek
hozzáférhető ismeretanyagok. A szállítása és beépítése nem igényel számottevő energiafelhasználást.
A
szerkezet
az
elkészítése
után
nem
igényel
jelentős
energiabefektetést, sőt a beépítésének a célja az energia megtakarítása, ami meg is valósul, a szerkezet magját adó paraffin viaszt kőolajból állítják elő, ami egy nem megújuló energiaforrás, valamint a viasz nem újrahasznosítható vagy újra felhasználható,ezért nem felel meg minden kritériumnak, vagyis nem nevezhető fenntarthatónak.
3.1.2. GLASS X AG – GLASS X15 Általános ismertetés A Glass X egy homlokzati üvegszerkezet, amely kapható többféle rétegfelépítéssel, különféle méretekben és konfigurációkban.
Az
egyik
leghatékonyabbnak vélt
termék a Glass X crystal, aminek a felépítése kívülről befelé a következő: biztonsági üveg, nemesgázzal töltött légrés amiben egy prizma található, Low-E bevonatos biztonsági üveg, nemesgázzal töltött légrés, Low-E bevonatos
biztonsági
üveg,
PCM-el
töltött
tartály,
biztonsági üveg. A szerkezet nagyjából 80 mm vastag és maximálisan 2,8 m magasságú, 1,5 m szélességű lehet és legfeljebb 95 kg/m2 felülettömegű. A beépített PCM 14
(kálciumkloridhexahidrát) 26 és 30 °C között tárolja az energiát. A szerkezet működése komplexebb, mint más PCM alapú termékeké, hiszen ez egy teljes rendszert ad. A réteges üvegszerkezet hőszigetelőnek tekinthető így nem engedi át szabadon a hőt a fal egyik oldaláról a másikra. A szerkezetben található prizma arra szolgál, hogy a PCM különböző módon legyen használható télen illetve nyáron. Nyáron a prizma nem engedi áthatolni a direkt napsugárzást, így a PCM nagyrészt csak a levegőből tudja felvenni a felolvadásához szükséges energiát, vagyis ha a belső hőmérséklet magasabb lesz, mint a PCM olvadáspontja akkor elvonja a hőt, így nem engedi hirtelen felmelegedni a belső teret. Később amikor a hőmérséklet alacsonyabb, az eltárolt energiát leadja miközben újra kikristályosodik. Télen a PCM „naptérként” használható, mert a prizma átengedi az alacsonyabb szögben érkező sugarakat így a napsugárzás energiáját felhasználva tud a PCM folyékony állapotúvá válni, és később, mikor a belső hőmérséklet elkezd csökkenni leadhatja a hőt, így egyenletesebb hőmérsékletet biztosítva a benti térben. A Glass X egyik tulajdonsága, hogy látványos, mert az átlátszó rétegek között látható, amikor az anyag fázist vált. Amikor kristályos állapotban van a PCM akkor a szerkezet áttetsző és ködös tejfehér színű, mikor pedig folyékony állapotban van, akkor pedig homályos átlátszó. Beépítés A szerkezetet a homlokzati nyílászáró és üvegszerkezetekhez hasonlóan kell beépíteni, illetve össze is lehet őket építeni, ugyanakkor figyelembe kell venni, hogy sokkal nehezebb, mint a hagyományos üvegszerkezetek, így külön statika méretezést igényelhet a fogadószerkezet és a rögzítés. Követelményeknek való megfelelés Tartóssági követelmény: A termékről nincs információ a tartósságát illetően. Tűzállósági követelmény: Nincs információ a szerkezet tűzvédelmi osztályba sorolásáról. Fenntarthatóság követelményei: A szerkezet előállításánál, szállításánál és a beépítésénél is nagy az energiaszükséglete. A beépítése után az élettartama alatt nem igényel jelentősebb felújítást, energiabefektetést. A szerkezet megfelelő beépítésével az épület fenntartásának a költségei számottevően csökkenthetők, a fűtés és hűtés iránti igények csökkentésével a szerkezet indirekt módon csökkentheti az épület károsanyag kibocsátását. Az üvegszerkezet kevesebb napfényt enged át, így megnőhet a belső terek 15
kivilágításának költsége, ha egy hagyományos üvegszerkezethez viszonyítjuk; azonban ha falszerkezethez
viszonyítjuk
energiaszükségletét is.
akkor
ezzel
szemben
csökkentheti
a
világítás
Az üvegszerkezet legtöbb eleme újrahasznosítható vagy
újrafelhasználható, ugyanakkor nincs információ a fázisváltó anyag előállításának fenntarthatóságáról vagy annak újrafelhasználási, visszaforgathatósági lehetőségeiről.
3.1.3. PHASE CHANGE ENERGY SOLUTIONS – BIOPCM16 Általános ismertetés A termék egy fólia jellegű szerkezet, amelyben kis zsákokban található a fázisváltó anyag. A fóliák 420cm szélességű tekercsekként kaphatók. A zsákkal az együttes vastagsága a termékeknek a 0,8mm-től egészen 2,5 mm-ig terjed, attól függően, hogy mennyi hőtároló tömeget szeretnénk beépíteni. A gyártó három féle olvadáspontú (23, 25 és 27°C) terméket kínál. A BioPCM a többi termékkel ellentétben nem kőolajszármazék vagy valamilyen só, hanem szójababolajból és pálmaolajból készül. A termék az ASTM E84-es szabvány alapján „C” tűzvédelmi osztályba lett besorolva. A termék élettartamát 13000 ciklusra vizsgálták, ami 48 évnyi átlagos körülmények közötti használatnak felel meg, és ez idő alatt az anyag nem mutatott teljesítménycsökkenést. Beépítés A fólia beépítése egyszerű, a zsákocskák közötti hézagokban történhet szegezéssel vagy akár ragasztással, vagy álmennyezetben és födémben egyszerűen fektetéssel, ugyanakkor két szilárd réteg közé beépíteni 10 % tágulási hézag meghagyása nélkül nem szabad. A fólia nem tud szilárd felületet biztosítani, így mindenképp kell még külön akár kívülre akár belülre egy réteg, ami ezt a szerepet el tudja látni, ezért a falba történő beépítése elsősorban vázas szerelt épületeknél lehet ideális. Követelményeknek való megfelelés Tartóssági követelmény: A termék minimum 48 év élettartamú. Tűzállósági követelmény: A termék C tűzvédelmi osztályba sorolt.
16
Fenntarthatósági követelmények:
A termék előállításának költségeiről
és
energiaigényéről nincsenek információk. A gyártó az Egyesült Államok területén árusítja elsősorban a terméket, így egy hazai beépítés jelentős szállítási költséggel járna, annak ellenére, hogy a fólia nem nagy tömegű vagy méretű. Beépítése nem igényel különösebb energiabefektetést, a fenntartása pedig semmilyen költséggel vagy energiaigénnyel nem jár. A termék megfelelően beépítve csökkentheti az épület energiaszükségletét és károsanyag kibocsátását. A fázisváltó anyag természetes, környezetbarát anyagból készül, az
az
élettartama
után
visszaforgatható
a
természetbe,
ugyanakkor
a
fólia
újrahasznosíthatóságáról vagy újrafelhasználásának lehetőségéről nincs információ. A termék LEED és BEES tanusítvánnyal rendelkezik. Mindkét tanusítvány program a fenntarthatóságot vizsgálja más-más szemszögből.
3.1.4. BASF – MICRONAL PCM17 Általános ismertetés A Micronal PCM egy 5 nanométeres polymer burokban tartalmazza a speciális paraffin viaszkeveréket, ami a fázisváltást végzi. A Micronal PCM 21, 23 és 26oC-on történő fázisváltó anyagot tartalmazhat, amelyeket a gyártó különböző célok elérésére javasol. A PCM-et 10000 ciklusra vizsgálták, ami 30 évnek felel meg, és erre az időtartamra biztosan megfelelő marad a működése. Követelményeknek való megfelelés Tartóssági követelmény: A termék élettartamát 30 évre becsülik. Tűzállósági követelmény: Nincs információ a szerkezet tűzvédelmi osztályba sorolásáról. Fenntarthatósági követelmények: A PCM paraffin viaszból készül, aminek az előállítása kőolajból történik. A kőolaj nem megújuló nyersanyag, így a fázisváltó anyag előállítása
nem
fenntartható.
Az
anyag
továbbá
nem
újrahasznosítható
vagy
újrafelhasználható. Az előállításának energiaigényéről nincs információ.
17
3.1.4.1.
LASSELSBERGER-KNAUF - T HŐMÉRSÉKLET SZABÁLYZÓ VAKOLAT
18
Általános ismertetés A hőmérsékletszabályozó vakolat a BASF által gyártott Micronal PCM-et tartalmazza, így a fázisváltó anyag tulajdonságai azonosak. A PCM-et egy gipsz kötőanyagú vakolatba keverik. A gipsz tartalma miatt a vakolat nem alkalmazható jelentős víz- és gőzterhelésnek kitett helyen. Beltéri alkalmazása javasolt 1,5-3,5 cm vastagságban. Követelményeknek való megfelelés Tartóssági követelmény: A vakolat élettartamát minimum 30 évre becsülik. Tűzállósági követelmény: Nincs információ a tűzvédelmi osztályba sorolásról. Fenntarthatósági követelmények: Mivel a termék a Micronal PCM-et használja alapanyagként, így az előállítása és elbontása sem elégíti ki a fenntarthatóság követelményeit. A vakolat szállítása, beépítése és fenntartása nem igényel jelentősebb energiabefektetést, ugyanakkor a termék 30 éves élettartama miatt a vakolat lecserélésére lehet szükség az épület megléte alatt. A beépített vakolat jelentősen csökkentheti az épület energiaszükségletét és károsanyag kibocsátását. A felhordott vakolat a hőmérsékletkiegyenlítő szerepe miatt csökkentheti a hőterhelést a csatlakozó szerkezetekben, így növelheti azok élettartamát.
3.1.4.2.
RIGIPS - ALBA®BALANCE GIPSZKARTON 2
Általános ismertetés Az Alba balance gipszkarton táblák 500 x 1000 x 25 mm méretű horonyeresztékes táblák. A bennük található Micronal PCM szerint lehet rendelni 23 vagy 26°C olvadáspontú fázisváltó anyaggal rendelkező terméket. A megkülönböztető színe a táblának a halvány rózsaszín. Beépítés A táblák beépítése (és felületképzése is) a hagyományos gipszkarton táblákéval megegyező módon, külön tartóvázra történhet szegezéssel, felfúrással, kapcsozással. A táblák fűrészelhetők. Követelményeknek való megfelelés Tartóssági követelmény: A gipszkarton élettartamát minimum 30 évre becsülik. 18
Tűzállósági követelmény: A termék tűzgátló és alacsony füstképző. Fenntarthatósági követelmények: A Micronal PCM alapanyag miatt az előállítása nem elégíti ki a fenntarthatósági követelményeket. A szerkezet szállítása, beépítése nem igényel jelentős energiabefektetést. A szerkezet beépítés utáni fenntartása nem igényel egyáltalán energiabefektetést, sőt a PCM tulajdonságait használva csökkentheti az épület energiaszükségletét és károsanyag kibocsátását.
A LKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEK
3.2.
A dolgozatunk során a falszerkezetekbe építjük be különböző módon a fázisváltó anyagot. Ennek egyik oka, hogy az épületek jelentős külső határoló felületét a falszerkezetek adják, így lehetőségünk van nagymennyiségben, azonban nem egy helyre beépíteni az anyagot és maximálisan kihasználni az PCM adta lehetőségeket.
3.2.1. FALSZERKEZETEK OSZTÁLYOZÁSA A dolgozatunkban vizsgáljuk a fázisváltó anyagok falba történő beintegrálását. A falszerkezeteink a vízszintes teherhordó és térelválasztó épületszerkezeti kategóriába sorolhatóak. Ahhoz, hogy tisztában legyünk a beépítési lehetőségeinkkel csoportosítanunk kell a szerkezeteket. Ezt a rendszerezést különböző kategóriák felállításával és azokba való besorolással tudjuk elvégezni.
3.2.1.1.
FALSZERKEZETEK OSZTÁLYOZÁSA RÉTEGFELÉPÍTÉSÜK SZERINT19
egyhéjú falak - homogén
falak
(egy
rétegű
szerkezetek):
betonfalak,
téglafalak,
földfalak,
falazóblokkból épült falak - réteges falak (követelményeket rétegek együttesen teljesítik): külső/belső hőszigetelésű falak, maghőszigetelt falak, burkolt légrés nélküli falak kéthéjú falak - légréssel épülő külső szerelt homlokzat burkolattal ellátott falak - légréssel készülő előgyártott paneles falelemek
19
3.2.1.2.
FALSZERKEZETEK OSZTÁLYOZÁSA ANYAGUK SZERINT18
természetes anyagú falak: kő, fa, föld, szalma, vályog mesterséges anyagú falak: tégla, vázkerámia, üveg, beton (vasbeton, könnyűbeton, gázbeton ), fém vegyes anyagú falak: függönyfalak, könnyűszerkezetes fal
3.2.1.3.
FALSZERKEZETEK OSZTÁLYOZÁSA RENDELTETÉSÜK SZERINT18
3.2.1.3.1.
TEHERHORDÓ FALAK
alaprajzi helyzetük szerint közbenső főfal külső térelhatároló teherhordó fal lépcsőházi fal végfal támfal tartószerkezeti rendszer szerint hosszfal harántfal 3.2.1.3.2.
NEM TEHERHORDÓ FALAK
válaszfalak vázkitöltő falak függönyfalak tűzfalak merevítőfalak zárterkélyfal loggiafal, árkádfal oromfal aknafal
20
3.2.1.4.
FALSZERKEZETEK OSZTÁLYOZÁSA SZERKEZETI JELLEGÜK SZERINT
3.2.1.4.1.
20
FALAS SZERKEZETI RENDSZER
elemes kiselemes - kisméretű tégla, kézi falazó blokk, építőkő (ennek mérete és alakja függ a kőfajtájától, a természetes állapotától, illetve a fejtés módjától, így az tág határok között mozog) középelemes- félszint magas előregyártott elemek nagyelemes - egy emelet magas előregyártott elemek (faltömbös építési rendszer, táblás (paneles) építési rendszer) monolitikus – telje egészében egyfajta és azonos minőségű anyagból épített fal, melyet a helyszínen képlékenyállapotába öntőformában állítják elő földfalak betonfalak – vasbeton, könnyűbeton, nagyszilárdságú beton, öntött falas építési rendszer félmonolit – zsaluelemekből készült öntött falazat zsalukő falazat polisztirol keményhabból készült zsaluelem 3.2.1.4.2.
VÁZAS SZERKEZETI RENDSZER
könnyűszerkezetes, favázas acélvázas vasbetonvázas monolit vasbetonváz vegyes építésű vasbetonváz előregyártott vasbetonváz függönyfalak bordarácsos rendszer táblás rendszer
21
3.2.2. ÁLTALUNK VIZSGÁLT FALSZERKEZETEK A rétegrendi felépítéseknél az általános megnevezéseinket konkrét példákká kellett átfordítanunk,hogy számszerű adatokat tudjunk szerezni a hőfokesési görbék számításához, így a következő felsorolás csupán példaként szolgál a rendszerek megvalósíthatóságához.
3.2.2.1.
FALAZOTT SZERKEZET
Az értekezésünk során vizsgálunk egyszer egy Magyarországon jellemzően alkalmazott falazott szerkezetet, általánosan elterjedt rétegrenddel. A falszerkezet különböző síkjaiba építjük be az anyagot, és nézzük, hogy milyen hatással lesz a hőátbocsátásra. I.RÉTEGREND 1,5 cm beltéri vakolat
Lasselberger-Knauf,Premium W fehér kézi alapvakolat
38 cm
vázkerámia falazat
Porotherm Profi 38 HS
1 cm
légzáró alapvakolat
Lasselberger-Knauf Premium W kézi alapvakolat
12 cm
EPS hőszigetelés
Austrotherm AT-N100
3 cm
PCM anyagú vakolat
Lasselberger-Knauf, kereskedelmi forgalomban nem kapható,megrendelésre szállítanak
II.RÉTEGREND 1,5 cm beltéri vakolat
Lasselberger-Knauf, Premium W fehér kézi alapvakolat
38 cm
vázkerámia falazat
Porotherm Profi 38 HS
3 cm
PCM anyagú vakolat
Lasselberger-Knauf, kereskedelmi forgalomban nem kapható,megrendelésre szállítanak
12 cm
EPS hőszigetelés
1,5 cm kültéri vakolat
Austrotherm AT-N100 Lasselberger-Knauf (Thermosystem rendszerű vakolatrétegek)
22
III. RÉTEGREND PCM anyagú vakolat
3 cm
Lasselberger-Knauf, kereskedelmi forgalomban nem kapható,megrendelésre szállítanak
38 cm
vázkerámia falazat
Porotherm Profi 38 HS
1 cm
légzáró alapvakolat
Lasselberger-Knauf Premium W kézi alapvakolat
12 cm
EPS hőszigetelés
Austrotherm AT-N100
1,5 cm kültéri vakolat
Lasselberger-Knauf (Thermosystem redszerű vakolatrétegek)
3.2.2.2.
KÖNNYŰSZERKEZET
Jelenleg hazánkban kevésbé elterjedt a könnyűszerkezetes építési mód. Ezen épületek egyik jelentős hátránya, hogy nem, illetve csekély mennyiségű hőtároló tömeggel rendelkeznek. Ennek okán vizsgáljuk, hogy a beépített fázisváltó anyaggal mennyire tudjuk befolyásolni a falszerkezet épületfizikai tulajdonságait. IV.RÉTEGREND 2,5 cm PCM tartalmú gipszkarton
Rigips- Alba balance
1 réteg párazáró fólia
Isocell: FH hálóerősített fólia
24 cm
farost anyagú hőszigetelés
2,5 cm PCM fólia farost anyagú hőszigetelés
5 cm
1,5 cm kültéri vakolat
Steico flex 50 Trockenbau Phase Change Energy Solutions: Bio PCM Steico flex 240 Lasselberger-Knauf (Thermosystem redszerű vakolatrétegek)
3.2.2.3.
ÜVEGSZERKEZET
Harmadik vizsgált szerkezetünk egy üvegfal, ami mind irodai, mind lakóépületi alkalmazásban lehetséges. Az üvegszerkezetbe való integrálásnak előnye, hogy aktívan felhasználja a napenergiát télen. A beérkező napsugárzás energiáját felveszi, majd azt leadja a belső térnek, így, mint egy naptér viselkedik, azonban a tényleges naptérrel szemben, itt ehhez pusztán néhány centiméter szerkezeti vastagságra van szükség.
23
V. RÉTEGREND 7,9 cm
3 cellás,2 cellájában nemesgázzal,a belső térhez legközelebbi cellájában
pedig PCM anyaggal töltött üvegszerkezet, 4 rétegű biztonsági üvegezéssel ellátva,a középső két üvegréteg Low E bevonatos,legkülső cellában prizmával ellátott - Glass X crystal 3.3. Fenntarthatósági és műszaki követelmények
K ÖVETELMÉNYRENDSZER FELÁLLÍTÁSA
3.4.
A mai korban az általunk használt építőanyagoknak különböző követelményeknek kell megfelelniük annak függvényében, hogy milyen céllal építjük be szerkezeteinkbe. Az általunk vizsgált fázisváltó anyagoknak egyszer teljesíteni kell a szabványokban és törvényi rendeletekben leírtakat, de mi a dolgozatunkban arra is keressük a választ, hogy vajon egy modern, laboratóriumi anyaggal teljesíteni tudjuk-e a fenntartható építőanyag követelményeit. Ehhez először definiálnunk kell egy követelményrendszert, amihez képest vizsgálni tudjuk, az adott anyagot, illetve azokat a termékeket, amelyeket létrehoztak fázisváltó anyagok felhasználásával.
3.4.1.
MŰSZAKI KÖVETELMÉNYEK:18
A műszaki követelményeket adott épületszerkezeti csoportokon belül tudjuk értelmezni, természetszerűleg más követelmény vonatkozik például egy vakolatra, mint egy födémre. Az alábbi felsorolás általánosan tartalmazza a falszerkezetekkel szemben támasztott követelményeket, de ezek nem mindegyike érvényes a szerkezet összes rétegére. Ezen kívül egyes követelmények az épület vagy a szerkezet egészére vonatkoznak, nem bonhatóak le az építőanyagok szintjére.
3.4.1.1.
SZILÁRDSÁGI KÖVETELMÉNY:
Egy adott szerkezet szilárdsági követelményeit az adott igénybevételek határozzák meg, azok módja (nyomás, hajlítás, csavarás), és nagysága. Ezek meghatározása mindig külön statikai méretezéssel történik, jelenleg az EuroCode alapján.
3.4.1.2. A
TARTÓSSÁGI KÖVETELMÉNYEK: hazai
előírások
nem
tartalmaznak
kötelező
élettartamra
vonatkozó
rendelkezéseket, csupán irányelveket és javaslatokat. „Az átlagos élettartam az átlagos 24
minőségű anyagokból, átlagos minőségben készült, átlagos magyarországi éghajlatnak kitett, átlagos rendeltetésszerű használattal igénybevett, átlagosan ápolt és javított épületek átlagos elhasználódási időtartama, mely időtartam alatt az egyes szükségessé váló csere vagy javítás rendszeresen elvégzésre kerül.”21 Azonban az átlag kérdése még mindig nem megválaszolt, ezt egyedi vizsgálatok alapján lehet mérlegelni, nincs rá megadva konkrét meghatározás, hogy adott esetben mi számít átlagosnak.
3.4.1.3.
TŰZÁLLÓSÁGI KÖVETELMÉNYEK:
Épületszerkezetinket különböző tűzállósági kategóriákba sorolhatjuk. A besorolás nem csak szerkezeti kategóriának, hanem az épület méretének és rendeltetésének is függvénye. Egyes épülettípusok esetén külön szakági tervezőt kell bevonni, aki megtervezi az egész épület tűzvédelmét. Az adott szerkezetekre vonatkozó tűzvédelmi előírásokat az MSZ15021/1 és az MSZ 15021/2 szabvány tartalmazza részletesen.
3.4.1.4.
PÁRAVÉDELEM:
Szerkezeteinket védeni kell az esetlegesen bennük lecsapódó párától. Ezt épületfizikai módszerekkel ellenőrizni tudjuk, a telítési nyomás és a parciális vízgőznyomás összehasonlítással. Ha utóbbi nem metszi a telítési nyomás görbéjét akkor a szerkezetben
nem
keletkezik
kondenzáció.
Általánosságban
elmondható,
hogy
szerkezeteinket vagy úgy kell megszerkeszteni, hogy ne legyen lehetséges a lecsapódás, vagy párazáró réteggel kell védeni az esetlegesen érzékenyebb rétegeket (pl.: szálashőszigetelést).
3.4.1.5.
VÍZ ÉS FAGYÁLLÓSÁG:
Az épületszerkezeteinket sok féle nedvesség érheti, ez lehet használatból, vagy környezeti hatás eredményeként. Ebből kifolyólag egyes szerkezetinknek vízállónak, külső szerkezeteknek
fagyállónak
kell
lennie.
Egyes
esetekben
védenünk
kell
az
épületszerkezeteket vízszigeteléssel, ennek mértéke függ a helyiség rendeltetésétől és annak igénybevételétől.
3.4.1.6.
HANGSZIGETELÉSI KÖVETELMÉNYEK:
Két féle hang típus ellen kell védekezni az épületeinkben, megjelenik a léghang (levegőrezgéssel terjedő hangok), illetve a testhang (szilárd közegben terjedő hangok). A 25
különböző hangok ellen különböző módon kell védekeznünk. A léghanggátlást a nagyobb súly és a szerkezetekben minimalizált levegő biztosítja, így ezek a szerkezetek nem rezegnek be a levegő rezgésétől. A testhangok esetében azonban külön hangszigetelő réteget kell beépítenünk (pl.: padlószerkezetbe úsztató réteg), mely a rugalmasan viselkedik
és
elnyeli
a
szerkezetben
keletkező
rezgéseket.
A
hangszigetelési
követelmények értékeit az MSZ 15601-1:2007-es szabvány tartalmazza részletesen.
3.4.1.7.
ENERGETIKAI, HŐTECHNIKAI KÖVETELMÉNYEK:22
A 2006-ban kiadott TNM rendelet előírja, hogy valamennyi új épületet használatba vételkor, illetve meglévő épületeket esetében a tulajdonjog változásakor energetikai minőségtanúsítvánnyal kell ellátni. A rendelet azt is tartalmazza, hogy milyen esetekben mi alapján, kell kiszámolni az épületek energetikai jelzőszámait. A szabályozásnak három fő szintje van. A „felső” szintje az összesített energetikai jellemző, amely függ az épület rendeltetésétől
és
a
felület/térfogatarányától
is.
A
második
szint
a
fajlagos
hőveszteségtényező, ami azért is szükséges, mert egyes esetekben nem számolható az épület összesített energetikai jellemzője. Ebben a tényezőben csak az épülettől függő jellemzők szerepelnek. A fajlagos hőveszteségtényező csak a felület/térfogataránytól függ, a rendeltetéstől nem. Elmondható, hogy a fajlagos hőveszteségtényezőnek való megfelelés nem garantálja az összesített energetikai jellemzőnek való megfelelőséget is. Ha mindkét értékre van előírás, akkor mindkettőnek eleget kell tenni. A szabályozás harmadik szintje a hőátbocsátási tényezők meghatározása. Mivel a fajlagos hőveszteségi tényező az egész épületen belüli szerkezetek összeségét vizsgálja, aminek hátránya, hogy az előírt érték elérhető olyan kombinációkban is, melyek egyes elemei külön nem felelnének meg a mai kor követelményeinek. Ennek kiküszöbölésére vizsgálni kell a határoló szerkezetek hőátbocsátási tényezőjét is, hogy azok megfelelnek-e a rendeletben megszabott értékeknek. Ezen kívül vizsgálni kell az épületek nyári túlmelegedésének kockázatát is. Azonban a előírás bizonyos esetekben egyszerűsített számítási modellt is engedélyez, így nem kaphatunk pontos értéket. Az egyes épülettípusoknál, ahol a rendeltetésszerű belső hőterhelés nagy, ott az összesített energetikai jellemző is úgy van meghatározva, hogy a hűtési energia is belekalkulálható legyen. Ha ez az érték kicsi, akkor a nyári túlmelegedés biztosítható épületszerkezeti eszközökkel. A pontos megszabott értékeket a rendelet számszerűen tartalmazza, illetve számolási módszert is megad az egyes követelmények számítására, ellenőrzésére. 26
3.4.2.
FENNTARTHATÓSÁGI KÖVETELMÉNYEK:
Ahhoz, hogy adott építőanyag fenntartható legyen több olyan követelménynek is meg kell felelnie, ami nincs jogszabályilag előírva.
3.4.2.1.
GYÁRTÁSI ENERGIASZÜKSÉGLET
Meg kell vizsgálnunk, hogy az adott anyag előállítása mennyi energiát igényel, hiszen egy anyag nem nevezhető fenntarthatónak, ha gyártásához olyan anyagok és olyan mennyiségű energia felhasználás tartozik, amivel csak jobban károsítjuk környezetünket.
3.4.2.2.
KÁROSANYAGTARTALOM
Ehhez kapcsolódóan nem szabad megfeledkeznünk az építőanyagok károsanyag tartalmáról sem, amit lehetőleg minimalizálnunk kell. Erről vannak megengedett értékeket leíró szabályozások, azonban nem feltétlenül ezeknek kell mértékadónak lennie, ha fenntarthatóságról beszélünk.
3.4.2.3.
SZÁLLÍTÁSI ENERGIASZÜKSÉGLET
Figyelembe kell venni, hogy lehetőleg az adott építkezés régiójában hozzáférhető legyen, mivel a szállítás is jelentős energiát igényel, ami jelen pillanatban nem megújuló energiahordozók felhasználásával történik.
3.4.2.4.
BEÉPÍTÉSI ENERGIASZÜKSÉGLET
A beépítési energia igény sem elhanyagolható egyes szerkezeteinknél, vannak amik kézi erővel beépíthetők, azonban egyes esetekben gépi beépítésről beszélünk, aminek ismét jelentős energia igénye van, mind a gép szállítása, mind üzemeltetése terén. Egyes esetekben akár beépítésnél hűtenünk, fűtenünk kell az adott teret, így ezt is be kell számolnunk az adott anyag energia szükségletébe.
3.4.2.5.
ENERGIAHASZNOSÍTÁS
Természetesen vizsgálnunk kell a szerkezet beépítse utáni energiahasznosítását, ténylegesen csökkenti-e az épület energia felhasználását, és milyen mértékben teszi ezt. Üvegszerkezet esetében a természetes megvilágítás mértékét biztosítanunk kell, illetve 27
adott esetben a nyári napvédelmet is meg kell oldani, hogy elkerülhető legyen a gépi hűtés, ami jelentősen több energiát igényel, mint a fűtés.
FELÚJÍTÁSI IGÉNY, VÁRHATÓ ÉLETTARTAM
3.4.2.6. A
használat
során
általánosan
elmondható,
hogy szerkezeteink
bizonyos
időközönként felújítást igényelnek, meg kell vizsgálni, hogy az adott anyag milyen rendszerességgel, és milyen szinten igényli ezt. Ezenfelül azt is figyelembe kell vennünk, hogy adott szerkezetnek mekkora a várható időtartama, és mikor kell teljes egészében kicserélni azt.
ÚJRAFELHASZNÁLHATÓSÁG
3.4.2.7.
A fenntarthatóság egyik talán legjelentősebb kérdése a hulladékminimalizálás és az építőanyagaink újrafelhasználhatósága. Adott anyag csak akkor nevezhető fenntarthatónak, ha valamilyen formában visszaforgatható. Ennek többformája is lehetséges, első mikor bontott formában tisztítás után teljes egészében beépíthető másik épületbe (pl.: betontörmelék alapozásba, kisméretű tégla látszóburkolatként). Egyes esetekben teljesen visszaforgatható a természetbe mindenféle beavatkozás nélkül (pl.: vályogtégla), illetve vannak olyan esetek, mikor először különböző eljárásokon kell keresztül mennie az anyagnak, hogy az visszajuttatható legyen a természet körforgásába.
KÖLTSÉG
3.4.2.8.
Nem szabad elfeledkeznünk, hogy nem csak energetikai szempontból kell vizsgálnunk az adott anyagot, szerkezetet, hanem annak költségeit is figyelembe kell vennünk. Egy anyagnak a beruházó szemszögéből költséghatékonynak kell lennie. Bizonyos időn belül meg kell térülnie a befektetésnek, csak ekkor tud nagyobb körben elterjedni.
S ZERKEZETEK KIÉRTÉKELÉSE
3.5. 3.5.1.
A KORRIGÁLT ÉS EGYSZERŰSÍTETT HŐÁTBOCSÁTÁSSZÁMÍTÁS INDOKLÁSA
A pontos eredmény elérése érdekében összetett matematikai modell felállítása lenne szükséges, de ez magasabb szintű kutatáshoz lenne elengedhetetlen. Ezen magasabb szintű 28
számításra és modellezésre jelen dolgozat keretei belül nem volt lehetőségünk. Így az általunk használt matematikai modell egyszerű számításon alapszik, ezért korrigált adatok segítségével közelítjük a valóságban lejátszódó folyamatokat. A korrekciókat logikai levezetés útján és más kutatási eredmények felhasználásával tesszük meg.
4.ábra PCM hőmérsékleticsúcs eltolási hőmérséklet-idő grafikonja23
3.5.2.
KORREKCIÓK
3.5.2.1.
I. RÉTEGREND
Az eredeti, korrigálatlan eredmények alapján a PCM-ben a hőmérséklet nyáron 14:00-kor a beépített anyag olvadáspontja fölé emelkedett, így már korábban lejátszódhatott a fázisváltás folyamata, aminek eredményeképp a hőmérsékleti csúcs alacsonyabb lehetett az eredeti értéknél a vizsgált időben. Ezen elgondolás alapján és az 1.1.-es ábra adatai alapján a fázisváltó anyag hőmérsékletét az eredeti 29,95C helyett 28,00C-ban határoztuk meg. A számításunk másik korrekciója a nyári 21:00-ás állapot 4.ábra szerint a fázisváltó anyag csúcseltolási képességét figyelembe véve a PCM hőmérséklete magasabb a külső közeg hőmérsékleténél. A 20,013C°-helyett 26,00C°-ban határoztuk meg a felület hőmérsékletét. 29
3.5.2.2.
II. RÉTEGREND
Az eredmények alapján a PCM a fázisváltásához szükséges hőmérsékletet eléri, de az 1. rétegrendhez képest azt nem lépi túl jelentős mértékben, így azt feltételezzük, hogy a 26,707°C helyett az anyagban még a fázisváltás közbeni hőmérséklet, vagyis 26,00°C van 14:00-kor. Az vizsgált 21:00 órás időpontban az eltolódás miatt a 20,823°C helyett 22,00°C-ot adtunk meg.
3.5.2.3.
III. RÉTEGREND
A számításokhoz és a hőfokesési görbék szerkesztéséhez nem adtunk meg számszerű korrekciós adatokat. Ugyanakkor az eredményeknél levezetünk egy lehetséges viselkedési modellt.
3.5.2.4.
IV. RÉTEGREND
Az második rétegrend analógiáját követve, nyáron 14:00-kor és 21:00-kor korrigáltuk az értékeket, vagyis 28,6175°C helyett 27°C-nak vettük a külső fólia hőmérsékletét 14:00-kor, és az eltolódás miatt a 21:00-ás 20,346°C helyett 22,00°C-kal számoltunk. Ezen kívül, bár a téli hőfokesési görbéket nem korrigáltuk, de a belső oldalra beépített PCM miatt itt is felállítottunk egy elméleti viselkedési modellt.
3.5.2.5.
V. RÉTEGREND
Ennél a rendszernél a számításaink során nem hajtottunk végre korrekciót, mert egy komplex rendszer, aminek az elvi működését ismertetjük a kiértékeléseknél. Ebben az esetben csak konkrét termékeket tudunk vizsgálni, mivel, mint a legtöbb üvegszerkezetnél itt is az egész konstrukció határozza meg a szerkezet hőtechnikai paramétereit.
30
3.5.3.
I. RÉTEGREND KIÉRTÉKELÉSE
3.5.3.1.
FELTÉTELEZÉS
A fal külső síkjára történő beépítés esetén, a fázisváltó anyag képes felvenni a napsugárzás energiáját, így a fal külső felületének hőmérsékleti maximumát csökkentheti nyáron, vagyis kisebb lehet a szerkezetben jelentkező hőterhelés.
5.ábra
3.5.3.2.
NYÁRI HŐFOKESÉSI GÖRBE JELLEMZÉSE
A szerkezeten egyenletesebb a nap folyamán a hőmérséklet, kisebb az ingadozás mértéke, vagyis kisebb a napi hőterhelés nyáron. A belső felület hőmérséklete, ami jelentősen befolyásolja a komfortérzetet, azonban nem mutatott jelentős változást.
3.5.3.3.
TÉLI HŐFOKESÉSI GÖRBE JELLEMZÉSE
A téli időszakban az eredeti számítások szerint a PCM-ben nem következik be a fázisváltás a hőmérséklet hatására, ezért a fázisváltó anyag nem játszik szerepet a hőfokesési görbe viselkedésében. (Az általunk használt modell, nem tudja figyelembe venni a napsugárzás hatását a PCM-re, vagyis nem zárható ki, hogy csekély mértékben jelentősége lehet a szerkezet hőtani viselkedése szempontjából.
31
3.5.4.
II. RÉTEGREND KIÉRTÉKELÉSE
3.5.4.1.
FELTÉTELEZÉS
Mivel a szerkezeten belül a fázisváltó anyag a hőszigetelés és a hőtárolótömeg között helyezkedik el, így nincsenek akkora hőmérsékletkülönbségek a PCM-ben egy nap folyamán, hogy annak tulajdonságai leginkább kihasználhatóak legyenek.
6.ábra
3.5.4.2.
NYÁRI HŐFOKESÉSI GÖRBE KIÉRTÉKELÉSE
A fázisváltó anyag kis mértékben egyenletesebbé tette a szerkezet egy napra vonatkozó hőmérséklet-idő grafikonját. Mivel nem a nagy hőmérsékletingadozásnak kitett oldalon van, ezért nem tudja jelentősen befolyásolni a szerkezet viselkedését, csak elhanyagolható mértékben. (Ugyanakkor a csekély mértékű hatása az egyszerűsített, pontatlan modellnek is betudható, ettől mind pozitív, mind negatív irányba is eltérhet.)
3.5.4.3.
TÉLI HŐFOKESÉSI GÖRBE KIÉRTÉKELÉSE
A fázisváltó anyag hőmérséklete nem éri el annak olvadás pontját, így nem játszik szerepet a szerkezet hőtani viselkedésében. Továbbá az 1. rétegrenddel ellentétben kizárható a napsugárzás energiájának befolyása a PCM fázisváltására.
32
3.5.5.
III. RÉTEGREND KIÉRTÉKELÉSE
3.5.5.1.
FELTÉTELEZÉS
A gyártók által közzétett alkalmazási útmutatók és a kísérleti példák alapján ez a legoptimálisabb a beépítése az anyagnak, ezért az a feltételezésünk, hogy a komfort érzetet jelentősen pozitív irányban befolyásolja, valamint a hőfokesési görbére, és így a szerkezetek hőterhelésére is.
7.ábra
3.5.5.2.
HŐFOKESÉSI GÖRBÉK KIÉRTÉKELÉSE
Az egyes időpontokban felvett átlag hőmérsékletek miatt a PCM nem éri el az olvadáspontját, így a számolás eredménye szerint nem módosítja a falazat hőátbocsátását. Mivel átlag hőmérséklettel számoltunk, ezért ez a modell kizárta annak a lehetőségét, hogy két időpont között jelentős hőmérséklet változás lép fel.
3.5.5.3.
LEHETSÉGES VISELKEDÉSI MODELL A NYÁRI IDŐSZAKBAN
A megfelelő komfortérzet 22°C körüli hőmérséklettel biztosítható a nyári időszakban. Azonban a kinti hőmérséklet hatással van a bentire, így az a maximumánál könnyen a PCM olvadáspontja fölé emelkedhet. Ekkor a fázisváltó anyag felolvadásának biztosítására hőt von el a környezetétől, így nem engedi a belső hőmérsékletet hirtelen olyan mértékben megemelkedni, mint PCM beépítése nélkül. Az esti, éjszakai órákban a 33
hőmérséklet lecsökkenésekor a fázisváltó anyag leadja a tárolt energiáját hő formájában. Ahhoz, hogy a belső tér az esti, illetve éjszaki időszakban lehűlhessen és a fázisváltó anyag leadhassa a benne felgyülemlett energiát (újraindulhasson a ciklusa) a helyiség visszafűtése nélkül, megfelelő szellőztetés szükséges.
3.5.5.4.
LEHETSÉGES VISELKEDÉSI MODELL A TÉLI IDŐSZAKBAN
Télen a fázisváltó anyag a rétegrendbeli elhelyezkedése miatt a napenergiáját semmilyen módon nem tudja hasznosítani, így egyedül a belső térből tud hőt felvenni. Ennek egy hasznosítása lehet, hogy a belsőteret elég bizonyos időközönként felfűteni, és a két fűtési szakasz között a PCM hosszabb távon biztosítja a megemelt hőmérsékletet. Ha két felfűtés között a belső hőmérséklet nem tud a fázisváltó anyag olvadáspontja alá csökkenni, akkor a második felfűtés során nem vesz fel több energiát az anyag, ezért a jobb kihasználtsága érdekében csak akkor indokolt a fűtés elindítása, ha a hőmérséklet tartósan a PCM fagypontja alá esik. Azokban az esetekben célszerű a fázisváltó anyagok alkalmazása, ahol olyan fűtési rendszert használnak, aminél gyakori a túlfűtés jelensége, ilyenek a vegyestüzelésű kazánok, vagy a központi fűtésként is funkcionáló zártégésterű kandallók.
34
3.5.6.
IV. RÉTEGREND KIÉRTÉKELÉSE
3.5.6.1.
FELTÉTELEZÉS
A vázas szerkezet hőtárolótömeg hiánya miatt a PCM jelentősen tudja befolyásolni, a
szerkezet egész napra vetített hőtani viselkedését. 8.ábra
3.5.6.2.
NYÁRI HŐFOKESÉSI GÖRBE JELLEMZÉSE
Nyáron a külső PCM fólia tudja befolyásolni a szerkezetben a hőmérsékleti adatokat és a számítás alapján látható, hogy a két oldalán elhelyezett hőszigetelésekben megváltozik a hőfokesési görbe, kisebb hőmérséklet különbséget kell áthidalni. Azonban ez a csökkentett hőterhelés nem befolyásolja a hőszigetelésünk viselkedését.
3.5.6.3.
LEHETSÉGES VISELKEDÉSI MODELL A NYÁRI IDŐSZAKBAN
A 3. rétegrendnél leírt elvi meggondolások alapján a belső oldali fázisváltó anyag képes egyenletesebbé tenni a benti hőmérsékletet.
35
3.5.6.4.
TÉLI HŐFOKESÉSI GÖRBE JELLEMZÉSE
Az átlag hőmérsékleti adatok alapján számított értékek, amelyek a PCM tartalmú rétegek hőmérsékletét fejezik ki, kimutatták, hogy nem történik meg a fázisváltás egyik rétegben sem. Ennélfogva a fázisváltó anyag nincs hatással a hőfokesési görbére.
3.5.6.5.
LEHETSÉGES VISELKEDÉSI MODELL A TÉLI IDŐSZAKBAN
Télen a 3. rétegrendnél ismertetett logikát követve a belső oldali fázisváltó anyag alkalmas lehet a fűtési szakaszok csökkentésére. A két hőszigetelő réteg közé elhelyezett PCM nem tud részt venni a hőtárolásban, így elhanyagolható a szerkezet viselkedése szempontjából.
3.5.7.
V. RÉTEGREND KIÉRTÉKELÉSE
3.5.7.1.
FELTÉTELEZÉS
Az üvegszerkezet voltából adódóan a fázisváltó anyag hasznosítani tudja a nap sugárzásából származó energiát, miközben közvetlen kapcsolatban van a belső térrel. Ezért mind télen, mind nyáron szerepet tud játszani a belső hőmérséklet alakításában.
3.5.7.2.
SZÁMOLÁSI ADATOK JELLEMZÉSE
A szerkezet, a fázisváló anyag tulajdonságait nem figyelembe véve, mint bármilyen másik hőszigetelő üvegszerkezet viselkedik.
3.5.7.3.
ELVI MŰKÖDÉS
A külső nemesgázzal töltött légrésben egy prizma található, amely a szerkezet viselkedését befolyásolja az évszakok függvényében. Nyáron a prizma a nagybeesési szögű napsugarakat nem engedi eljutni a fázisváltó anyagot tartalmazó rétegig, ezért a PCM a fázisváltáshoz nagyrészt a belső hőmérséklet csökkentésével nyeri az energiát. Az esti, éjszakai órákban a felgyülemlett energiát a hőmérséklet csökkenésével leadja, ezt azonban csak a belső térbe tudja lesugározni, mivel az üvegszerkezet külső része nagyobb hővezetési ellenállással rendelkezik. Ebből kifolyólag ebben az időszakban szükséges a megfelelő szellőzés biztostása.
36
Télen a prizma beengedi a napsugárzást, az alacsony beesési szög miatt, így azok elérik a PCM-et, ami el tudja nyelni energiájukat, és fázisváltásra felhasználni azt. Amint a belső térben a hőmérséklet kevesebb, mint a fázisváltó anyagban az elkezdi kisugározni magából az energiát, ezáltal melegíti a belső teret. A napterek ugyanezen elv alapján működnek, az üvegszerkezet beengedi a napsugárzást, majd azt elnyeli egy nagy hőtároló képességű szerkezet (pl.: padló, fal), de ez nagy helyigényű, míg az általunk vizsgált szerkezet pusztán néhány centiméteres.
KÖVETELMÉNYEKNEK VALÓ MEGFELELŐSÉG
3.5.8. Az
egyes
épületszerkezettani
beépített
termékek
kategóriával
önmagukban
szemben
támasztott
is
megfelelnek
annak
követelményeknek,
az
amibe
besorolhatóak. Ezáltal a szerkezetek amelyekbe az egyes termékek beépítésre kerülnek megfelelő
méretezés
és
szerkesztési
szabályok
betartása
mellett
kielégítik
a
követelményeket. A tartóssági (a fázisváltó anyagot tartalmazó szerkezet energetikai szempontból hatékony működését vizsgálva), illetve a tűzállósági követelményeknek való megfelelőséget az egyes anyagok ismertetése tartalmazza. A fenntartható anyag iránt támasztott követelmény rendszer kielégítésének mértékét szintén a különböző termékek leírása foglalja magában. Ezen követelményeknek való megfelelőség mindig termékfüggő, így nem általánosíthatunk a PCM-et tartalmazó építőanyagok esetében sem, mindig egyedi vizsgálatot igényel.
3.6.
S ZERKEZET VÁLASZTÁS ADOTT KÖRÜLMÉNYEK ISMERETÉBEN Mindig vizsgálnunk kell, hogy adott körülmények között, az adott igényszint
kielégítésére milyen szerkezet a legoptimálisabb. Az általunk vizsgált szerkezeteket különböző esetekben célszerű beépíteni, mérlegelni kell, hogy milyen épületszerkezeti rendszert és milyen építőanyagokat használunk.
3.6.1. A FALASSZERKEZETEK Magyarországon az egyik legelterjedtebb építési rendszer a falas szerkezetű építés. Az általunk vizsgált rétegrend esetében a fázisváltó anyagot a falon belül különböző síkokra építettük be és vizsgáltuk, hogy az adott rétegben keletkezik-e akkora hőmérséklet, hogy az anyagban bekövetkezzen a fázisváltás. 37
Eredményeink alapján elmondhatjuk, hogy nyáron a falszerkezet külső síkjára elhelyezett fázisváltó anyaggal ellátott vakolat csökkenti a napi hőterhelést a szerkezeten belül. Azonban a belsőtér hőmérsékletét jelentősen nem befolyásolja. A hőszigetelés és a falazat közé beépített PCM, bár csökkentette nyáron a hőterhelését a szerkezetnek, de ez annyira alacsony, hogy szerepe elhanyagolható. A belső oldalra helyezett fázisváltó anyag képes felvenni a nyári túlmelegedés okozta „felesleges” hőmennyiséget, de ezt később leadja, így a lehűlési folyamatot késleltetve. Ezt a problémát azonban megfelelő szellőztetéssel ki lehet küszöbölni. A téli hőmérsékleti adatok alapján elmondhatjuk, hogy csak a belső oldalon érheti el az olvadáspontját az anyag, azonban ezt is csak akkor, ha figyelembe vesszük a fűtési időszakokat, amikor a hőmérséklet az átlag fölé emelkedik. A falazott szerkezetek esetén (családi ház, kisméretű társasház) akkor használható ki az anyag maximálisan, ha külső és belső oldalon is alkalmazzuk, mert így védjük szerkezeteinket és csökkentjük a benti fűtésre, illetve hűtésre elhasznált energiát. Egyes esetekben nincs lehetőség mindkét oldali használatra, ezekben az esetekben a belső oldali elhelyezés mindenképp az előnyösebb, hiszen nyáron a túlmelegedést akadályozza, télen a felfűtés energiáját felveszi és folyamatosan adja azt le.
3.6.2. KÖNNYŰSZERKEZETES RENDSZER A könnyűszerkezetes építési mód egyik hátránya a hőtárolótömeg hiánya, ezt pótolja a fázisváltó anyag a szerkezetben. A külső oldali PCM bár csökkenti a napi hőterhelést az épületszerkezeten belül, ennek kevésbé van jelentősége, mivel a hőszigetelés fel tudja venni a különbséget. A belső oldali fázisváltó anyagnak azonban ugyanolyan funkciója van, mint a falas rendszer esetén, nyáron véd a túlmelegedéstől, télen tárolja és eltolva leadja a fűtési energiát. Ennél a szerkezetnél elmondhatjuk, hogy valós értelme a beépítésnek csak a belső oldalon van, külső oldalon hatása elhanyagolható.
3.6.3. ÜVEGSZERKEZET Az irodaházak építésénél leggyakrabban vázas szerkezetet alkalmaznak, így lehetőség nyílik nagy üvegfelületek létrehozására a homlokzaton. Az
általunk
vizsgált
GlassX
nevű
termék
fényáteresztő
tulajdonságának
köszönhetően megfelelő természetes megvilágítást tud biztosítani, ugyanakkor a benne található fázisváltó anyagnak és prizmának köszönhetően képes az irodaterek 38
hőmérsékletét a komfortos értékek között tartani, és csökkenteni a hűtési és fűtési költségeket. A belső falak nélküli, nyíltterű irodáknál az álmennyezeten és apadlón kívül más lehetőség nincs is PCM elhelyezésére. A homlokzati üvegszerkezettel szemben az álmennyezetben vagy a padlóban elhelyezett fázisváltó anyag nem képes a napsugárzás energiáját felhasználva egyenletes hőmérsékleten tartani a belső tereket a téli időszakban. Nyáron a napközben elnyelt felesleges hőt az este/éjszaka folyamán adja le a térnek, aminek az elvezetéséről megfelelő szellőztető rendszerrel gondoskodni kell. A lakásokkal ellentétben viszont itt nincs igény az éjszakai jelentős lehűlésre, így nem okoz problémát, hogy nem valósítható meg olyan intenzív szellőztetés, mint egy lakóingatlannál. Ezen szempontok alapján a szerkezet ideális megoldás lehet irodaépületek energiatakarékosabbá tételéhez. A kisebb méretű épületek esetében (családi házak) a naptér helyettesíthető ezzel a szerkezettel, azonban ez nem elterjedt. Ennek egyik fő oka lehet a termék költségessége, azonban ennek biztos állításához további költség-megtérülés vizsgálat lenne szükséges.
39
4.
ESETTANULMÁNY K ÍSÉRLETI ÉPÜLET 24
4.1.
Általános Esettanulmányként egy kísérlet szolgál, amelyet az Arizona Public Service a Phase Change Energy Solutions (PCES) Inc.-vel közösen végezett, hogy bizonyítsák a PCES által gyártott BioPCM hatékonyságát. A kísérletet az Egyesült Államok-beli Arizonában, Tempe-ben (Phoenix külvárosi része) végezték el. A helyszín választásánál figyelembe vették, hogy ez a terület az, ami a legtöbb napsugárzást kapja egy év folyamán, valamint a nyári időszakban itt a legmagasabb a klímaberendezések átlagfogyasztása. Azért fontos a helyszín, mert a PCMet éppen a hőmérséklet egyenletesen tartására fejlesztették ki, vagyis itt lehetne a legtöbbet nyerni a hűtésén egy épületnek, illetve a leginkább kihasználható a fázisváltó anyagok napsugárzásból származó energiaelnyelésének a képessége. Kísérlet A kísérletben kettő azonos nagyságú és azonos szerkezetekkel megtervezett „ház” került megépítésre (9. ábra). Az épületek méretei 4.876 m x 3.657 m x 2.43 6m (hosszúság x szélesség x magasság). Mindkét épület bejárati homlokzata kelet felé néz. A készítők azt is biztosították, hogy ne legyenek leárnyékolva az épületek és a szél áramlása se legyen akadályozva körülöttük. Mindkét épületbe egy hűtő-fűtő berendezés lett szerelve, amelyek rá lettek kötve egy-egy külön mérőeszközre, hogy számszerűsíthető legyen az energiafogyasztásuk.
9. ábra 40
Az északi ház külső térelhatároló szerkezeteibe BioPCM került beépítésre, így mind a négy falba, a padlóba, valamint a födémbe, különböző vastagságokban. A falak fa vázas szerkezetűek, a külső burkolatuk fa panelekből készült. A belső felületképzés gipszkartonnal történt, a tartószerkezet közé üvegszálas hőszigetelés és BioPCM került. Az északi és déli oldalukra mindkét háznak egy szellőzőt építettek be, továbbá egy fa ajtó és egy ablak került a keleti homlokzatra. Mindkét
épületbe azonos
hűtő-fűtő berendezést
építettek, amelyeket
egy
programozható szabályozó termosztáttal láttak el. Az előzetes tesztelések kimutatták, hogy a két házba beépített termosztát között mindössze 0,1 oF (0,66 oC ) eltérés volt a pontosságban. A termosztátok úgy lettek beprogramozva, hogy meghatározott időzónákban, meghatározott hőmérséklet alatt vagy fölött kapcsoljanak be (10. ábra). Időpont (óra)
Fűtés °C
Hűtés °C
6:00
22.7
25.0
8:00
22.7
25.0
18:00
22.7
25.0
20:00
20.5
22.3
10. ábra A kísérletben használt BioPCM 27 és 31 oC között vált fázist és az előnye ennek az anyagnak a többi PCM-el szemben, hogy több hőt képes elnyelni, illetve kibocsátani miközben átlép folyékonyból kristályos fázisba, illetve fordítva. A beépítés közben a BioPCM „matracok” 10%-os hőtágulásának helyet és lehetőséget biztosítottak, mind a falakban, padlóban illetve a födémben, hogy megakadályozzák a fóliák kiszakadását és így az anyag kiömlését. A 366 napos kísérletből 291 nap produkált értékelhető eredményt, kisebb-nagyobb akadályok és meghibásodások miatt. Az egy év folyamán mérték a külső hőmérsékletet, az energiafelhasználást, illetve az áramfogyasztást, továbbá a házak több pontján mérték a belső hőmérsékletet. Eredmények A kapott eredményekből számított adatokat az alábbi táblázat foglalja össze (11. ábra). 41
Hónap
Jan Feb Már Apr Május Jun Jul Aug Szept Okt Nov Dec
Adatokat szolgálta tó napok száma
Két mérés között eltelt idő (perc)
24 28 30 24 15 25 22 27 26 30 22 18
10 10 10 1 1 1 1 1 1 1 1 10
Hőmérsékleti csúcs eltolása (perc)
Havi energia felhasználás (kWh)
BioPCM nélkül (kWh) 60 3 2 11. ábra
157.193 113.551 92.421 95.727 126.217 273.204 318.775 292.695 188.927 94.104 60.209 152.988
Beépítet Megtakarít tBioPC ás (%) M (kWh) 111.897 28.82 91.364 19.54 83.919 9.2 81.526 14.83 108.618 13.94 240.165 12.09 268.152 15.88 234.417 19.91 140.031 25.88 71.272 24.26 42.595 29.25 116.219 24.03
A legnagyobb energia-megtakarítás novemberben mutatkozott közel 30 %-al, még a legkevesebb márciusban volt, alig 9 %. A Phoenix-i időjárás adatokból kiderül, hogy néhány téli hónapban (januárban, februárban, decemberben) egyáltalán nem volt olyan nap amikor a környező hőmérséklet a beépített fázisváltó anyag olvadáspontja fölött lett volna, illetve márciusban és novemberben kevés ilyen nap volt. Ebből az a következtetés vonható le, hogy ezekben az időszakokban a fázisváltás kiváltója a napsugárzás volt. A téli hónapokban bekövetkezett energia-megtakarítás a szilárd és folyékony halmazállapot közötti részleges megvalósulásnak tudható be, ami pedig az enyhe külső hőmérsékletnek, vagy az enyhébb napsugárzásnak vagy mindkettőnek a következménye. Mivel a fázisok közötti váltásban nyel el legtöbb energiát az anyag, így ez segíthetett a hőmérséklet felvételében, vagyis megakadályozhatta a hőáramlást a belső térbe. A PCM megszilárdulása csak később, az esti órákban volt megfigyelhető. Olyankor jelentős hőt adott le a belső tér felé, így növelve a benti hőmérsékletet és csökkentve a fűtő berendezés szerepét. A kapott eredmények összegzése, hogy a PCM használatával a külső hőmérséklet csúcsakor az energiafogyasztás megnő, ugyanakkor későbbi időpontra tolódik
és
jelentősen lecsőkken a belső hőmérséklet csúcspontja. Ezzel szemben a téli hónapokban a 42
legnagyobb energiafelhasználás a kora reggeli órákban van, később viszont a fölösleges hőmérsékletet felszabadítja a PCM, így csökkentve a fűtőberendezés munkáját. A BioPCM használata eltolta a külső hőmérsékleti csúcs időpontjától a belső hőmérsékleti csúcs időpontját, ami maximumnak az értéke az évszakok függvényében változik, azáltal, hogy a fázisváltó anyag hőt tárol (feltöltődési folyamat) a nappal folyamán, majd felszabadítja azt (kibocsátási folyamat) az éjszaka folyamán. Ez a tulajdonsága különösen fontos lehet iroda és kereskedelmi épületeknél, mert a külső hőmérsékleti maximum idejében ezek az épületek a legnagyobb energiafelhasználók a nyári időszakban, amikor is a BioPCM leginkább csökkentette az energiafelhasználást (12. ábra). Hónapok
Január Február Március Április Május Június Július Augusztus Szeptember Október November December
4.2.
Energiafelhasználás BioPCM-mel Csúcsidőben Csúcsidőn % (kWh) kívül csúcs (kWh) 25.26 67.18 27.33 30.55 59.62 33.88 39.23 50.46 43.74 54.73 22.93 70.47 40 67.92 37.06 170.74 65.48 72.28 152.37 115.91 56.8 148.3 86.4 63.19 101.63 51.37 66.42 52.16 16.06 76.46 14.05 28.38 33.11 18.89 95.63 16.49 12. ábra
Energiafelhasználás BioPCM nélkül Csúcsidőb en (kWh) 40.47 37.36 42.75 63.37 45.2 213.76 195.28 194.69 146.06 75.13 18.35 26.19
Csúcsidőn kívül (kWh) 86.27 73.39 57.8 27.85 80.38 53.84 123.12 93.4 64.7 18.8 41.2 124.75
%csúcs
31.93 33.73 42.52 69.47 35.99 79.88 61.33 67.58 69.3 79.99 30.81 17.35
M EGÉPÜLT PÉLDÁK A PCM alapanyagú termékek gyártói számos megvalósult épülettel büszkélkednek,
ugyanakkor az alább felsorolt épületek kísérleti jellegűek és a PCM használatán kívül más innovatív megoldásokat is alkalmaztak a jobb eredmények elérése érdekében, így a kimutatott energiahatékonysága az egyes épületeknek nem tulajdonítható tisztán a fázisváltó anyagoknak. BASF - Micronal® PCM: 3-Liter-Haus,Ludwigshafen (2001); Büroneubau der Badenova, Offenburg (2002);
DSC der LUWOGE/Fortisnova, Ludwigshafen 43
(2003); Hotel- und Bürokomplex, Berlin (2004); Haus der Gegenwart, München (2005); Hölderlin Gymnasium, Lauffen am Neckar (2005); Sonnenschiff Passivhaus Bürokomplex, Freiburg (2006). Az épületekbe elsősorban fázisváltó anyagokkal módosított gipszkarton került beépítésre válaszfalként, illetve álmennyezetként.25 DuPoint - Energain®: Irodaépületek: Wealdon District Council, UK; iCon, Daventry, UK; North West Housing Services, Liverpool, UK; Grand Lyon community,
Vénissieux,
Franciaország;
Busipolis
Metz,
Franciaország;
Lakóépületek: Zero carbon family dwelling Staplehurst, Kent, UK; Green Frame House, Olaszország; Oktatási intézmények: Edinburgh Napier University campus; Hamond High School Swaffham, Norfolk; Vaires sur Marne, Franciaország. Az épületekbe külső térelhatároló fal rétegrendjébe, álmennyezetbe és szerelt válaszfalba is beépítésre került a gyártó fázisváltó anyagú terméke az Energain 26 Glass X: Oktatási épület: Centre Professionnel, Fribourg, Switzerland (2010); Lakóépület: Silence, St. Erhardt, Svájc (2009); Eulachhof, Winterthur, Svájc (2006); Alterswohnen, Domat-Ems, Svájc (2005). Az épületekbe a Glass X termékei, vagyis üvegfalak lettek beépítve. 27 Phase Change Energy Solutions – BioPCM: Trekhaus, Oregon, USA 28 Az említett megvalósult épületekről nem szolgáltatnak a gyártók elegendő információt, ahhoz, hogy részletesen ki lehessen elemezni a PCM hatásait, és ily módon esettanulmányként lehessen őket kezelni.
44
5.
SZÁMÍTÁSOK29
egydimenziós hőátbocsátás számítása: Az általunk vizsgált szerkezetek mindkét oldalán levegővel érintkeznek. Ha a kétoldali léghőmérséklet nem egyezik, akkor hőáram keletkezik. Mivel a hőáram levegőből indul és oda is érkezik, így nagysága nem csak a szerkezet tulajdonságaitól, hanem a felületi hőátadástól is függ. A szerkezettel érintkező közegek hőmérsékleteinek egységnyi különbsége mellett egységnyi idő alatt az egységnyi homlokfelületen áthaladó hőáram megadja a szerkezet hőátbocsátási tényezőjét, ennek reciproka a szerkezet ellenállása. Réteges szerkezetek esetében a sorba kapcsolt ellenállások additívak. A szerkezeten belüli hőmérséklet eloszlás meghatározható a réteghatárokon és a felületeken kialakuló hőmérsékletből. Állandósult állapotban adott rétegen belül az eloszlás meredeksége állandó. Elmondhatjuk, hogy a hőmérséklet esés az egyes rétegekben úgy aránylik a külső és belső hőmérséklet különbséghez, ahogy az egyes rétegek ellenállása az egész szerkezetéhez.
45
46
47
48
6.
EREDMÉNYEK A mai korban egyre inkább előtérbe kerül az energiatudatos szemléletmód, így egyre
több olyan anyagot fejlesztenek ki, amik segítik az épületek energiahatékonyságát. A jelenlegi kereskedelmi forgalomban kapható (Magyarországon még csak egyéni egyeztetés alapján rendelésre), újonnan kifejlesztett anyagokkal fémjelzett termékek egyike a fázisváltó anyagokat tartalmazó építőanyagok. Egyre nagyobb érdeklődést vált ki a szakmai körökben ezen termékek alkalmazhatósága mind a felújítandó, mind az újonnan épített épületekben. Annak ellenére, hogy egyre nagyobb figyelem tárgya hazánkban kevéssé publikáltak az anyag jellemzői és használhatósági, beépíthetőségi tulajdonságai. Ennek okán vizsgáltuk a külső térelhatároló szerkezeteink közül a falszerkezetekbe történő beintegrálását. A kutatásunk során az alkalmazási lehetőségeket megvizsgáltuk és kielemeztük. Egyes falszerkezetekben a fázisváltó anyagnak a rétegrendben elfoglalt helyzete alapján meghatároztuk a megfelelő felhasználást. A termék működésének elvét figyelembe véve azt lehet mondani, hogy a falszerkezet belső oldalán elhelyezve előnyös hatással lehet a belső tér klimatikus viszonyaira és fűtésihűtési energiaigényeire. Ez az eredmény egybevág a gyártók által javasolt beépítési módra is, miszerint belső oldalra szükséges a PCM elhelyezése. A kutatásból az is világosan kiderült, hogy két, nem burkolati réteg közé beépíteni értelmetlen, mert a fázisváltó anyag nem tudja hasznosítani a napsugárzás energiáját, illetve a szerkezeten belül nincsenek olyan mértékű kilengések a hőmérsékletben, mint annak külső vagy belső oldalán, így egyes esetekben a fázisváltó anyag működésbe sem tud lépni, vagy ha mégis, az őt határoló szerkezetek elnyelik annak kibocsátott energiáját, így a belső térben már szinte semmilyen hatása nem érzékelhető. Ez igaz mind a falazott, mind a könnyűszerkezetű falaknál, ugyanakkor az üvegszerkezeteknél nem teljesen, hiszen két üvegtábla közé van beépítve a PCM, mégis az üveg hőtechnikai tulajdonságai miatt kapcsolatban tud lenni az anyag a belső térrel (le tud adni és fel tud onnan venni energiát), valamint a nap energiáját is hasznosítani tudja. A falszerkezet külső oldalára elhelyezett fázisváltó anyag nem tudja helyettesíteni a hőszigetelést, ugyanakkor a szerkezetek állagvédelme szempontjából előnyös lehet annak elhelyezése, hiszen csökkentheti a rétegrendben befelé őt követő szerkezetekben fellépő napi hőmérséklet ingadozást, azonban ezen hatás tényleges meglétét és esetleges mértékét pontosabb számítási és mérési eredményekkel ellenőrizni érdemes. 49
7.
GYAKORLATI HASZNOSÍTHATÓSÁG A kutatások eredményei azt igazolják, hogy a fázisváltó anyagokat tartalmazó
szerkezetek
alkalmazása
javíthatja
az
épület
(legyen
az
új
vagy
meglévő)
energiahatékonyságát, vagyis kevesebb energiát használhat az épület. A különböző termékek a költségüket figyelembe véve más-más épülettípusoknál lehetnek alkalmazhatók. A PCM tartalmú termékek beépítése olyan huzamos tartózkodásra szolgáló helyiségben lehet indokolt ahol a téli-nyári energiafogyasztás csökkentése a cél. Ilyenek például az irodaépületek, ahol napközben sokan, hosszabb időt töltenek az épületben és fontos a megfelelő komfortérzetük, hogy a teljesítőképességük is a legoptimálisabb lehessen. Ezt nyáron légkondicionáló berendezéssel, télen pedig fűtéssel lehet elérni, ugyanakkor a fázisváltó anyagok használatával csökkenteni lehetne ezek működési idejét, így jelentős megtakarítás érhető el az energiafogyasztásban. A lakóépületek világában is létjogosultsággal bírnak a fázisváltó anyagok, hiszen gyakori, hogy hosszabb időt tölt otthon egy család napközben és olyankor az irodaépületekhez hasonlóan a komfortérzet biztosítását segíthetik ezek az anyagok. Beépíthetőségét
tekintve
bizonyos
szerkezetek
meglévő
épületekben
is
megvalósíthatók, viszont ezek alkalmazhatósága egy további kutatás témáját képezné. A fázisváltó anyagokat tartalmazó szerkezetek egyelőre nem felelnek meg minden követelménynek amiket a fenntartható építészet anyagaival szemben támasztunk. Leginkább az energiafogyasztás csökkentése az az egyetlen kritérium amit jelenleg teljesíteni tud, és ami miatt többen a fenntartható építészet keretein belül foglalkoznak a PCM-mel, azonban ígéretes próbálkozások megerősítik és az alap gondolat sem zárja ki, hogy a közeljövőben olyan anyagból olyan eljárással sikerül ilyen tulajdonságokkal rendelkező szerkezetet előállítani, ami már minden követelményt kielégít és teljes mértékben a fenntartható építészet alapanyagainak sorába emeli ezeket az anyagokat, szerkezeteket. Ezen elgondolások alapján a szigorúan ökologikus épületeknél még nem megalapozott a fázisváltó anyagok alkalmazásának létjogosultsága.
50
8.
TOVÁBBI KUTATÁSI FELADATOK Dolgozatunkban pusztán egy kis részt emeltünk ki a fázisváltó anyagok
alkalmazhatóságára. Ezen kívül számos további kutatási terület van, amit érdemes lenne megvizsgálni. További épületszerkezetekbe lehet beintegrálni az anyagot (álmennyezet, válaszfal, padló stb.), ezen szerkezetekbe való beépítés szintén befolyással van az épület energia fogyasztására.
Maradtak
olyan
nyitott
kérdések
is,
hogy
adott
esetben
beton/vasbetonszerkezetekben történő alkalmazásra milyen lehetőségeink vannak, illetve ez hogy befolyásolja a szerkezeti jellemzőit az anyagnak. A padlószerkezetbe való beépítés során padlófűtés esetén, hogy befolyásolja annak hatékonyságát, illetve a milyen szerkezeti rétegrendet kell alkalmazni a maximális kihasználtság érdekében. Jelentős az építészeti tervezés kérdése az anyag felhasználásban. A benapozás vizsgálat segítségével az épületünk megfelelő oldalára elhelyezhetjük a fázisváltó anyagot, így nem szükséges az egész épületben alkalmazni azt. Vizsgálandó még az anyag alkalmazhatósági korlátai a felújítások esetében, illetve hogy milyen mértékű beépítése a legoptimálisabb,mind új, mind régi épületek esetében. Természetesen nem szabad megfeledkeznünk a költséghatékonyság kérdésköréről sem. Feltétlen elemezni kell a megtérülési időt, illetve a szerkezet összköltségét. Egyes speciális igényű helyiségek esetén fokozott hőterhelés jelentkezik. Kérdés, hogy ezen esetekben alkalmazható-e a fázisváltó anyag, illetve milyen módon lehet megoldani az időközi visszahűtésüket, ha állandó a magas hőmérséklet (pl.: szerverterem). Épületgépészeti rendszerek esetében is alkalmazható az anyag (pl.: használati melegvíz tartály falában, napkollektorokban), ezen lehetőség vizsgálata azonban más inkább gépész szemléletet követel. Külön kutatásként vizsgálható, hogy milyen módszerekkel lehet az anyagot, tényleges fenntarthatóvá alakítani, és így milyen követelményeknek fog megfelelni, azonban ezt szintén csak építőanyagra lebontva lehet teljes mértékig vizsgálni.
51
9.
KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Szeretnénk köszönetet mondani Dr. Lányi Erzsébet egyetemi docensnek, hogy
mindvégig segített bennünket a munkánk során továbbá Dr. Jelikó Róbertnek és Horváth Zsombornak a Lasselsberger-Knauf alkalmazástechnikai vezetőjének és tanácsadójának. A számítások során köszönjük Viczai János tanár úr segítségét.
52
10. IRODALOMJEGYZÉK 1
Hülber Attila: Épületek intelligens hőszabályozása
2
http://www.micronal.de/portal/load/fid774774/Catalogue%20Micronal%20PCM.pdf
3
2012_glassx_presentation
4
Fülöp Orsolya: NEGAJOUL 2020 - A magyar lakóépületekben rejlő energiamegtakarítási lehetőségek; ENERGIAKLUB, 2011
5
http://www.nasa.gov/offices/ipp/centers/jsc/spinoff/PhaseChange.html
6
http://www.nasa.gov/centers/johnson/engineering/life_support_systems/crew_payload/ind ex.html
7
http://www.jsc.nasa.gov/jscfeatures/articles/000000118.html
8
http://www.outlast.com/en/applications/coating/
9
http://www.outlast.com/en/applications/fiber/
10
http://www.outlast.com/en/applications/matrix-infusion-coating/
11
http://www.outlast.com/en/applications/
12
http://www.outlast.com/en/end-uses/
13
http://www.humansid.com/xe/index.php?mid=aboutSmaCool
14
http://energain.co.uk/Energain/en_GB/index.html
15
http://glassx.ch/index.php
16
http://phasechangeenergy.com/
17
http://www.micronal.de/portal/load/fid513384/2010_04%20Micronal%20PCM%20Katal og.pdf
18
A Lasselsberger-Knauf által küldött információk alapján
19
Dr. Gábor László: Épületszerkezettan 1. kötet , 5-34.o., 50-54.o.; Tankönyvkiadó, Budapest, 1981
20
Dr. Gábor László: Épületszerkezettan 2. kötet, 97-166.o.; Tankönyvkiadó, Budapest, 1983
21
Ingatlanvagyon-értékelő és közvetítő szakképzés, A-I. modul Műszaki ismeretek tankönyv, Füti Omega Kft. 2006; 28. 33. 34. oldal
22
Baumann Mihály, Dr. Csokonyai Tamás, Dr. Kalmár Ferenc, Dr. Magyar Zoltán, Dr. Majoros András, Dr. Osztroluczky Miklós, Szalay Zsuzsa, Prof. Zöld András: Az új épületenergetikai szabályozás 18-23.o.; BAUSOFT Pécsvárad Kft, Pécs, 2006. január
23
http://www.villagepcm.com/energy-saving-benefits.htm 53
24
Karthik Muruganantham: Application of Phase Change Material in Buildings: Field Data vs. EnergyPlus Simulation, 2010
25
http://www.micronal.de/portal/load/fid513382/2010_04%20Micronal%20PCM%20Katal og.pdf
26
http://energain.co.uk/Energain/en_GB/references/index.html
27
http://glassx.ch/index.php?id=571
28
http://www.greenbuildingadvisor.com/blogs/dept/green-building-news/trekhauspassivhaus-duplex-oregon
29
Juhariné Dr. Koronkai Andrea, Dr. Kuba Gellért, Dr. Majoros András, Dr. Osztroluczky Miklós, Dr. Reis Frigyes, Dr. Várfalvi János, Dr. Zöld András: Épületfizika 40-46.o.; Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1997.
54
