SZENT ISTVÁN EGYETEM TRANSZPARENS H SZIGETELÉSEK ALKALMAZÁSA PASSZÍV SZOLÁRIS RENDSZEREKBEN. Doktori (Ph.D.) értekezés. Sz cs Miklós. Gödöll 2005

SZENT ISTVÁN EGYETEM

TRANSZPARENS HėSZIGETELÉSEK ALKALMAZÁSA PASSZÍV SZOLÁRIS RENDSZEREKBEN Doktori (Ph.D.) értekezés

SzĦcs Miklós

GödöllĘ 2005.

A doktori iskola

megnevezése:

MĦszaki tudományi

tudományága:

AgrármĦszaki

vezetĘje:

Dr. SzendrĘ Péter DSc egyetemi tanár, a mezĘgazdasági tudomány doktora SZIE, Gépészmérnöki Kar, Géptani Intézet

témavezetĘ:

Dr. Farkas István DSc egyetemi tanár, tanszékvezetĘ, a mĦszaki tudomány doktora SZIE, Gépészmérnöki Kar, Fizika és Folyamatirányítási Tanszék

………………………………… Az iskolavezetĘ jóváhagyása

……………………………… A témavezetĘ jóváhagyása

2

TARTALOMJEGYZÉK JELÖLÉSEK, RÖVIDÍTÉSEK JEGYZÉKE..………………..……………... 5 1. BEVEZETÉS………………………………………………………………… 7 1.1. A választott téma jelentĘsége………………………………………………. 7 1.2. Célok, feladatok…………………………………………………………….. 7 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS………………………………………………... 2.1. A transzparens hĘszigetelések fogalma, általános jellemzĘi…………. 2.1.1. A transzparens hĘszigetelések anyagszerkezeti jellemzĘi……………….. 2.1.2. A transzparens hĘszigetelések fizikai jellemzĘi…………………………. 2.2. Transzparens hĘszigetelésĦ passzív szoláris rendszerek……………... 2.2.1. Direkt nyereségĦ (közvetlen hasznosítású) rendszerek…………………... 2.2.2. Indirekt nyereségĦ (közvetett hasznosítású) rendszerek…………………. 2.2.3. A transzparens hĘszigetelések szoláris hĘnyereségét meghatározó tényezĘk…………………………………………………………………... 2.2.4. Alacsony energiaigényĦ épületek példái transzparens hĘszigeteléssel…... 2.3. Transzparens hĘszigetelésĦ falak méretezési módszerei…….………..

11 11 11 17 20 21 22

3. ANYAG ÉS MÓDSZER…………………….………………………………. 3.1. Kísérleti és demonstrációs célú transzparens hĘszigetelésĦ szolárfal tervezése és építése……………………………………………………… 3.1.1. Szerkezeti kialakítás és hĘtechnikai jellemzĘk………………………….. 3.1.2. ÉrzékelĘ és adatgyĦjtĘ rendszer………………………………………… 3.1.3. A megvalósított transzparens hĘszigetelésĦ fal monitorozási eredményeinek elemzése………………………………………………………… 3.1.4. A transzparens hĘszigetelésĦ falszerkezet vizsgálata termovíziós módszerrel……………………………………………………………………. 3.1.5. A transzparens hĘszigetelésĦ falszerkezet termikus viselkedésének modellezése……………………………………………………………… 3.1.6. A transzparens hĘszigetelés blokkorientált rendszermodulja…………… 3.1.7. A monitorozási és a szimulációs eredmények összehasonlítása és értékelése……………………………………………...…………………. 3.2. Transzparens hĘszigetelések termikus jellemzĘinek vizsgálata mérĘasztal segítségével……………………………………………..…... 3.2.1. MérĘasztal kialakítása…………………………………………………… 3.2.2. ÉrzékelĘ-, és adatgyĦjtĘ rendszer továbbfejlesztése………….…………. 3.2.3. Mérési eredmények értékelése…………………………………………… 3.3. Transzparens hĘszigetelések optikai jellemzĘinek vizsgálata……….. 3.3.1. Fényáteresztés mérése különféle transzparens hĘszigetelés mintákon, változó beesési szög mellett, Ulbricht-gömb segítségével……………… 3.3.2. Transzparens hĘszigetelés minták fényáteresztésének mérése spektrofotométerrel…………………………………………………………………... 3.3.3. Fényáteresztés mérése luxmérĘ segítségével……………………………. 3.4. Transzparens hĘszigetelések alkalmazásának ökológiai szempontjai. 3.4.1. TH anyagok és szerkezetek ökológiai értékelésének módszere…………. 3.4.2. Környezetbarát TH anyagok alkalmazási lehetĘségeinek vizsgálata……..

37

3

29 30 34

37 37 40 41 48 50 51 52 53 53 54 55 60 60 64 69 70 70 74

3.5. Nád-szolárfal kifejlesztése…………………..…………….....………….. 3.5.1. A nád TH anyag hĘtechnikai jellemzĘinek vizsgálata……….………….. 3.5.2. Kísérleti nád-szolárfal építése………………………………….………... 3.5.2.1. A kísérleti nádfal szerkezeti kialakítása……………………….…….… 3.5.2.2. Átlátszatlan (opaque) nád-szolárfal modul…………….………………. 3.5.2.3. FényáteresztĘ (transzparens) nád szolárfal modul…….……………….. 3.5.3. A nád-szolárfalak termikus jellemzĘinek monitorozása és szimulációja... 3.5.3.1. Az átlátszatlan nád-szolárfal termikus vizsgálata…………..…………... 3.5.3.2. A fényáteresztĘ (üvegezett) nád-szolárfal termikus vizsgálata………… 3.5.3.3. A kísérleti fal mĦködése tömegfalként…………………………..……... 3.5.3.4. A nád-szolárfalak külsĘ üvegfelülete felmelegedésének vizsgálata….... 3.5.3.5. A nád transzparens hĘszigetelés blokkorientált rendszermodulja és szimulációja……………………………………………………………. 3.5.4. A nád-szolárfal páratechnikai jellemzĘinek vizsgálata…………..……… 3.5.5. A légszáraz nád TH anyag tĦzvédelmi tulajdonságainak vizsgálata….… 3.5.6. A nád-szolárfal kialakításának szerkezeti-, technológiai-, és építészeti szempontjai………………………………………………………………. 3.6. Transzparens hĘszigetelésĦ épületek tervezett példái…………..……. 3.6.1. MeglévĘ lakóház energiatudatos felújítása és épületenergetikai elemzése transzparens hĘszigetelésĦ passzív szoláris rendszerekkel……….....…… 3.6.2. Transzparens hĘszigetelésĦ aszaló-szárító üzemi épület tervezése………. 3.7. Transzparens hĘszigetelések alkalmazásának gazdaságossági feltételei………………………………………………………………… 3.7.1. A megtérülési idĘ…………………………………….………………… 3.7.2. Életciklus-elemzés……………………………..……………………….. 3.7.3. Tervezett élettartam……………………………….………………….… 3.8. Transzparens hĘszigetelésĦ passzív szoláris rendszerek meghibásodásának okai és javításuk módja………………………………………

75 75 79 79 80 80 81 82 83 84 87 90 91 93 94 97 97 108 113 113 114 115 115

4. EREDMÉNYEK…………………………………………………………….. 119 5. KÖVETKEZTETÉSEK ÉS JAVASLATOK…………………………….. 127 6. ÖSSZEFOGLALÁS………………………………………………………... 129 7. SUMMARY……………………………………………………………….... 131 8. MELLÉKLETEK…………………………………………………………... 133 M1. Irodalomjegyzék……………………………………………………….… 133 M2. Az értekezés témakörében megjelent publikációim…………………..…. 136 M3. Transzparens hĘszigetelĘ anyagok fĘbb fizikai jellemzĘi……………….. 140 M4. A kísérleti TH fal építésének és szerelésének képei…………...………… 142 M5. Az ÉMI Kht. 2005. 04.11.-én kelt M-203/2005 témaszámú vizsgálati jegyzĘkönyve a légszáraz nádszövet gyulladási hĘmérsékletérĘl……..… 145 M6. MeglévĘ modellépület (lakóház) építési engedélyezési terve a szoláris felújítást megelĘzĘ állapotról..……………………………………….…. 147 M7. A felújított épület energetikai jellemzĘi, transzparens hĘszigetelés alkalmazásával…………………………………………………….…….. 151 M8. Különféle TH anyagok fényáteresztésének mérési adatai Spektromom 401 fényelektromos fotométer segítségével……………………………..….... 153 KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS

………………………………………………

4

161

JELÖLÉSEK, RÖVIDÍTÉSEK JEGYZÉKE Jelölés A c C DD (G) g G I m N Q .

Q

(ĭ) q (ij) ȡ R T t T U V

Megnevezés terület fajlagos hĘkapacitás, fajhĘ hĘkapacitás (dQ/dT) hĘfokhíd az adott idĘszakra (pl. a fĦtési idényre) vonatkoztatva összenergia-áteresztési fok globál sugárzás intenzitás, a napsugárzás energiahozama tömeg naptényezĘ hĘmennyiség, hĘ

Mértékegység m2 J/(kg.K) J/K NF (nap fok) W/m2 W/m2 kg J (=Nm) [Wh*, kWh*]

hĘáram (hĘáramlás, hĘteljesítmény) W

.

( Q = dQ/dt) hĘáramsĦrĦség (q = ĭ/A)

W/m2

sĦrĦség (ȡ = m/V) hĘvezetési ellenállás termodinamikai hĘmérséklet nem termodinamikai hĘmérséklet idĘ hĘátbocsátási tényezĘ (korábbi jelölés: k) Térfogat Görög betĦk: hĘátadási tényezĘ Į abszorpciós tényezĘ a vastagság į emissziós tényezĘ İ hĘáram (hĘáramlás, hĘteljesítmény) ĭ hĘvezetési tényezĘ (Ȝ =q/(dT/dl), ahol dT/dl Ȝ hĘmérséklet-gradiens) csillapítási tényezĘ abszolút értéke Ȟ sĦrĦség ȡ idĘ IJ Rövidítések: PVC Polivinil-klorid Polikarbonát PC PMMA Polimetil-metakrilát Transzparens hĘszigetelés (anyag, szerkezet) TH RTH Részben fényáteresztĘ transzparens hĘszigetelés * Megjegyzés: nem törvényes mennyiség 5

kg/m3 m2K/W K o C s, h W/(m2K) m3 W/(m2K) m W W/(m.K) K/K Kg/m3 s, h

6

1. BEVEZETÉS

1.1.

A választott téma jelentĘsége

Magyarország évi összes energiafelhasználásának mintegy 25%-a, az Európai Unió összes országát tekintve a teljes energiafogyasztás 40%-a fordítódik jelenleg az épületek üzemeltetésére, túlnyomórészt a téli fĦtési hĘigény fedezésére, amelynek jelentĘs részét fosszilis energiahordozókból állítják elĘ. A fosszilis tüzelĘanyagok égéstermékeinek (az ún. „üvegházhatást” okozó gázok) emissziója azonban napjainkra már globális méretĦ kedvezĘtlen változásokat idézett elĘ Földünk légkörében és éghajlatában. E folyamatok visszaszorítására a Kyotói Egyezmény (1997) keretében Magyarország is kötelezettséget vállalt arra, hogy 2010-re az 1990 évi szinthez képest (6%-kal) csökkenti CO2 kibocsátását. Míg az Európai Unió országainak 2010-ig általában a megtermelt energia 12 %-át kell megújuló energiaforrásokból fedezni, a Magyarország számára elĘírt - sajátos helyzetét figyelembe vevĘ - 6,2 %-os részarányt is igen nehéz lesz elérni a fejlesztések jelenlegi üteme mellett. A hasznosítható hazai passzív szolár energia-potenciál mértéke a fĦtési határhĘmérséklet és a fĦtési hĘfokhíd alapján számítva éves szinten mintegy 22…58 PJ. A napenergia építészeti (passzív) hasznosítására alkalmasan kialakított új épületek esetén a becsült elérhetĘ éves növekedés volumene 1,5 1,8 PJ/év, a hatékonyan felújítható épületek esetén mintegy 1 PJ/év. (FÜLÖP et.al. 2005) Az épületek fĦtési energiafogyasztásának csökkentése napjainkra már halaszthatatlan feladattá vált, ezért a napenergia-hasznosító passzív szoláris rendszerek (ezen belül a transzparens hĘszigetelések) alkalmazásának is mind az energiahatékonysági-, mind pedig a gazdaságossági-, környezetvédelmi szempontok alapján egyre meghatározóbb szerepet kell kapniuk a közeljövĘben. Ezt az is bizonyítja, hogy a jelenlegi hĘtechnikai szabályozáshoz képest Magyarországon is döntĘ változást jelent a 2006 január 4.-én hatályba lépĘ, szemléletében is teljesen új épületenergetikai szabályozás, amelynek bevezetésére az Európai Tanács és az Európai Parlament 2002/91-es Direktívája kötelezi a tagállamokat. A szabályozás hatálya nemcsak az új-, hanem a meglévĘ épületekre is kiterjed, elĘírja a megújuló energiák felhasználásának elĘsegítését, az épületek energia-tanúsítványának elkészítését, a tanúsító jogosítványok feltételeinek szabályozását, a minĘség tanúsítás közzétételét a középületekben, az egyes energiaellátó rendszerek (kazánok, klímaberendezések) idĘszakos felülvizsgálatának rendjét. A bevezetendĘ új szabályozásnak megfelelĘ építészeti megoldásokat csak a jelenleginél átgondoltabb, az energiatudatos építészeti-, gépészeti-, energetikai szempontokat egyaránt figyelembe vevĘ, ú.n. „integrált szemléletĦ” tervezési módszerrel és hatékonyabb mĦszaki megoldásokkal lehet csak biztosítani. (OSZTROLUCZKY – ZÖLD, 2005) 1.2. Célok, feladatok A kutatómunka célkitĦzései: 1.

A transzparens hĘszigetelĘ anyagok különféle passzív szoláris rendszerekben való alkalmazhatóságának vizsgálata, 7

2.

A transzparens hĘszigetelésĦ rendszerek szoláris hĘnyereségének mértékét meghatározó tényezĘk vizsgálata, részben a kontakt- és a konvektív szolárfalak néhány jellemzĘ változatát modellezĘ minta hĘátbocsátási-, részben a különféle vastagságú, felületi kialakítású, rétegszámú és színĦ üvegrétegek, üvegezett szendvicsszerkezetek valamint fólia rétegek fényáteresztési jellemzĘi alapján,

3.

A transzparens hĘszigetelésĦ falszerkezet blokkorientált rendszermodelljének felállítása MATLAB+SIMULINK programcsomag felhasználásával,

4.

A transzparens hĘszigetelĘ anyagok és a felhasználásukkal készített szerkezetek ökológiai-, és szerkezettervezési szempontokon alapuló értékelemzési módszerének kidolgozása,

5.

Egy meglévĘ épület szoláris felújításának példáján keresztül a különféle passzív szoláris rendszerek, ezen belül a különféle anyagú és vastagságú transzparens hĘszigetelésĦ, üvegezett szerkezetek hatékonyságának elemzése,

6.

A helyi-, természetes eredetĦ, környezetbarát építĘanyagok közül az ökológiai- és ökonómiai szempontból egyaránt kedvezĘ megoldást kínáló nádnak, mint „részben transzparens” hĘszigetelĘ anyagnak a hĘ- és páratechnikai-, fényáteresztési-, valamint tĦzvédelmi jellemzĘinek vizsgálata,

7.

A transzparens hĘszigetelĘ anyagok és szerkezeteik jellemzĘ tervezési - kivitelezési hibáinak áttekintése, rendszerezése.

A kitĦzött célok megvalósításához megoldandó feladatok a következĘk Az 1., 3., és a 6. pontbeli célok megvalósítását a vonatkozó szakirodalom alapos áttanulmányozásán túl jelentĘs részben a Ph.D. munka keretében közremĦködésemmel tervezett és megvalósított kísérleti és demonstrációs célú transzparens hĘszigetelésĦ falszerkezet megépítése segíti (a falszerkezet tervezésével, kivitelezésével együtt járó tapasztalatok megszerzése, valamint a több éves monitorozással nyert adatok, szimulációs eredmények felhasználásával), A különféle fényáteresztĘ transzparens hĘszigetelésĦ rendszerek szoláris hĘnyereségének mértékét meghatározó optikai és hĘátbocsátási jellemzĘket különféle laboratóriumi eszközökkel (Ulbricht-gömbbel, spektrofotométerrel, luxmérĘvel valamint a PhD munka keretében újonnan kifejlesztett laboratóriumi mérĘasztal) segítségével vizsgálom meg.(ld. 2. pont) A megvizsgált mintákat célszerĦ úgy összeállítani, hogy a transzparens hĘszigetelésĦ kontakt-, és konvektív szoláris rendszereket modellezzék, illetve a mérések adatai e rendszerek kialakításával kapcsolatos lényeges adatokat szolgáltassanak, A transzparens hĘszigetelĘ anyagok és a felhasználásukkal készített szerkezetek ökológiai-, és szerkezettervezési szempontokon alapuló értékelemzési módszerének kidolgozása során a megkövetelt tulajdonságok új szemléletĦ, „súlyozásos” figyelembevételét igénylĘ új módszer kidolgozására van szükség, tekintettel arra, hogy a tulajdonságok jelenleg gyakran alkalmazott, súlyozásmentes figyelembevétele egyes szélsĘséges esetekben (pl. igényes belvárosi -, illetve a legegyszerĦbb gazdálkodó épületeknél esetenként félrevezetĘ lehet (ld. 4. pont),

8

A meglévĘ épületek szoláris felújítása során alkalmazott direkt és indirekt passzív szoláris rendszerek kialakításuktól, elhelyezkedésüktĘl, anyagaik fizikai jellemzĘitĘl függĘ, eltérĘ mértékben járulnak hozzá az eredeti épület szoláris hĘnyereségéhez. A különféle passzív szoláris rendszerek, ezen belül transzparens hĘszigetelésĦ rendszerek különféle változatai hatékonyságának elemzését célszerĦ ezért egy megvalósult épület példáján épületenergetikai programmal elvégezni (ld. 5. pont), A transzparens hĘszigetelĘ anyagok igen jelentĘs része napjainkban energiaigényes technológiával, mesterséges anyagokból (PC, PMMA, üveg) igen költséges szerkezetként készül, ezért megvizsgálom azokat a megoldásokat, amelyek az általában igen jelentĘs beruházási-, és hulladékkezelési költségeket mérséklik. Ennek érdekében kidolgozom a nád, mint helyi természetes építĘanyag „részben fényáteresztĘ” transzparens hĘszigetelésként történĘ alkalmazásának alapvetĘ szerkezeti változatait, valamint áttekintem a különféle transzparens hĘszigetelĘ anyagok újrahasznosítási lehetĘségeit (ld. 6. pont), A TH anyagok és szerkezeteik jellemzĘ tervezési - kivitelezési hibáinak áttekintéséhez, rendszerezéséhez a hibák okainak feltárása elengedhetetlenül szükséges. A meghibásodások okainak feltárása nemcsak az épületfenntartás, hanem az átgondolt tervezés szempontjából is igen fontos (ld. 7. pont).

9

10

2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS 2.1. A transzparens hĘszigetelések fogalma, általános jellemzĘi A transzparens hĘszigetelések (TH) a hagyományos átlátszatlan (opaque) hĘszigetelésekhez hasonlóan jó hĘszigetelĘk, de azoktól eltérĘen a felületükre esĘ napsugárzást (illetve annak egy részét) hasznosítani képesek azáltal, hogy a mögöttes szerkezeteket felmelegítik. Magyar megnevezésük az angol és német nyelvterületen elterjedthez (Transparent Insulation (TI), Transparente Wärmedämmung (TWD)) hasonló, és egyaránt használják mind az anyag-, mind pedig a TH anyagok felhasználásával készített passzív szoláris rendszerek megnevezésére. A „transzparens” megnevezés eredetileg csak az átlátszó anyagokra, szerkezetekre utalt, különbséget téve a kitekintést nem, csupán szórt fényt biztosító áttetszĘ, „transzlucens”, (translucent) változatokkal szemben. A szakma jelenleg minkét esetben a transzparens megnevezést használja mind a hazai, mind a külföldi szakirodalomban. A hagyományos-, és a transzparens hĘszigetelések között átmenetet képeznek azok a legújabb, átmeneti típusú hĘszigetelések, amelyek csak részben fényáteresztĘek: anyagaik átlátszatlanok ugyan, de anyagszerkezetük részben átengedi a fényt. Ezeket az anyagokat a szakirodalom a transzparens hĘszigetelésekkel együtt tárgyalja (pl. KERSCHBERGER et.al. 1997) de általánosan elfogadott elnevezésük ezidáig nem alakult ki. Ezért e hĘszigetelések sajátosságainak hangsúlyozására a „részben transzparens hĘszigetelés” (semi-transparent insulation) megnevezést (RTH) használom a továbbiakban. 2.1.1. A transzparens hĘszigetelések anyagszerkezeti jellemzĘi A transzparens hĘszigetelések kifejlesztése 1982-ben kezdĘdött a freiburgi FraunhoferInstitut für Solare Energiesysteme (ISE) vezetĘ kutatói, és a birminghami The Franklin Company Consultants Ltd. (TFC), 1990-tĘl a The International Solar Energy Society (ISES) munkatársai együttmĦködésével. Az azóta eltelt idĘszakban elsĘsorban Németországban és Angliában valósultak meg TH anyagú energiagyĦjtĘ falak és tetĘk, de számos más országban is fellelhetĘk kisebb felületĦ, kísérleti jellegĦ alkalmazások. Magyarországon transzparens hĘszigetelésĦ megvalósult referencia épületekrĘl, homlokzatokról jelenleg nem állnak rendelkezésre publikált adatok, információk. A kutatás szempontjából meghatározóak azonban ZÖLD méterezéssel kapcsolatos ajánlásai és FÜLÖP angliai kutatásokon alapuló vizsgálatai és doktori tézisei. (FÜLÖP (1993), ZÖLD (1999)). A transzparens hĘszigeteléseket JESCH (1993) két csoportra: az abszorber felületre merĘleges struktúrákra, illetve az ún. kvázi-homogén struktúrákra különítette el. Más kutatók (LOHR, BEHNSE N, 1993), (COMPAGNO, 1995), valamint (ZÖLD, 1995), (SZÉLL, 1997) az elĘbbi osztályozást két újabb csoporttal egészítették ki, így a transzparens hĘszigetelések négy fĘ csoportját különítették el: az abszorber felülettel párhuzamos struktúrák, az abszorber felületre merĘleges struktúrák, a durva pórusú (makrocellás) anyagok valamint a finom pórusú (mikrocellás) anyagok. PLATZER (1988) osztályozása az elĘzĘtĘl csak a harmadik és a negyedik csoport elnevezésében tér el: cellás-, illetve kvázi-homogén anyagok elnevezést használja. (ld. 1. ábra). A továbbiakban ez utóbbi – a nemzetközi szakirodalomban is legelterjedtebb - felosztás képezi a rendszerezés alapját. 11

1. ábra Transzparens hĘszigetelĘ anyagok anyagszerkezetének alapvetĘ változatai (PLATZER 1988) a, abszorber felülettel párhuzamos struktúrák; b, abszorber felületre merĘleges struktúrák; c, cellás struktúrák; d, kvázi-homogén anyagok

A TH anyagok alapvetĘ típusainak fĘ jellemzĘi a következĘk: Az abszorber-felülettel párhuzamos struktúrák jellemzĘ szerkezetei: a többrétegĦ üvegezések valamint a többrétegĦ fólia-szerkezetek. A többrétegĦ üvegezések változatai: a szilikát alapú állandó tulajdonságú-, változó- és változtatható tulajdonságú üvegek és a szerves üvegek. Az állandó tulajdonságú üvegezések fĘ csoportjai: a hagyományos kétrétegĦ, a hĘszigetelĘ-, hĘvédĘ-, hĘvisszaverĘ-, hĘelnyelĘ- valamint a szerves üvegek. Míg a hĘszigetelĘ üvegezések hagyományos és új változatai hĘtechnikailag általában megfelelĘek, a hĘvisszaverĘ- és hĘelnyelĘ üvegezések a passzív napenergia-hasznosítás szempontjából valamint az átbocsátott fény spektrális eloszlása szempontjából kedvezĘtlenek, ezért többrétegĦ transzparens hĘszigetelések külsĘ üvegezéseként nem javasolható alkalmazásuk. (2. ábra)

2. ábra Üvegek hullámhosszfüggĘ sugárzás-átbocsátása (SZÉLL 2001) A hĘszigetelĘ üvegek két-, vagy három üvegtábla peremei mentén távtartó lécekhez történĘ ragasztásával készülnek. A legjobb minĘségĦ hĘszigetelĘ üvegek hĘátbocsátási tényezĘje U = 0,4…0,7 W/m2K), amelyek fĘ jellemzĘi a következĘk: - Ragasztott hĘszigetelĘ üvegek alkalmazása (a páramentesítĘ anyaggal kitöltött alumínium távtartó elasztikus ragasztóval egyesíti a táblákat, így az üvegek hĘmozgása akadálytalan), - A két-, vagy háromrétegĦ üvegek réseit levegĘ helyett nemesgáz (argon, xenon), vagy transzparens hĘszigetelés tölti ki, - A lég-, vagy nemesgáz-rétegek mérete a 20 mm-t, a különféle kitöltĘ transzparens hĘszigetelĘ anyagok vastagsága az 50 mm-t nem haladja meg (a konvekció

12

mérséklése céljából, illetve a szükséges mértékĦ fényáteresztés biztosítása érdekében). A hĘvédĘ üvegek a téli, kifelé irányuló sugárzást a normál hĘszigetelĘ üvegezéseknél fokozottabban mérséklik azáltal hogy az üvegtáblák belsĘ felületein alacsony emissziós tényezĘjĦ vékony (alumínium, arany-, ezüst „low-E”) fémbevonatokat tartalmaznak, vagy bevonatos fóliákkal a hĘszigetelĘ üvegezés légterét megosztják. FĘ jellemzĘik: - a fémbevonatokat az üvegtáblák belsĘ felületein helyezik el (sérülésvédelem miatt), - a légrétegek helyett nemesgáz kitöltés, vagy transzparens hĘszigetelés is alkalmazható, - a fémbevonatok és a bevonatos fóliák nem léphetnek reakcióba a nemesgáztöltéssel, - a fémbevonatok közül az ezüst bázisúnál legjobb a szín-neutralitás és a fényáteresztés. A szerves üvegeket mesterségesen állítják elĘ, fĘbb anyagai: PVC (polivinil-klorid), Poliészter, PMMA (polimetil-metakrilát), PC (polikarbonát) Az idĘjárás és a Nap ultraviola sugárzása miatt fényáteresztésük mértéke – különféle mértékben – csökken, színváltozás, rideggé válás („öregedés”) következik be. Bevonatokkal az ellenálló képesség lényegesen javítható. A változó teljesítményĦ üvegezések fényáteresztĘ képessége a környezeti hatásoktól függĘen változik. FĘ fajtái: a fototróp-, és a a termotróp üvegezések. A fototróp üvegeket az jellemzi, hogy az anyagukba kevert ezüst-halogenidek intenzív napsugárzás esetén barna vagy szürke árnyalatúvá válnak, ezáltal a fényáteresztésük mértéke is csökken, majd a sugárzás csökkenésével a folyamat megfordul. Alkalmazásuk passzív szoláris rendszerekben nem javasolható, mert az elhomályosodás télen is bekövetkezik (ami a passzív napenergia hasznosítást kizárja), és a „fényszĦrés” csak a látható fény tartományában számottevĘ. A termotróp üvegeket elĘször a transzparens hĘszigetelések nyári védelmére fejlesztették ki. Funkcionális rétege a két síküveg lemez közötti 1-10 mm vastagságú gél, amely a hĘmérséklet emelkedésével elhomályosodik. Az átbocsátott fény diffúz, a beállított üveghĘmérséklet elérése esetén a fényáteresztés a napsugárzás teljes spektrumában egyenletesen (általában 10 százalékkal) csökken, ami a természetes megvilágítás szempontjából elĘnyös. (A termotróp üvegezés úgy is tervezhetĘ, hogy a napsugárzásnak csak 10 – 20 %-át engedje át a kritikus hĘmérséklet elérését követĘen). Téli idĘszakban a napsugárzás hatására nem sötétednek el. A termotrop üveg áteresztési tényezĘjének a hullámhossz függvényében történĘ változását különféle vastagságú gélrétegek esetén a 3. ábra szemlélteti. (ZÖLD 1999) Az üvegszerkezetek nélküli, ún. egyesített rendszerĦ transzparens hĘszigetelĘ elemeinek túlmelegedésének védelmére is alkalmazhatók termotróp rétegek, amelyeket a külsĘ mĦgyanta rétegre hordanak fel (RAICU 1996)

13

3. ábra Termotróp üvegek fényáteresztése különféle vastagságú gélrétegek esetén (a, esetben v= 1 mm, b, esetben v=10 mm) (ZÖLD 1999) A változtatható teljesítményĦ (elektrokromogenikus) többrétegĦ üvegezések fényáteresztésének mértéke mesterségesen, általában elektromos törpefeszültség segítségével) változtatható, szabályozható. FĘ fajtái: folyékony kristályos réteges üvegek és az elektroforetikus üvegek. A folyékony kristályos réteges üvegeknél a homályos állapot fenntartásához folyamatosan feszültség alatt kell tartani az üvegeket. Az üvegek rétegei közötti elektrolit rétegben a feszültség hatására elmozduló ionok átmenetileg homályossá teszik az üveget. A feszültség megszĦntével az eredeti állapot visszaáll. A jelenleg kisérleti fázisban lévĘ elektroforetikus üvegek 3-5 rétegbĘl állnak. Az aktív réteg két, elektromosan vezetĘ réteg között van amelyeket transzparens (üveg) rétegek határolnak. Az átláthatóság érdekében folyamatos elektromos feszültségre van szükség, ennek hiányában az üveg homályos felületet mutat. (ZÖLD 1999) A napenergia passzív hasznosítása szempontjából alkalmatlan üvegfajták: Az állandó tulajdonságú üvegezések körében a napvédĘ üvegek változatai: az elnyelĘ (abszorbeáló) üvegezések (az üveg anyagába kevert fém-oxidokkal), valamint a visszaverĘ (reflexív, ezen kívül szelektív) üvegezések. A változó teljesítményĦ üvegezések közül a fotokromatikus üvegek, amelyeknek a fényáteresztĘ képessége az UV sugárzás növekedésének hatására lecsökken. A kiszĦrt, illetve átbocsátott sugárzás kedvezĘtlen összetétele miatt ez utóbbi üvegek alkalmazása épületek homlokzati felületein nem javasolható. A szakirodalomban igen kevés adat található arra vonatkozóan, hogy a különféle színtelen és színes-, sík- és bordázott felületĦ üvegezések fényáteresztése hogyan viszonylik egymáshoz a látható fény tartományában. Ennek vizsgálatára laboratóriumi méréseket végeztem. (ld. 3.3.2. pont) MeglévĘ hagyományos üvegezések hĘveszteségei megfelelĘ tömítések alkalmazásával, esetleg hĘszigetelĘ üvegezésĦ vendégszárny elhelyezésével jelentĘsen mérsékelhetĘ. E csoportba sorolhatók továbbá a kétrétegĦ profilüvegezésĦ üvegfalak is, de ezeket – igen kedvezĘtlen hĘátbocsátási jellemzĘik miatt – csak belsĘ kiegészítĘ transzparens hĘszigetelĘ réteggel célszerĦ felhasználni).

14

Fólia-szerkezetek: Fóliaházak építéséhez az utóbbi években egyre gyakrabban használnak fel többrétegĦ, hĘszigetelĘ légréses fóliaszerkezeteket (pl. FILCLAIR típ. fóliaház). A fóliák anyaga igen gyakran UV stabil polietilén. A celofánhoz hasonló, környezetbarát hengerelt cellulóz acetát anyagú „hullámfóliákból” a svéd ISOFLEX cég gyárt transzparens hĘszigetelést. A 10 mm vastag hullámfóliarétegeket egymáshoz képest 90 fokkal elforgatva pontonként ragasztják egymáshoz. Az így elĘállított tetszĘleges (leggyakrabban 20…60 mm) vastagságú hĘszigetelést síküveg-, vagy légkamrás polikarbonát lapokkal határolt panelszerkezetekbe építik be. Az abszorber felületre merĘleges struktúrák két fĘ csoportját általában a 3-4 mm oldalhosszúságú, szabályos négyszöghálózat-keresztmetszetĦ ún. „méhsejt” illetve a 2-3 mm átmérĘjĦ kör keresztmetszetĦ, egymás mellé ragasztott, csövecskékbĘl álló ún. „kapilláris struktúrájú” transzparens hĘszigetelések képezik. A méhsejt struktúrák legelterjedtebb változatait elsĘsorban polikarbonátból (PC), ritkábban polimetil-metakrilátból (PMMA) készítik.. Polikarbonátból elsĘsorban szabályos 3x3 mm, illetve 4x4 mm négyzetrács keresztmetszetĦ különféle szélességĦ és vastagságú lapokat extrudálnak, amelyeket a gyártósoron a megrendelés szerinti hosszúságú (vastagságú) lemezekre szeletelnek, majd a lapokat oldalaik mentén összeragasztják.. (A német L.E.S. cég üvegezett bevilágító szerkezetekbe nemcsak a határoló üvegfelületre merĘleges, hanem azzal tetszĘleges szöget bezáró struktúrájú transzparens hĘszigetelĘ anyagokat is gyárt, amely különleges elĘnyöket jelent az üvegezett tetĘfelületek optimális természetes világításának biztosítása, és a hasznosító tér túlmelegedése elleni védelem szempontjából). A kapilláris struktúrájú transzparens hĘszigetelések két fĘ anyaga a PMMA és az üveg. A PMMA lemezeket úgy készítik, hogy elĘször 2-3 mm keresztmetszetĦ hengeres szálakat húznak (extrudálnak) amelyeket nagy átmérĘjĦ dobra tekercselnek fel, végül sugárirányban felszeletelnek (pl. a német OKALUX cég által gyártott KAPIPANE lemez). ÜvegbĘl a magas hĘfokon is hĘálló, 80 mm hosszú, 7 mm átmérĘjĦ üvegcsövekbĘl álló, a hengerpalástjaik mentén pontonként összeragasztott transzparens hĘszigetelést a német SCHOTT Üveggyár hozott forgalomba (HELIORAN márkanéven) 1996-ban. Az elĘbbiekben ismertetett transzparens hĘszigetelĘ anyagokat általában mindkét oldalukon üvegezéssel ellátott panelszerkezetekbe (modulokba) építik be, homlokzati tartóvázhoz rögzítve. Kivételt képez a STO cég abszorber-felületre teljes felületen ragasztott-, és a hagyományos hĘszigetelĘ rendszerek felületén elĘre megtervezett és kialakított helyre beépített ún. „egyesített” transzparens hĘszigetelĘ rendszere, amelynek fajlagos költsége - az igen költséges üvegszerkezet nélkül – az elĘbbinek csupán felét harmadát teszi ki.(ld. 2.2.2. pont) Az anyagszerkezetét tekintve az elĘbbi abszorber-felületre merĘleges struktúrákhoz sorolható, de mĦködési mechanizmusát tekintve a transzparens- és a hagyományos (opaque) hĘszigetelések között átmenetet képez a 90-es évek közepén Ausztriában kifejlesztett, hĘvédĘ- és penészgátló anyaggal kezelt, hullámkarton lapok egymásra ragasztott rétegeibĘl készített RTH anyag (GAP-SOLAR). Ebben a megoldásban a beesĘ napsugárzás csak a felületre merĘleges, illetve ahhoz közeli beesési szögek esetén juthat el hatékonyan az abszorber-felületre, függĘleges falsíkon alkalmazva azonban már az

15

anyag külsĘ részeiben elnyelĘdik. (A gyártó 5 cm vastagságú anyagot javasol szolár falak aktív felületi rétegeként.) Az elnyelĘdés következtében „hĘfüggĘny” alakul ki, ami jelentĘsen mérsékli a transzmissziós hĘveszteségeket. Állandósult állapotban a hĘfokesési görbe csúcspontja nem a tömegfal külsĘ felületén, hanem a hĘszigetelĘ anyagban helyezkedik el. Tekintettel arra, hogy a szakirodalom más anyagok felhasználását egyáltalán nem említi, célul tĦztem ki más, természetes anyag (pl. a nád) vizsgálatát is, amely szintén alkalmazható lenne környezetbarát épületek építése során. (ld. 3.5. pont) A különféle jelenleg gyártott transzparens hĘszigetelésĦ üvegezett szendvicsszerkezetek fĘbb változatait és közzétett mĦszaki jellemzĘit az M 3.2. táblázat tartalmazza. A cellás struktúrájú TH anyagok két fĘ csoportját az akrilhabok, illetve a szabályos négyszög-keresztmetszetĦ üregkamrás polikarbonát lemezek képezik. Az akrilhabok változó, néhány mm átmérĘjĦ légbuborékokból állnak (Pl. a német Prokuwa cég által gyártott THERMOCRYL TH-hablemez, vastagsága 20 mm). Az üregkamrás polikarbonát lemezeket egy-, vagy többrétegĦ változatban, az üvegezett szendvicsszerkezetekhez hasonlóan szintén panelszerkezetként építik be. (Például az elĘbbi 20 mm vastag akrilhab transzparens hĘszigetelĘ anyagot 4 mm illetve 16 mm vastagságú üregkamrás polikarbonát lemezek közé építik be, hĘátbocsátási tényezĘje a gyártó adatai alapján 0,94 W/m2K). Tekintettel arra, hogy a szakirodalomban a transzparens hĘszigetelésĦ szendvicsszerkezetek fényáteresztésére vonatkozóan alig találhatók mérési adatok, ezért néhány – a gyakorlati felhasználás szempontjából fontos, lehetséges szerkezet-változat fényáteresztésének mérését tĦztem ki célul (ld. 3.3.2 pont). A transzparens hĘszigetelések kvázi-homogén struktúráinak elnevezése mellett a szakirodalomban gyakori a finom pórusú (mikrocellás) megnevezés is. E csoportot az aerogélek granulált- és monolit táblái alkotják. AnyagszerkezetükbĘl adódó fizikai jellemzĘik - a rendkívül csekély testsĦrĦség és szerkezeti vastagság melletti legjobb hĘszigetelést és fényáteresztést biztosítják. Teljesen víztaszító (hidrofób) tulajdonságuk miatt a transzparens hĘszigetelések ideális anyagai. Alkalmazásuk gyors elterjedését jelenleg igen költséges gyártásuk hátráltatja. Az aerogéleket az 1930– as évek elején az amerikai KISTLER felfedezte fel és az elnevezés is tĘle származik. Az általa elĘállított lapok alapanyaga kezdetben sziliciumdioxid volt, késĘbb számos más anyaggal (pl. aluminium, volfram, cellulóz) is kísérletezett. Az aerogélek elsĘdleges szerkezeteit az 1 nanométernél kisebb átmérĘjĦ molekulahalmazok alkotják, amelyek összekapcsolódva, majd láncokká egyesülve alkotják az aerogélek szilárd vázát. Ezeknek az anyagoknak a testsĦrĦsége 30…300 kg/m3, porozitásuk 86…98 % .A német BASF cég Teichner eljárása alapján gyárt szilicium-dioxid (SiO2) alapú aerogélt (BASOGEL márkanéven), megrendelés esetén. (FRICKE 1988) Kovasav alapanyagból jelenleg a szintén német CABOT cég állít elĘ aerogélt NANOGEL márkanéven, amelynek hĘvezetési tényezĘje 25 oC-on Ȝ = 0,018 W/mK, porozitása 90%-nál nagyobb. ÉpítĘipari célra az aerogéleket két üvegtábla, vagy polikarbonát lemez közé építik be hĘszigetelĘ töltĘanyagként. A monolit aerogél táblák rendkívül sérülékenyek. A transzparens hĘszigetelĘ anyagok fĘbb gyártott fajtáit és fizikai jellemzĘit az M 3.1. táblázat tartalmazza. EzekbĘl az anyagokból gyártott, többrétegĦ szendvics-szerkezetek típusait és ezek fizikai jellemzĘit az M 3.2. táblázat szemlélteti.

16

2.1.2. A transzparens hĘszigetelések fizikai jellemzĘi (ld.M 3.1. és M 3.2. tábl.) Tömeg A TH anyagok tömege – az üvegezett szerkezeteket kivéve – általában igen kevés, ami a felhasználásukkal készített szerkezetek önsúlya szempontjából igen elĘnyös. Mégis körültekintĘen kell eljárni a beépítésük során, mert a viszonylag kis önsúlyuk ellenére a nagyobb egybefüggĘ felületek méretének meghatározásánál a sajátos anyagszerkezetükbĘl adódó ülepedés, roskadás jelenségével is számolni kell. Termikus jellemzĘk: A különféle TH anyagok hĘvezetési tényezĘjének (Ȝ), és hĘátbocsátási tényezĘjének (U) az anyagszerkezettĘl, valamint a szerkezeti vastagságtól függĘ összefüggéseit a 4. ábra szemlélteti. Míg a hagyományos (átlátszatlan) hĘszigetelĘ anyagok esetén a hĘátbocsátási tényezĘ értéke gyakorlati szempontból állandónak tekinthetĘ, a TH anyagoknál a szerkezeti vastagságnak (a hĘvezetési tényezĘvel ellentétben) fĘként az alacsonyabb mérettartományban (50 mm-nél kisebb vastagság esetén) van –az anyagszerkezettĘl függĘ – meghatározó szerepe a hĘátbocsátási tényezĘre. Kivételt csak az aerogélek képeznek, amelyeknél a hĘvezetési jellemzĘk közel konstansnak tekinthetĘk.

4. ábra A különféle TH anyagok hĘvezetési tényezĘjének (Ȝ), hĘátbocsátási tényezĘjének (U) és a szerkezeti vastagságuk összefüggése (SCHMID 1995) HĘállóság szempontjából a legkedvezĘbb paraméterekkel az üveganyagú transzparens hĘszigetelések rendelkeznek, hĘállóságuk 500 oC. Az aerogél finompórusú üveghabok hĘállósága SZÉLL (1997) szerint 200oC. A PC és PMMA anyagok hĘállósága a legkisebb, közel megegyezĘen 130…140 oC.

17

A TH anyagok optikai jellemzĘi: A TH anyagok optikai jellemzĘi (fényáteresztĘ képessége, reflexiója) jelentĘs mértékben függenek az anyag fajtájától, anyagszerkezeti kialakításától és vastagságától. A különféle építészeti (normál-, hĘvisszaverĘ-, valamint hĘelnyelĘ) üvegek fényáteresztĘ képessége a hullámhossz függvényében a 2. ábrán látható. Míg a normál síküvegek mind a látható fény, mind az infravörös tartomány jelentĘs részében közel egyenletesen fényáteresztĘek, a hĘvisszaverĘ (reflexós) üvegek a látható fény tartományában, a hĘelnyelĘ üvegezések az infravörös tartományban jóval kisebb mértékben áteresztĘk. Az abszorber felületre merĘleges (méhsejt) struktúrájú-, a cellás struktúrájú (akrilhab)-, valamint a kvázi-homogén struktúrájú (aerogél) transzparens hĘszigetelĘ anyagok vastagságtól függĘ fényáteresztését diffúz fény mellett a 5. ábra szemlélteti. Fényáteresztés szempontjából a méhsejt struktúrájú TH anyagok fényáteresztése minden szerkezeti vastagság esetén a legnagyobb, míg az aerogéleké és az akrilhaboké csak az 20 mm alatti tartományban kedvezĘ.

5. ábra Az abszorber felületre merĘleges (méhsejt)-, a cellás (akrilhab)-, valamint a kvázi-homogén struktúrájú (aerogél) transzparens hĘszigetelĘ anyagok vastagságtól függĘ fényáteresztése diffúz fény mellett (SCHMIED, 1995) A transzparens hĘszigetelĘ anyagok sajátos anyagszerkezeteik révén a természetes megvilágításnál egyenletesebb szórt megvilágítást biztosítanak (ld 6a, 6b ábra), valamint a napsugárzás beesési szögétĘl függĘ fényáteresztésével (téli és nyári) önszabályzásra, passzív hĘvédelemre is alkalmasak.(ld. 6c, 6d ábra)

18

a

c

b

d

6. ábra Transzparens hĘszigetelĘ anyagok fényszórása (6a és 6b ábra), valamint fényszabályozása különféle (téli és nyári) beesési szögek mellett (6c és 6d ábra) (a:PROKUWA, c; d: STO ismertetĘk, b: (KERSCHBERGER et. al. 1999)) A TH anyagok összenergia- áteresztési foka (g) A TH anyagok napsugárzásból származó összenergia áteresztési foka (g) 4…8 cm szerkezeti vastagság esetén 0,5…0,7 közötti érték. (E tartományban a hĘvezetési ellenállás mértéke (R = 0,8…1,6 K/W). A TH anyagok g értéke és szerkezeti vastagságaik közötti összefüggés a 7a. ábra alapján a következĘ (ZÖLD 1999): - Nagyobb g érték esetén nagyobb szerkezeti vastagság alkalmazása célszerĦ a beérkezett sugárzás minél nagyobb hányada transzmissziós veszteségeinek csökkentésére. - Kisebb g érték esetén a szerkezeti vastagságnak határozott minimuma van, ahol a TH anyag még jó energia-áteresztĘ, de a hĘszigetelése is már éppen megfelelĘ. Míg az aerogélek g értéke – anyaguk csekély abszorpciója miatt – csekély mértékben függ a fényáteresztésük mértékétĘl, a kapilláris- és méhsejt struktúrák esetén jelentĘsen eltérĘ abszorpciójuk következtében eltérĘ g értékeket eredményeznek. A különféle hĘszigetelésĦ üvegezések hĘátbocsátási tényezĘje (U) valamint összenergiaáteresztésük (g) mértéke közötti összefüggést a 7b. ábra szemlélteti. Azok az anyagok, 19

amelyek jó hĘszigetelés melletti legnagyobb szoláris nyereséget biztosítják az ábra bal felsĘ részén helyezkednek el.

a

b

7. ábra TH anyagok összenergia- áteresztési foka (g)és az anyagvastagság valamint a gértékek és a hĘátbocsátási tényezĘk (k) közötti összefüggés a, TH anyagok összenergia-áteresztési foka (g) valamint az anyagvastagság közötti összefüggés (ZÖLD 1999); b, TH anyagok összenergia-áteresztési foka (g) valamint a hĘátbocsátási tényezĘik (U) közötti összefüggés (KERSCHBERGER et. al. 1997) 1 kétrétegĦ hĘszigetelĘ üvegezés (normál) 2 háromrétegĦ hĘszigetelĘ üvegezés (normál) 3 kétrétegĦ fokozottan hĘszigetelĘ üvegezés (Argon töltĘgázzal) 4 háromrétegĦ fokozottan hĘszigetelĘ üvegezés (Argon töltĘgázzal) 5 háromrétegĦ fokozottan hĘszigetelĘ üvegezés (Krypton töltĘgázzal), különösen alacsony energiaigényĦ házakhoz kifejlesztve

2.2.

Transzparens hĘszigetelésĦ passzív szoláris rendszerek

A passzív szoláris rendszereknek – az aktív szoláris rendszerekhez hasonlóan – három alapvetĘ funkciót kell ellátniuk: A napenergia begyĦjtését, átmeneti tárolását, valamint a hasznosító térbe (terekbe) történĘ célba-juttatását. Azokat a passzív rendszereket, amelyekben a három funkció egyike sem különül el térben, direkt- (közvetlen hasznosítású) rendszereknek, ellenkezĘ esetben indirekt- (közvetett hasznosítású) rendszereknek nevezzük.(ZÖLD, 1999) Míg a direkt rendszerek határoló szerkezetei jellemzĘen a hasznosító tér közvetlen természetes világítását és késleltetés-mentes temperálását biztosító átlátszó (transzparens), illetve áttetszĘ (transzlucens) szerkezetei (pl. ablakok, függönyfalak, tetĘbevilágítók), az indirekt rendszerek külsĘ térelhatárolását általában átlátszatlan (opaque) szerkezetek szabályozható rendszerei (energiagyĦjtĘ falak, födémek stb.) alkotják.(8. ábra) 20

8. ábra Passzív szoláris rendszerek fajtái 2.2.1. Direkt nyereségĦ (közvetlen hasznosítású) rendszerek (ld. 8. ábra) A szóródásmentes rendszerek jellemzĘ szerkezeteit az egymással párhuzamos síkú átlátszó üveg- és fóliaszerkezetek képezik, közbezárt légréteggel, illetve energiatakarékos ablakok esetén nemesgáztöltéssel. A szóródásos (diffúz) rendszerek fényáteresztĘ, de nem átlátható szerkezetek. JellemzĘ szerkezetei a kétoldali síküveg, profilüveg, esetleg üregkamrás polikarbonát lemezek közé elhelyezett kapilláris-, méhsejt-, illetve kvázi-homogén struktúrájú transzparens hĘszigetelĘ anyaggal töltött transzparens szendvics szerkezetek. A direkt nyereségĦ napterek kisebb alapterületĦ változatainál a beesĘ napsugárzás a naptér két üvegrétegén áthaladva a hasznosító tér elnyelĘ felületein nyelĘdik el. Nagyobb alapterületĦ, vagy többszintes napterek üvegfedéseként, tetĘablakaiként gyakori megoldás

21

a szóródásos (transzparens hĘszigetelésĦ) rendszerek határoló szerkezeteit felhasználni az egyenletesebb, káprázásmentes természetes megvilágítás érdekében.(ld. 6. ábra) Irodák, iskolák, egyes középületek szakipari falaiban, függönyfalainak parapet- és ablaksávjában indokolt lehet a szóródásmentes és a szóródásos rendszerek bevilágító szerkezeteit komplexen is alkalmazni úgy, hogy a kitekintést biztosító felületeket helyezik el szemmagasságban. Különös körültekintéssel kell eljárni a direkt passzív szoláris rendszerek hĘtechnikai méretezésénél, különösen a nyári idĘszakban fellépĘ túlmelegedés veszélye miatt. Megoldást jelenthet az automatikusan mĦködtetett különféle mozgatható árnyékolók (textilek, az üvegtáblák közé beépített fényterelĘ fix lamella rendszerek) alkalmazása, illetve változó, vagy változtatható tulajdonságú üvegezések beépítése (naptényezĘjük figyelembevételével) megfelelĘen méretezett hĘtároló szerkezetek alkalmazásával egyidejĦleg. HĘtárolás szempontjából leginkább számításba vehetĘ szerkezetek: hidegburkolatok, falak, átszellĘztetett kĘ/kavics ágyak. (ld. 2.2.2. pont) 2.2.2. Indirekt nyereségĦ (közvetett hasznosítású) rendszerek Az indirekt rendszerĦ, hĘtároló faltömeghez közvetlenül- vagy közvetve kapcsolódó transzparens hĘszigetelésĦ szolárfalak két fĘ csoportját a hĘelnyelĘ abszorber felület helyétĘl függĘen két csoportba osztjuk: - Ha az abszorber felületet a tömör falszerkezet külsĘ felületén képezzük ki, és a transzparens hĘszigetelésĦ réteges szerkezetet az abszorber elĘtt vékony légréteg közbeiktatásával, vagy az abszorberre közvetlenül ragasztjuk ún. kontakt szolárfalat kapunk (9.ábra). A transzparens hĘszigetelésĦ kontakt tömegfalak és Trombe-falak hagyományos üvegezett változatait külsĘ oldalukon homlokzati tartóvázra elhelyezett, két oldalán üvegezett szendvicsszerkezetként, a fal felületére felhordott feketére mázolt abszorber-réteg elĘtt vékony, (1cm) vastag légrés közbeiktatásával, alakítják ki. Míg a tömegfalak üvegfelületei zártak, a Trombe-falak üvegfelüleinek alsó- és felsĘ részén méretezett, megfelelĘ átszellĘzést biztosító ablakokat helyeznek el, amelyek csak télen vannak zárva, nyáron a túlmelegedést elĘidézĘ fölösleges meleg levegĘ tömeget kivezetik, illetve az éjszakai hĦvös levegĘvel való áthĦtést (passzív hĦtés) teszik lehetĘvé. (9a ábra) Az újabb fejlesztésĦ, üvegezés nélküli, ún. egyesített transzparens hĘszigetelĘ rendszerĦ falaknál a gyárilag elĘkészített, külsĘ oldalán transzparens idĘjárásvédĘ bevonattal ellátott transzparens hĘszigetelĘ táblát közvetlenül az abszorber rétegre ragasztják, hagyományos (opaque) hĘszigetelĘ rendszer részeként. (9b. ábra) - Ha az abszorber felületet közvetlenül a transzparens hĘszigetelĘ réteg hátoldalán elhelyezett fémlemez felületén alakítjuk ki, és a fémlemez, valamint a falfelület között átszellĘztethetĘ légréteget biztosítunk, ún. konvektív szolárfalhoz juthatunk.(10. ábra) E szerkezettípus Trombe-falak építésére különösen alkalmas. Ebben az esetben a homlokzati tartóvázhoz olyan kompletten elĘszerelt paneleket rögzítenek, amelyekben a transzparens külsĘ oldalát üvegréteg, a belsĘ oldalát fém abszorber lemez határolja. A fém abszorber lemezrĘl a hĘ sugárzással és konvekcióval távozik a falfelület irányába, így a falfelület felmelegszik, illetve a felmelegedett levegĘ gravitációs légfĦtésként hasznosítható. A fal alsó és felsĘ vonalában 22

szellĘzĘ csappantyúkkal szabályozott légáramlást biztosítanak a túlmelegedés elkerülésére, valamint a légfĦtés biztosítására.

9. ábra Transzparens hĘszigetelésĦ kontakt szolárfalak 9a) Üveg szendvicsszerkezetes(GOETZBERGER – WITTWER 1993) 9b) Egyesített rendszerĦ (STO)

10. ábra Transzparens hĘszigetelésĦ konvektív szolárfalak változatai (WAGNER 1996) 10a) téli állapot, 10b) nyári állapot A transzparens hĘszigetelésĦ fal egyes rétegei kialakításának szerkezettervezési szempontjai a következĘk (A TH falak szerkezeti rétegeinek különféle változatait az 1. sz. táblázat tartalmazza): - HĘtároló falszerkezet: Feladata a külsĘ térelhatároláson, teherhordáson kívül az abszorber-rétegen keletkezĘ hĘ tárolása, valamint a keletkezĘ hĘáramoknak idĘbeli fáziseltolódással a belsĘ térbe vezetése (ennek ideje a falszerkezet anyagától, tömegétĘl és vastagságától függĘen általában 6…12 óra). Tömegük legalább 1200 kg/m3, de lehetĘleg 1600 kg/m3-t is haladja meg. A tömör falazó anyagok (pl. kisméretĦ tömör tégla, beton) alkalmazása célszerĦ, mert ezek hĘtároló képessége nagyobb. Optimális falvastagság áramlástechnikai okokból kb. 20…30 cm. Az abszorber-réteghez kapcsolódó oldalon sima beton-, illetve vakolt felületet kell biztosítani. Nagyobb felületĦ hĘtároló tömegek esetén a hĘtágulást dilatációval biztosítani kell. ElĘnyösek ezért az olyan szerkezeti 23

megoldások, amikor a hĘtároló falszerkezet statikai szempontból önhordó, a teherhordást pedig a vázkitöltĘ falazattól hĘszigeteléssel és dilatációval elválasztott vázszerkezet biztosítja. A falszerkezet tömege meghatározó jelentĘségĦ a kontakt szolárfalak abszorber felületein kialakuló hĘmérsékleti értékek szempontjából is: míg könnyĦ téglafalon 100 oC feletti értékek is létrejöhetnek, addig pl. betonfal esetében általában 70…80 oC közötti értékek mérhetĘk a külsĘ felületen. (Ez utóbbi esetben a fal belsĘ felületi hĘmérséklete 35…40 o C). 1. táblázat. TH falak szerkezeti rétegeinek különféle változatai TH falak Szerkezeti rétegei

Kontakt szolárfal (panelszerkezetes változat)

Kontakt szolárfal (egyesített rendszerĦ)

Konvektív szolárfal

Falkollektor

HĘtároló falszerkezet HĘtárolásra alkalmatlan opaque hĘszig. fal, külsĘ oldali abszorberrel Konvekciós áramlású légréteg Abszorber-réteg

+

+

+

-

-

-

-

+

-

-

+

+

+

+

+

-

+

-

-

-

+ +

+

+

+ +

+

-

-

-

+/-

+/-

-

-

+

+

+

+

HĘvédĘ-, és páranyomáskiegyenlítĘ réteg BelsĘ védĘréteg Transzparens hĘszigetelĘ réteg PáramentesítĘnyomáskiegyenlítĘ légréteg KözbensĘ szabályozható árnyékoló szerkezet KülsĘ védĘréteg

KülsĘ oldali szabályozható +/árnyékoló szerkezet Jelölések: „+” van, „-” nincs, „+/-” a tervezési programtól függĘen van/nincs

-

- Konvekciós áramlású légréteg: Konvektív szolárfalak és termikusan elválasztott rendszerek esetén fordul elĘ, vastagsága (a hĘtechnikai méretezéstĘl függĘen) általában 2…20 cm. Igen fontos, hogy a légréteghez kapcsolódó szellĘzĘ nyílások is megfelelĘ méretĦek és automatikusan szabályozhatók legyenek. - Abszorber-réteg: Anyaga kontakt szolárfalak sima vakolt falfelületein általában fekete, vagy más színĦ (de mindenképpen sötét árnyalatú) 2..3 rétegĦ hĘálló szolár-festés. Az egyesített (STO) rendszer esetén a transzparens hĘszigetelés rögzítésére is alkalmas, 24

fekete hĘálló rugalmas ragasztó réteg képezi az abszorber felületet. A konvektív szolárfalak és a falkollektorok szerkezeteiben fekete fémlemezt alkalmaznak abszorberként. A hĘtechnikai méretezés és a falszerkezet állagvédelme szempontjából általában nem okoz problémát az, ha az abszorber felület párazárat képez, hiszen a megfelelĘen tájolt fal belsĘ hĘmérséklete „üzemi állapotban” csaknem mindig magasabb a fal belsĘ felületi hĘmérsékleténél, ezáltal a páradiffúzió iránya megfordul, így nem juthat pára a szerkezet belsejébe. (Ez alól csak igen szélsĘséges esetekben fordulhatnak elĘ kivételek, mint pl. ha a külsĘ árnyékoló szerkezet meghibásodása folytán téli idĘszakban tartósan árnyékolt a falfelület, illetve ha a transzparens hĘszigetelés az északi tájoláshoz közeli homlokzaton helyezkedik el és a mögöttes teret mértéktelenül fĦtik. Ez utóbbi esetekben az említett lehetĘségeket a tervezés során figyelembe kell venni (pl. páranyomás-kiegyenlítĘ réteg betervezésével, a benapozási viszonyoknak megfelelĘen tervezett, automatikus szabályzású árnyékolók kialakításával, az alkalmazott hĘszigetelĘ panelek nagyságának és elrendezésének optimalizálásával, illetve párakiszellĘzĘ nyílások biztosításával.) Az abszorber felület színének lehetĘleg az abszorpció szempontjából is megfelelĘ sötét (barna, zöld, kék) színárnyalatok kiválasztására kell törekedni, mert szélsĘséges esetekben a szoláris nyereség hozamának a csökkenése (világos, vagy fehér színválasztás esetén) a 30…40%-ot is elérheti. Fekete színĦ abszorber-felület esetén (a transzparens hĘszigetelĘ anyag optikai tulajdonságai miatt) a homlokzaton halvány kékesszürke színhatás jelenik meg, amitĘl alig különböznek más színĦ abszorber-felületek homlokzati színei, mivel a transzparens szigetelésĦ homlokzat optikai látványát elsĘsorban a kapillárisokból visszaverĘdĘ szórt fény és a védĘréteg reflexiója határozza meg. - HĘvédĘ és páranyomás-kiegyenlítĘ réteg: A kontakt szolárfalak panelszerkezetes megoldásainál jellemzĘ megoldás a TH szerkezet és a fal abszorber felülete között 10…15 mm vastag légréteg biztosítása, hogy az abszorber felület relatív magas hĘmérséklete (70…120 oC) és periódikus változása ne okozzon a transzparens hĘszigetelés keretszerkezetében károsodást. Ezért a keretszerkezeteket a hĘmozgás felvételére alkalmas kapcsolatokkal és rögzítésekkel kell tervezni és kialakítani. E légréteg alkalmas továbbá a különleges idĘjárási viszonyok mellett a falszerkezet felĘli páranyomás kiegyenlítésére is, azáltal, hogy a keretszerkezet alsó vonalában néhány darab (rovarhálóval védett) 8…10 mm átmérĘjĦ szellĘzĘ-lyuk biztosítja a külsĘ légtérrel való összeköttetést, minimális filtrációs veszteség mellett. - BelsĘ védĘréteg: Kontakt üvegezett panelszerkezetes szolárfalak transzparens hĘszigetelését védĘ, általában 5-6 mm vastag síküveg lap. - Transzparens hĘszigetelĘ réteg: A transzparens hĘszigetelĘ anyagok fajtáinak ismertetését és anyagszerkezetük jellemzĘit a 2.1. pont tartalmazza. A kapilláris-, és a méhsejt-struktúrájú hĘszigeteléseket általában 5-12 cm, a (kvázi-homogén struktúrájú) aerogéleket az elĘzĘhöz hasonló hĘszigetelési igény esetén már 1…2 cm vastagságban is alkalmazhatjuk üvegrétegek között. A hagyományos helyszíni szerelés helyett egyre gyakrabban alkalmazzák a különféle elĘregyártott üvegezett szendvicsszerkezetĦ modulokat. - PáramentesítĘ-nyomáskiegyenlítĘ légréteg (az üvegezett szerkezeten belül):. Az esetlegesen a szerkezetben maradt pára kiegyenlítĘdését és távozását segíti elĘ ez a légréteg, amelynek vastagsága 2…5 cm, fĘként attól függĘen, hogy ebben a légtérben

25

automatikusan mĦködtetett árnyékoló szerkezet elhelyezésére szükség van-e. 5 cm-nél nagyobb légréteg-vastagság esetén jelentĘs konvekciós veszteségekkel is számolni kell. - KözbensĘ szabályozható árnyékoló szerkezet: A közbensĘ árnyékoló szerkezetet az elĘbbi bekezdésben ismertetett légrétegben helyezhetjük el. Ez lehet pl. egy kis átmérĘjĦ csĘmotorral automatikusan mĦködtetett mozgatható hĘvédĘ fólia, fémzsalu, vagy mozgó elemek nélküli tükrözĘ fém lamella rendszer is. Ez utóbbi nyáron a helyiségbe jutó direkt napsugárzás mértékét csökkenti, ezáltal egyenletesebb, szórt megvilágítást biztosít, télen a benapozást nem akadályozza, sĘt a mennyezet felé reflektált sugárzással a jól megvilágított zóna mélységét növeli. - KülsĘ védĘréteg: Anyaga az üvegezett szolárfalak és falkollektorok transzparens hĘszigetelésének csapadék-, és porvédelmét szolgáló, a táblamérettĘl és az igénybevételektĘl függĘ (általában min. 6 mm) vastag síküveg, polikarbonát lemez, illetve az egyesített rendszerĦ szolárfalak abszorber felületre ragasztott transzparens hĘszigetelését védĘ, üvegfátyolra felhordott, 2…3 mm vastag transzparens mĦgyanta alapú vakolat képezheti. Ez utóbbi külsĘ felületét 1…2 mm vastag üveggyöngyökbĘl álló réteg borítja. Kísérleti jelleggel a külsĘ védĘréteg felületén filmszerĦ bevonatot képezĘ termotróp bevonati réteget (ld. 2.1.1. pont) alkalmaztak, amelyek a transzparens hĘszigetelés mögötti falszerkezet idĘszakos túlmelegedését a külsĘ hĘmérsékleti viszonyoktól függĘ, változó mértékĦ fényáteresztéssel gátolja meg (RAICU et. al. 1996). - KülsĘ oldali szabályozható árnyékoló szerkezet: HĘvédelem szempontjából a leghatékonyabb (de egyben általában a legdrágább) megoldást jelentik a tengelyük körül elforgatható zsalulevelek, kitámasztható és nyitható táblák. Tekintettel arra, hogy a napsugárzás hatására jelentĘs mértékben felmelegedhetnek, ezért a gravitációs légátöblítésükrĘl gondoskodni kell. A különféle üvegezés-árnyékolás kombinációk naptényezĘit a vonatkozó szakirodalom tartalmazza. (ZÖLD 1999). Fontos rámutatni azonban arra is, hogy a külsĘ árnyékolás egyes szerkezeti megoldásoknál „túlszabályozáshoz” is vezethet, mint pl. az indirekt konvektív rendszerek esetében, ahol a szerkezet egyben árnyékoló elem is, hátoldali átszellĘztetése pedig hĦti a külsĘ falfelületet. A „fekete padlás” rendszer tetĘterének TH üvegezésén keresztül beesĘ napsugárzás részben a padlástér levegĘjét, részben az alatta lévĘ födémet melegíti fel, csökkentve annak hĘveszteségét. E rendszer (kis energiafelvételĦ) ventilátor beépítésével légfĦtésre is alkalmazható. A Barra-Constantini renszert az jellemzi, hogy a meleg levegĘt a fĦtendĘ tér határoló falaiban, födémeiben elĘre kiépített légcsatornákon keresztül áramoltatják padló-, illetve mennyezetfĦtési céllal. (A rendszer légfĦtésként csak akkor mĦködik, ha a szállított levegĘ hĘmérséklete legalább 5 oC-al magasabb a belsĘ tér léghĘmérsékleténél.) A kihelyezett kollektoros rendszer lényegében a hasznosító lakótértĘl külön, általában annak padlószintje alatt elhelyezett levegĘs kollektorból, valamint a hasznosító tér padlójában vagy mennyezetében kialakított elsĘdleges hĘtároló tömegbĘl (általában szellĘztetett kĘágy) áll. A rendszer önszabályzó: a kollektor-felület hĘmérsékletétĘl függĘen légfĦtésre-, illetve léghĦtésre is üzemeltethetĘ. A levegĘs kollektor TH üvegezése a kollektor abszorber felületének transzmisszióját csökkentheti. A közvetett nyereségĦ napterek energetikailag könnyebben szabályozható módon kapcsolódnak a lakótérhez mint a direkt rendszerĦ napterek. Nyereséges (átmeneti) 26

idĘszakban hasznosítható a termelt hĘ, veszteséges (hideg téli, illetve éjszakai) idĘszakban járulékos hĘszigetelésként mĦködik. HĘveszteségét alaprajzi helyzete, valamint az üvegezés módja döntĘen meghatározza. A hĘveszteség a három oldalról szabad térrel érintkezĘ változatok, valamint az egyrétegĦ üvegezések esetén a legnagyobb, és az épületbe integrált megoldások, illetve a külsĘ oldalon kétrétegĦ hĘszigetelĘ üvegezésĦ, belsĘ oldalon egyrétegĦ üvegezések esetén a legkisebb. Transzparens hĘszigetelés alkalmazásával lényegesen csökkenthetĘ az illesztett naptér üvegezett tetĘszerkezetének, illetve kedvezĘtlen tájolású üvegezett oldalfelületeinek a hĘvesztesége. 2.

táblázat. TH hĘszigetelĘ rendszerek jelenleg gyártott változatai és mĦszaki jellemzĘi (A 2. táblázat együtt kezelendĘ a 11. ábrával) (KERSCHBERGER et. al. 1997)

TRH rendszer

Vastagság [mm]

11.a/Alu.tartóbordás r. (SCHÜCO, Esser) 11.b/. Fa tartóbordás r. alu takaró profilokkal (A.S.A. Erneubare E.) 11.c/ Alu vázas modul. homlokzat (Schneider Fensterfabrik) 11.d/ Favázas TH modulrendszer (H.L.B.) 11..e/ Egyesített TH rendsz. (STO)

62 102 142

11.f./ Alu. kazettás TH rendszer (SolFas) 11.g./ TH profilüveg bevilágító elem (Glasfabrik Lamberts) 11.h./Konvektív rendszerĦ TH (Capatect) 11.i./Fa tartóbordás r. (ESA)

IJ Tömeg HĘáll. U g Felhasznált [kg] [oC] [W/m2K] (diff) [%] TH anyag [%] 80 Üveg 60 1,3 75 80 (Helioran) 57 0,9 72 55 0,7

118

0,9

63

-

-

80

PMMA kapillár-struktúra (prototípus)

90 98

1,1 0,9

67 57

-

-

100

Helioran Kapilux

80

PMMA kapillár-struktúra

100

PMMA kapillár-struktúra

90

PMMA kapillár-struktúra

90

0,9

68

80 100 140

0,9 0,8 0,6

ca. 50

-

-

131 173

0,8 0,6

65 57

-

-

105 145

0,8 0,6

56 53

48 45

-

90

PC méhsejt, v. PMMA kapillárstruktúrájú TH anyag

-

-

-

-

-

140

PC méhsejt str.

110

1,0

13

150

Papírkarton (ESA) méhsejt-struktura

27

A TH hĘszigetelĘ rendszerek jelenleg gyártott fĘbb változatait és mĦszaki jellemzĘit a 2. táblázat (és a vele együtt kezelendĘ 11. ábra) tartalmazza.

b

a

c

e

d

h

g

11. ábra. TH hĘszigetelĘ rendszerek fajtái (KERSCHBERGER et.al. 1997) 11.a/Alu.- tartóbordás rendszer; 11.b/. Fa tartóbordás r.. alu takaró profilokkal; 11.c/ Alu vázas modul.-homlokzat; 11.d/ Favázas TH modulrendszer; 11.e/ Egyesített TH rendszer; 11.f./ Alu. kazettás TH rendszer; 11.7./ TH profilüveg bevilágító elem; 11.8./Konvektív rendszerĦ TH rendsz.; 11.9./Fa tartóbordás rendszer

28

f

i

A jelenleg kutatási szakaszban lévĘ, fázisváltó fallal kombinált transzparens hĘszigetelésĦ falak átmenetet képeznek a direkt-, és az indirekt passzív szoláris rendszerek között. KülsĘ üvegrétegbĘl, légrétegbĘl, az abszorberre merĘleges struktúrájú transzparens hĘszigetelésbĘl, valamint egy olyan hĘtároló anyagokkal kitöltött áttetszĘ üvegfalú falszerkezetbĘl állnak, amelyek szilárd-folyékony fázisváltása alkalmas hĘmérsékleten megy végbe (16…60 oC fázisváltási hĘmérséklettel, és 120-180 kJ/kg fázisváltási hĘvel). Addig, amíg a fázisváltás le nem játszódik, a hĘfelvétel, illetve a leadás állandó hĘmérsékleten megy végbe. A fejlesztĘk szándéka a természetes megvilágítás melletti folyamatos energiatárolás biztosítása. (KERSCHBERGER et.al. 1997). 2.2.3. A transzparens hĘszigetelések szoláris hĘnyereségét meghatározó tényezĘk A transzparens hĘszigetelések hatékony mĦködését csak az épület egészének átgondolt, szoláris szemléletĦ tervezése biztosíthatja, figyelembe véve az építéshelyszín földrajzi elhelyezkedését, domborzati-, klimatikus adottságait, valamint tényleges benapozási viszonyait. A transzparens hĘszigetelések szoláris nyereségét döntĘen meghatározó tényezĘk a következĘk (KERSCHBERGER et. al. 1997): A szoláris hasznosító felületek optimális tájolása A transzparens hĘszigetelésĦ üveg-, és tömör falak energiahozam szempontjából ideális tájolása a Déli. Ha ettĘl a mindkét irányú eltérés 30 foknál nem nagyobb, akkor a veszteségek viszonylag csekélyek, maximum 45 fokig is még elfogadhatók. Tisztán K-i vagy Ny-i tájolás esetén a Déli tájoláshoz képest a benapozásból adódó energiahozam csökkenésének mértéke az 50 %-ot is elérheti, amely értéket a környezĘ beépítésbĘl és a meglévĘ nagyobb fák megnövekvĘ árnyékhatásából adódó veszteségek még tovább ronthatják. Az épület egészének kedvezĘ geometriai adottságai Az épület felület-térfogat arányának (ȈA/V) lehetĘleg alacsony értéke mellett törekedni kell arra, hogy a jól tájolt energiagyĦjtĘ homlokzat mérete, üvegezési aránya optimális legyen, az Északi- és viharoldali felületek nagysága és homlokzati megnyitása minimálisak legyenek. Az épület alaprajzának termikus zónásítása Az épület alaprajzát úgy kell kialakítani, hogy a kisebb hĘigényĦ tereket a kedvezĘtlen tájolású irány felé csoportosítva, átmeneti (védĘ-) zónát képezzenek a magasabb hĘigényĦ állandó tartózkodás céljára tervezett helyiségek számára. Ez utóbbi helyiségek általában nagyobb alapterületi igénye, valamint a lehetĘ leghosszabb benapozási idĘtartam biztosításának szándéka gyakran vezet a déli irány felé megnyíló, körcikk, illetve „tölcsér” alakú alaprajzokhoz. Ugyanezen okok miatt, ha az épület nem szabadon álló, hanem sorházas beépítés részét képezi, akkor a beépítési vonal déli irány felé íves, „karéjos” kialakításával biztosíthatók az említett szempontok. A direkt-, és indirekt passzív szoláris rendszerek összehangolt tervezése Különösen a kisebb alapterületĦ épületek esetén fontos a transzparens hĘszigetelésĦ szolárfalak és üvegezett felületek arányának, tájolásának összehangolása, hogy ezek egyidejĦ „csúcsra járatása” következtében kialakuló kedvezĘtlen belsĘ klíma kialakulását elkerülhessük. A szolárfalak belsĘ oldalán a hĘnyereség napi csúcsa mintegy 6…8 órás

29

fáziskéséssel jelentkezik, hasznosítható.

míg

az

ablakszerkezetek

esetében

csaknem

azonnal

Az épületgépészeti fĦtési rendszereknek a passzív szoláris rendszerekkel történĘ összehangolt tervezése Tekintettel arra, hogy a TH falak „üzemszerĦ” mĦködésük révén a belsĘ falfelület hĘmérsékletét is valamelyest megemelik, kedvezĘbb belsĘ komfortérzet kialakulását segítik elĘ, ezáltal számos, építésbiológiailag kedvezĘtlen folyamat kialakulását elĘzik meg (pl. felületi kondenzáció, penészesedés). A fĦtési rendszernek mindenekelĘtt szabályozhatónak kell lenni, és nem szabad rontaniuk a passzív szoláris rendszerek mĦködésének hatásfokát (pl. padlófĦtés a naptérben). A hivatkozott fenti szempontok között nem szerepel az igen fontos alapfeltétel, hogy a passzív szoláris rendszerek által begyĦjtött energiát mind az új építésĦ, mind pedig a meglévĘ épületek esetében fokozottan hĘszigetelt (réteges) külsĘ falakkal és nyílászárókkal kell az épületben tartanunk (U < 0,2 W/m2K). Emellett további fontos szempont (különösen a könnyĦszerkezetes épületeknél) a légcsere mértékének szabályozása, hiszen a hĘveszteségek jelentĘs része az igen jelentĘs mértékĦ filtrációból adódik. 2.2.4. Alacsony energiaigényĦ épületek példái transzparens hĘszigeteléssel MeglévĘ társasházak szoláris felújítása, Freiburg (12. ábra) (TervezĘ: R. Disch) A felújított három nyolc lakásos társasház az 1950-es években épült. KülsĘ fala 30 cm vastag tégla falazat, amelyre beton födém készült. Az ablakok egyszeres üvegezésĦek voltak, és egyedi kályhafĦtést alkalmaztak a felújítást megelĘzĘen. Az egyes épületek felújítására többféle szerkezeti-energetikai rendszert dolgoztak ki, amely megoldásokat a felújítást követĘen részletes energetikai vizsgálatokkal monitoroztak: Az épületek két homlokzatán transzparens-, további két homlokzatán valamint a padlásfödémen hagyományos hĘszigetelést alkalmaztak. Az ablakokat energiatakarékos kétrétegĦ változatúra cserélték, az épületgépészeti- és elektromos rendszereket korszerĦsítették. Az egyszerĦ, nyeregtetĘs, földszint+1 szintes épületek hosszanti délkeleti és délnyugati homlokzatán 120 m2 összfelületĦ, üzemben elĘre gyártott modulrendszerĦ, 10 cm vastag PC anyagú, méhsejt struktúrájú transzparens hĘszigetelés készült favázas, üvegezett szerkezetbe (12d ábra). Az üvegezett szerkezetben a transzparens hĘszigetelés elĘtti légrésbe automatikus mĦködtetésĦ árnyékoló textilszerkezetet építettek be, melyek zárt, illetve nyitott állapotától függĘen a hĘátbocsátási tényezĘ értéke 0,4-0,5 W/m2K.

30

a

b

c

d

12. ábra MeglévĘ társasházak szoláris felújítása, Freiburg (TervezĘ: R. Disch) a) Eredeti állapot; b) DK-i homlokzat képe; c) Transzparens hĘszigetelésĦ felújított homlokzatok; d) Transzparens hĘszigetelésĦ modul függĘleges metszete A padlófelületre vetített fajlagos évi fĦtési energiafogyasztása az egyes épületfelújítási változatokban (mindegyik felújított változatban kétszeres üvegezéssel) (ZÖLD, 1995b): - A felújítás elĘtti (eredeti) állapotban: 225 kWh/m2 - 6 cm polisztirolhab hĘszigetelés a külsĘ falakon, a tetĘ és a pincefödémen 100 kWh/m2 - 6 cm polisztirolhab hĘszigetelés a külsĘ falakon, a tetĘés a pincefödémen, valamint hĘvisszanyerĘvel ellátott energiatakarékos gépi szellĘzés alkalmazásával 63 kWh/m2 Transzparens szigetelés a külsĘ délkeleti és délnyugati falán, 10 cm vastag poliuretán hab hĘszigetelés a többi külsĘ falon, a tetĘ- és pincefödémen 43 kWh/m2 Az épület eredeti-, és az épületfelújítást követĘ kialakítású homlokzati falainak fĦtési idĘszakban mért, 1m2-re vetített fajlagos energiamérlege a 3. táblázat szemlélteti:

31

3. táblázat. Az épület eredeti-, és az épületfelújítást követĘ kialakítású homlokzati falainak fĦtési idĘszakban mért, 1m2-re vetített fajlagos energiamérlege (ZÖLD, 1995b): Falszerkezetek Eredeti 30 cm vtg tégla falazat Utólagos 10 cm vtg. poliuretánhab hĘszigeteléssel Utólagos 10 cm vtg. PC transzp hĘszigeteléssel Az eredeti-és a transzp. hĘszig. közötti különbség

DK-i homl. (kWh/(m2,idény) -78 -21

DNy-i homl. (kWh/(m2,idény) -92 -21

27

73

105

165

Autonóm ház , Freiburg (13. ábra) (TervezĘ: D. Hölken) A freiburgi autonóm ház (lakóépület) összes energiaigényét az épület felületére esĘ napsugárzás biztosítja, ezáltal teljesen független a kiépített hagyományos energiaellátó rendszerektĘl. Az épületet a passzív-, és aktív szoláris hasznosító rendszerek integrált felhasználása jellemzi. A rendszerek fĘbb mĦszaki és energetikai adatai: Beépített hasznos alapterülete 111 m2 . Az épület külsĘ határoló felületei összesen: 500 m2. A falazat anyaga 36 cm vastag mészhomokkĘ. Az északi homlokzat, a lábazat és pincefalak különlegesen hĘszigeteltek (U=0,16 W/m2K). A Déli homlokzaton a transzparens hĘszigetelésĦ üvegezett felületek összfelülete 89 m2, anyaga 10 cm vatag PMMA kapillárstruktúra, az optimális benapozási viszonyokra szerkesztett déli íves homlokzaton helyezkednek el A transzparens hĘszigetelésĦ falszerkezet és a mögöttes helyiség túlmelegedés elleni védelme a külsĘ üvegréteg mögött elhelyezett automatikus mĦködtetésĦ fényvédĘ textilréteggel történik, melynek nyitott állapotában a falszerkezet hĘátbocsátása 0,7 W/m2K, zárt állapotában 0,5 W/m2K. A transzparens hĘszigetelésĦ teljes felületen mért éves szoláris nyereség mértéke 6.000 kW. Az ablakfelületek négyszeres üvegezésĦek, gáztöltésĦek, kis emissziós tényezĘjĦ felületbevonatokkal. HĘátbocsátási tényezĘjük a déli homlokzaton 0.6 W/m2K. A fotovoltaikus áramtermelĘ tetĘfelület középsĘ részén, tükrözĘ félhengerbe beépített kétoldali besugárzású transzparens hĘszigetelésĦ napkollektor helyezkedik el. Felülete 14 m2, és egy 1000 l-es melegvizes tároló tartályra tárol. A fotovillamos modulok felülete 36 m2 , amelynek teljesítménye 4,2 kWp. Az elektromos energia rövid idejĦ tárolását akkumlátorokban végzik, a fennmaradó mennyiséget vízbontásra használják fel. A 30 bar-on szezonálisan elraktározott hidrogén mennyisége 5 m3, az oxigéné 7,5 m3. A hidrogént a háztartásban fĘzési célra használják fel, katalizátoros fĘzĘkészülék alkalmazásával. Az integrált komplex napenergia-hasznosító aktív és passzív szoláris rendszerek felhasználásával az épület mért teljes energia-igénye 2 kwh/m2év. 32

a

b

c

d 13. ábra Autonóm ház, Freiburg a) Alaprajzok; b) FüggĘleges metszetek; c) D-i homlokzat képe; d) vízsz. csomóponti részlet a TH falon át; 1) Alu. profil, 2) ESG üveg, vasszegény, 3) Fa keretváz, 4) 10 cm vtg PMMA anyagú, kapilláris struktúráju TH, 5) KülsĘ vakolat és abszorber-réteg, 6) MészhomokkĘ falazat, 7).BelsĘ vakolat

33

2.3.

Transzparens hĘszigetelésĦ falszerkezetek méretezési módszerei

- KözelítĘ (kézi) számítási módszerek A szoláris hĘnyereséget is figyelembe vevĘ kézi számítási módszerek a transzparens szigetelésĦ falszerkezet hĘnyereségét általában a szoláris nyereség és a transzmissziós hĘveszteség különbségeként határozzák meg, feltéve, hogy az idĘperiódus elegendĘen hosszú, és a fal hĘtárolása elhanyagolható. - TH fal energiahozamának meghatározása ZÖLD (1993, 1999) szerint: Q

ahol Q k N a S DD ¦I Rk

DD ˜ k  N ˜ a ˜ S ˜ 6I ˜ R K

(2.3.1)

az energiaáram összértéke egy adott idĘszakra (fĦtési idény, hónap) az adott felírási móddal "-" a nyereség, "+" a veszteségáram elĘjele [ W/m2], a szerkezet transzmissziós hĘátbocsátási tényezĘje [W/m2K], a transzparens hĘszigetelés naptényezĘje [-], az elnyelĘ felület abszorpciós tényezĘje (a szokv. teherhordó falaknál kb 0,8...0,9) [-], az adott idĘszak napállásai mellett a vizsgált falfelület ténylegesen benapozott (árnyékban nem levĘ hányada) [-], az adott idĘszakra vonatkozó hĘfokhíd [NF], az adott tájolású egységnyi felületre az adott idĘszakban jutó sugárzási energia [W/m2], az elnyelés síkjától kifelé esĘ hĘátbocsátási ellenállás (transzp. szig.+felületképzĘ réteg+a hĘátadási ellenállás a külsĘ felületen) [m2K/W]

E számítási módszer épületenergetikai programok részét képezi (6B REHAB, Isover). A transzparens hĘszigetelésbĘl származó energia-nyereséget havi bontásban külön táblázat tartalmazza. - TH fal energiahozamának meghatározása GOETZBERGER et.al (1984) szerint: qW ahol: qw UW UTI Ta Ti Ș0 G

(U TI U W (U TI  U W )) ˜ (Ti  Ta )  K 0 G

(2.3.2)

a falon áthaladó hĘáram [W/m2] a fal hĘátbocsátási tényezĘje [W/m2K] a TH elem hĘátbocsátási tényezĘje [W/m2K] külsĘ hĘmérséklet [K] belsĘ hĘmérséklet [K] A TH elem szolár konverziós tényezĘje (hatékonysága) [-] globál sugárzás [W/m2]

A Ș0 számítására az alábbi képlet alkalmazható: K0

g d ˜ D ˜UW U W  U TI

(2.3.3.)

ahol: 34

gd Į

A TH elem teljes diffúz fényáteresztése [-] a fal szoláris abszorpciója [-]

A napsugárzás nyereségeit, valamint a transzmissziós áramok hatásait is figyelembe vevĘ effektív U érték (Ueff ) bevezetésével: U eff

qW Ta  Ti

(2.3.4)

Ueff értéke a TH fal földrajzi helyétĘl, tájolásától és az idĘtĘl függ. Értéke negatív, ha a hĘnyereség a meghatározó. Ha a nyereség nagyságrendben megközelíti a teljes hĘmennyiséget, akkor felesleges hĘ fog keletkezni, ami nem használható. Ezt vette figyelembe az Ș0 –al való szorzás a (2.3.2.) egyenletben. - TH fal energiahozamának meghatározása a jelenleg érvényes német hĘvédelmi szabvány szerint (DIN-V 4108-6:2000-11) Q S ,TH ahol QS,TH U Aj Į gTH

UTH FS FF Isj RSe Ff hr ǻĬer t

§ D ˜ g TH · U ˜ A j ¨¨ FS ˜ FF ˜ I sj  R Se ˜ F f ˜ hr ˜ '4 er ¸¸ ˜ t © U TH ¹

(2.3.5.)

szolár fal szoláris hĘnyeresége [W/m2] az építĘelem hĘátbocsátási tényezĘje [W/m2K] az építĘelem [m2] az építĘelem abszorpciós együtthatója [-] a transzparens hĘszigetelés összenergia-áteresztési foka minĘsítĘ bizonyítvány alapján[-] az abszorberfelület elĘtt lévĘ transzparens hĘszigetelĘ rétegek hĘátbocsátási tényezĘje [W/m2K] árnyékoltsági tényezĘ [-] a keretarányt figyelembe vevĘ csökkentĘ tényezĘ [-] a j irányú globális napsugárzás [W/m2] külsĘ hĘvezetési ellenállás 0,04 (m2K)/W az építĘelem és az égbolt közötti alaki tényezĘ (függĘleges falra 0,5)[-] külsĘ kisugárzási tényezĘ (megközelítĘleg 4,0 W/m2K) a külsĘ környezeti levegĘ és a derült égbolt hĘmérsékletkülönbségének átlaga (szabvány szerint ǻĬer = 10 K) A számítási idĘszak hossza [hónap]

A módszer segítésére internetrĘl letölthetĘ, Excellben megírt számítási útmutatót is kidolgoztak program készítĘi.

35

- Méretezés számítógépes szimulációval Térben és idĘben létrejövĘ hĘmérséklet változás a termodinamika elsĘ és második fĘtétele, valamint a Fourier-törvény alapján a hĘvezetés differenciálegyenletével írható le, melynek általános alakja: (wt/wW = aw2t/wx2) + w2t/wy2 + w2t/wz2)

(2.3.6)

ahol t [K] a hĘmérséklet, W [s] idĘ, x, y, z [m] a koordinátatengely irányában mért távolságok. Az említett differenciálegyenlet megoldása általában igen összetett feladat, ezért a TH szerkezetek méretezésére és ellenĘrzésére különféle olyan dinamikus épület-szimulációs szoftvereket fejlesztettek ki, amelyek figyelembevéve az épület egészének szerkezeti rendszerét és a helyi klímaadatokat (pl. külsĘ hĘmérséklet, a globál sugárzás) jó közelítéssel írják le a külsĘ épülethatároló szerkezetekben lejátszódó hĘátviteli folyamatokat. Ilyen programok pl. a TRNSYS, ESP, TAS, HELIOS, SUNCODE és TSBI. MATLAB+SIMULINK szimuláció tudomásom szerint ezidáig nem készült transzparens hĘszigetelésĦ falak ellenĘrzésére, modellezésére, ezért erre a 3.1. pontban próbáltam megoldást találni. A számítógépes szimulációval történĘ épületenergetikai méretezést a jelenleg érvényben lévĘ MSZ-04-140-2:1991 építésügyi ágazati szabvány és a jelenleg elĘkészítés alatt lévĘ új épületenergetikai szabályozás is támogatja. Az érvényben lévĘ energetikai követelmények teljesülését a szabvány, illetve szabályozás eredeti értelmezése és elĘírása alapján ebben az esetben is ellenĘrizni kell. Az említett jelenlegi hĘtechnikai szabvány szerint „számítógépes szimuláció esetében az egységnyi üvegezett felületre vonatkoztatott fajlagos tömeg kritérium teljesülése feloldható, azaz amennyiben az eljárás erre alkalmas, az elĘírtnál kisebb fajlagos tömeg esetében is számítható a szoláris nyereség hasznosított hányada, de csak akkor, ha a szimulációs eljárással a nyári helyiséghĘmérséklet is és a méretezési állapotban várható fĦtési teljesítményigényt is ellenĘrzik és a tervezett megoldással azok elfogadható értékét biztosítani tudják”.

36

3. ANYAG ÉS MÓDSZER 3.1. Kísérleti és demonstrációs célú transzparens hĘszigetelésĦ szolárfal tervezése és építése 3.1.1. Szerkezeti kialakítás és hĘtechnikai jellemzĘk A kísérleti és demonstrációs célú transzparens hĘszigetelésĦ falszerkezet a SZIE Fizikaés Folyamatirányítási Tanszékén kiépített integrált napenergia-hasznosító rendszer részét képezi.(FARKAS I. et. al. 1996) (14. ábra) A két darab, egyenként 1462x2256 mm méretĦ üveg szendvics szerkezetĦ transzparens hĘszigetelésĦ modul a Tanszék nyugati homlokzati falán került elhelyezésre a terasz felöl megközelíthetĘen. (15. ábra) A meglévĘ falszerkezet anyaga 51 cm összvastagságú, kétoldalán vakolt, 45 cm tömör tégla falazat. A transzparens hĘszigetelés keretszerkezetét szögacél vaktokra csavarozással rögzített, KÖMMERLING rendszerĦ hĘhíd-mentes, acélvázzal erĘsített UV stabil kemény PVC növényházi profilok képezik. A külsĘ 6mm vastag és a belsĘ 4 mm vastag üvegezés közé 100 mm vastag méhsejt struktúrájú polikarbonát transzparens hĘszigetelĘ anyag került elhelyezésre, a belsĘ oldali üvegezéshez illesztve, elĘtte 40 mm légrés biztosításával. (16. ábra)

14. ábra Integrált napenergiás mezĘgazdasági energetikai/technológiai rendszer vázlata (FARKAS et. al. 2003)

37

15. ábra A transzparens szigetelésĦ fal elrendezési terve (SZIE, GödöllĘ)

16. ábra Transzparens hĘszigetelésĦ fal csomóponti részlete. Vízszintes metszet. (SZIE, GödöllĘ) 38

A kísérleti transzparens hĘszigetelésĦ fal nyári túlmelegedésének megakadályozására külsĘ oldali, mechanikus mĦködtetésĦ, fehér színĦ átlátszatlan mĦanyag textília került elhelyezésre, melyek vezetĘ sínei a keretek két-két függĘleges oldalán helyezkednek el. Alternatív megoldásként belsĘ oldali-, automatikus mĦködtetésĦ mobil árnyékoló szerkezet (csĘmotorral meghajtott roló-, vagy lamellás szerkezet) is megvalósítható a külsĘ üvegtábla és a transzparens hĘszigetelés közötti belsĘ 40 mm széles légrétegben. A transzparens hĘszigetelésĦ modulok nem légmentesen zártak: a páranyomás kiegyenlítĘdésre a keretek alsó vonalában 2 db 8 mm átmérĘjĦ szellĘzĘ nyílás biztosított. A TH fal szerkezeti rétegeit és azok hĘtechnikai jellemzĘit a 4. táblázat tartalmazza. 4.táblázat. A SZIE GM Kar Fizika és Folyamatirányítás Tanszékén létesített TH fal rétegei, és a rétegek fĘbb hĘtechnikai jellemzĘi légszáraz állapotban és plusz 10 oC átlaghĘmérséklet mellett. Transzparens hĘszigetelésĦ falszerkezet rétegei (kívülrĘl befelé) 1 Normál síküveg (6,0 mm vastag) 2 Légréteg (4,0 cm vastag) 3 Transzparens hĘszigetelés (10,0 cm vastag, polikarbonát anyagú, AREL típ.) 4 Normál síküveg (4,0 mm vastag) 5 Légréteg (1,0 cm vastag, az üvegezett transzparens szigetelésĦ szerkezet, valamint a falszerkezet között) 6 Fekete homlokzatfestés az abszorber felület kialakítása céljából (2 rétegĦ, 0,5 mm vastag) 7 (Javított) homlokzati vakolat (4,0 cm vastag) 8 NagyméretĦ égetett tömör agyagtégla falazat (44,0 cm vastag) 9 BelsĘ mészvakolat (3,0 cm vastag) (falfestéssel) 10 BelsĘ falfestés (2 réteg)

ȡ [kg/m3]

d [m]

Ȝ [W/mK]

2500

0,006 0,04 0,10

0,76 0,10

2500

0,004 0,01

0,76

1700

0,04

0,87

1730

0,44

0,78

1650

0,03

0,81

Megjegyzés: 1-4. réteg: a tervezett transzparens szigetelésĦ falszerkezet rétegei 5. réteg : határréteg a transzparens szigetelés és a meglévĘ falszerkezet között 6-10. réteg: a meglévĘ falszerkezet rétegei

(Egyensúlyi állapotban a transzparens hĘszigetelésĦ fal rétegtervi hĘátbocsátási tényezĘje 0,4322 W/m2K a szigeteletlen fal esetében 1,229 W/m2K. A számítás részletei:

39

A meglévĘ falszerkezet rétegtervi hĘátbocsátási tényezĘje állandósult állapotban egydimenziós hĘmérsékletmezĘ esetén: U

f

n

1

Di

1 dj

¦

0 Oj

j



1

De

1 1 § 0,04 0,44 0,03 · 1 ¨   ¸ 24 © 0,87 0,78 0,81 ¹ 8

1,229W / m 2 K

Transzparens szigetelésĦ falszerkezet rétegtervi hĘátbocsátási tényezĘje: (Légrétegek egyenértékĦ téli hĘvezetési ellenállása (R) (MSZ-04-140-2:1991.szbv. 9.táblázat): 40 mm vastag légrétegre R = 0,17 m2K/W; 10 mm vastag légrétegre R = 0,15 m2K/W.) A transzparens hĘszigetelés önálló rétegtervi hĘátbocsátási tényezĘje (csak az üvegezett szerkezetre): U

1

Di

n

1 dj

¦ j

0 Oj

1 

1 § 0,06 0,10 0,04 · 1 ¨  0,17   ¸ 24 © 0,76 0,10 0,76 ¹ 8

1

De

0,749W / m 2 K

A transzparens hĘszigetelés + 5. sz. légréteg rétegtervi hĘátbocsátási tényezĘje: U

1 1,3496  0,15

0,6668W / m 2 K

A transzparens szigetelésĦ teljes falszerkezet rétegtervi hĘátbocsátási tényezĘje: U

1

1

1 1  k f kt

1 1  1,229 0,6668 t

0,4322W / m 2 K)

3.1.2. ÉrzékelĘ és adatgyĦjtĘ rendszer A meglévĘ falszerkezeten áthaladó hĘáramok és a fal felületi hĘmérsékletének mérésére érzékelĘk kerültek a fal külsĘ és belsĘ síkjának geometriai középpontjában. A hĘfluxus mérésére az AHLBORN 118 típusjelĦ, 120x120 mm felületĦ érzékelĘlapokat helyeztünk el, hĘvezetĘ pasztába ágyazva, szélein rögzítve, (összesen 4 db) (17a-17b ábra). A fal felületi hĘmérsékletének mérési adatait PT 100-as platina-érzékelĘk (összesen 4 db) szolgáltatják, amelyek a hĘáram-mérĘk közvetlen közelében helyezkednek el. (ld. 17c. ábra) Az érzékelĘk a belsĘ térben elhelyezett ADAM-típusú adatgyĦjtĘn keresztül kapcsolódnak a monitorozó számítógéphez, amelynek közvetlen hozzáférése van a meteorológiai állomás által szolgáltatott adatokhoz is. A hĘárammérĘk gyártó által megadott kalibrációs értékeit a 5.sz. táblázat tartalmazza.

40

a

b

c 17. ábra A kisérleti TH falon elhelyezett érzékelĘk elrendezése (a, külsĘ oldalon, b, belsĘ oldalon, c, az AHLBORN 118as hĘárammérĘ lap, valamunt a PT 100-as hĘméklet érzékelĘ rögzítése a belsĘ falfelületre)

5. táblázat A SZIE Fizika- és Folyamatirányítási tanszékén létesített transzparens hĘszigetelésĦ falszerkezet monitorozásához elhelyezett hĘáram-mérĘk kalibrált értékei a gyártó adatai alapján. (Befoglaló méret minden esetben 120x120 mm) HĘárammérĘ elhelyezkedése

AHLBORN 118 HĘárammérĘk típ. hĘárammérĘ aktív felülete gyárt. sorozat[mm] száma

Kalibrált érték [W/m2]

TIIL (InLeft)

67099

90 x 90

11,09

TIOL (OutLeft)

67101

90 x 90

12,59

TIIR (InRight)

67102

90 x 90

12,17

TIOR (OutRight)

67100

90 x 90

11,62

TIIW (InWall)

8767

90 x 90

9,75

3.1.3. A megvalósított transzparens hĘszigetelésĦ fal monitorozási eredményeinek elemzése A transzparens hĘszigetelésĦ 45 cm szerkezeti vastagságú tömör téglafal hĘtechnikai jellemzĘit a 3.1.1. pont tartalmazza. A transzparens hĘszigetelésĦ fal felszerelése idején az egyetemi központi fĦtési rendszert a téli idĘszakban egy hétre (takarékossági okokból) leállították 1996. december 24. 41

január 1.-közötti idĘszakban. Ez az idĘszak igen jó lehetĘséget biztosított a falszerkezet központi fĦtés (mint zavaró tényezĘ) melletti-, illetve anélküli hĘtranszport-folyamatainak mérésére, illetve kiértékelésére (ld. 18. ábra). A mérés során mindkét TH modul rétegfelépítése megegyezett (a mérési hibák megfigyelése érdekében). Az érzékelĘket a belsĘ fĦtött helyiség felĘl nézve neveztem el belsĘnek, illetve külsĘnek, illetve helyzetük szerint bal-, illetve jobb oldalinak.

a

b 18. ábra

Transzparens hĘszigetelésĦ fal hĘáramlási viszonyai téli idĘszakban 18a, belsĘ helyiségfĦtés mellett (1996. 12. 20.) 18b, belsĘ fĦtés nélküli idĘszakban (1996. 12. 24.)

A 18.a ábra szerint a nappali erĘs felfĦtés hatására jelentĘsen megnĘ a belĦlrĘl kifelé irányuló hĘáram. Az intenzív fĦtés és a nagytömegĦ fal hĘtárolása miatt a külsĘ

42

érzékelĘkön nappal is kifelé irányuló hĘáramlás mérhetĘ, de a nappali idĘszakban a transzparens szigetelés hatására a transzmisszió mértéke valamelyest mérséklĘdik. A 18.b ábrán az évvégi fĦtés nélküli idĘszak jellemzĘ állapota kísérhetĘ figyelemmel. A lehĦlt falszerkezet és az alacsony belsĘ hĘmérséklet lehetĘvé teszi a kívülrĘl befelé irányuló hĘáramlás megindulását, de a nagy hĘtároló tömegĦ falszerkezet ennek hatását részben elnyeli, így a belsĘ érzékelĘk a bemenĘ és kimenĘ hĘáramok megközelítĘleg állandósult (egyensúlyi) állapotát mutatják. (Az ismertetett méréssorozat többszöri megismétlésére nem volt lehetĘség, mert a fĦtésmentességhez fĦzött központi megtakarítási várakozások nem igazolódtak be, továbbá a meglévĘ központi fĦtési rendszer helyi szabályozása sem volt lehetséges.) A falazat jelentĘs hĘvezetési ellenállása és hĘtárolási kapacitása nagy fáziseltolódást idéz elĘ a falszerkezeten áthaladó hĘáramokban: míg a TH fal külsĘ (abszorber felületein elhelyezett) hĘáram-mérĘin csaknem késleltetés nélkül jelentkezik a globálsugárzás hatása, a belsĘ oldalon 10…15 órás késleltetés tapasztalható. Az alábbiakban egy téli-, egy tavaszi-, egy nyári és egy Ęszi nap példáján szemléltetem a TH fal „mĦködését” az eltérĘ klimatikus viszonyok között. A méréseket ezúttal oly módon végeztem, hogy a belülrĘl (helyiség felĘl) nézve jobb oldali (korábban elhelyezett) TH modul belsĘ TH és üveg rétegeit eltávolítottam (csak a keretszerkezetet hagytam meg) annak érdekében, hogy a TH nélküli (eredeti) falban lejátszódó hĘáramlási viszonyokat ebben a mezĘben monitorozhassam a TH modulos változattal egyidejĦleg (ld. 19.-20.; 21.-22.; 23.-24. ábrán). Egy téli nap monitorozása (2002.01.02.)(19.-20. ábra): A 19. ábrán látható, hogy a TH fal külsĘ oldalán - a Nyugati tájolásnak megfelelĘen – a kora délutáni idĘszakban jelentĘs hĘáram-nyereségek mérhetĘk a napsugárzás hatására, míg a szigeteletlen téglafalon a napsugárzás csak csökkenti a veszteségeket, de a nyereség mértéke elenyészĘ. A reggeli órákban a belsĘ oldali hĘárammérĘk még – a fáziskésésbĘl adódóan –az elĘzĘ napi hĘáram-nyereségek értékeit mutatják, majd a nappali erĘs felfĦtés hatására mindkét falon transzmissziós veszteségek lépnek fel. Míg e veszteségeket a TH fal nappali nyereségeivel ellensúlyozni képes, ezáltal már a késĘ délutáni órákban (17h-tól) ismét nyereség áramok mérhetĘk a belsĘ falfelületén, addig a szigeteletlen fal kora délutáni nyereségei csak a fal esti hĘveszteségeinek mérésére elegendĘk. A 20. ábrán látható, hogy a TH fal és az eredeti téglafal külsĘ oldali mintegy 20…25 fokos hĘmérséklet-különbsége a belsĘ falfelületen átlagosan 5 fokos hĘmérsékletkülönbség emelkedést eredményezett (a TH fal javára). Egy tavaszi nap monitorozása (2002.04.06) (21.-22. ábra): A 21. ábrán látható, hogy a télihez viszonyítva lényegesen intenzívebb napsugárzás következtében mindkét fal külsĘ hĘáram-mérĘin a kora délutáni órákban mért hĘáramnyereségek csaknem megtízszerezĘdtek, de csak a TH fal esetében számottevĘ a nyereség mértéke és idĘbeli eloszlása. A napsugárzás valamint a fal hĘtárolásának fáziskésleltetĘ hatása következtében a TH fal belsĘ oldalán folyamatosan kismértékĦ nyereség mérhetĘ, míg az eredeti falfelületen csak a tengelyvonalon mérhetĘ egyensúlyi helyzet létrehozásához elegendĘ a beérkezett energia mennyisége, nyereség nem képzĘdik.

43

40 30 HĘáram W/m2

20 TH fal belsĘ

10

TH fal külsĘ

0 1

-10

3

5

7

9

11 13 15 17 19 21 23

Téglafal belsĘ Téglafal külsĘ

-20 -30 -40 óra

19. ábra. HĘáramok változása az eredeti-, és a TH fal külsĘ és belsĘ felületén egy téli napon (2002.01.02)

Fal felületi hĘmérséklet

30 25 20

TH fal belsĘ TH fal külsĘ

15

Téglafal belsĘ Téglafal külsĘ

10 5 0 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 Óra

20. ábra. KülsĘ és belsĘ falfelületek hĘmérsékletének változása az eredeti-, és a TH falon egy téli napon (2002. 01.02.) A 22. ábrán látható hogy az intenzívebbé vált napsugárzás a TH fal és az eredeti fal külsĘ felületi hĘmérsékletei közötti különbséget mintegy 30 fokkal megnöveli, ami a belsĘ falfelületeken a TH fal és az eredeti fal hĘmérséklet-különbségét mintegy 10 fokra növeli (a TH fal javára) ami hĘérzeti, hĘvédelmi szempontból egyaránt igen kedvezĘ, és rámutat arra is, hogy a transzparens hĘszigetelések alkalmazása az átmeneti (tavaszi és Ęszi) idĘszakokban a leghatékonyabb. (Az Ęszi idĘszakban a tavaszihoz hasonló hĘáramlási viszonyok alakulnak ki, ezért ezt az idĘszakot külön nem szükséges bemutatni.)

44

100 50

HĘáram W/m2

0 1

-50

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 TH fal belsĘ

-100

TH fal külsĘ

-150

Téglafal belsĘ

-200

Téglafal külsĘ

-250 -300 -350 Óra

21. ábra. HĘáramok változása az eredeti-, és a TH fal külsĘ és belsĘ felületén egy tavaszi napon (2002.04.06)

Fal felület hĘmérséklete

70 60 50

TH fal belsĘ

40

TH fal külsĘ

30

Téglafal belsĘ Téglafal külsĘ

20 10 0 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 Óra

22. ábra. KülsĘ és belsĘ falfelületek hĘmérsékletének változása az eredeti-, és a TH falon egy tavaszi napon (2002. 04.06.) Egy nyári nap monitorozása (2002.07.01) (23.-24. ábra): A 23. ábrán szembetĦnĘ, hogy a TH fal jelentĘs kora délutáni hĘáram-nyeresége mellett a szigeteletlen eredeti téglafal külsĘ falsíkján is észlelhetĘ a tavaszinál nagyobb hĘáramnyereség, az erĘs napsugárzás és a nyári meleg külsĘ léghĘmérséklet következtében. A belsĘ falfelületen mért hĘáramok alacsony, kiegyenlített, csaknem konstans értékei részben a TH fal nyári (meredekebb szög alatti) benapozás során fellépĘ „önszabályzó” hatását (ld. 6.d. ábra), a nagytömegĦ fal jelentĘs hĘtárolását, valamint kis részben a helyiség csaknem állandó nyári átszellĘztetésének a hatását is mutatják. (Ez utóbbi hatást az érzékelĘk elĘtti könyvespolc jelentĘsen mérsékli).

45

100 0 HĘáram W/m2

1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23

-100

TH fal belsĘ TH fal külsĘ

-200

Téglafal belsĘ Téglafal külsĘ

-300 -400 -500 óra

23. ábra. HĘáramok változása az eredeti-, és a TH fal külsĘ és belsĘ felületén egy nyári napon (2002.07.01)

Fal felületi hĘmérséklet

100 90 80 70

TH fal belsĘ

60

TH fal külsĘ

50 40

Téglafal belsĘ c

30

Téglafal külsĘ

20 10 0 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 Óra

24. ábra. KülsĘ és belsĘ falfelületek hĘmérsékletének változása az eredeti-, és a TH falon egy nyári napon (2002. 07.01.) A 24. ábrán a TH fal külsĘ falsíkján mért 18h körüli csúcshĘmérséklet kiugróan magas, meghaladja a 90 fokot, míg az eredeti téglafal felülete is eléri a 35 fokot, amely értékek mintegy 25…30 %-kal magasabbak a tavaszi, hasonló intenzitású napsugárzás melletti értékeknél. A TH fal belsĘ felületén a felületi hĘmérséklet az említett önszabályzó hatás miatt nem haladja meg a szigeteletlen fal külsĘ felületének hĘmérsékletét. A belsĘ falfelületeken mutatkozó 10 fokot valamelyest meghaladó nyári hĘmérséklet-különbség bizonyítja a nyári árnyékoló szerkezetek alkalmazásának szükségességét a megfelelĘen kellemes belsĘ klíma biztosításában.

46

A transzparens hĘszigetelésĦ fal 2001/2002. évi, a 2002/2003. és a 2003/2004. évi fĦtési idĘszakban mért szoláris hĘnyereségeit (havi bontásban) a 25. ábra szemlélteti. A transzparens szigetelésĦ fal energiahozama a három fĦtési idĘszakban (200-2002; 2002-2003; 2003-2004)

0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 október 15-tĘl

november

2001-2002

december

január

2002-2003

február

március

április 15-ig

2003-2004

25. ábra. A transzparens hĘszigetelésĦ fal energiahozama három fĦtési idĘszakban (okt.16.ápr.15.) havonkénti bontásban (2001/2002: 58,929 kWh/m2, 2002/2003: 58,72 kWh/m2, 2003/2004: 50,6 kWh/m2) A transzparens hĘszigetelés monitorozása alapján levonható általános következtetések a következĘk: - A hagyományos transzparens hĘszigetelĘ rendszerek hatékonysága meghatározó mértékben függ az alkalmazott transzparens hĘszigetelĘ rendszer tájolásától (benapozásának mértékétĘl), összenergia-áteresztésétĘl, és a falszerkezet hĘvezetési ellenállásától, mert minél nagyobb a falazat külsĘ felületére beérkezĘ sugárzás intenzitása, annál nagyobb mértékĦ lehet – a fal hĘvezetési ellenállásával arányos – belsĘ hĘnyereség. A hagyományos falszerkezetek (pl. tömör kisméretĦ tégla, beton) ezért igen kedvezĘek a felhasználás szempontjából. - Téli idĘszakban helytelen a hasznosító helyiség túlzott mértékĦ fĦtése, mert ezáltal lényegesen romlik a transzparens hĘszigetelés által elérhetĘ szoláris nyereség mértéke. A fĦtési rendszernek mindenképpen szabályozhatónak kell lennie. - Különösen az átmeneti (tavaszi-, Ęszi) idĘszakokban a leghatékonyabb a transzparens hĘszigetelések alkalmazása a hagyományos egyrétegĦ hĘtároló falak esetén. - Nyáron a Nyugati tájolású homlokzaton a nyári hĘterhelés mérséklésére mindenképpen célszerĦ árnyékoló segédszerkezet alkalmazása, mert a kora délutáni külsĘ hĘáramok éjszaka és a hajnali órákban érik el a belsĘ falsíkot, ami nyáron a komfortérzet szempontjából kedvezĘtlen, továbbá a kora hajnali átszellĘztetés (passzív hĦtés) hatékonyságát is rontja. A túlságosan magas üzemi hĘmérsékletek a transzparens hĘszigetelések károsodását is okozhatják. - A fal és az üvegezett transzparens hĘszigetelésĦ modul között kialakított légrés igen elĘnyös a nyári-, illetve a napsütésben gazdag átmeneti idĘszakokban a délutáni órákban kialakuló hĘmérsékleti csúcsok okozta – hĘtágulásból eredĘ – szerkezeti károsodások 47

kivédése szempontjából (az abszorber-felület hĘmérséklete elérheti, sĘt meg is haladhatja a 90 fokot). - Nagy vastagságú falszerkezetek esetén célszerĦ lehet a szigetelés falsíkon belüli (falfülkében) történĘ elhelyezése (a statikai és szilárdságtani lehetĘségek határain belül), oly módon, hogy a transzparens szigetelés mögé 25-30 cm vastag legalább 1200 kg/m3 testsĦrĦségĦ, tömör falszerkezet kerüljön. Így a szerkezet hĘvesztesége jelentĘsen csökkenthetĘ, és a tárolt hĘ mennyisége jelentĘsen csökkenthetĘ. 3.1.4. A transzparens hĘszigetelésĦ falszerkezet vizsgálata termovíziós módszerrel. A méréseket a Delta3N Ktf. közremĦködésével FLIR-E2 típusú infrakamerával végeztem.(26. ábra) A mĦszer mérési tartománya -50oC…+350 oC, érzékenysége 0,1 %os, képmegjelenítési frekvenciája 60Hz. A képbeállítás a mĦszer felsĘ oldalán található LCD kijelzĘn követhetĘ, illetve beállítható. A mérési eredmények (képek) egy megfelelĘ program segítségével közvetlenül letölthetĘk, illetve szerkeszthetĘk személyi számítógépen.

26. ábra FLIR-E2 típusú infrakamera felépítése A kisérleti fal vizsgált külsĘ és belsĘ képét a 27. ábra szemlélteti.

b

a

27. ábra A kisérleti fal vizsgált külsĘ és belsĘ felületei (a, külsĘ-, b, belsĘ falsík) A transzparens hĘszigetelésĦ fal termovíziós mérésre két, egymást követĘ napon került sor a fal mindét oldalán: 2005.03.11.-én délelĘtt 10 h-kor, árnyékban, illetve 2005.03.12.48

én 12.30-kor, direkt benapozás mellett. Mindkét nap az átlagos napi középhĘmérséklet és a benapozási viszonyok közel azonosak voltak. A 2005.03.11.-én 10 h-kor készült külsĘ felvételen (ld. 28a. ábra) megfigyelhetĘ, hogy a transzparens hĘszigetelésĦ modul üvegfelületén jelentĘs mértékĦ reflexiót okoz a kisérleti fal elĘtt kb. 1,5 m-re alumínium állványzatra elhelyezett napkollektor és fotovillamos modul, ezért ezeknek az üvegfelületeknek a hĘmérséklete jelentĘsen meghaladja környezetük hĘmérsékletét. A vakolt falfelületek hĘmérséklete -17…-18 oC, míg a TH modul üvegezése (a transzmissziós veszteségek következtében) csak -15…-14 oC-ra hĦlt le. (A hĘmérséklet - különbség -2…-3 oC). Az üvegezett reflexiós területek hĘmérséklete a legmagasabb, -2…-8 oC. A belsĘ falfelület transzparens hĘszigetelésĦ felének hĘmérséklete +24…+25 oC, míg a szigeteletlen falrészek belsĘ oldalán csak +18…+19 oC mérhetĘ. (A hĘmérsékletkülönbség 6…7 oC). A külsĘ oldalihoz mérten jelentĘs mértékĦ belsĘ hĘmérsékletkülönbség a szabad falfelületen a falon átáramló hĘ 10…12 órás fáziskésésével magyarázható.(ld 28.b. ábra)

a

b

28. ábra Transzparens hĘszigetelésĦ fal termovíziós hĘfényképe 2005. 03.11.-én déletĘtt 10 hkor, árnyékban. a) külsĘ falfelület hĘfényképe; b) belsĘ falfelület hĘfényképe A 2005.03.12.- én 12.30-kor készített felvételeken a homlokzati felületek hĘmérséklete (ld. 29.a ábra) az erĘs direkt napsugárzás hatására jelentĘsen megemelkedett:a vakolt felületen +8…+10 oC, az üvegfelületeken +17…+18 oC. (A hĘmérséklet-különbség +7…+8 oC). A két felületnek az árnyékban lévĘ elĘzĘ nap délelĘtti állapotához mérten lényegesen nagyobb hĘmérséklet-különbségét a transzparens hĘszigetelésĦ fal ”üzemszerĦ” mĦködése (az üvegezett TH szerkezetben a napsugárzás következtében keletkezĘ hĘ) okozza. A belsĘ oldali TH falfelület átmelegedett felületének a hĘmérséklete csaknem kétszer nagyobb kiterjedésĦ mint az elĘzĘ nap délelĘtti felvételén látható, és középsĘ részének a hĘmérséklete is 2-3 oC-al magasabb. Ennek oka a délutáni idĘszakban a befelé irányuló hĘáramok megindulása, valamint a délelĘttinél kevésbé intenzív fĦtés. (ld. 29.b ábra)

49

a

b

29. ábra Transzparens hĘszigetelésĦ fal termovíziós hĘfényképe 2005. 03.12.-én 12.30-kor, jelentĘs direkt napsugárzás mellett. a) külsĘ falfelület hĘfényképe; b) belsĘ falfelület hĘfényképe

3.1.5. Az transzparens hĘszigetelésĦ falszerkezet termikus viselkedésének modellezése A tömör falszerkezet külsĘ és belsĘ síkján elhelyezett hĘáram-mérĘ-, és felületi hĘmérséklet mérĘ érzékelĘk által szolgáltatott adatok felhasználásával az alábbiakban a transzparens szigetelésĦ falszerkezet tömör falazott szerkezetének modellezésére kerül sor, MATLAB+SIMULINK programcsomag segítségével. A TH falszerkezet jellemzĘi: I N Tk T A U

a napsugárzás erĘssége, [W/m2] a határoló szerkezet napsugárzás áteresztĘképessége, [%] a külsĘ levegĘ hĘmérséklete, [oC] a felmelegedĘ falszerkezet hĘmérséklete, [oC] a transzparens szigetelésĦ fal felülete, [m2] a tömör falazott szerkezet hĘátbocsátási tényezĘje. [W/m2oC]

A változók csoportosítása a transzparens szigetelésĦ fal esetében: Állapotváltozó: Irányított jellemzĘ: Módosított jellemzĘ: Zavaró jellemzĘ: Paraméterek:

T T I Tk , N A, U,

A transzparens szigetelésĦ tömör falszerkezet matematikai modellje: Az üvegezett transzparens hĘszigetelésĦ szerkezeten, valamint a tömör falfelületen áthaladó hĘmennyiségek egyensúlya alapján az alábbi mérlegegyenlet írható fel a lehülĘ falszerkezetre (ld. 30. ábra):

qTH

q Fal  S

(3.1.5.1)

50

ahol: 2 qTH a transzparens hĘszigetelésen áthaladó hĘáram [W/m ] qFal a falszerkezeten áthaladó hĘáram [W/m2] 2 S a globál sugárzás fal által abszorbeált része [W/m ] ( S W ˜ D ˜ G ahol IJ transzparens hĘszigetelés fényáteresztésének mértéke [-], Į a transzparens hĘszigetelésĦ fal abszorpciója [-], G a globál sugárzás mértéke [W/m2]) Tekintettel arra, hogy qTH

U TH (Ta  Tk )

(3.1.5.2)

q Fal

U Fal (Tb  TS )

(3.1.5.3)

valamint

a Ta kifejezésével majd (3)-ba történĘ behelyettesítésével a falon áthaladó hĘáramra: x

(U Fal /(U Fal  U TH ))(U TH (Tb  Tk )  S )

q Fal

(3.1.5.4)

30. ábra A transzparens hĘszigetelésĦ fal egyszerĦsített termikus modellje (GOETZBERGER – WITTWER, 1993) (A feladat megoldásához szükséges paraméterek értéke: Ufal= 1,229 W/m2oK, : UTH= 0,749 W/m2 , IJ=0,85; Į=0,75.) A paramétereket behelyettesítve: x

q Fal

0,465 ˜ (Tb  Tk )  0,3943 ˜ G

(3.1.5.5)

3.1.6. A transzparens hĘszigetelés blokkorientált rendszermodulja Az elĘzĘ pontban leírt termikus modell összefüggések alapján elkészítettem a TH fal blokkorientált rendszermodelljét amely a 31. ábrán látható. A blokkorientált modell két bemeneti adata a külsĘ hĘmérséklet és a globálsugárzás falra esĘ része, a kimeneti oldalon az energianyereség értékeit kapjuk meg.

51

31 ábra. A transzparens szigetelésĦ fal blokkorientált modellje MATLAB+SIMULINK-ben A szimuláció során a külsĘ levegĘ hĘmérséklete és a falra érkezĘ globál sugárzás mérési eredményeinek felhasználásával ún. „gray-box” modellt alkalmaztam. A sugárzásmérĘ szenzorok úgy lettek beállítva, hogy negatív értékeket mutassanak, ha a hĘ a külsĘ térbĘl a szoba felé áramlik (szoláris hĘnyereség esetén). 3.1.7. A monitorozási és a szimulációs eredmények összehasonlítása és értékelése A monitorozási (mérési) és a szimulációs eredmények összehasonlítását a 32. ábra szemlélteti.

32. ábra A mért-, és szimulált hĘáramlási viszonyok a TH falszerkezetben (2003.02.05.-én mért adatok felhasználásával)

52

A szimulált függvény egyenlete hatodfokú polinómmal történĘ regresszió esetén (ld. 33. ábra): y

4 ˜10 8 ˜ x 6  5 ˜10 6 ˜ x 5  0.0002 ˜ x 4  0.0007 ˜ x 3  0.0491 ˜ x 2 

 0.7833 ˜ x  1.6907

(3.1.5.6.)

33. ábra A szimulált függvény egyenlete Az eltérést okozó tényezĘk közül legfontosabbak a következĘk: - a falazott szerkezet hĘkapacitását az egyszerĦsített modellben nem vettem figyelembe, - a hĘátbocsátási tényezĘ paraméterek értéke a transzparens hĘszigetelésĦ üvegszerkezetre, valamint az egyrétegĦ tégla falazatra számításba vett értékei (Ufal= 1,229 W/m2K, : UTH= 0,749 W/m2K) az állandósult állapot feltételezésével lettek meghatározva, - a fényáteresztés és az elnyelĘdés paraméter értékeinek (IJ=0,85; Į= 0,75) felvétele táblázatok adatainak figyelembevételével történt, amely adatok a ténylegesen megépített szerkezet jellemzĘitĘl (figyelembe véve az UV sugárzás hosszú idejĦ kedvezĘtlen hatását is a TH anyagokra) kis mértékben eltérĘek lehetnek. 3.2. Transzparens hĘszigetelések termikus jellemzĘinek vizsgálata mérĘasztal segítségével A transzparens hĘszigetelĘ anyagok eltérĘ termikus és optikai jellemzĘi a kifejlesztett laboratóriumi mérĘasztal segítségével közvetlenül is mérhetĘk, illetve összehasonlíthatók. 3.2.1. MérĘasztal kialakítása A transzparens hĘszigetelĘ anyagok termikus jellemzĘinek vizsgálatára olyan mérĘasztalt terveztem, melynek segítségével az anyagjellemzĘk a már elkészült falszerkezettĘl elkülönítetten is vizsgálhatók, és demonstrációs célra is alkalmas. 53

A három rekeszbĘl álló asztal egyes rekeszeibe különbözĘ anyagú, vagy azonos anyagú de eltérĘ szerkezetĦ transzparens hĘszigetelésĦ anyagminták, összehasonlító vizsgálatokhoz pedig opaque hagyományos hĘszigetelési minták (üveggyapot, ásványgyapot stb.) helyezhetĘk el 120 mm vastagságig. A mintákat felülrĘl ismert intenzitású illetve spektrum-eloszlású fény világítja meg. Az anyag másik oldalán a fokozatosan emelkedĘ hĘmérséklet követhetĘ nyomon. Így nyílik lehetĘség a különféle transzparens anyagok összehasonlítására, vagy azok önmagukban történĘ vizsgálatára. A mérĘasztal két fĘ része a három rekeszre osztott asztallap, valamint a mesterséges megvilágítást biztosító lámpákat tartó állványszerkezet (ld. 34. ábra). Az egyes rekeszekben hĘszigetelĘ alátétlemezek találhatók, melyek közepén, a hĘszigetelésbe süllyesztetten helyezhetĘk el a hĘmérséklet-érzékelĘk (Ni-CrNi, Therm 2220-12 tip). A mérĘasztalhoz autonóm adatgyĦjtĘ is kapcsolható. Ha a hĘmérséklet alakulásának valós idejĦ vizuális nyomon-követése szükséges, az eszköz számítógépre kapcsolva, valós idejĦ megjelenítésre is alkalmassá tehetĘ.(ld. 3.2.2. pont) A mintákat az asztallap felett ismert intenzitású, illetve spektrális eloszlású mesterséges fényforrások világítják meg (Tungsraflex R63 típ. (60W-os), illetve Infrarubin típ. (250 W-os) izzók), melyek távolsága az asztallapra merĘleges irányban beállítható magasságú a függĘleges állványszerkezeten. Méréseim során a különféle vastagságú minták távolsága az izzólámpáktól a mérés során állandó (a 60 W-os fényforrás esetén 30 cm, a 250 W-os infralámpa esetén 50 cm).

34. ábra. A kisérleti mérĘasztal kialakítása 3.2.2. ÉrzékelĘ-, és adatgyĦjtĘ rendszer továbbfejlesztése A hĘmérséklet mérése egy LM 335 típusú integrált áramkörös érzékelĘvel történhet, 0,1 o C pontossággal. Demonstrációs és oktatási célok érdekében mindhárom rekesz pillanatnyi hĘmérsékletét egy három digites kijelzĘ egy másodpercenkénti frissítéssel mutatja. A mérési adatok késĘbbi kiértékelés céljából tárolásra kerülnek, így kutatási célokat is támogathat az eszköz. Az adatgyĦjtés az asztalhoz kifejlesztett adatgyĦjtĘvel történik autonóm módon. Ha a hĘmérséklet alakulásának valós idejĦ, vizuális nyomon követése szükséges, az eszköz számítógéphez kapcsolva, valós idejĦ megjelenítésre is alkalmas. 54

3.2.3. Mérési eredmények értékelése A mérés során a transzparens hĘszigetelĘ anyagok hĘátbocsátási jellemzĘit (a transzparens hĘszigetelések mögötti léghĘmérséklet mérését) és fényáteresztési tulajdonságait vizsgáltam. (A mérĘasztalon végzett, fényáteresztéssel kapcsolatos vizsgálatokat ld. a 3.3.3. pontban.) A mérĘasztal segítségével a következĘ méréseket végeztem el: - Az 1. sz. mérés során a különféle vastagságú polikarbonát TH anyagú, üvegezés nélküli, egyoldali-, valamint a kétoldali üvegezéssel ellátott kontakt szolárfal-minták hĘátbocsátását vizsgáltam különféle (60 W-os – és infrarubin 250 W-os teljesítményĦ) izzók általi direkt besugárzás esetén, - A 2. sz méréssorozat célja a TH anyagú, a falszerkezettĘl független abszorber lemezzel rendelkezĘ konvektív szolárfal-minták hĘátbocsátásának vizsgálata volt. 1. sz. mérés: A PC anyagú méhsejt-struktúrájú TH anyagminták hĘátbocsátását elsĘként üvegréteg nélkül, másodszor külsĘ oldali üvegréteggel, harmadik változatban mindkét oldali üvegréteggel vizsgáltam meg. ElĘször a TH anyagok vastagságát 1…10 cm vastagságig 1 cm-ként növeltem és kétféle erĘsségĦ megvilágítás (a korábban már részletezett 60 W-os normál izzó, illetve 250 Wos infralámpa) mellett végeztem el a méréseket oly módon, hogy egy-egy rész-mérés 30 percet vett igénybe, 10 másodpercenkénti adat-mintavételezés mellett. A mérési eredmények nagy száma, valamint az áttekinthetĘség érdekében a kiértékeléshez a csak a legjellemzĘbb diagramokat használom fel a továbbiakban. A TH mögötti léghĘmérsékletek változását üvegezés nélküli, különbözĘ (2, 4, 6, 8, 10 cm) vastagságú PC TH anyagminták alkalmazása mellett 60 W-os fényforrás esetén a 35. ábra, 250 W-os fényforrás esetén a 36. ábra szemlélteti. A 60 W-os fényforrás esetében a 400 s idĘtartamig a minták hĘátbocsátása csaknem megegyezik, majd ezt követĘen vastagságukkal (hĘátbocsátási tényezĘjükkel) arányosan változik. Tekintettel arra, hogy a PC anyagok hĘátbocsátási tényezĘje a nagyobb szerkezeti vastagságok esetén kisebb, ezért a mintán átjutott energia nagyobb részét képesek a nagyobb vastagságú minták megtartani, mint a kisebb vastagságúak (ld. 4. ábra) (Pl. a 2 cm vastagú TH minta hátoldalán mért hĘmérséklet a 10 cm vastag minta esetében mért értéknél kisebb, az utóbbinak mintegy 86 %-a az 1800 s idĘpontban). A 250 W-os fényforrás mellett már csak 200 s-ig halad megközelítĘen együtt a görbesereg, ezt követĘen kb. 1400 s-ig a hĘátbocsátás jellege az elĘzĘvel ellentétes, 1400 s-ot követĘen azzal ismét megegyezĘ jellegĦ. A jelenség oka a nagyobb vastagságú anyagok nagyobb hĘtehetetlensége a vékonyabbakéhoz képest, lökésszerĦ hĘterhelés esetén. Az üvegréteggel ellátott minták a gyakorlatban alkalmazott két alapvetĘ beépítési változatot modellezik:az egyrétegĦ üvegezéssel lefedett TH anyagok a tartóváz közé helyszínen beépített, külsĘ üvegréteggel lefedett szerkezeteket-, a külsĘ és belsĘ üvegréteggel ellátott változatok a szerelt jellegĦ üvegezett szendvicsszerkezeteket (modulokat) jellemzik.

55

50,0

45,0

40,0

Homérséklet [°C

35,0

30,0

TH nélkül 2 cm vastag TH 4 cm vastag TH 6 cm vastag TH 8 cm vastag TH 10 cm vastag TH

25,0

20,0

15,0

10,0

5,0

0,0 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Ido [s]

35. ábra. Különféle vastagságú PC TH anyagok mögötti légréteg felmelegedése határoló üvegfelületek nélkül, 60 W-os fényforrás esetén. (a minták vastagsága: 2; 4; 6; 8; és 10 cm)

90,0 80,0

Homérséklet [°C]

70,0

TH nélkül 2 cm vastag TH 4 cm vastag TH 6 cm vastag TH 8 cm vastag TH 10 cm vastag TH

60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Ido [s]

36. ábra. Különféle vastagságú PC TH anyagok mögötti légréteg felmelegedése határoló üvegfelületek nélkül, 250 W-os fényforrás esetén. (a minták vastagsága: 2; 4; 6; 8; és 10 cm).

56

Az egy- és kétrétegĦ üvegezések hatását a TH anyagok hĘátbocsátására két rétegvastagság esetén mutatom be: 60 W-os fényforrás mellett a 4cm és a 10 cm vastag PC méhsejt struktúrájú TH anyagokét a 37. – 38. ábra, a 250W-os infralámpával történĘ besugárzás mellett a 4cm és a 10 cm vastag PC méhsejt struktúrájú TH anyagokét a 39. – 40. ábra szemlélteti. MegfigyelhetĘ, hogy a kisebb intenzitású (60 W-os lámpával történĘ) besugárzás esetén mindkét szerkezeti vastagság (6 és 10 cm) esetén a jelenség hasonló, nevezetesen az üvegezés nélküli TH anyagok hĘátbocsátása jelentĘsen meghaladja a közel azonos hĘátbocsátású külsĘ-, és kétoldali üvegezésĦekét. A 250 W-os infrarubin lámpával történĘ besugárzás esetén szembetĦnĘen eltérĘ a diagramok jellege: az üvegezés nélküli-, és a csupán külsĘ üvegréteggel határolt szerkezetek hĘátbocsátása csaknem megegyezĘ, amelytĘl a kétoldali üvegszerkezeteké lényegesen alacsonyabb.

90.0 80.0 70.0

hĘmérséklet [C]

60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0

1800

1760

1720

1680

1640

1600

1560

1520

1480

1440

1400

1360

1320

1280

1240

1200

1160

1120

1080

1040

960

1000

920

880

840

800

760

720

680

640

600

560

520

480

440

400

360

320

280

240

200

160

80

120

0

40

0.0

idĘ [sec]

1/1. sz. mérés: Méhsejt-struktúrájú transzparens hĘszigetelés hĘátbocsátása (oC) 60 w-os izzó ), üvegezés nélkül 1/2. sz. mérés: Méhsejt-struktúrájú transzparens hĘszigetelés hĘátbocsátása (oC) 60 w-os izzól), külsĘ oldali üvegezéssel 1/3. sz. mérés: Méhsejt-struktúrájú transzparens hĘszigetelés hĘátbocsátása (oC) 60 w-os izzól), kétoldali üvegezéssel

37. ábra Méhsejt struktúrájú 4cm vastag PC transzparens hĘszigetelés hĘátbocsátása 60W-os fényforrás mellett. (Üvegezés nélkül, külsĘ üvegezéssel, kétoldali üvegezéssel) 100.0 90.0 80.0

hĘmérséklet [C]

70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0

1800

1760

1720

1680

1640

1600

1560

1520

1480

1440

1400

1360

1320

1280

1240

1200

1160

1120

1080

1040

1000

960

920

880

840

800

760

720

680

640

600

560

520

480

440

400

360

320

280

240

200

160

80

120

0

40

0.0

idĘ [sec]

2/1. sz. mérés: Méhsejt-struktúrájú transzparens hĘszigetelés (oC) 250 w-os izzó ), üvegezés nélkül 1/2. sz. mérés: Méhsejt-struktúrájú transzparens hĘszigetelés hĘátbocsátása (oC) 60 w-os izzól), külsĘ oldali üvegezéssel 1/3. sz. mérés: Méhsejt-struktúrájú transzparens hĘszigetelés hĘátbocsátása (oC) 60 w-os izzól), kétoldali üvegezéssel

38. ábra Méhsejt struktúrájú 10cm vastag PC transzparens hĘszigetelés hĘátbocsátása 60W-os fényforrás mellett. (Üvegezés nélkül, külsĘ üvegezéssel, kétoldali üvegezéssel)

57

90.0 80.0 70.0

hĘmérséklet [C]

60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0

1800

1760

1720

1680

1640

1600

1560

1520

1480

1440

1400

1360

1320

1280

1240

1200

1160

1120

1080

1040

960

1000

920

880

840

800

760

720

680

640

600

560

520

480

440

400

360

320

280

240

200

80

160

120

0

40

0.0

idĘ [sec]

2/1. sz. mérés: Méhsejt-struktúrájú transzparens hĘszigetelés (oC) 250 w-os izzó ), üvegezés nélkül 2/2. sz. mérés: Méhsejt-struktúrájú transzparens hĘszigetelés (oC) 250+A935 w-os izzó ), külsĘ üvegezéssel 2/3. sz. mérés: Méhsejt-struktúrájú transzparens hĘszigetelés (oC) 250 w-os izzó ), kétoldali üvegezéssel

39. ábra. Méhsejt struktúrájú 4cm vastag PC transzparens hĘszigetelés hĘátbocsátása 250W-os fényforrás mellett. (Üvegezés nélkül, külsĘ üv., kétoldali üvegezéssel) 100.0 90.0 80.0

hĘmérséklet [C]

70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0

1800

1740

1680

1620

1560

1500

1440

1380

1320

1260

1200

1140

1080

1020

960

900

840

780

720

660

600

540

480

420

360

300

240

180

60

120

0

0.0

idĘ [sec]

2/1. sz. mérés: Méhsejt-struktúrájú transzparens hĘszigetelés (oC) 250 w-os izzó ), üvegezés nélkül 2/2. sz. mérés: Méhsejt-struktúrájú transzparens hĘszigetelés (oC) 250+A935 w-os izzó ), külsĘ üvegezéssel 2/3. sz. mérés: Méhsejt-struktúrájú transzparens hĘszigetelés (oC) 250 w-os izzó ), kétoldali üvegezéssel

40. ábra. Méhsejt struktúrájú 10cm vastag PC transzparens hĘszigetelés hĘátbocsátása 250W-os fényforrás mellett. (Üvegezés nélkül, külsĘ üvegezéssel, kétoldali üvegezéssel) Összehasonlításul a 41. ábrán külsĘ oldali üvegezéssel ellátott, 5 cm vastagságú, méhsejt struktúrájú PC anyagú (Arel), illetve 5cm vastag hullámréteges kialakítású, cellulóz-acetát anyagú (Isoflex) transzparens hĘszigetelés felületi hĘmérsékletének alakulása látható, 250 W-os infrarubin izzóval történĘ besugárzás mellett. A felületre merĘleges struktúrájú TH anyag a hĘ terjedése szempontjából kisebb ellenállást képez, mint a felülettel párhuzamos rétegzĘdésĦ anyagszerkezet. Összefoglalva az 1. sz. mérés eredményeit, a kontakt szolárfalak szerkezeteit modellezĘ kiválasztott 4 cm és 10 cm vastag polikarbonát méhsejt-struktúrájú transzparens hĘszigetelés minták hĘátbocsátásával kapcsolatosan megállapítottam, hogy – az anyagszerkezettĘl valamint a besugárzás erĘsségétĘl függĘen a belsĘ oldali felületi hĘmérséklet emelkedés mértéke üvegezés nélkül a 39…70%-ot is elérheti, míg külsĘ oldali üvegezés esetén a szigeteletlen falénak 81…97%-át, kétoldali üvegezés esetén a 70…92%-át éri el. 58

80

70

Homérséklet [°C]

60

50

40

AREL ISOFLEX

30

20

10

0 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Ido [s]

41. ábra KülsĘ oldali üvegezéssel ellátott, 5 cm vastag, méhsejt struktúrájú polikarbonát anyagú (Arel), illetve 5cm vastag hullámréteges kialakítású, cellulóz-acetát anyagú (Isoflex) transzparens hĘszigetelés felületi hĘmérsékletének alakulása 2. sz mérés: A mérés során a konvektív szolárfalak mĦködéséhez kapcsolódó vizsgálatokat végeztem: a rendelkezésre álló PC TH anyagminták alatt feketére festett, 0,5 mm vastag alumínium abszorber-lemezt helyeztem el, és megmértem az abszorber-lemez mögötti légréteg hĘmérsékletét. A TH anyag vastagságát 1 cm-es méretlépcsĘben növeltem. 100.0 90.0 80.0

hĘmérséklet [C]

70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0

idĘ [sec] 0cm

2cm

4cm

6cm

8cm

10cm

42 ábra. Üvegfedés nélküli, 2; 4; 6; 8; 10 cm vastag TH anyagok abszorber lemeze mögötti légréteg hĘmérsékletének mérése 59

1800

1750

1700

1650

1600

1550

1500

1450

1400

1350

1300

1250

1200

1150

1100

1050

950

1000

900

850

800

750

700

650

600

550

500

450

400

350

300

250

200

150

100

0

50

0.0

A mérések eredményébĘl a 42. ábrán az üvegfedés nélküli, 2; 4; 6; 8; 10 cm vastag TH anyagok abszorber lemeze mögötti légrétegek hĘmérsékleteit mutatom be 250 W-os infralámpával történĘ besugárzás mellett. A mérések azt mutatják, hogy a hĘátbocsátás szempontjából a 4 cm-es minta hĘátbocsátási jellemzĘi a legkedvezĘbbek, figyelembe véve az abszorber lemez fellépĘ hĘveszteségeit is.

3.3. Transzparens hĘszigetelések optikai jellemzĘinek vizsgálata 3.3.1. Fényáteresztés mérése különféle transzparens hĘszigetelés mintákon, változó beesési szög mellett Ulbricht-gömb segítségével A különféle transzparens hĘszigetelések fényáteresztĘ képessége jelentĘsen eltérĘ lehet nemcsak ezek anyagától, szerkezeti kialakításától, hanem a fény különféle beesési szögétĘl függĘen is, amelynek mértéke jelentĘsen behatárolja alkalmazási területüket. Tekintettel arra, hogy a gyártók által részemre átadott mintáknak csak a direkt merĘleges , valamint a diffúz megvilágítás melletti fényáteresztésre vonatkozó adatai voltak ismeretesek, és csupán a határoló felületekre merĘleges struktúrák esetén, így a méréseim célja olyan újabb adatok feltárása volt melyek különféle beesési szögek esetén is tájékoztatást nyújtanak a transzparens szigetelések két leggyakrabban alkalmazott fajtájának (kapillár-, illetve méhsejt struktúra) fényáteresztésére vonatkozóan. Cél volt továbbá néhány olyan transzparens hĘszigetelésĦ szerkezet direkt, illetve diffúz fényáteresztésének vizsgálata is melyek a költségtakarékos építésben (pl. a mezĘgazdasági építésben) is alkalmazhatók lehetnek a késĘbbiekben. A Hannoveri Egyetem Kertészeti Technika Intézetének (ITG) kutató-laboratóriumában a polikarbonát-, illetve a PMMA anyagú transzparens szigetelések két leggyakrabban alkalmazott fajtájának (kapillár-, illetve méhsejt struktúra), valamint ezek felhasználásával készített transzparens szendvics-szerkezetek néhány változatának fényáteresztését vizsgáltam különféle beesési szögĦ direkt-, valamint diffúz megvilágítás esetén. A mérĘberendezés kialakítása: A mérĘberendezés olyan 1m átmérĘjĦ Ulbricht-gömb, amelynek belsĘ felülete fehérre van festve. A fényerĘsséget fotocella méri, mely a gömb felsĘ peremén helyezkedik el. (HAMAMATSU R136 típusú fotomultiplier, mely egy fényvezetĘ plexiüvegrúd által van a gömbbel összekötve. A fotocella FERRAND típusú fotomultiplier- táp és kijelzĘ készülékhez van hozzákapcsolva. Párhuzamosan ezzel a kijelzĘvel az értékek leolvasása egy Phillips PM2943 típusú digitális voltmérĘvel is lehetséges).(43.ábra) Direkt fénysugárzás elĘállítása egy vízszintes tengely körül forgatható fényszóró segítségével történik. A zenittávolság 10 fokonként állítható. A fényszóró lámpateste belülrĘl feketére van festve, melyben 150 W-os halogén vetítĘlámpa helyezkedik el. A beépített lencse segítségével csaknem párhuzamos fénnyaláb állítható elĘ. A fényszóró tengelye 1,4 m átmérĘjĦ kerek, fogatható asztal fölött helyezkedik el, melynek a közepén egy négyzetes nyílás található. A mintákat különféle, -a vizsgálati anyagnak megfelelĘ méretĦ- szĦkítĘ keretek segítségével vizsgáltam fényátresztés szempontjából.

60

43. ábra. Ulbricht-gömb kialakítása

44. ábra. Felületre merĘleges struktúrájú transzparens hĘszigetelések fényáteresztése mindkét irányú direkt megvilágítás esetén (A: 40 mm vtg. kapillár str. (PMMA), B: 62 mm vtg. méhs. str. (PC)

45. ábra. Felülettel 45 fokos szöget bezáró struktúrájú transzparens hĘszigetelések fényáteresztésének mértéke (A: 22 mm vtg kapillár str. (PMMA), B: 50 mm vtg. méhsejt str. (PC.) 61

Diffúz fény elĘállítására az egyben a labor lefedését képezĘ belsĘ felületén fehérre festett 4 m átmérĘjĦ félgömb szolgált, melynek középpontja a forgatható asztal közepe. Hat fénycsĘ-párból (THLW 86, TLF 65 W34) valamint reflektorokból álló fénykoszorúval a félgömb belseje úgy világítható meg, hogy diffúz fényt ver vissza anélkül, hogy árnyék keletkezne. A vizsgáló terem és minden épületszerkezet -a félgömböt kivéve- fekete festéssel van ellátva. A mérés megkezdése elĘtt a mérĘmĦszert zárt blendénél 0%-ra, nyitott blendénél 100 %ra állítottam, majd a mintának a blendére történĘ helyezését követĘen, a fényáteresztést százalékos értékét leolvastam. A vizsgált transzparens hĘszigetelés minták anyaga és szerkezete a következĘ: A méhsejt struktúrájú transzparens hĘszigetelés vizsgálati anyagát a Licht und EnergieOptimisierungssysteme GmbH (L.E.S.) bocsátotta rendelkezésemre. A 62 mm-es vastagságú anyag a felületre merĘleges-, az 50 mm vastagságú minta a felülettel 45 fokos szöget bezáró struktúrájú, anyaguk extrudált polikarbonát. A végeiken nyitott légcellák keresztmetszete 3x3 mm. A vizsgált kapillár-struktúrájú transzparens hĘszigetelés gyártója az OKALUX Kapillarglas GmbH, melynek vastagsága a felületre merĘleges struktúra esetén 40 mm, a felülettel 45 fokos szöget bezáró struktúra esetén 22 mm, anyaga extrúdált PMMA. A hengeres keresztmetszetĦ kapillárisok keresztmetszete átlagosan 3,5 mm. Az összetett szerkezetek fényáteresztésének vizsgálata során kétoldali 3,8 (4) mm vastag síküveg, valamint 8 és 16 mm vastag polikarbonát építĘlemez-határolás közötti (a felületre merĘleges struktúrájú) 40 mm vastag kapillárstruktúrájú, valamint a 62 mm vastag méhsejt struktúrájú transzparens hĘszigetelés került beépítésre. A mérési eredmények értékelése Míg a felületre merĘleges struktúrájú TH anyagok esetében a -90…+90 fokig terjedĘ direkt megvilágítás esetén a fényáteresztés görbéje a függĘleges (felületre merĘleges) tengelyre nézve szimmetrikus lefutású, a felülettel 45 fokos szöget bezáró struktúrájú transzparens hĘszigetelések esetén aszimmetrikus. Ez utóbbi esetben a fényáteresztés mértéke a bevilágítás iránya felĘl jóval szélesebb tartományban ér el magas értékeket, mint az elĘbbi struktúrák esetén (44.- 45. ábra), ellenkezĘ irányban viszont lényegesen kisebb. Ez utóbbi jelenséget a tervezés során fel lehet használni, mely által mérsékelni lehet a nyári túlmelegedés kedvezĘtlen hatásait. Mindkét struktúra esetén megfigyelhetĘ, hogy a szerkezeti vastagság növelésével a fényáteresztés mértéke jelentĘsen csökken, de az eltérés mértéke a szélsĘ tartományokban lényegesen kisebb. A 44. és 45. ábrán bemutatott fényáteresztés görbéknek helyi maximumai vannak. A felületre merĘleges struktúrák esetén a merĘleges-, és ahhoz közeli (-10 fok és +10 fok közötti), valamint a felülettel mindkét irányban alacsony (70 és 80 fok közötti) szöget bezáró irányú megvilágítás környezetében, a felülettel 45 fokos szöget bezáró struktúrák esetén a szélsĘ, alacsony beesési szögĦ tartományok közül a kapilláris irányával megegyezĘ irányban egyaránt magas a fényáteresztés mértéke. A jelenség optikai elemzését a 46. ábra szemlélteti.

62

Az ábrán a felületre merĘleges struktútrák esetén a beesĘ fénysugárzás akkor a leghatékonyabb, ha a fénnyaláb akadálytalanul (reflexió nélkül) juthat át a TH anyagon, ezért meghatározható egy olyan (a struktúra geometriai jellemzĘitĘl függĘ határszög (Į), amely alatti szögtartományban a fényáteresztés maximális mértékĦ. A felülettel párhuzamos irányú cellaszerkezet esetén is értelmezhetĘ ez a szögtartomány.(ld. 46. ábra)

46. ábra Méhsejt- és kapilláris struktúrák fényáteresztési viszonyai a megvilágítás hajlásszögétĘl, valamint a struktúrák geometriai jellemzĘitĘl függĘen A határszög kiszámítása a méhsejt-, vagy kapilláris struktúrájú TH anyagok geometriai jellemzĘinek ismeretében az alábbi képlettel végezhetĘ:

ahol: Į a b

D arctg (a / b) határszög

(3.3.1.1.)

a méhsejt struktúra esetén a keresztmetszeti oldalhossz mérete, kapilláris struktúra esetén a kapilláris átmérĘje [mm] a TH anyag vastagsága [mm]

Az anyagstruktúrára merĘleges, vagy ahhoz közeli szögtartományban mindkét esetben fellépĘ helyi maximumok azzal magyarázhatók, hogy a „rost”-irányra merĘleges irányú fény energiavesztesége a legkisebb az általános irányú, számos reflexiót szenvedĘ fénnyalábéhoz képest. E jelenség a TH anyag minĘségétĘl is függ. Az 6. táblázatban kétféle felületre merĘleges struktúrájú transzparens hĘszigetelésváltozattal három olyan összetett szerkezet fényáteresztésének vizsgálatát végeztem el, melynek során az egyes határoló felületek fényáteresztését külön-külön, majd együttesen is megmértem direkt-, illetve diffúz megvilágítás esetén. Mindkét felületre merĘleges (kapillár-, illetve méhsejt struktúrájú) transzparens hĘszigetelés-változat esetén mind a direkt-, mind a diffúz megvilágítás mellett legkedvezĘbb a 3,8 mm vastag kétoldali

63

síküveg térelhatárolás, mely megoldás legkisebb költségigényessége révén leginkább javasolható szélesebb körĦ alkalmazásra. 6. táblázat. Felületre merĘleges struktúrájú transzparens hĘszigetelésĦ szendvics-szerkezetek fényáteresztésének mérési adatai

3.3.2. Transzparens hĘszigetelĘ anyagminták fényáteresztésének mérése spektrofotométerrel A vizsgálatok célja elsĘsorban a szélesebb körĦ hazai felhasználás szempontjából fontos, költségtakarékos, különféle anyagú-, vastagságú-, kialakítású minták fényáteresztésének

64

összehasonlító elemzésével a gyakorlati alkalmazással kapcsolatos adatok gyĦjtése és a felhasználásukat érintĘ következtetések levonása. Különféle anyagú és vastagságú-, különféle rétegszámú és újrahasznosított transzparens anyagok fényáteresztésének mérése SHIMADZU UV-120-02 típ. spektrofotométerrel: A SZIE MGK Kémia Tanszékén található SHIMADZU UV-120-02 típusú spektrofotométer segítségével 200–1000 nm-es mérési tartományban mértem meg a különféle anyagú és vastagságú-, különféle rétegszámú valamint egyes újrahasznosított transzparens hĘszigetelĘ anyagok fényáteresztését. A mérés megkezdése elĘtt a nullázást a nullázó potenciométerrel végeztem el, majd a fólia mintákat küvettába, az üveglapokat küvetta nélkül helyeztem el a küvetta-tartóba. A mĦszeren közvetlenül leolvasható volt a vizsgált minta transzmissziója. A mérĘeszköz kialakításának elvét a 47. ábra, a mérés eredményeit a 48…51. ábrák tartalmazzák.

47. ábra SHIMADZU típ. UV-120-02 típusú spektrofotométer elvi kialakítása A mérési eredmények kiértékelése: A 48. ábrán egy-, két-, és háromrétegĦ, rétegenként 3 mm vastag normál síküveg lapokból álló minták fényáteresztésének mérési eredményei láthatók. A mérések azt mutatják, hogy az üvegtáblák rétegszámának növelése jelentĘsen csökkenti a fényáteresztés (ezáltal az összenergia áteresztés) mértékét, ezért inkább a nagyméretĦ üvegtáblák esetén célszerĦ a (transzmissziós veszteségek csökkentése céljából) a háromrétegĦ üvegezés alkalmazása. A 49.-51. ábrák különféle fóliák fényáteresztésének mérési erdményeit szemléltetik: A polikarbonát fólia (49. ábra) minta anyagát a kísérleti és demonstrációs falon beépített AREL típusú transzparens hĘszigetelés anyagából készítettem elĘ, azzal a céllal, hogy megvizsgáljam az eredetileg az abszorber felületre merĘleges struktúrájú méhsejt struktúrájú PC hĘszigetelés fényáteresztésének mértékét az abszorber felülettel párhuzamos elhelyezés esetén. A mérés során zavaró tényezĘ volt, hogy a keresztirányban elmetszett határoló fólia részek a mérés során fénytörést is lehetĘvé tettek. (Ilyen struktúrájúak azok az 1..2 mm falvastagságú üregkamrás polikarbonát lemezek is, amelyeket üvegezés nélkül különféle felülvilágító szerkezetekben, elĘtetĘkben széleskörĦen alkalmaznak.) A mérés eredmények szerint az egyrétegĦ fólia fényáteresztése is elmarad az abszorber rétegre merĘleges, 10 cm vastag transzparens PC méhsejt hĘszigetelés IJ=0,75+0,05 65

irodalmi adataitól (GOETZBERGER – WITTWER 1993) és a fólia rétegek számának növelésével a fényáteresztés mértéke még jelentĘsen tovább csökken. Gyakorlati szempontból ez azt jelenti, hogy az AREL és a hozzá hasonló strukúrájú méhsejt struktúrájú TH anyagoknak az abszorber felület síkjával párhuzamos beépítése hĘszigetelĘ üvegezések üvegtáblái közé nem javasolható. Kivételt jelenthet az üvegezett tetĘszerkezeteken történĘ olyan alkalmazás, amikor a globál sugárzás direkt részét a réteglemezek reflexiójával szeretnénk szabályozni. Az 50. ábrán a kereskedelmi forgalomban „nem UV stabil” és „UV stabil” minĘsítésĦ egyrétegĦ, különféle vastagságú polietilén(PE) agrofólia minták fényáteresztését hasonlítottam össze. A mérési eredmények alapján megállapítható, hogy az egyaránt 0,15 mm vastagságú fóliák közül az UV stabil fólia fényáteresztése jobb, és így természetesen a 0,04 mm vastag UV stabil fólia fényáteresztése a legkedvezĘbb. Az 51. ábrán a Moniflex típusú cellulóz acetát-, valamint a közönséges háztartási celofán 1 rétegének fényáteresztését hasonlítottam össze. A diagramból kitĦnik, hogy minkét minta fényáteresztése igen jó, és gyakorlatilag megegyezĘ. Síküvegek fényáteresztése 100 1 rtg üveg (v=3) T %

T [%]

80 60 40

2 rtg üveg (v=6 mm) T%

20

3 rtg üveg (v= 9 mm) T% 1000

920

840

760

680

600

520

440

360

280

200

0

hullámhossz [nm]

48. ábra 3 mm vastag normál síküveg rétegek fényáteresztése (1-2-3 rtg esetén) Polikarbonát fóliák fényáteresztése 70 60

1rtg TI (PC) 2rtg TI (PC)

40

3rtg TI (PC)

30

4rtg TI (PC)

20

5rtg TI (PC)

10

10 00

92 0

76 0 84 0

68 0

60 0

52 0

44 0

36 0

28 0

0 20 0

T [%]

50

hullám hossz [nm ]

49. ábra Polikarbonát fóliák fényáteresztése 66

T [%]

Polietilén fóliák fényáteresztése 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

1 rtg Pef nuvs 0,15 1 rtg Pef uvs 0,15 1 rtg Pef uvs 0,04

1

5

9 13 17 21 25 29 33 37 41 hullámhossz [nm]

50. ábra Különféle polietilén fóliák fényáteresztése Cellulóz acetát és celofán fóliák fényáteresztése 100 T [%]

80 60

1 rtg Moniflex (cellulóz acetát)

40

1 rtg celofán

20

20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0 10 00

0

hullámhossz [nm]

51. ábra 1 rtg cellulóz acetát és 1 réteg celofán fólia fényáteresztése Különféle vastagságú és anyagú síküvegek, anyagukban színezett különleges üvegrétegek, fóliák, valamint ömlesztett transzparens törmelék-anyagok fényáteresztésének vizsgálata: A különféle anyagában színezett, és különleges építészeti üvegek fény-áteresztésének összehasonlító elemzését a BMGE, ÉpítĘanyagok Tanszék labortoriumában végeztem el Spektromom 401 fényelektromos fotométer készülékkel, 400, 430, 480, 520, 540, 570, 620, 670 nm spektrális fényáteresztésĦ színszĦrĘk alkalmazásával, és szelén fényelem érzékelĘ segítségével. (52. ábra) A mérés megkezdése elĘtt a sugármenetbe helyeztem a szükséges színszĦrĘt, majd a nullázást a nullázó potenciométerrel végeztem el. Ezt követĘen a mintákat küvettába, (üveglapokat anélkül) helyeztem el a küvettatartóba. A mĦszeren ezt követĘen közvetlenül leolvasható volt a vizsgált minta fényáteresztése. A mérések eredményei alapján készített diagramok az M.8. sz mellékletben találhatók.

67

52. ábra Spektromom 401 fényelektromos fotométer kialakítása A természetes megvilágítás tervezése szempontjából igen fontos az egy-, két-, és háromrétegĦ, különféle anyagú és (3; 4, 5; és 6 mm) vastagságú üvegrétegekbĘl készített üvegrétegek fényáteresztésének ismerete a látható fény tartományában. (ld. M 8.1.-M 8.15. ábra). A különféle színtelen üvegek egy-egy rétegének fényáteresztését megmérve, a további rétegek fényáteresztése általában jól közelíthetĘ egy, a mérések alapján meghatározott, és a vizsgált üvegezés egy rétegére vonatkoztatott 0 és 1 közötti átlagos arányossági tényezĘvel a látható fény tartományában. E módszer alkalmazását az anyagukban színezett üvegezések esetén úgy célszerĦ módosítani, hogy a vizsgált tartomány két (400…520 nm, illetve 540…670 nm) részére külön-külön arányossági tényezĘt határozunk meg a komplementer színek hatásai miatt (ld. M 5.20-M5.26. táblázat) A normál színtelen síküveg rétegek fényáteresztése a rétegvastagság 1 mm-kénti növekedésével igen csekély mértékben csökken, gyakorlati szempontból azonosnak tekinthetĘ. Az üvegtáblák rétegszámának növelésével egyenes arányban (minden vizsgált vastagságú üvegnél) jelentĘsen csökken a fényáteresztés mértéke: 2 rétegĦ üvegeknél az egyrétegĦ üvegezéshez viszonyítva 0,922…0,943, 3 rétegĦ üvegezés esetén 0,843…0,882 a csökkenés mértéke. A különféle mintázatú, azonos (3,5 mm) vastagságú színtelen katedrál üvegek közül legkedvezĘbb a „sávos”, legkedvezĘtlenebb a „hullámos” változat fényáteresztése. Ez utóbbi üveg 2 rétegének alkalmazása esetén a fényáteresztés 0,830-ra, 3 réteg esetén 0,663-ra esik vissza. Az M 5.6. és az M 5.7. ábrán látható, hogy a 3,5 mm vastagságú, különféle mintás színtelen katedrálüvegek 1 rétegének a fényáteresztése kedvezĘtlenebb, mint 3 réteg 4 mm vastagságú normál (színtelen) síküvegé. A különféle mintázatú, azonos (3,5 mm) vastagságú színes katedrál üvegek fényáteresztésének mértéke markánsan eltér a színtelen változatokétól, a hullámhosszaktól függĘ mértékben: A sárga üvegek a kiegészítĘ színĦ (kékes árnyalatú) 400 – 520 nm tartományban csak csekély mértékben áteresztĘk (0,091…2,82)., míg az 540 – 670 nm tartományban kedvezĘbb (0,360…0,589). A vizsgált két rétegĦ absztraktmintás sárga katedrál üvegezések fényáteresztése csökkenésének mértéke a 400 – 520 nm tartományban 0,358…0,396, az 520 – 670 nm tartományban 0,482…0,45. Sárgásbarna (bronz) üvegezések fényáteresztése a 400 – 520 nm hullámhosszú tartományban 0,316…0,441, míg 520 – 670 nm felett 0,412… 0,565. Két rétegĦ bronz színĦ katedrál üvegezésként a fényáteresztés csökkenésének mértéke a 400 – 520 nm tartományban 0,3175…0,432, az 540 – 670 nm tartományban 0,500…0,538. 68

Három rétegĦ színes katedrál üvegezések fényáteresztésének mértéke már oly mértékben lecsökken, ami gyakorlati alkalmazásukat kizárja (átlagos fényáteresztésük mértéke az egyrétegĦekének átlagosan 0,183…0,295-öd része). A fényáteresztés mértékét nem mindig az üveg árnyalata határozza meg: pl. az M7.14. ábrán bemutatott 4 mm vastag anyagában színezett füstüveg fényáteresztése mindhárom réteg-változatban kedvezĘbb, mint a nála vékonyabb, 3 mm vastag homokfúvott matt fehér üveg fényáteresztése (ld. M 7.15. ábra). Ez utóbbi, valamint a vizsgált reflexiós üvegezések csekély fényáteresztésük miatt nem alkalmasak transzparens hĘszigetelésĦ üvegezett szerkezetek határoló szerkezeteként. A különféle (PC, Moniflex és celofán és PE) anyagú fóliák közül a Moniflex, a celofán, és a fénystabil 0,04 mm vtg. PE fóliának legjobb a fényáteresztésük (0,905…0,970). Két rétegben alkalmazva e fóliákat a fényáteresztés mértéke átlagosan 0,936…0,937-ed része az egyrétegĦekének. A PC, valamint a fénystabil 0,15 mm vtg fénystabil PE fólia fényáteresztése közel megegyezĘ (0,812…0,880). Ez utóbbiak két rétegének fényáteresztése átlagosan 0,844…0,846-od része az egyrétegĦekének. Végül a különféle felaprított, ömlesztett transzparens anyagok fényáteresztését vizsgáltam meg azzal a céllal, hogy alkalmasak-e az újrahasznosításra törmelék, illetve apríték formájában. A mérések szerint a felhsználásnak ez a módja elsĘsorban az általában kapilláris struktúrák anyagát képezĘ PMMA és üveg anyagok esetén merülhet fel, a többi anyagminta csekély fényáteresztése révén kevéssé alkalmas e célra (ld. M.8.19. ábra) Az elĘbbi szempontból nem megfelelĘ anyagok nyersanyagként való felhasználása a gyártásban, illetve a hagyományos átlátszatlan hĘszigetelésekhez hasonló hĘszigetelĘ paplanok egyes változatainak töltĘanyagaként lehetséges.

3.3.3. Fényáteresztés mérése luxmérĘ segítségével A mesterséges megvilágítást a 3.2.1. pontban leírt mérĘasztalhoz rögzített függĘleges állványzaton 30 cm távolságból, Tungsraflex R63 típusú fényforrás biztosította, a különféle vastagságú transzparens hĘszigetelĘ anyagok fényáteresztésének mérését luxmérĘvel végeztem. A mérések alapján megállapítható hogy a vizsgált felületre merĘleges irányú, 2-10 cm vastagságú, ún. „méhsejt-struktúrájú” PC anyagú transzparens hĘszigetelés fényáteresztése nem csökkent jelentĘsen az anyagvastagság növekedésével: a cellák irányával megegyezĘ irányú besugárzás esetén átlagosan 0,88…0,80 volt. A vizsgált 5 cm vastag méhsejt struktúrájú (AREL típusú) transzparens hĘszigetelés fényáteresztése felületre merĘleges megvilágítás esetén 2,2-szerese volt az ugyanakkora vastagságú Isoflex típusú rétegelt hullámlemezes transzparens hĘszigetelésének. A 3.5.pontban bemutatott kísérleti nád-szolárfal minták fényáteresztésének mérési adatait ld a 3.5.2.3. pontban.

69

3.4.

Transzparens hĘszigetelések alkalmazásának ökológiai szempontjai

3.4.1. TH anyagok és szerkezetek ökológiai értékelésének módszere Építési anyagok ökológiai értékelésével kapcsolatosan jelenleg nem állnak rendelkezésre általánosan elfogadott hazai, vagy külföldi elĘírások vagy módszerek, annak ellenére, hogy e témakör irodalmában gyakran történik utalás különféle alapvetĘ szempontokra. KRUSCHE és mtsai (1982) az „Ökologisches Bauen” c. alapmĦvében a következĘ szempontokat tekinti az építĘanyagok elĘállítása és felhasználása szempontjából meghatározónak: - pozitív hatás a jó közérzetre és az egészségre, - alacsony energiafelhasználás és károsanyag-kibocsátás mentesség, - felújíthatóság és újrahasznosíthatóság, - az anyagnak és a felhasználás módjának megfelelĘsége, - decentralizál elĘállítás lehetĘsége. A Független Ökológiai Központban 2000-ben „Az építési anyagok termékdíja” kutatás keretében MEDGYASZAY, NOVÁK és mtsai az építĘanyagok ismert kvantitatív adatainak valamint a nemzetközi adatbázisokban (pl. BauBioDataBank) szereplĘ ökológiai indikátoroknak (primer energia-igény (PEI), CO2eq, SO2eq) közlése mellett az építĘanyagok egyes termékcsoportjaira a következĘ (közel azonos jelentĘségĦnek tekintett, általában súlyozás-mentesen kezelt) tulajdonságokat vették alapul, igen széleskörĦ áttekintést nyújtva : - belföldi elérhetĘség, - globális elérhetĘség, - megújuló forrás használat, - primér energiaforrás használat (nem megújuló), - egységnyi megújuló energiaforrás használatra jutó nem megújuló primér energia használat, - a szerkezet elĘállításához tartozó CO2eq érték*, - a szerkezet elĘállításához tartozó SO2eq érték*, - lokális elĘállíthatóság, - használati energia felhasználás, - szerkezet-energiahatékonysági mutató, - használat során káros anyag kibocsátó, megkötĘ képesség, - használat során komfort érzet (lég, pára, hĘ, akusztika, bĘr, szag), - elektrosztatikus tulajdonság, - felújíthatóság, - bontott anyag újrahasznosíthatósága, - bontás, újrafeldolgozás energiaigénye, - építési hulladék káros anyag kibocsátása. (* Megjegyzés: Súlyozás csak az üvegházhatást okozó gázok CO2eq értékére, valamint a kénesedést okozó, a légkör nedvességtartalmával reakcióba lépĘ gázok SO2eq értékére vonatkozó tulajdonságokon belül található az anyagban.) A fentieken túl, a környezeti értékelést kvalitatívan minĘsítĘ, gyakran szubjektív számot, az ún. „kv-szám”ot (kvalitatív, vagy „környezetvédelmi” szám) vezettek be, amelyek alapján ajánlási fokozatokat állapítottak meg: kiemelten ajánlott (3), kisebb hátránya 70

ellenére ajánlott (2), jelentékeny hátrányai miatt nem ajánlott (1), kerülendĘ(0), nem jellemzĘ paraméter (n.j.), közelítĘ információ sem ismert (n.a.). KERSCHBERGER és mtsai (1998) a transzparens hĘszigetelö rendszerekre két fĘ területet javasolt az ökológiai értékelés kritériumaként: - az elĘállítás energiaigénye, - károsanyag-kibocsátás az elĘállításnál, visszaforgathatóság (a gyártás során). A fenti ökológiai értékelési módszerek összehasonlítását és elemzését követĘen észrevételeim a következĘk: - Mindhárom módszer hangsúlyozza az alacsony energia-felhasználást az építĘanyagok egész életpályája alatt, a károsanyag-kibocsátás mentességet (illetve a megengedett szint alatti emissziós értékek betartását), valamint a felhasznált anyagok újrahasznosítását, - KRUSCHE és mtsai, valamint MEDGYASZAY, NOVÁK és mtsai feltételei utalnak a lehetĘség szerint kis szállítási távolságokra (decentralizált elĘállítás lehetĘsége, belföldi elérhetĘség), valamint a pozitív hatás a jó közérzetre egészségre, és a komfortérzetre. - Csupán a KRUSCHE és mtsai szempontjai között szerepel az anyag és a felhasználás módjának megfelelĘsége. - Sajnos egyik változatban sem szerepel a természetbe való visszaforgathatóság, valamint a tartósság (a tervezett élettartamnak megfelelĘen), amelyek a környezetbarát építés szempontjából igen fontos értékadó jellemzĘk. - A MEDGYASZAY, NOVÁK és mtsai anyagában szereplĘ „kv-szám” a gyakorlati felhasználás szempontjából igen hasznos és irányadó lehet, de a megkövetelt tulajdonságok súlyozásmentes figyelembevétele egyes szélsĘséges esetekben (pl. igényes belvárosi-, illetve a legegyszerĦbb gazdálkodó épületeknél) esetenként félrevezetĘ lehet. Az energiaigény különféle formában történĘ számításba vétele (primér-energiaforrás-, használati energiafelhasználás- valamint a bontás, újrafeldolgozás energiaigénye), valamint a szerkezetek elĘállításához tartozó emissziós jellemzĘk (a szerkezet elĘállításához tartozó CO2eq,valamint SO2eq érték, a hulladék káros anyag kibocsátása) a transzparens hĘszigetelésĦ rendszerek néhány alapváltozatának hasonlóságára való tekintettel véleményen szerint egy –egy feltétellé vonhatók össze. A megújuló erĘforrások használatára a transzparens hĘszigetelĘ rendszerek elĘállítása esetén fontos törekedni, annak ellenére, hogy jelenleg fĘként nagyipari módszerekkel, energiaigényes eljárásokkal és fĘként különféle mĦanyagokból (PC, PMMA) készítik ezeket az anyagokat. Megoldást jelenthet e téren, ha a természetes építĘanyagok (pl. nád) alkalmazását is lehetĘvé tesszük.(ld. 3.5. pont) Transzparens hĘszigetelésĦ szerkezetek esetén a felsorolt tulajdonságok súlyozás-mentes figyelembevétele és átlagolása helyett javaslom a gyakorlati felhasználás szempontjainak megfelelĘen az ökológiai szempontok feladat-, illetve célorientált elĘzetes hierarchiájának megállapítását (pl. egy bázis pontszám arányos felosztásával), majd ezt követĘen a szerkezeti kialakítás funkciónak megfelelĘ minĘségi súlyozó faktorok (szorzó tényezĘk) alkalmazását. E módszerrel tehát- kiindulásként – továbbra is lehetséges az ökológiai szempontok súlyozás-mentes figyelembevétele (a bázis pontszámok egyenlĘ felvételével), de lehetĘség nyílik emellett a szerkezet funkcionális megfelelĘségének valamint a tervezett szerkezeti kialakítás minĘségének pontosabb összehasonlítására is. Az így bevezetendĘ ökológiai-szerkezeti mutató tehát a tervezett szerkezeteknek az ökológiai megfelelĘségére ad közvetlen tájékoztatást. A transzparens hĘszigetelésĦ szoláris

71

rendszerek ökológiai minĘsítésének alapjául szolgáló elsĘdleges és másodlagos szempontokat a 7. és 8. táblázat tartalmazza. 7. táblázat. Transzparens hĘszigetelésĦ falszerkezetek ökológiai értékeléséhez tartozó bázispontszámok javasolt értékei Ökológiai szempontok

Pontszám összesen (max.: 50p) (max.:40p)

- ElsĘdleges szempontok: - a felhasznált alap- és szerkezeti anyagok életpályájuk alatt (anyag kitermelése, beépítése, bontása) kis energiaigényĦek legyenek - az alapanyag gyártása során ne keletkezzen káros környezetszennyezés (hulladék és emisszió) - alap- és segédanyagaik valamint szerkezeteik újrahasznosíthatók legyenek - természetes anyag legyen (a természetes környezetbe visszaforgatható legyen) - minimális szállítási igény a felhasználás egésze során (lehetĘleg helyi anyag legyen) - a tervezett élettartamon belül tartós és felújítható legyen - kedvezĘ építésbiológiai és pszichikai hatás - külsĘ- és belsĘ környezetbe illĘ, egyedi, esztétikus megjelenés - Másodlagos szempontok - elĘállítása olcsó legyen* - decentralizált helyi gyártása megoldható legyen (helyi munkaerĘ foglalkoztatása, különös tekintettel a hátrányos helyzetĦ térségekre) - ne igényeljen nagy beruházást a gyártás - a gyártás folyamatos (ne csak szezonális jellegĦ legyen) - a gyártás energiaigénye megújuló energiaforrásokkal biztosítható legyen

72

Pontszám értékhatárok

0…8

0…8

0…4

0…4

0…4

0…4 0…4 0…4 max.: 10 0…2 0…2

0…2 0…2 0…2

*Megjegyzés: a pontszámhatár egyes esetekben növelhetĘ az összpontszámon (10p) belül a többi szempont pontszámainak rovására.

8. táblázat. Transzparens hĘszigetelésĦ falszerkezetek szerkezettervezési szempontjainak értékeléséhez tartozó bázispontszámok javasolt értékei (azonos tájolási és benapozási feltételek mellett) Szerkezettervezési szempontok Pontszám Pontszám összesen értékhatárok (max.:50p) - ElsĘdleges szempontok. (max:40p) - fény (összenergia-) áteresztés kedvezĘ mértéke és UV stabilitás - hĘvezetési tényezĘ(Ȝ) kedvezĘ (alacsony) mértéke - hĘállóság - a külsĘ fal megfelelĘ (> 2000 kg/m3) sĦrĦsége - A külsĘ falszerkezet vastagsága - a tok/szárnyszerkezet hĘszigetelése - az abszorber felület anyaga, színe - a hĘszigetelĘ anyag önszabályzó (túlmelegedéstĘl védĘ) mechanizmusa - Másodlagos szempontok. - - a hĘszigetelĘ elemek hagyományos (opaque) hĘszigetelĘ rendszerekbe történĘ integrálhatósága* - elĘre gyárthatóság (üzemben elĘre összeszerelt elemes) építésmód - kiegészítĘ szabályozható árnyékoló szerkezetek integrálhatósága - készítése, karbantartása kevés szakmunkát igényeljen (ezáltal önerĘs kivitelezésre is alkalmas legyen) - Ęrizze meg a helyi munkaigényes kézmĦves jellegĦ helyi építési hagyományokat

0…8 0…8 0…6 0…6 0…3 0…3 0…3 0…3

(max. 10p) 0…2

0…2 0…2 0…2

0…2

*Megjegyzés: a pontszámhatár egyes esetekben növelhetĘ az összpontszámon (10p) belül a többi szempont pontszámainak rovására.

A bázispontszám mind az ökológikus-, mind a szerkezeti, értékelés setén 50 pont, így az értékelés külön –külön, és összevontan is könnyen áttekinthetĘ eredményt ad. Az egyes ökológiai szempontok prioritásuknak megfelelĘ súlyozását az alábbi módszer szerint javaslom elvégezni:

73

A 7. és 8. táblázat összpontszámai alapján: ÖSZ= a Ö + b SZ ahol: ÖSZ: Ö: SZ: a, b:

ökológiai-szerkezeti mutató pontszáma (max. 100p.) ökologikus szempontok pontszáma (max. 50p.) szerkezettervezési szempontok pontszáma összesen (max. 50p.) minĘségi súlyozó faktorok (értékük 0…1 közötti racionális szám)

Pontszámhatárok és kategóriák: 0 - 40 : 41 - 50 : 51 - 60 : 61 - 70 : 71 - 80 : 81 - 100 :

felhasználásra alkalmatlan, környezetszennyezĘ falszerkezet falszerkezetként történĘ alkalmazására csak kivételesen, átmeneti jelleggel kerülhet sor, alárendelt funkcióra) más tervezési koncepció kidolgozását célszerĦ mérlegelni alkalmazása vitatható jól, a célnak megfelelĘen, gazdaságosan alkalmazható az ökológiai szempontokon túlmutató, különleges megoldás (pl. esztétikai élményt nyújt használata, különleges építésbiológiai elĘnyöket jelentĘ megoldás)

3.4.2. Környezetbarát TH anyagok alkalmazási lehetĘségeinek vizsgálata A TH anyagok körében újrahasznosítható anyagok a következĘk: az üveg, a cellulózacetát, és a papírkarton. A közelmúltban kifejlesztett, újrahasznosított hullámkarton anyagú hĘszigetelés (GAPSOLAR) igen hangsúlyos szerepet kaphat a közeljövĘben. A falszerkezet mĦködésének elvét az 53a ábra, a papír-hullámkarton TH anyagmintáját az 53b ábra szemlélteti.(a mĦködés elvét részletesebben ld. a 2.1. pontban). Az 53c ábrán a weizi plusz-energia-ház TH falszerkezete, valamint külsĘ falszerkezetének vízszintes metszete látható. A 30 cm vastag cellulóz hĘszigetelés hatékonyságát ebben az esetben is külsĘ transzparens polkarbonát hullámlemez burkolat alatti 10 cm vastag papír hullámkarton hĘszigetelés fokozza.(ld. 53 d ábra) A TH anyagok újrahasznosításának egyik lehetséges, de nem mindig célravezetĘ módja a már kibontott TH anyagok meghatározott szemszerkezetĦ törmelékké való aprítása. A 3.3. pontban vizsgált optikai jellemzĘk tekintetében a törmelék-anyagok (üveg, fóliaaprítékok) fényáteresztése igen erĘsen függ a határoló üvegezett szerkezetbe való tömörítés mértékétĘl, de általában csak igen kedvezĘtlen értékek mérhetĘk, amelyek e szerkezetek szoláris hatékonyságát nagymértékben csökkentik. Transzparens hĘszigetelésĦ üvegezett szerkezetek újrahasznosításának legcélszerĦbb módja véleményem szerint az üvegezett szerkezet egészének a kibontása és lehetĘség szerint átalakítás nélküli újbóli beépítése olyan felhasználási területeken ahol még ezt követĘen is mind mĦszaki-, mind esztétikai szempontból megfelelĘ megoldást jelentenek. A TH anyagok a szerkezet elemeinek szétbontásával általában már nem használhatók fel újból gazdaságosan (transzparens hĘszigetelésként).

74

a

c

d

53. ábra Papír-hullámkarton TH rendszer (GAP-Solar) a, a mĦködés elve b, anyagminta; c, Plusz –energia ház szolárfala (Weiz); d, a szolárfal vízszintes metszete 3.5. Nád-szolárfal kifejlesztése Helyi természetes építĘanyagok felhasználásának egyik lehetĘsége a nád-szolárfal. A kutatás jelenlegi fázisában elsĘként a nád „szemi-transzparens” hĘszigetelĘ anyagként (ld. 2.1.1. pont) történĘ alkalmazási lehetĘségét tekintettem át, tekintettel ara, hogy a téma felvetésével kapcsolatban sem a hazai-, sem a külföldi szakirodalomban nem találtam erre vonatkozó adatot, illetve publikációt. 3.5.1. A nád TH anyag hĘtechnikai jellemzĘinek vizsgálata A nád (Phragmites communis) a pázsitfĦfélék családjába tartozó, nagy termetĦ (2-5 m), leveles szárú, nedvességigényes növény (LÁNG, et. al. 1993). ÉpítĘipari célokra ĘsidĘk óta felhasználják, pl. nádfedés, nádpalló hĘszigetelés, stukatúr-nádazás vakolatok alá. A

75

nád felhasználásával kapcsolatos fĘbb fizikai jellemzĘk - összehasonlítva az impregnált hullámpapír adataival - a 9. táblázat tartalmazza (MSZ-04-140-2:1991 alapján) 9. táblázat: Az impregnált hullámpapír, és a nádlemez hĘtechnikai anyagjellemzĘi légszáraz állapotban és +10 oC átlaghĘmérséklet mellett (MSZ-04-140-2:1991): Anyag Tömeg FajhĘ HĘvez. Páradiffúziós kg kJ tényezĘ tényezĘ

Hullámpapír, impregnálva Nád(lemez)

m3

kgK

W mK

kg ˜ 10 9 msPa

60

1,17

0,058

0,014

175

1,47

0,06

0,130

A méréshez két mintát készítettem elĘ, amelynek adatait a 10. táblázat tartalmazza. A minták megnevezése a következĘ (54. ábra): 1. sz. minta: Két oldalán üvegezett transzparens nád-szolárfal modul 2. sz. minta: Egyik oldalán üvegezett, másik oldalán rétegelt lemezzel borított átlátszatlan (opaque) nád-szolárfal modul 1. sz. minta szerkezete

1. sz. minta (kétoldali üvegezéssel)

2. sz. minta (külsĘ oldali üvegezéssel)

2. sz. minta szerkezete

54. ábra Nád-szolárfal minták. 1. sz. minta: kétoldali üvegezésĦ transzparens szerkezet, 2. sz. minta (külsĘ oldali üvegezésĦ, belsĘ oldalán rétegelt lemezzel borított átlátszatlan szerkezet

76

Az inhomogén szerkezetĦ üvegezett nád-szolárfal minták hĘvezetési tényezĘinek meghatározása az Építésügyi MinĘségellenĘrzĘ Innovációs Kht. (ÉMI) Épületszerkezeti Tudományos Osztályának laboratóriumában történt, az MSZ EN12667/2001 szabvány alapján, HOLOMETRIX-Rapid-K RK-80a típusú készülékkel (ld 55.-56. ábra). A mérések megkezdésének a feltétele az, hogy a mérĘkamra felsĘ meleg- és az alsó(hĦtött) hideglapja között stacionárius hĘáramlás jöjjön létre a meleglap irányából a hideglap irányába, ezért a tényleges mérést az anyagmintáktól függĘ, eltérĘ idejĦ instacioner állapot elĘzi meg. A mérés idĘtartama mindkét minta esetében a stacionárius állapot beálltát követĘen 30 perc volt. A minták (üvegfelületre merĘleges irányú, ún. „kapilláris struktúrájú”) nádrétegének hĘvezetési tényezĘje csak számítás segítségével volt meghatározható, mivel a rövid nádszálak egymáshoz oldalirányban nem voltak ragasztva. Korábbi mérések adatait alapul véve az üveg-, a levegĘ-, valamint a rétegelt lemez hĘvezetési tényezĘi ismertek (Ȝü=1 W/mK); Ȝlev=0,0857 W/mK; Ȝrét.lem=0,12 W/mK), ezért az egyes rétegek hĘvezetési ellenállásai állandósult állapotban a vastagsági méretük alapján (az R=d/Ȝ összefüggés alapján) számíthatók (Rü= 0,005 W/m2K, Rlev= 0,175 W/m2K, Rrét.lem= 0,0417 W/m2K) 10. táblázat. Nád szolárfal minták hĘtechnikai jellemzĘinek mérési adatai. Mért mennyiségek Dimenzió 1. minta 2. minta A minta vastagsága ( c ) mm 76,4 74,7 A minta tömege (m) g 3425,9 2519,6 3 A minta sĦrüsége (ȡ) kg/m 498,24 374,77 o MérĘkamra felsĘ meleglapjának C 15,08 15,0 a hĘmérséklete (Tup) o MérĘkamra alsó hideglapjának a C 4,9 4,95 hĘmérséklete (Tlp) o A próbatest jellemzĘ (közép-) C 9,99 9,97 hĘmérséklete (meleg- és hideg oldalon mérve (Tmean) o A mérĘkamra alsó és felsĘ C 10,18 10,05 lapjának a hĘmérsékletkülönbsége (ǻT= Tup - Tlp) HĘáram (Q) mV 1983,0 1676,0 HĘvezetési tényezĘ (Ȝ) W/mK 0,13459 0,121 2 HĘvezetési ellenállás (R) m K/W 0,5676 0,6174 Kalibrációs faktor (N) 0,00979 0,009792 2 HĘáram-sĦrüség (q) mV 19,4175 16,41139 (q=Q.N) 3 Tekintettel arra, hogy az egyes minták eredĘ hĘvezetési ellenállása rétegeik hĘvezetési ellenállásainak összegébĘl adódik, ezért: R1 Rü  Rlev  Rn  Rü (3.4.3.1.) alapján Rn-et kifejezve, valamint Rn=dn/Ȝn alapján: 77

On

dn R1  2 Rü  Rlev

(3.4.3.2.)

A kifejezésben szereplĘ Ȝn számított értékei figyelembe véve a nádréteg vágása során adódó hosszirányú méreteltérések szélsĘ értékeit (dn1=0,0514 m; dn2=0,0497 m) a következĘk: - az 1.minta esetében: Ȝn1=0,134 W/mK; - a 2. minta estében: Ȝn2=0,122 W/mK;

55. ábra Nád-szolárfal minták hĘtechnikai jellemzĘinek meghatározása HOLOMETRIX-Rapid-K RK-80a típusú készülékkel. A mérĘhely berendezése.

56. ábra. HOLOMETRIX-Rapid-K RK-80a típusú készülék mérĘkamrája nyitott állapotban a 2.sz. nád-szolárfal mintával. A mérĘkamra fölött digitális kijelzésĦ mérleg található. A nád-szolárfal minták hĘtechnikai következtetések vonhatók le:

jellemzĘinek

78

mérése

alapján

az

alábbi

- A minták hĘvezetési ellenállásai alapján a kapilláris struktúrájú nád TH anyagra meghatározott Ȝ = 0,122…0,134 W/mK értékeket összevetve az M 3.1 sz. meléklet táblázatában szereplĘ, szintén kapilláris struktúrájú PC, ill. PMMA anyagok Ȝ = 0,1 W/mK értékével az eltérés abszolút értéke 0,022…0,034 ami a gyakorlati felhasználás szempontjából nem jelentĘs mértékĦ. Az igen eltérĘ anyagfajták esetében a hĘvezetési tényezĘ szempontjából az anyagszerkezet kialakításának meghatározó szerepe van. - A nád-szolárfal minták közül a 2. sz. minta hĘvezetési ellenállása a kedvezĘbb (R2 = 0,6174 W/mK) az 1. sz. mintáénál (R1 = 0,5676 W/mK). 3.5.2. Kísérleti nád-szolárfal építése A laboratóriumi vizsgálatokat követĘen valóságos szerkezeti méretĦ és kialakítású kísérleti nád-szolárfal építését tĦztem ki célul. A gyors helyszíni szerelés érdekében a nádfalat 3db elĘregyártott modulból építettem fel, átlátszatlan és fényáteresztĘ változatban. 3.5.2.1. A kísérleti nádfal szerkezeti kialakítása A kisérleti fal 3.1.1. pontban leírt hĘhídmentes, acélvázzal erĘsített, kemény PVC profilok felhasználásával készített üvegezett keretszerkezete a nád-szolárfal építése során változatlanul maradt (ld. 16. ábra), a korábbi PC transzparens hĘszigetelés minta helyére kerültek a nádfal-modulok. A hátoldali (fal felöli) üveglap a nádfal beépítése során elmaradt, mert ezt a modulok hátoldalát lezáró-, és lécváz-keretükhöz csavarozással rögzített farostlemez, illetve üveglap helyettesíti. A modulok hátoldala és az abszorberfelület között a meglévĘ távtartó meghagyásával továbbra is megmaradt a hĘ-, és páranyomás kiegyenlítĘ 1 cm vastag légrés. A modulok rétegeit és a modulok tömegeit a 11. táblázat tartalmazza. 11. táblázat. Nád szolárfal modulok rétegei és tömege: Rétegfelépítés

Réteg/Szerkezet tömege m [kg]

1. modul (átlátszatlan) - 5 cm nád transzp. hĘszig. - 5 mm rétegelt farostlemez - 20x50 mm fenyĘ tartókeret 1. modul tömege összesen:

2,95 3,05 5,0

2. modul (fényáteresztĘ) - 5 cm nád transzp. hĘszig. - 5 mm síküveg - 20x50 mm fenyĘ tartókeret 2. modul tömege összesen:

2,95 9,0 5,0

Modul tömege m [kg/db]

11,0

16,95

79

3.5.2.2. Átlátszatlan (opaque) nád szolárfal modul Az átlátszatlan modul mérete 1350x715 mm, vastagsága 55 mm, a keretváz 50x20 mm keresztmetszetĦ gyalult fenyĘléc. A nád transzparens hĘszigetelĘ anyag a modulok külsĘ lezáratlan síkjára merĘleges irányú, vastagsága 50 mm. Az átlátszatlan modul hátoldali lezárását a léckerethez facsavarokkal rögzített 5 mm vastag farostlemez képezi. Az átlátszatlan szolárfal modul kialakítását, beépítésének részleteit az M.4.2. sz. melléklet szemlélteti. Mind a lécváz, mind pedig a farostlemez hátlap égéskésleltetĘ, gomba és rovarkárosítás elleni faanyagvédĘszerrel (TETOL FB) van mázolva. (Ez a faanyagvédĘszer ammónium és bórvegyületeket tartalmazó vízben oldható sókeverék, amelybĘl hĘ hatására víz és lángot fojtó ammóniagáz keletkezik, valamint a felület izzik ill. szenesedik, lánggal nem ég.) A nád transzparens hĘszigetelés külsĘ, termikusan leginkább igénybevett felületei – szükség esetén- permetezĘ eljárással vonhatók be az említett faanyagvédĘ bevonattal A nádszál-aprítékok egymáshoz oldalaik mentén nincsenek ragasztva, ezért a nádréteg beépítése során fellépĘ erĘteljes mozgatásuk következtében bekövetkezĘ kifordulásuk megakadályozására vékony fémhálót alkalmaztam, amelyet tĦzĘgéppel rögzítettem a léckeret külsĘ oldala mentén. 3.5.2.3. FényáteresztĘ (transzparens) nád szolárfal modul A fényáteresztĘ (üvegezett hátfalú) nádfal modulok kifejlesztését a kísérleti nádfal minták fényáteresztésének kedvezĘ mérési eredményei indokolták. A 3;4;5; 6; 7; 8; 9; és10 cm vastagságú nádrétegek fényáteresztését teljes hosszában fényáteresztĘ nádszálaprítékokból elkészített mintákon, luxmérĘvel mértem meg, amelynek eredményét az 57.a ábra szemlélteti. A fényáteresztĘ modul készítésekor nem volt lehetĘség a levágott nád-apríték átválogatására, hanem csupán a szálak 5 cm-es hosszirányú mérete szerint, véletlenszerĦ kiválasztással építettem be a modul keretszerkezetébe. A modul tényleges fényáteresztése (20%) így lényegesen elmarad az 57.b ábrán ugyancsak 5 cm hosszúságú minta esetében mért (48%-os) értéktĘl. Ez azt jelenti, hogy a transzparens nádfal-modul hatékonysága jelentĘsen növelhetĘ a a monitorozott változatéhoz képest. A fényáteresztĘ modul méretei, keretvázának kialakítása és a benne elhelyezett nád transzparens hĘszigetelés anyaga és vastagsága az átlátszatlan moduléval megegyezik, de hátlapját az átlátszatlan modulétól eltérĘen 5 mm vastag síküveg alkotja. E változatnál az acél facsavarok és az üvegtáblák közvetlen érintkezését el kell kerülni, ezért a léckerethez rögzített facsavarokat hĘálló mĦanyag és gumi alátétekkel láttam el a rögzítések helyein. Az üvegtáblák rögzítése során az üvegtábla és a rögzítések között mindegyik oldalon 2 mm hĘmozgás biztosított. A fényáteresztĘ szolárfal modul kialakítását, beépítésének részleteit az M.4.3 sz. melléklet szemlélteti.

80

a

b

57. ábra a) A 3;4;5; 6; 7; 8; 9; és10 cm vastagságú nádrétegek fényáteresztésének mérési eredményei felületre merĘleges irányú, direkt megvilágítás esetén (válogatott, fényáteresztĘ szálak felhasználásával); b) 5 cm vtg. válogatott nádminta fényáteresztése (ellenfényben)

3.5.3. A nád szolárfalak termikus jellemzĘinek monitorozása és szimulációja A nád szolárfalak termikus jellemzĘnek vizsgálatára ezidáig csak a 2005 júniusaugusztusi idĘszakban volt lehetĘségem igen változatos idĘjárási viszonyok között. A monitorozás célja ezért elsĘsorban a 3.5.2. pontban leírt új modulok és kísérleti falban meghagyott PC anyagú „hagyományos” transzparens hĘszigetelés termikus jellemzĘinek összehasonlítása, illetve a transzparens hĘszigetelés nélküli (Trombe-) falszerkezethez történĘ viszonyítás volt. A megjelölt idĘszakban a szoláris nyereségek bemutatása természetesen nem a gyakorlati hasznosítás szempontjából fontos (hiszen ekkor éppen a nem kívánt szoláris nyereségek kiiktatása -pl. árnyékoló szerkezetekkel- a cél), hanem e rendszerek hatékonyságára vonatkozóan adnak információt. A monitorozás bemutatásához ezért egy-egy átmeneti lehĦlési idĘszakot választottam ki mindkét típusú modul esetében. A meglévĘ erdeti (hĘszigetelés nélküli) falfelületen áthaladó hĘáramok vizsgálatához az adminisztrációs helyiség külsĘ falának belsĘ felületén helyeztem el az 5.sz. táblázatban szereplĘ 8767 sorozatszámú AHLBORN 118 típ. hĘárammérĘt. 81

3.5.3.1. Az átlátszatlan nád-szolárfal termikus vizsgálata Az átlátszatlan nád-szolárfal termikus jellemzĘinek bemutatását a falazott falszekezet külsĘ és belsĘ felületén már korábban elhelyezett hĘmérséklet- és hĘárammérĘk valamint a hozzájuk kapcsolt adatgyĦjtĘk (ld.3.1.2. pont) segítségével 2005. 06. 04 – 2005. 06.12. közötti idĘszakban, néhány napos lehülési idĘszakban mutatom be. A kísérleti fal egyik felén viszonyításként megmaradt a 10 cm PC transzparens hĘszigetelés, amelynek mért hĘméséklet-, és hĘáram-diagramjait valamint a külsĘ léghĘmérséklet mért értékeit a nádszolárfaléval együtt ábrázoltam. Az átlátszatlan nád-szolárfal termikus jellemzĘinek monitorozási eredményeit a 2005. 06.04. – 2005.06.12. közötti átmeneti lehĦlés periódusában az 58. ábra szemlélteti:

a

c

d

b 58. ábra Átlátszatlan nád szolárfal, valamint PC anyagú transzparens hĘszigetelésĦ fal monitorozása (2005. 06.04. – 2005.06.12. közötti idĘszakban) a) A nádfal és a PC anyagú TH fal külsĘ oldali mért hĘmérsékletei az abszorber felületen b) A nádfal és a PC anyagú TH fal külsĘ oldali mért hĘáramai az abszorber felületen c) A nádfal és a PC anyagú TH fal belsĘ (helyiség felĘli) oldalin mért hĘmérsékletek d) A nádfal és a PC anyagú TH fal belsĘ (helyiség felĘli) oldalin mért hĘáramok

Az 58.a ábrán az átlátszatlan nádfal és a PC anyagú fal mögötti abszorber-felület hĘmérsékletének-, az 58.b ábrán az abszorber felületen áthaladó hĘáramok alakulása látható. A vizsgált idĘszak rendkívüli hĘmérsékleti minimuma (országos hidegrekord) június 9.-én és 10-én volt (ld. a külsĘ hĘmérséklet görbéjét a 58.a ábrán), amikor a napi középhĘmérséklet értéke az azt megelĘzĘ napokéhoz képest 20-22 oC-al esett vissza. A 82

PC fal és a nádfal külsĘ abszorber rétegén mért hĘmérséklet-különbségek értéke az említett napokon 1/4-ére (25%-ra) esett vissza, a PC fal hĘárammérĘjén a nádfaléhoz mérten közelítĘleg négyszeres értékek pedig csaknem kiegyenlítĘdtek! Az 58.c ábra a nádfal és a PC anyagú fal belsĘ (helyiség felĘli) felületi hĘmérsékleteit, az 58.d ábra ugyanezen felületek hĘáramait szemlélteti. A belsĘ falfelületen mért hĘmérséklet-különbségek a fal nagy hĘtároló kapacitása következtében mintegy 5 oC-kal (40%-kal) csökkentek, a hĘáramok különbsége negyedére csökkent. A mérések alapján megállapítható, hogy míg a PC anyagú TH szerkezet az átlagos nyári idĘszakban túlmelegszik, és árnyékolásra szorul, az átlátszatlan nádfal ezzel szemben kiegyensúlyozó hatású: árnyékoló hatása révén kevésbé melegszik fel az abszorber felületen, a lehülési periódusban pedig –a transzmissziós veszteségeket csökkentĘ anygszerkezete és hatásmechanizmusa (ld. 3.4.2. pont) hatása miatt- alig csökken az általa biztosított hĘnyereség, ellentétben a PC anyagú TH fallal. (Az átlátszatlan nádfalnak ez utóbbi hatása révén ugyanakkor a nádfal külsĘ üvegrétegének a PC fal üvegrétegénél erĘsebb felmelegedésével kell számolni, ld.3.5.3.4. pont). 3.5.3.2 A fényáteresztĘ (üvegezett) nád-szolárfal termikus vizsgálata A fényáteresztĘ nád-szolárfal termikus jellemzĘinek monitorozási eredményei közül az átlátszatlan szolárfaléhoz hasonlóan szintén egy átmeneti lehĦlési periódust választottam ki: a 2005. 07.31.-2005.08.05 közötti idĘszakot, amelynek két leghidegebb napja 08. 04. és 08.05. volt. A kísérleti fal egyik felén viszonyításként ebben az esetben is bennmaradt a 10 cm PC transzparens hĘszigetelés, amelynek mért hĘméséklet-, hĘáram-diagramjait valamint a külsĘ léghĘmérséklet mért értékeit a nád-szolárfaléval együtt ábrázoltam. Az átlátszatlan nád-szolárfal termikus jellemzĘinek monitorozási eredményeit a 2005. 07.31. – 2005.08.05. közötti átmeneti lehĦlés periódusában az 59. ábra szemlélteti: A vizsgált idĘszak leghidegebb napjai: 08. 04 és 08.05. voltak. A hĘmérséklet-esés ez esetben jóval kisebb mértékĦ volt, és rövidebb ideig tartott, ezért az általuk kiváltott hatás is jóval mérsékeltebb volt mint az átlátszatlan nádfal vizsgált idĘszakában. Az összehasonlítást célszerĦ ezért két egymást követĘ napra 08.03.-ra és 08.04.-re szĦkíteni. A külsĘ oldal abszorber felületén mért hĘmérséklet-különbség mértéke a PC és a nádfal felületén a lehĦlés napján (08.04.-én) az elĘzĘ napinak 50 %-ára eset vissza, miközben a 08.03.-án a hĘmérséklet különbség közel 60 oC, 08.04.-én már csak 30 oC volt. A külsĘ hĘáramok különbsége ugyanakkor mindössze 20%-ára esett vissza, miközben a hĘáramok különbsége 08.03.-án 310 W/m2, 08.04.-én már csak 60 W/m2 volt. A belsĘ oldali hĘmérséklet-különbség mindkét nap közel megegyezĘ volt, míg a belsĘ oldali hĘárammérĘkön mért hĘáram-csökkenés megközelítĘen 5 W/m2 volt a PC anyagú TH szerkezet teljesítmény-csökkenése miatt.

83

c

a

bx

d 59. ábra FényáteresztĘ (üvegezett) nád szolárfal, valamint PC anyagú transzparens hĘszigetelésĦ fal monitorozása (2005. 06.04. – 2005.06.12. közötti idĘszakban) a) A nádfal és a PC anyagú TH fal külsĘ oldali mért hĘmérsékletei az abszorber felületen b) A nádfal és a PC anyagú TH fal külsĘ oldali mért hĘáramai az abszorber felületen c) A nádfal és a PC anyagú TH fal belsĘ (helyiség felĘli) oldalin mért hĘmérsékletek d) A nádfal és a PC anyagú TH fal belsĘ (helyiség felĘli) oldalin mért hĘáramok

Összehasonlítva a kétféle nádfal és a PC anyagú TH szerkezet monitorozási eredményeit, megállapítható, hogy a külsĘ abszorber-rétegen mért hĘáramok tekintetében az idĘjárási adottságoktól (benapozás, külsĘ léghĘmérséklet, borultság) függĘen a nádfalak és az összehasonlítás alapját képezĘ PC anyagú transzparens hĘszigetelések egymáshoz viszonyított teljesítménye jelentĘsen eltérĘ: - Derült, napos idĘben az üvegezett nádfal hozamának csak 62…65 %-át tudja nyújtani az átlátszatlan nádfal, a PC anyagú TH szerkezetéhez képest az üvegezett nádfal teljesítménye megközelítĘen 20%, az átlátszatlané 12%. - LehĦlési periódusban, borult égbolt mellett a PC TH szerkezet hozamának megközelítĘen az 50%-a nyerhetĘ fényáteresztĘ nádfallal, míg az átlátszatlan nádfal esetében csak 30%-a érhetĘ el. A belsĘ oldali nyereségek döntĘ mértékben függnek a lehülési periódus hosszától, mértékétĘl, és a falszerkezet tömegétĘl, ezért ennek elemzése további hosszú idejĦ méréssorozat elvégzését igényli majd a téli periódusban. 3.5.3.3. A kísérleti fal mĦködése tömegfalként A kísérleti fal vakolt abszorber felületét feketére mázolva, majd a külsĘ üvegréteget a tokszerkezetre visszacsavarozva tömegfal alakítható ki. A tömegfal külsĘ és belsĘ 84

felületén mért felületi hĘmérsékletek és hĘáramok értékeit a 2005.07.14. – 2005.07.18. közötti idĘszakban a 60.-65. ábrák szemléltetik, egyidejĦleg ábrázolva a 10 cm vastag PC anyagú hĘszigetelés jellemzĘivel. A 60. - 61. ábrán a tömegfal és a 10 cm vastag PC TH fal külsĘ falfelülete hĘmérsékletének és hĘáramainak monitorozása látható. A 61. ábrán látható módon a tömegfalon és a PC TH falon mért nappali hĘáram-nyereségeinek csúcsértékei csaknem megegyeznek, ami a PC jó fény- és összenergia-áteresztését bizonyítja. Éjszaka a tömegfal veszteségei csaknem 2,5 szeresei a PC TH falénak, és 5…6 szorosai a nád falakénak. A nádfalak hĘnyereségeit és hĘveszeteségeit a tömegfalak és a PC TH falak kb. 4,5…5-szörösen haladják meg, de a nádfalak közül az üvegezett modulok nappali hĘáram-nyereségei jelentĘsen (6…8 szorosan) meghaladják átlátszatlanokéit, közel megegyezĘ hĘáram-veszteségek mellett. A 60. ábrán látható, hogy míg a PC TH fal külsĘ felületi hĘmérsékletétĘl a tömegfal külsĘ felületi hĘmérséklete átlagosan 20 oC-al, a külsĘ levegĘ hĘmérséklete 40 oC-al marad el, a nádfal modulok mögötti falfelületek esetén a különbség mértéke a nappali hĘmérsékleti maximum idején közel 50oC, az éjszakai minimum idején 20 oC.

60. ábra Tömegfal és PC TH fal külsĘ falfelülete hĘmérsékletének monitorozása a 2005.07.14. – 2005.07.18. közötti idĘszakban

85

61. ábra Tömegfal és PC TH fal külsĘ falfelületén áthaladó hĘáramok monitorozása a 2005.07.14. – 2005.07.18. közötti idĘszakban

62. ábra Tömegfal és PC TH fal belsĘ falfelülete hĘmérsékletének monitorozása a 2005.07.14. – 2005.07.18. közötti idĘszakban

86

63. ábra. Tömegfal és PC TH fal belsĘ falfelületén áthaladó hĘáramok monitorozása a 2005.07.14. – 2005.07.18. közötti idĘszakban Összefoglalásul megállapítható, hogy a PC transzparens hĘszigetelés mögötti abszorber felület és a tömegfal abszorber felülete a közvetlenül benapozott (délutáni) idĘszakban közel azonos teljesítményĦ, ami a PC anyagú TH igen jó fényáteresztésével függ össze. Az ettĘl eltérĘ idĘszakokban a PC TH hĘszigetelĘ hatása érvényesül: az esti órákban lassabban hĦl le, kora reggel jobban csökkenti a transzmissziót, mint a pusztán egyrétegĦ üvegezéssel ellátott tömegfal. Az átlátszatlan, és az üvegezett nádfalak közül az üvegezett modulok hĘáram nyeresége a nagyobb (átlagosan 10 W/m2 –rel), a vizsgált idĘszakban, ami 4…5 oC felületi hĘmérséklet-különbség- többletet jelentett az üvegezett nádfal felületi hĘmérsékletében. 3.5.3.4. A nád-szolárfalak külsĘ üvegfelülete felmelegedésének vizsgálata A transzparens hĘszigetelések külsĘ üvegrétege az igen változó meteorológiai hatások következtében igen erĘsen igénybevett szerkezet. E hatások közül különösen kritikus az üvegtáblák felmelegedésének kérdése, tekintettel arra, hogy a hĘmozgások, illetve az üvegtáblában kialakuló feszültségek mértékére, ezáltal közvetve az üvegtáblát befogadó keretszerkezet kialakítására kihatása van. A mérés célja tehát a besugárzás szempontjából legintenzívebb idĘszakban (a transzparens hĘszigetelésĦ kísérleti fal Ny-i tájolásából adódóan a délelĘtt 11h és a naplemente közötti idĘszakban) a nád-, és a PC TH üvegtáblák külsĘ üvegrétege felületi hĘmérsékletének a megmérése, majd a leolvasott eredmények értékelése. A méréshez Raynger ST típusú kontaktus nélküli hordozható, standard lézeres hĘmérséklet mérĘ mĦszert használtam fel (ld. 64. ábra). A mĦszer mérési tartománya 32…+400 oC, m,érési pontossága a leolvasás plusz-mínusz 1%-a, vagy plusz-mínusz 1oC 87

(amelyik nagyobb + 25oC felett, illetve plusz-mínusz 2oC -18 és +25oC között). Üzemi hĘmérséklettartomány 0-50oC. Beállított emissziós tényezĘ 0,95 (továbbfejlesztett modelleknél 0,3…1,0 között digitálisan állítható.

64. ábra Raynger ST típusú infrakamera felépítése A méréseket két lépésben végeztem el: ElĘször az átlátszatlan (farostlemez hátlappal ellátott), nád-szolárfal-, valamint a mellette meglévĘ PC transzparens hĘszigetelés külsĘ üvegrétegének a hĘmérsékletét mértem meg óránként, azok geometriai középpontjában. (65. ábra) A két vizsgált falszakasz óránkénti hĘmérsékletkülönbségeinek mértéke a délelĘtti árnyékos, szórt sugárzás mellett 0…2 oC, a 12 h utáni direkt benapozású idĘszakban 5…15oC volt. Ezt követĘen a részben fényáteresztĘ (üveg hátlappal készített) nád szolárfal minta és a meglévĘ PC transzparens szigetelésĦ fal mérését végeztem el az elĘzĘ méréssel teljesen megegyezĘ módon 11h és 21 h között (66. ábra) Ez utóbbi két falszakasz óránkénti hĘmérsékletkülönbségeinek mértéke a vizsgált 12h utáni idĘszakban 3…10 oC-ra adódott. A mérések alapján megállapítható, hogy míg a direkt benapozás-mentes idĘszakban a kétféle nádfal-modul külsĘ üvegrétegének a hĘmérséklete közel megegyezĘ, a délutáni direkt napsugárzás mellett üvegezett hátfalú, részben fényáteresztĘ nád-szolárfal alkalmazása esetén a külsĘ üvegréteg felmelegedése mindössze 60-80%-a az átlátszatlan nád-szolárfalénak. Ennek azaz oka, hogy az átlátszatlan szolárfal-változat hĘelnyelése szinte kizárólag magában a modul anyagában történik, szemben a részben fényáteresztĘ változatéval, ahol a napsugárzás energiája az anyag 15…30 %-os fényát-eresztésemellett (ld 3.5.2.3. pont) részben a feketére festett vakolt falfelület-abszorberen is történik, jelentĘs hĘterheléstĘl megkímélve a modul anyagát és a határoló üvegszerkezetet. Másként fogalmazva: az üvegezett nád-szolárfal hĘvesztesége 20-40 %-kal kisebb az átlátszatlan, lemezelt változaténál

88

65. ábra Átlátszatlan nád-szolárfal külsĘ üvegfelületének felmelegedése (2005.05.27)

66. ábra. Részben fényáteresztĘ, üvegezett nád szolárfal külsĘ üvegfelületének felmelegedése (2005.07.26) . A 67. ábrán a nád-, és PC transzparens hĘszigetelésĦ falak külsĘ üvegfelületek felmelegedése látható infra-tartományban, teljes felületĦ alu. fóliás takarás mellett (2005. 07. 29.-én), a 2005-ös nyári hĘmérsékleti csúcs idején. Az ábrán látható, hogy a külsĘ alu. fóliák beálló (38…40oC) csúcshĘmérsékletét a TH falak üvegrétegei csak mintegy 2 órás 89

késéssel (17 h-kor) érik el. Ekkorra ugyanakkor az eredeti vakolt külsĘ falfelületek hĘmérséklete már 3…4oC-al magasabb hĘmérsékletĦ mint a kiegyenlítĘdött hĘmérséklet értéke, ami az árnyékolás hatékonyságát mutatja.

67. ábra. Nád-, és PC transzparens hĘszigetelésĦ falak külsĘ üvegfelületek felmelegedése infra-tartományban, alu. fóliás takarás mellett (2005. 07. 29.-én)

3.5.3.5. A nád transzparens hĘszigetelés blokkorientált rendszermodulja és szimulációja A 10 cm vastag PC méhsejt-struktúrájú transzparens hĘszigetelés termikus viselkedését a 3.1.6. pontban bemutatott, Matlab+ Simulink blokkorientált rendszermodul (ld. 31. ábra) segítségével modelleztem. Felhasználva a nád-szolárfal monitorozásának adatait valamint nádfal paramétereit (Ufal= 1,229 W/m2oK, : UTH= 0,5676W/m2 , IJ=0,85; Į=0,75) a következĘ egyenlet adódik: q Fal

0,62866 ˜ (Tb  Tk )  0,15 ˜ G

(3.5.3.5.1.)

A blokkorientált modellt (68. ábra) a nád anyagú transzparens hĘszigetelés paramétereivel és mérési adataival ellátva a szimuláció eredményét a 69. ábra szemlélteti.

90

68. ábra. Nád-transzparens hĘszigetelés blokkorientált rendszermodulja

69. ábra A mért-, és szimulált hĘáramlási viszonyok a nád TH falszerkezetben (a 2005.08.02.-én mért adatok felhasználásával) 3.5.4. A nád-szolárfal páratechnikai jellemzĘinek vizsgálata A nád felhasználása szempontjából igen fontos, hogy a nád a fa keretszerkezetbe történĘ beépítését megelĘzĘen megfelelĘen ki legyen szárítva, tárolása lehetĘleg fedett, oldalirányban nyitott, jól átszellĘztetett helyen történjen. A légszáraz állapotú nádminták egyensúlyi nedvességtartama a SZIE Agrokémia Tanszék kutató laboratóriuma szárító szekrényében végzett mérés alapján 6,62 %. A nád e relatív magas egyensúlyi nedvességtartalma következtében igen fontos a felmelegedés idĘszakában a szolárfal nád TH anyagából távozó pára biztonságos elvezetése pl. a fa keretszerkezeten kialakított 5…10 mm átmérĘjĦ szellĘzĘ légréseken keresztül (a keretszerkezetek oldalai mentén, az üveg- és a hĘszigetelĘ réteg közötti légtérhez kapcsolódva anélkül, hogy a légtérben káros mértékĦ konvekció, huzathatás jönne létre). A csapadékvédelem szempontjából az üvegréteg megfelelĘ védelmet nyújt, feltéve, ha a kapcsolódó tokszerkezet is megfelelĘ biztonságot nyújt a csapóesĘ, a porhó és a tokszerkezetbe beszivárgó csapadék ellen. A csapadékvédelmet az üvegtáblák széleit 91

gumiprofilokkal leszorító takarólécek, valamint a keretek alsó síkján kialakított két db kivezetĘ nyílás biztosítja. A napsugárzás hatását a szabadban lefedés nélkül tárolt, és elĘzetesen megfelelĘen ki nem szárított nagy nedvessségtartalmú nád TH anyagra az (ld. 1. sz. minta) egy, az üvegfelületre merĘleges irányú 250W-os infra-lámpával történĘ besugárzásával modelleztem. A hĘkezelés elsĘ 10 percét követĘen elĘször a még szobahĘmérsékletĦ felsĘ üvegréteg középsĘ felületén jelent meg párafolt, majd az üvegréteg felmelegedésével a kondenzációs zóna a keretek felé távolodott és a sarkokban volt a legnagyobb felületĦ.(ld. 70. ábra) Az említett jelenség a szerkezet idĘ elĘtti tönkremenetelét (átnedvesedés, gombásodás, korhadás) idézheti elĘ.

a

b 70. ábra Szabadban tárolt, légszáraz állapotú nád TH anyag páravesztésének folyamata (250 W-os, az üvegfelületre merĘleges irányú direkt sugárzás esetén) a, a hĘkezelés elsĘ 10 percét követĘen; b, 30 perces besugárzást követĘen

A 71. ábrán a kísérleti nád-, és PC anyagú transzparens hĘszigetelésĦ falak határoló üvegfelületeinek – igen ritkán elĘforduló - eltérĘ párásodási jelensége figyelhetĘ meg: A 10 cm vastag PC transzparens hĘszigetelést határoló üvegfelület belsĘ síkján (legintenzívebben a keretszerkezet alsó-, és oldalsó élei mentén) számottevĘ mértékĦ párásodás lépett fel, míg a nádfal elĘtti üvegfelületen egyáltalán nem volt tapasztalható kondenzáció. A mérés idején a korábbi augusztusi idĘszak igen meleg, csapadékos idĘjárását követĘen hirtelen lehülési periódus követte. Tekintettel arra, hogy a direkt napsugárzás mentes napon a fénykép készítésének idĘpontjában (17 h) a külsĘ levegĘ hĘmérséklete oC, a TH falak üvegezésének külsĘ felületi hĘmérséklete a nádfalon 17,4 oC, a PC falon 17,3 oC, az eredeti vakolt falfelület hĘmérséklete 17,7 oC volt, a párásodást a TH szerkezetek belsejében rekedt, a környezeti levegĘnél magasabb hĘmérsékletĦ, nagyobb relatív páratartalmú levegĘ kondenzációja okozhatta a külsĘ lehĦlt üvegréteg belsĘ felületén. A míg a PC TH anyag gyakorlatilag nem képes párát felvenni, a nád ezzel szemben kedvezĘbb párafelvételével képes szabályozni a szerkezet belsejében kialakuló páranyomást a nedvesség gyors felvételével, illetve a napsugárzás hatására a pára gyors leadásával. (A jelenség a másnap reggeli felmelegedés következtében teljesen megszĦnt.) Téli idĘszakban párásodás csak igen ritkán és csak elenyészĘ mértékben, a párakiszellĘzĘ alsó szellĘzĘ nyílások közvetlen közelében fordult elĘ a PC anyagú transzparens hĘszigetelések esetén (néhány óra idĘtartamig). 92

71. ábra Kísérleti nád-, és PC anyagú transzparens hĘszigetelésĦ falak határoló üvegfelületeinek eltérĘ párásodási jelensége (2005. 08. 05.-én 17h) 3.5.5. A légszáraz nád TH anyag tĦzvédelmi tulajdonságainak vizsgálata A légszáraz állapotú nádszövet beépítésével kapcsolatos tĦzvédelmi kérdések vizsgálatát az ÉMI M-203/2005 sz. vizsgálati jegyzĘkönyve tartalmazza.(ld. M.5. sz. melléklet) A vizsgálat eredményei a következĘk: - A gyulladási hĘmérséklet az MSZ 14800-16:1992 szabvány 8.1. pontja szerinti B módszer alapján légszáraz állapotú nádszövetre 347oC. - Az Országos TĦzvédelmi Szabályzat 3. §-ában foglaltak szerint a légszáraz állapotú nádszövet – gyulladási hĘmérséklete alapján a „D” jelĦ „Mérsékelten tĦzveszélyes” tĦzveszélyességi osztályba tartozik. A hivatkozott vizsgálatok nem vonatkoznak olyan esetleges megoldásokra, amelyekben a nádszál-darabokat oldalaik mentén (pontonként) ragasztják, vagy esetleg a TH réteget az abszorber felülethez közvetlenül hozzáragasztják. E megoldások további tĦzvédelmi vizsgálatokat igényelnek. Mind a lécvázakat, mind pedig a farostlemez hátlapokat égéskésleltetĘ, gomba és rovarkárosítás elleni faanyagvédĘszerrel (TETOL FB) kell lemázolni. (Ez a faanyagvédĘszer ammónium és bórvegyületeket tartalmazó vízben oldható sókeverék, amelybĘl hĘ hatására víz és lángot fojtó ammóniagáz keletkezik, valamint a felület izzik ill. szenesedik, lánggal nem ég.) A nád transzparens hĘszigetelés külsĘ, termikusan leginkább igénybevett felületei – szükség esetén - permetezĘ eljárással vonhatók be az említett faanygvédĘ bevonattal.

93

3.5.6. A nád szolárfal kialakításának szerkezeti-, technológiai-, és építészeti szempontjai Szerkezeti-technológiai szempontból a nád szolárfal építésének alapvetĘen kétféle változata van: - a szolárfal helyszíni szerelése során elĘször a fa tartóváz készül el amelybe a tervezett nagyságúra elĘkészített TH hĘszigetelĘ anyagokat- és egyéb elemeket a helyszínen építik be, végül a védĘ külsĘ üvegréteget helyezik el. ElsĘsorban csak a kis felületĦ, házilagos kivitelezés céljára alkalmas megoldás. (ld. 16. ábra) A szerelés csak derült, napos idĘben végezhetĘ, vízhatlan takaró fólia elĘkészítése és szükség esetén alkalmazása mellett, mert egy esetleges átázása a szerkezetnek további károsodások forrása lehet. - elĘregyártott üvegezett szolárfal-elemek alkalmazásával a szerelési idĘ lényegesen lerövidíthetĘ, az építéshelyszíni szerelés idĘjárásfüggĘsége csökkenthetĘ. A fa-, esetleg alumínium keretes üvegezett falelemek (modulok) mérete az épület szerkezeti rendszeréhez illeszkedĘen kis-, vagy nagypaneles lehet. Kis összfelületĦ TH homlokzatok esetén a modulok rögzítése pl. méretezett acél tokszekezetre, nagy homlokzati felületek esetén fa-, vagy acél tartóbordákhoz történhet oly módon, hogy az elemeket speciális, hĘmozgást is lehetĘvé tevĘ rögzítĘ elemekkel rögzítik. (ld 72. ábra) A modulok méretét a szállítójármĦ platójának a méretei is meghatározzák. ElĘregyártás akár kis helyi mĦhelyben is lehetséges. A nád-szolárfal tartószerkezete célszerĦen szilárdságtanilag méretezett homlokzati gyalult-, valamint idĘjárás- és favédĘ kezeléssel ellátott fa tartóváz, illetve a sima falfelülethez rögzített elĘregyártott keretszerkezet. Az üvegezett keretszerkezeteket minden esetben a keret belsĘ átszellĘzését biztosító légrésekkel ellátott szerkezetként kell kialakítani. Az átszellĘztetett légrés mérete 1,5…5 cm. A légrésben az évszaknak és a benapozási viszonyoknak megfelelĘen automatikusan mĦködtetett rolót (fényvisszaverĘ textíliával) vagy lamellás árnyékolót is célszerĦ elhelyezni azokon a homlokzati felületeken, ahol a túlmelegedés kockázata a legnagyobb. Azokon az (Északi-, vagy az állandóan árnyékolt) homlokzatokon, ahol számottevĘ szoláris nyereségre nincs lehetĘség, a nád-szolárfal helyett célszerĦbb hagyományos átlátszatlan hĘszigetelést alkalmazni (pl. a homlokzat síkjával párhuzamosan rögzített, legalább 5 cm vastag vakolt nádpallót.) A nád-szolárfalak különféle változatainak javasolt rétegei kívülrĘl befelé haladva a következĘk: Falazott tartófal esetén: - 5 mm síküveg, - 15 – 45 mm légrés, - nád – kapillár-struktúra (általában 50 mm), - 2 réteg nádszövet vagy homlokzati vakolat, - Statikai és hĘtechnikai szempontból méretezett tömör falszerkezet, - 15 mm vastag belsĘ vakolat.

94

a

b 72. ábra Strukturális üvegezésĦ, hullámkarton TH anyagú modulok (GAP-Solar) a) A modulok függĘleges (a) és vízszintes (b) metszete; b) A modul-keretek rögzítése homlokzati fa-, ill. acél tartóvázhoz Favázas tartófal esetén: - 5 mm síküveg, - 15 – 45 mm légrés, - nád – kapillárstruktúra (általában 50 mm), - 2 réteg nádszövet, - 1 rtg. OSB lemez a favázakhoz rögzítve, - méretezett hĘszigetelés (ásványgyapot/ üveggyapot/ vagy cellulóz hĘszigetelés) 95

- 1rtg. párafékezĘ réteg (PE, vagy alu. fólia - 1 rtg. OSB lemez a favázakhoz rögzítve, - belsĘ burkolat (fa vagy gipszkarton) vagy ragasztott tapéta Gerendafal esetén: - 5 mm síküveg, - 15 – 45 mm légrés, - nád – kapillárstruktúra (általában 50 mm), - 1 réteg nádszövet, - méretezett hĘszigetelés (ásványgyapot/ üveggyapot/ vagy cellulóz hĘszigetelés) - 1rtg. párafékezĘ réteg (PE, vagy alu. fólia) - gerenda fal, A nád-szolárfal készítésének technológiai szempontjai A nád helyi anyagként általában a kiterjedtebb vízfelületek partjait övezĘ területekrĘl téli idĘszakban, a befagyott vízfelszínrĘl termelhetĘ ki, majd kévékbe rakva a parton szárítják. A legjobb minĘségĦ anyagból különféle nád-terméket (pl. nádszövet, nádpallló), illetve a nádfedést készítenek. A megmaradó 1,0 m-nél rövidebb anyagot gyakran hulladékként kezelik. Nád-szolárfal készítéséhez ezek a megmaradó anyagok is felhasználhatók. A nádat csak légszáraz, penész- és rothadásmentes állapotban szabad csak bedolgozni. A nádkévék, a tekercsben forgalmazott nádszövetek valamint a nádpallók szeletelését szalagfĦrésszel oly módon lehet végezni, hogy elĘzetesen elhelyezett leszorító kaloda segítségével a kívánt vastagságban a vágás minkét oldalát leszorítják. Az így nyert nádréteg közvetlenül a hĘszigetelés végleges helyére tehetĘ, majd közbensĘ osztómerevítĘ lécekkel célszerĦ az egyes rétegeket megtámasztani. Építészeti szempontok: Tekintettel arra, hogy a nád-szolárfal külsĘ határoló rétege üveg, ezért a homlokzati megjelenésében az üvegezett felület a meghatározó, valamint a tartóváz, illetve az üvegtáblák osztásainak ritmusa. Különösen a hagyományos épített környezetben kell nagy gondot fordítani az épület környezetbe illesztésére, vagy ha ez nem lehetséges, akkor más anyagokat és szerkezeteket kell alkalmazni. A nád-szolárfal természetes anyagának szépsége elsĘsorban olyan idĘszakokban tárulhat fel, amikor a globál-sugárzás szórt sugárzási tartománya meghatározó, ezért a reflexió kevésbé okoz tükrözĘdést az üvegfelületen. A nád-hĘszigetelés faktúrája igen nagy lehetĘséget biztosít a változatos megjelenésĦ homlokzatképzésre: a nádrétegek nemcsak vízszintesen, vagy függĘlegesen, hanem hullámvonal mentén, a tekercselésbĘl adódóan spirálvonal mentén stb. helyezkedhetnek el, sĘt különféle „dombormĦ”-szerĦ hatás érhetĘ el a nádrétegek hosszának egy-egy alakzat mentén a környezĘ síkból 1-2 cm-re kiemelt megváltoztatása által. A nádfelület esetleges színezése csak páraáteresztĘ, környezetbarát festékkel célszerĦ, de csak igen indokolt esetben, mert a nád-anyag eredeti „anyagszerĦségét” elveszítheti.

96

3.6. Transzparens hĘszigetelésĦ épületek tervezett példái 3.6.1. MeglévĘ lakóház energiatudatos felújítása és épületenergetikai elemzése transzparens hĘszigetelésĦ passzív szoláris rendszerekkel (TervezĘ: dr. SzĦcs Miklós) MeglévĘ állapot: A meglévĘ lakóépület szabadonálló családiház, lakóterei DK-i, DNy-i irányban tájoltak, DNy-i homlokzata elĘtt lombos diófa áll. Az épület alápincézetlen, földszint+tetĘtérbeépítéses. (Az meglévĘ épület szoláris felújítást megelĘzĘ állapotának felmérési tervét az M.6. sz. melléklet tartalmazza, az épület fĘ homlokzatainak fényképeit a 73. ábra szemlélteti). Az épület fĘbb geometriai adatai: Bruttó beépített alapterület: 86 Bruttó szintterület: 172 Nettó szintterület: 145 Hasznos fĦtött összterület: 145 A szint belmagassága: 2,70 Az épület kerülete: 37,0 Talajon fekvĘ padló: 86 Földsz. padló geod. magassága: 0,45 (Függ. hĘszig: R = 1,49 (Vízsz. hĘszig.: R = 1,27 Homlokzatok területei: ÉK-i homlokzat: 27 DK-i homlokzat: 67 Ny-i homlokzat: 27 ÉNy-i homlokzat: 67

[m2] [m2] [m2] [m2] [m] [m] [m2] [m] [m2K/W]) [m2K/W]) m2 m2 m2 m2

FĘbb épületszerkezetek: -Alapozás, lábazat: Beton sávalap, terepszint felett vasbeton lábazat, amelynek felsĘ síkja +0,45 m. -Padozat, szigetelés: Földszinten úsztatott beton aljzat felett hidegburkolatként padlócsempe, melegburkolatként szalagparketta. -Falszerkezet: HB38-as Porotherm tégla (tömege 700-900 kg/m3), mindkét oldalán vakolva. BelsĘ falak tömege : 160 – 200 kg/m2. -Födém: Vasbeton gerendás, vázkerámia béléstestes (könnyített) elĘre gyártott födém. -TetĘfedés és hĘszigetelés: Jamina égetett agyag tetĘcserép. A hĘszigetelés 15 cm vastag TEL üveggyapot hĘszigetelĘ filc. -Nyílászárók: A homlokzati falakba hagyományos kétrétegĦ hĘszigetelĘ üvegezéssel ellátott fa nyílászárók vannak beépítve. Az ablakok osztatlanok, kerület/terület arányuk kicsi. A homlokzat üvegezése (függĘleges falszerkezetekben): - eredeti állapotban: ÉK: 5 m2; DK: 7 m2; Ny: 6 m2; ÉNy: 2 m2; A homlokzat üvegezése (tetĘfelületen): - eredeti állapotban: ÉK: 2 m2 (45o); Ny: 2 m2 (90o).

97

a

b

c

d

73. ábra MeglévĘ épület homlokzatai a) Ny-i homlokzat, b) DK-i homlokzat, c) ÉK-i homlokzat, d) Ény-i homlokzat

Épületgépészet: - Vízellátás csatornázás: A telek összközmĦvesített. - FĦtés: ÉpületfĦtés céljára a fürdĘszoba falán elhelyezett, melegvíz-készítés és épületfĦtést biztosító kombi-kazán áll rendelkezésre. KiegészítĘ fĦtésre (elĘ- és utószezonban) a konyha-étkezĘ elĘtérben elhelyezett fatüzelésĦ cserépkályha áll rendelkezésre. A meglévĘ épület energiatudatos felújítása transzparens hĘszigetelésĦ passzív szoláris rendszerekkel (74 – 78. ábra): A meglévĘ lakóépület tervezett energiatudatos felújítását a következĘkben két ütemre osztottam fel annak érdekében, hogy a transzparens hĘszigetelések hatékonyságát más szerkezeti megoldásoktól elkülönítve is megvizsgálhassam. Az egyes ütemekben végzendĘ tevékenységek a következĘk: I. ütem: - Utólagos külsĘ hĘszigetelés készítése:

98

A meglévĘ Porotherm 38 N+F falazat passzív szoláris hasznosítás szempontjából kedvezĘtlen hĘátbocsátási tényezĘjének (U= 0,406 W/m2K) javítására, az épület hĘvédelmének fokozására az ÉK-i, az ÉNy-i-i és a Ny-i homlokzat egy részén (a naptérrel takart homlokzati felület kivételével) utólagos hĘszigetelés készül. A tervezett külsĘ oldali hĘszigetelĘ rendszer: 10 cm Heraklith-Tektalan hĘszigetelés, külsĘ oldalán 2 cm Terranova KPS vakolattal, amelynek segítségével a falszerkezet hĘátbocsátási tényezĘje 0,208 W/m2K értékre javul. A Heraklith Tektalan hĘszigetelĘ lapok hĘvezetési tényezĘje Ȝ=0,043 W/mK, anyaga réteges felépítésĦ: két oldalán 0,5 cm fagyapot, amelyek között 9 cm ásványgyapot hĘszigetelés helyezkedik el. (TĦzvédelmi szempontból B kategóriájú, nehezen éghetĘ besorolású). A meglévĘ falra E-jelĦ, 175 mm hosszú, m2-ként 5 -6 db. dĦbellel rögzítik. A dĦbel végeken elhelyezett rögzítĘ elemekkel a meglévĘ vakolat felett rögzítik a tĦzihorganyzott, ponthegesztett fém rabichálót, amelyre kerülĘ 1-1,5 cm vastag KPS gúz réteg a dĦbelek fejét és a hálót eltakarja. A gúz-rétegre KPS finomszemcsés alapvakolat, majd 0,5 cm vastag Terraplast vékonyvakolat készül. (Megjegyzés: Ausztriában már kapható, Magyarországon egyelĘre nem forgalmazzák a Tektalan hĘszigetelĘ lapok 15 cm vtg változatát, amelynek felhasználásával a falszerkezet utólagos hĘszigetelésének mértéke 0,167 W/m2K értékre csökkenthetĘ lenne.) - Homlokzati üvegezési arány növelése: A DK-i oldalon egy új földszínti ablak, a Ny-i oldalon megnövelt felületĦ tetĘablak tervezésével a benapozás mértéke növelhetĘ. (Emiatt a tetĘtéri alaprajz kismértékĦ módosítása is szükségessé vált, a két kis alapterületĦ szoba összenyitásával, és a közlekedĘ alapterületének csökkentésével) (ld. 74. ábra). A homlokzat üvegezése (függĘleges falszerkezetekben): - a szoláris felujítást követĘen: ÉK: 5 m2; DK: 8 m2; Ny: 6 m2; ÉNy: 2 m2; A homlokzat üvegezése (tetĘfelületen): - a szoláris felujítást követĘen: ÉK: 2 m2 (45o); Ny: 8 m2 (90o), - Fokozottan energiatakarékos nyílászárók beépítése: A földszinti meglévĘ normál hĘszigetelĘ üvegezésĦ ablakokat fokozott hĘszigetelésĦ 2 rétegĦ (4+16+4 mm rétegfelépítésĦ), szelektív LEC („Low Emissivity Coating”) bevonatú, nemesgáztöltésĦ ablakokra kell kicserélni, a tetĘtéri különálló ablakokat nagyobb méretĦ fokozott hĘszigetelésĦ üvegfallá kell átépíteni. Az említett üvegezések hĘátbocsátása U = 1,1 W/m2K. Az üvegezett nyílászáró szerkezetek belsĘ oldalain textílfüggöny, a DK-i homlokzaton lévĘ ablakok elĘtt kiegészítĘ külsĘ lamellás árnyékoló tervezett. (ld. 76.-77. ábra). - Az épülethez utólag hozzáépített naptér készítése: A Ny-i homlokzathoz kapcsolódik a 15,34 m2 alapterületĦ, minden szabad oldalán és a tetĘfelületén hĘszigetelĘ üvegezéssel ellátott, favázas, félnyeregtetĘs naptér. Oldalfalain, és részben nyitható tetĘfelületén keresztül természetes szellĘzése megoldott. Nyári árnyékolása részben belsĘ oldali árnyékoló textíliákkal, részben az épület elĘtti lombos diófa által biztosított. Hasznosítható hĘtároló tömeg elsĘsorban a naptér úsztatott betonaljzatra készített hidegburkolata, valamint a homlokzati nyílászárók kiváltása felett tömör kisméretĦ téglából készített felfalazás. (ld. 74. – 77. ábra). (Naptér adatok: Égtáj: Ny-i; Felület: 18 m2; Abl. fel.: 6 m2; Üvegezés: 2 réregĦ hĘszig. üvegezés három oldalán és tetĘfelületén; Vázszerkezet: ragaszott fa; Árnyékolás: függĘny+az épület elĘtti lombos fa) 99

- Zöld homlokzat kialakítása az ÉNy-i homlokzaton: Az uralkodó szélirány és a viharoldal felĘl (Ény-i homlokzat) örökzöld futónövény (pl. borostyán) felhasználásával zöld homlokzat készül homlokzati lécvázra. E megoldás épületfizikai elĘnyei: télen az egymásra símuló levélréteg és a fal külsĘ síkja között egy gyakorlatilag áramlásmentes, hĘszigetelĘ „puffer” légtér alakul ki, nyáron a levelek síkja (a napsugárzás irányához alkalmazkodva) egymástól eltávolodik, ezáltal „átszellĘztetett légtér”-ként a falazatot hĦti. (ld. 77. ábra). - MeglévĘ növényzet hatása a benapozásra: Az épület Ny-i homlokzata elĘtti diófa nyáron árnyékot ad, télen és az átmeneti idĘszakokban a napfényt átengedi. A tervezett transzparens hĘszigetelés DK-i homlokzata jól benapozott, ÉK felöl árnyékolás nincs, az ÉNy-i homlokzatot az oldalkert felĘl lombhullató gyümölcsös határolja. (ld. 73a. ábra). II. ütem: - Utólagos transzparens hĘszigetelés elhelyezése: Az épület DK-i homlokzatán üvegezett fa homlokzati keretvázba beépített, 5 cm vtg. modulrendszerĦ, hátoldalán síküveggel határolt nád transzparens hĘszigetelés készül. (ld. 76. ábra). A homlokzati favázat Tetol-FB hĘ- és favédĘszerrel, a nádréteget (szükség esetén) penész-gátló spray-el kell kezelni, es csak a teljes kiszáradás után takarható le a külsĘ üveglappal. A külsĘ üvegréteg, és a belsĘ védĘ-üvegezés vastagsága 5mm. A külsĘ üvegréteg és a nád transzparens hĘszigetelés között 40 mm, a belsĘ üvegréteg és a falazat között 10 mm vtg. páranyomás-kiegyenlítĘ réteg található. A transzparens hĘszigetelés nyári hĘvédelmére, a külsĘ 40 mm-es légrésben automatikusan mĦködtetett, mobil árnyékoló szerkezetet is célszerĦ elhelyezni. A Somfy cég által gyártott, LT28-as csĘmotorral mĦködtetett fényvédĘ bevonattal ellátott textíl roló, vagy az LW25-ös motorral, 25 mm-es oldalsó vezetĘsínekkel ellátott fémlamellás árnyékoló. A motorok energiafogyasztását a D-i bejárat feletti elĘtetĘ felületén elhelyezett fotovillamos modulok szolgáltatják (a meglévĘ elektromos hálózattól független, ún. „szigetszerĦ” üzemben) az elektromos energiát.

100

101

74. ábra 74. ábra. Családi ház energiatudatos felujítása passzív szoláris rendszerekkel Földszinti és tetĘtéri alaprajz (felujított állapot) M1:100

102

75. ábra . Családi ház energiatudatos felujítása passzív szoláris rendszerekkel A-A és B-B metszet (felújított állapot) M 1:100

103

76. ábra. Családi ház energiatudatos felujítása passzív szoláris rendszerekkel Ny-i és DK-i homlokzatok (felújított állapot) M 1:100

104

77. ábra. Családi ház energiatudatos felujítása passzív szoláris rendszerekkel ÉNy-i és ÉK-i homlokzatok (felújított állapot) M 1:100

A transzparens hĘszigetelés egy jellemzĘ csomópontjának kialakítását a 78. ábra szemlélteti.

78. ábra Családi ház energiatudatos felújítása passzív szoláris rendszerekkel A nád-szolárfal részlete (FüggĘleges metszet) A meglévĘ eredeti épület-, valamint a szoláris felújítás I. és II. ütemének energetikai jellemzĘit a 6B REHAB épületenergetikai program algoritmusát felhasználó ISOVER programcsomag segítségével határoztam meg. Az eredeti (felújítás elĘtti) épület energetikai jellemzĘit valamint az épület szoláris felújítása I ütemében korábban leírt tevékenységek energetikai vonatkozásait a fĦtési idĘszakban (okt. – ápr.) a 12. táblázat tartalmazza. A szoláris felújítás I. ütemében az épületenergetikai program segítségével külön-külön, majd együtt is elemeztem az egyes szerkezeti változtatások hatását az eredeti épület egészének energetikai jellemzĘihez viszonyítva. - Külön az épület utólagos hĘszigetelésével az eredeti fĦtési igény 83, 8%-ra, az eredĘ hĘátbocsátási tényezĘ 83,3%-ra mérsékelhetĘ, változatlan szoláris nyereség mellett, ami jól szemlélteti az utólagos hĘszigetelések készítésének fontosságát és hatékonyságát. - Új ablakok beépítésével és a meglévĘ ablakok fokozott hĘszigetelésĦre történĘ cseréjével ez esetben a hasznos szoláris nyereség 7,4%-kal növelhetĘ ugyan, de ez a fĦtési költség mindössze 0,3%-os csökkenését eredményezné, ugyanakkor a megnövelt üvegfelületek megnövelt transzmissziós veszteségei miatt az eredĘ hĘátbocsátási tényezĘ mintegy 4,2%-os romlásával is kell számolni. 105

- Naptér utólagos hozzáadásával jelentĘsen (10,33%-kal) megnövelhetĘ a hasznos szoláris nyereség mértéke, de ennek csak csekély mértékĦ (0,24%-os ) mérséklĘ hatása érzékelhetĘ az épület fĦtési energiafogyasztásában, és az elĘbbi változathoz hasonlóan az eredĘ hĘátbocsátási tényezĘ ez esetben is (5,0%-kal) növekedett. 12. táblázat. Az eredeti (felújítás elĘtti), és a szoláris felújítás utáni, egész épületre vonatkozó energetikai jellemzĘk a fĦtési idĘszakban (okt. – ápr.) Épület évi összes szoláris nyeresége

Eredeti épület I ütem (munkarészek) Régi ablakok cseréje és új ablakok elhelyezése Naptér utólagos hozzáépítése Épület utólagos hĘszigetelése I. ütem (összesen) II. ütem (változatok) 10 cm PC 10 cm PMMA 8 cm Helioran 5 cm PC 5 cm Moniflex 5 cm nád 2cm Thermocryl 1,6 cm Aerogél

Épület évi fĦtési fogyasztása*

Átl. eredĘ hĘátbocsátási tényezĘ

[kWh/hó] 9.140,0

Épület évi hasznos szoláris nyeresége [kWh/hó] 8.680,7

[kWh/hó] 14.848,3

[W/m2K] 0,396

9.836,5

9.328,5

14.864,5

0,413

10.493,5

9.577,9

14.813,0

0,418

9.140,0

8.556,0

12.445,0

0,330

11.159,6

10.012,9

12.746,1

0,376

13.614,3 13.981,8 13.808,4 13.032,9 12.631,4 12.221,1 12.841,3

11.478,0 11.582,1 11.448,3 10.904,0 10.882,5 10.542,1 10.833,9

11.444,2 11.198,6 11.418,3 12.080,1 12.065,2 12.566,9 12.065,6

0,380 0,376 0,378 0,383 0,380 0,384 0,379

13.650,4

11.487,2

11.377,8

0,378

Akkor érhetĘ el a legnagyobb hasznos szoláris energianyereség melletti energiamegtakarítás, ha az elĘbbiekben felsorolt megoldásokat együtt alkalmazzuk: 15,34%-os hasznosítható szoláris energia-nyereség mellett a fĦtési energiafogyasztás 85,4%-ra, az átlagos eredĘ hĘátbocsátási tényezĘ 94,94%-ra mérséklĘdött. A szoláris felújítás I. üteme összefoglalásául megállapítható, hogy a meglévĘ épületek hatékony szoláris energianyereség melletti legnagyobb fĦtési energia-megtakarítása csak a különféle passzív szoláris rendszerek együttes alkalmazásával, megfelelĘen méretezett utólagos külsĘ hĘszigeteléssel lehetséges.

106

A II. ütemben az épület DK-i homlokzatán elhelyezett, 47 m2 felületĦ, kétoldali 5 mm vastag üvegréteg közötti különféle (a külsĘ üvegtábla mögött 40 mm légréssel kialakított, különféle vastagságú, fényáteresztésĦ, és hĘvezetési ellenállású TH anyagok beépítésével kialakított) TH szerkezetek változatainak az egész épület energiamérlegére gyakorolt hatását vizsgáltam meg, azzal a feltétellel, hogy az I. ütem munkálatai elĘzĘleg már elkészültek. A 12. táblázatból megállapítható az is, hogy az I. üteméhez képest az épület fĦtési energiafogyasztásának csökkentése a vizsgált szerkezetek mindegyikével fokozható, a kialakításuktól függĘen eltérĘ mértékben: legkedvezĘbbek a legnagyobb szerkezeti vastagságú, legnagyobb fényáteresztésĦ és hĘvezetési ellenállású TH anyagok valamint a kis szerkezeti vastagságú, de nagy fényáteresztésĦ és hĘvezetési ellenállású aerogélek, a fennmaradó anyagok esetén az épület fĦtési energiaigénye és átlagos eredĘ hĘátbocsátási tényezĘje közel megegyezĘ. Ez utóbbi eredmény különösen a nád-szolárfal tekintetében figyelemreméltó, hiszen a „hagyományos” TH anyagokéhoz képest jelentĘsen eltérĘ fizikai jellemzĘk miatt csak 1…9 %-kal kisebb a hasznosítható szoláris energianyereség-, és 3…10 %-al kisebb a fĦtési energia-megtakarítás mértéke, mint a számítás szerinti legkedvezĘbb 10 cm vastag PMMA és PC anyagok estében. A különféle TH változatokból származó szoláris nyereségek és az épület egészére vonatkozó hasznos szoláris nyereségeket a fĦtési idĘszakban havi bontásban a 13. táblázat szemlélteti. Megállapítható, hogy az egyes TH változatok szoláris nyeresége között márciusban, valamint októberben és novemberben mérhetĘk jelentĘsebb eltérések, a direkt napsugárzásban szegény idĘszakokban (decemberben, januárban és februárban) a szoláris nyereségek az eltérĘ szerkezeti felépítés ellenére meglehetĘsen kiegyenlítettek. (Április hónapban a szoláris nyereségnek csak egy része jelent hasznos energia-nyereséget, ezért ennek figyelembe vétele miatt nincsenek jelentĘs eltérések.). Az egyes TH szerkezetekre-, valamint a felhasználásukkal az egész épületre vonatkozó éves szoláris nyereség aránya meghatározó a szerkezet hatásfoka szempontjából, ezért ezeket a viszonyszámokat is tartalmazza a 13. táblázat. Az 5 cm vastag nád TH szerkezet 10,06 %-os hatásfoka igen kedvezĘ a legjobbnak adódó 10 cm vastag PMMA TH szerkezet 24,3 % értékéhez viszonyítva, tekintetbe véve, hogy a nád anyagszerkezete e számítható nyereségeken túl további energetikai elĘnye, hogy a határoló szerkezet hĘveszteségét az 53. ábrán szemléltetett módon „hĘfüggöny” kialakításával jelentĘsen mérsékli. A lakóépület szoláris felújítást követĘ energetikai jellemzĘinek diagramjait az M7. számú melléklet tartalmazza.

107

13. táblázat. A különféle transzparens hĘszigetelés változatokból származó szoláris nyereségek és az épület egészére vonatkozó hasznos szoláris nyereségek adatai a szoláris felújítás II. ütemében, a fĦtési idĘszakban (okt. – ápr.). TH változatok napi átl. szoláris nyeresége/ (az ép. hasznos napi átl. szoláris nyeresége) [kWh/nap] 10 cm PC

10 cm PMMA

8 cm üveg

5 cm PC

5 cm cellulóz

5 cm nád

2 cm akr. hab

1,6 cm aerogél

Január

5,671 6,451 6,063 4,286 3,362 2,425 3,845 5,696 (46,6) (47,4) (47,0) (45,2) (44,3) 43,4 (44,8) (46,6) Február 9,795 11,142 10,471 7,403 5,807 4,189 6,641 9,839 (57,5) (58,8) (58,2) (55,1) (54,7) 53,1 (54,4) (57,5) Március 16,304 18,548 17,430 12,323 9,666 6,972 11,054 16,378 (70,5) (72,6) (71,6) (66,9) (64,5) 62,0 (65,8) (70,6) Április 22,548 25,651 24,106 17,042 13,368 9,643 15,288 22,651 (55,5) (57,2) (56,3) (52,3) (56,4) 54,0 (51,3) (55,5) Október 5,845 9,267 13,730 13,668 15,549 14,612 10,331 8,103 (51,2) (46,8) (46,2) (48,8) (47,2) 45,6 (48,1) (53,1) November 8,272 9,411 8,844 6,252 4,905 3,538 5,609 8,31 (51,6) (52,7) (52,2) (49,6) (48,3) 47,0 (49,0) (51,6) December 5,996 5,635 3,984 3,125 2,254 3,574 5,295 5,271 (44,5) (45,3) (44,9) (43,3) (42,4) 41,5 (42,8) (44,6) TH változatok éves átl. szoláris nyeresége és az ép. hasznos éves átl. szoláris nyeresége [kWh/év] TH szolár. 2.479 2.821 2.651 1.874 1.470 1.060 1.681 2.491 nyereség Épület haszn.szol. 11.478 11.582 11.448 10.904 10.882 10.542 10.833 11.487 nyeresége TH fal részesedése 21,60 24,35 23,15 17,18 13,50 10,06 15,51 21,68 [%]

3.6.2. Transzparens hĘszigetelésĦ aszaló-szárító üzemi épület tervezése (Kozárd) (TervezĘk: építész :dr. SzĦcs Miklós, gépész: Buzás János, technológia: dr.Géczi Gábor)) A tervezett aszaló-szárító üzem a hĦtĘtároló zárt D-i jól benapozott, szélvédett homlokzati falához csatlakozik, acélvázas szerkezettel, féltetĘs kialakítással. A hĦtĘtárolási tevékenység kiegészítéseként merült fel egyes gyümölcsfajták (elsĘsorban alma, valamint szilva és meggy) idĘszakos aszalására, szárítására. Az épület alapterülete az alsó aszaló tér szintjén (+ 0,05 m szint) 182,0 m2 , a felsĘ elĘkészítĘ-szárító-feldolgozó tér szintjén (+1,20 m szint) 369,9 m2 . Az aszaló-szárító üzem teljes Déli homlokzata transzparens hĘszigetelésĦ üvegfedés, amelynek síkjába aktív levegĘs- és folyadékos rendszerĦ napkollektorok is integrálhatók.(ld. 79. – 80. ábra). FĘbb szerkezetek:

108

- Alapozás, padozat, szigetelés: Helyszíni beton pontalapok, melyekre felsĘ síkjukon vasbeton talpgerenda készül. A vasbeton lábazati gerendák közé rétegesen visszatöltött, tömörített földfeltöltésre vasalt betonpadló burkolat készül, talajnedvesség elleni kétrétegĦ bitumenes lemez szigeteléssel. - Vázszerkezet: Acél vázszerkezet készül, tĦzihorganyzott korrózió elleni védelemmel. Az üzem hĦtĘház felöli határoló fala, valamint a szárító alagút hátsó (hĘtároló) fala 38 cm vastag tömör égetett téglával van kifalazva a vázszerkezet közötti szakaszon. A szelemenek tĦzihorganyzott kivitelben készülnek. - TetĘ üvegfedése és homlokzati üvegfalak: A nagy felületĦ félnyereg tetĘfedés és az aszaló tetĘfelületei (és ez utóbbi) oldalfalai) Schüco FW 50+ rendszerĦ hĘszigetelĘ üvegezésĦek, az üvegtáblák között Thermocryl TH kitöltéssel (alternatív megoldásként üregkamrás polikarbonát lemez anyagúak), amelyek jellemzĘ csomópontjait a 81.-82. ábra mutatja. - Homlokzati tömör falak és nyílászárók: A homlokzati falak tĦzihorganyzott acél vázszerkezettel, tömör felületeken a hĦtĘházéval megegyezĘ hĘszigetelt szendvicspanel szerkezettel készülnek, (kitekintést biztosító) hagyományos hĘszigetelĘ üvegezéssel ellátott nyílászárókkal. A hĦtĘház és az aszaló-szárító épület csatlakozásánál fokozott hĘszigetelés készül. Szolártechnika Az aszaló-szárító üzem szárítás fĦtési hĘszükségletének részbeni fedezésére olyan komplex napenergia hasznosító rendszer tervezett, amely az épület kialakítását is nagymértékben meghatározta. Passzív napenergia-hasznosító rendszerek: Az aszaló tér elĘzĘekben leírt TH üvegfala és üvegfedése együttesen direkt, szóródásos (diffúz) passzív szoláris rendszert képez. A szükséges mértékĦ hĘtárolárolást a beton padlóburkolat, és a szárító alagút 38 cm vastag kisméretĦ tömör tégla falazata biztosítja. A hĦtĘház melletti, üzemi terület feletti üvegezett tetĘfelület energetikai hasznosítására kétféle lehetĘség nyílik: - A transzparens hĘszigetelésĦ üvegezéssel, vagy üregkamrás polikarbonát lapokkal burkolt tetĘfelület az alatta lévĘ tetĘtérrel együtt indirekt „black attic” („fekete padlás”) rendszert képez. A felmelegedett levegĘt a gerinc alatti gyĦjtĘ vezeték segítségével összegyĦjtik, majd függĘleges légcsatornán juttatják az aszaló térbe, vagy az ellenáramú szárító alagútba. A hĘtároló tömeget ez esetben a vasbeton födémszerkezet képezi. - TetĘsíkba integrált aktív folyadékos-, és levegĘs munkaközegĦ napkollektoros rendszer kiépítése (ld. az aktív napenergia-hasznosító rendszereknél). Aktív napenergia-hasznosító rendszerek: A transzparens lefedésĦ tetĘszerkezet másik változatban TH üveg-, vagy polikarbonát lefedéssel ellátott, tetĘsíkba integrált levegĘs napkollektor felületként is készülhet, amelynek 30 fokos lejtése az elsĘsorban nyári üzemeltetési idĘszaknak megfelelĘ. Ez utóbbi megoldás további technológiai elĘnye, hogy a levegĘs kollektorok alatti napfénymentes száraz meleg levegĘ igen alkalmas pl. gyógynövények kíméletes szárítására a tetĘtérben. Az év során folyamatosan üzemelĘ aszaló- szárító berendezés technológiai melegvíz készítéséhez és a szárítótér fĦtési energiaigényének biztosításához szükséges hĘmennyiség elĘállításához (a már kiépített vezetékhez csatlakozó) földgáz-, késĘbbiekben biomassza üzemĦ fĦtés mellett a tetĘfelületen elhelyezett levegĘ-, és 109

a

b 79. ábra Napenergia-hasznosító gyümölcsaszaló-szárító üzem vázlatterve (TervezĘ: SzĦcs Miklós) a, alaprajz; b, Déli homlokzat 110

80. ábra Napenergia-hasznosító gyümölcsaszaló-szárító üzem vázlatterve (TervezĘ: SzĦcs Miklós) Metszet és rétegtervek 111

2. részlet

1. részlet

81. ábra Napenergia-hasznosító gyümölcsaszaló-szárító TH üvegfedésének részletei (SCHÜCO) FüggĘleges metszetek. (TH anyag: Thermocryl kitöltésĦ hĘszigetelĘ üveg)

b1

b2

82. ábra Napenergia-hasznosító gyümölcsaszaló-szárító üzem üvegfalának részletei (SCHÜCO) Vízszintes metszetek. (TH anyag: Thermocryl kitöltésĦ hĘszigetelĘ üveg)

folyadék munkaközegĦ napkollektoros rendszerek is hozzájárulnak. ÉpületfĦtés céljára melegvizes Meditherm falfĦtés készül, melyet a központi gázkazán, illetve átmeneti idĘszakokban a tetĘsíkba integrált kétkörös folyadékos napkollektorok (kisegítĘ fĦtésként) látnak el energiával. A szolár tároló helyiségben elhelyezett szolár melegvizes tároló tartály hĘcserélĘ segítségével melegíti elĘ a fĦtési kör melegvizét. A bemutatott aszaló-szárító épület a napenergia-hasznosítás szempontjából általánosítható tervezési szempontokat is tartalmaz:

112

Azok a meglévĘ csarnoképületek, amelyek összefüggĘ nagy Déli homlokzattal rendelkeznek, alkalmasak lehetnek gazdaságosan megépíthetĘ, passzív napenergiahasznosítás elvén mĦködĘ napterek létesítésére, mert: - a „doboz-elvĦ” kialakítással tervezett épületek sivár homlokzatai technológiailag hasznosítható, gazdaságosan megépíthetĘ és üzemeltethetĘ térrel gazdagíthatók, amelyek esztétikai szempontból is emelik az épület építészeti színvonalát. - a meglévĘ épület felöli költséges zárt homlokzatot ez esetben nem kell megépíteni (a határoló fal utólagos hĘszigetelése azonban szükséges lehet); - a meglévĘ épületek hĘtechnikailag átmeneti teret (puffert) képeznek a naptér mellett. 3.7.

Transzparens hĘszigetelések alkalmazásának gazdaságossági feltételei

Transzparens hĘszigetelĘ anyagok, rendszerek felhasználásakor –az egyéb szoláris rendszerekhez hasonlóan - az induló beruházási költség magas, az üzemeltetési költség minimális, tehát a beruházás gazdasági haszna elsĘsorban az üzemeltetés során származó megtakarításból adódik. A beruházáshoz szükséges tĘke általában bankkölcsön formájában biztosítható, ezért a kamatláb nagysága az egységnyi energiaköltség lényeges elemévé válik. Makrogazdasági szinten ugyanakkor jelentĘs elĘny az energiatermelés káros környezeti hatásainak (externáliák) elkerülése. 3.7.1. A megtérülési idĘ A megtérülési idĘ (n) azt az idĘtartamot jelenti években, amely alatt az éves gazdasági eredmény (jelen esetben pl. energia megtakarítás) halmozott értéke (M) a teljes ráfordítás ( R) összegét eléri (IMRE 1999): M

(3.7.1.1.)

R

A teljes ráfordítás (R) értéke a beruházásra befektetett tĘke (elsĘ költség, C) kamatos kamattal n évre megnövelt értékének, valamint a fenntartás (F) éves költségeibĘl az n évre számított értékének összegeként adódik: R

C ˜ 1  r  F n

1  r n  1  i n r i

(3.7.1.2.)

ahol r az évi kamatláb, i az inflációs ráta a berendezésre vonatkoztatva. Tekintettel arra, hogy a fenntartás éves költségei arányosnak tekinthetĘk a létesítmény értékével, F értéke az m arányossági tényezĘ bevezetésével: (3.7.1.3.)

F

m˜C

R

n n  1  r  1  i C ˜ 1  r  m ˜ c

tehát n

r i

113

(3.7.1.4)

A várható – esetleg a kivitelezĘ által garantált energia megtakarítás ellenértéke (E) alapján a halmozott energia-megtakarítás értéke e inflációs ráta mellett, dinamikus gazdasági környezetben: M

n n  1  r  1  e E˜

(3.7.1.5.)

r e

A (3.7.1.1.) egyenletbe a (3.7.1.4), valamint a (3.7.1.5.) egyenletet behelyettesítve: E˜

1  r n  1  e n r e

C ˜ 1  r  m ˜ C n

1  r n  1  i n

(3.7.1.6.)

r i

A (3.7.1.6.) egyenletet n-re megoldva adódik a megtérülési idĘ. 3.7.2. Életciklus-elemzés (LCA) A szoláris rendszerek beruházási szintĦ értékelésének egyik általánosan alkalmazott módszere az ún. életciklus-elemzés, (Life-Cycle Analyses LCA) (FARKAS et al. 2003). E módszer lehetĘséget ad arra, hogy az alkalmazott szerkezet/berendezés várható élettartamára vonatkozóan megbecsüljük a teljes költség nagyságát, valamint annak a megtakarításnak a mértékét, amely az alacsony üzemeltetési költségbĘl származik. A szoláris rendszerek életciklus költségének meghatározása az elĘbbiek alapján a következĘ képlet felhasználásával történik:

PV LCC

(3.5.1.2.)

I  PV S  PV M  R  PV F

ahol: PVLCC az életciklus költség jelenértéke, I a beruházás, a berendezés üzembe helyezésének költsége, PVs a berendezés életciklus végi maradványértékének jelenértéke PVM+R a javítás, karbantartás költsége, PVF a felhasznált hagyományos energia költsége KERSCHBERGER és mtsai (1997) a transzparens hĘszigetelések alkalmazása gazdaságossági értékelése során a megtakarítások jelenértékének számítására az alábbi összefüggést javasolja: N

KE

§ FE · ¨¨ ¸ 1 Q ¸¹ © RE § FE · ¨¨ ¸¸  1 © Q ¹

(3.5.1.3.)

ahol: KE: az energia megtakarítás értéke RE: az energia megtakarítás az 1. évben 114

FE: energiaár növekedés Q: adózott tĘkekamat N: vizsgált idĘszak (év) A hivatkozott összefüggés nem tartalmaz fenntartási-, javítási-, létesítési-, és externális költségeket. A TH rendszerek gazdaságosságának vizsgálata során –különösen hagyományos hĘszigetelésekkel egyesített rendszerek esetén - igen fontos hagyományos hĘszigeteléssel kapcsolatos költségarány, továbbá a vizsgálat során a következĘ költségtényezĘket kell figyelembe venni: A bevételi oldalon: - energia megtakarítások, - a (mesterséges) megvilágítás költségeinek csökkenése, - externális költségek megtakarítása, - megmaradt anyagok a vizsgált idĘszak végéig, - a fĦtési berendezések beruházási költségeinek csökkenése. A kiadási oldalon: - többlet beruházási költségek, - karbantartási költségek. JelentĘs mértékben befolyásolja a TH rendszer gazdaságosságát a szerkezet tervezett élettartama, a hagyományos (összehasonlítás alapjául szolgáló) rendszer kialakítása, valamint a gazdasági számítás kiemelt peremfeltételei: a tĘkekamatozás, az energiaár és energiaár-növekedés, az építési költségek növekedése (karbantartás, javítás költségei. 3.7.3. Tervezett élettartam Transzparens hĘszigetelésĦ szerkezetek tervezett élettartama a következĘ (KERSCHBERGER et.al. 1997): - transzparens hĘszigetelésĦ keretszerkezetek: 25…35 év, - egyesített transzparens hĘszigetelésĦ rendszerek: 20…25 év, - a különféle mechanikus árnyékoló szerkezetekre: kb. 20 év. Összefoglalásul megállapítható, hogy - a transzparens hĘszigetelések gazdaságossága nagymértékben függ kialakításuk módjától, a beruházási-, karbantartási-, javítási költségektĘl és a tervezett élettartamtól, valamint a várható megtérülési idĘtĘl; - a kisebb energiahatékonyságot a kisebb beruházási-, és fenntartási költségek ellensúlyozhatják; - Az energiahatékonyság javítható a hasznosító szerkezetek mennyiségi növelésével, ha olcsó helyi anyagokról van szó (mint pl. a nád). 3.8. Transzparens hĘszigetelésĦ passzív szoláris rendszerek meghibásodásának okai és javításuk módjai. A transzparens hĘszigetelések meghibásodása alapvetĘen három okra vezethetĘ vissza: - Abiotikus tényezĘk, - Biotikus tényezĘk, - Emberi tényezĘk.

115

Az említett okok belsĘ összefüggéseit az 83.ábra szemlélteti. TH falszekezetek károsodásának okai

Mechanikai hatások

Növényi hatások - gombák - penészek

Klimatikus hatások Rendkívüli hatások Abiotikus tényezĘk

Állatok hatásai - rovarok (bogarak) - emlĘsök (rágcsálók)

Statikai hibák

Biotikus tényezĘk

Ép.szerkezeti hibák Épületfizikai hibák Hosszú idejĦ fizikai/kémiai folyamatok

SzakszerĦtlen tervezés, kivitelezés

SzakszerĦtlen használat, üzemeltetés, szándékos rongálás

Emberi tényezĘk

83. ábra TH falak meghibásodásának fĘ fajtái és összefüggései Az abiotikus tényezĘk közül a legfontosabbak a következĘk: - Mechanikai hatások: Mechanikai sérülésekkel szemben a porózus szerkezetĦ TH anyagok ellenállása csekély mértékĦ, ezért beépítésük során védelmüket megfelelĘen biztosítani kell. Ennek legegyszerĦbb módja a passzív védelem: a TH szerkezeteknek a gyalogos- illetve a gépjármĦ forgalomtól védett, biztonságos távolságban illetve magasságban történĘ elhelyezése. A nyílószárnyakon a táblaméretnek megfelelĘen méretezett üvegezett határoló szerkezetek alkalmazása.

116

Speciális környezeti ártalom a megnövekedett közúti forgalom hatására létrejövĘ, fĘútvonalak mentén csaknem folyamatos rezgés, ami a szemcsés TH anyagok eltérĘ mértékĦ ülepedéséhez egyéb anyagok eltérĘ roskadásához vezethet az utcai és a belsĘ oldalon. Ez esetben a rezgésekre érzékeny anyagok helyett a rezgésekre kevésbé érzékeny (pl. többrétegĦ üveg-) szerkezetek alkalmazása célszerĦ, amelyek járulékos, vagy tervezett akusztikai védĘhatása is igen kedvezĘ lehet. - Klimatikus hatások: Különösen a viharoldali felületeken kell számolni a csapóesĘ hatásával, valamint a tartósan magas relatív páratartalom gombásodást elĘidézĘ hatásaival a kevésbé benapozott felületeken. A szél télen a porhót, nyáron a finomszemcsés utcai port juttathatja be a szerkezet belsejébe (a szellĘzĘnyílásokon keresztül), ami jelentĘs kárt tehet a TH anyagban. ElsĘ esetben a hó elolvadását követĘen az átnedvesedett szerkezet hĘszigetelése és élettartama, a por hatására a TH anyag fényáteresztése jelentĘsen lecsökken, ami a szoláris hatékonyság csökkenését és állagvédelmi problémákat idézhet elĘ. Az említett problémák ellen csak TH falak optimális tájolásával, és gondos szerkezettervezéssel védekezhetünk. - Rendkívüli hatások: Természeti katasztrófák, viharok, tĦzvész hatására a TH szerkezet is szükség szerĦen megsérülhet vagy tönkremehet. TĦzvédelmi szempontból különösen átgondoltan kell a nagy összefüggĘ, esetleg többszintes homlokzati felületeket megtervezni a tĦzterjedésre, valamint az éghetĘségre való tekintettel. - Statikai hibák: A transzparens homlokzatok minden szerkezeti elemét, különös tekintettel a tartóbordákra, statikailag és szilárdságtanilag méretezni kell. A többlet terhelés hatására a szerkezet kerete eldeformálódhat és a kapcsolódó szerkezetek is károsodhatnak. Szilárdságtani szempontból az egymásra statikus terhelést kifejtĘ transzparens hĘszigetelĘ rétegek tömegébĘl adódó alakváltozással is számolni kell, ezért célszerĦ a nagy összefüggĘ felületeket kisebb kazettákra osztani merev transzparens (pl. üveg- vagy akril) lapokkal. -.Épületszerkezeti hibák: Régi és új épületeknél egyaránt problémát okozhat egyes szerkezeti elemek valamilyen fizikai állapotváltozása (pl. faanyagok duzzadása nedves, páradús környezetben, fagerendák lehajlása, fémek hĘtágulás következtében bekövetkezĘ méretváltozása, szerkezeti repedések kialakulása. Ha a környezeti hatásokkal üzemszerĦen számolni kell, akkor a szerkezettervezés során kell az említett hatásokat figyelembe venni. (pl. fém tartóvázas függönyfalak esetén a szerkezet háromirányú hĘmozgását is biztosítani kell). - Épületfizikai hibák: Téli idĘszakban a jól tájolt szolárfalak szerkezeti rétegeiben a páradiffúzióból származó kondenzációnak igen kicsi az esélye a relatív magas falhĘmérsékletek kialakulása miatt. Ugyanez nem mondható el a kedvezĘtlen tájolású, vagy állandóan árnyékolt falfelületeken. Ez utóbbi falak esetén további kockázatot jelenthet új épületek esetén a falba zárt építési nedvesség is, ezért a belsĘ pára kiszellĘztethetĘségérĘl réteges üvegezett szerkezetek esetén szellĘzĘ nyílások kialakításával minden esetben gondoskodni kell. Nyári idĘszakban elsĘsorban a TH fal mögötti tér túlmelegedésének kockázatával kell számolni, különösen a direkt szoláris rendszerek alkalmazása során, ezért megfelelĘ árnyékoló segédszerkezetek alkalmazhatóságáról feltétlenül gondoskodni kell (ez nem jelent minden esetben költséges külsĘ árnyékoló szerkezeteket).

117

- Hosszú idĘ alatt lejátszódó fizikai-kémiai folyamatok: A még meg nem ülepedett új falszerkezetek konszolidálódása kockázatot jelenthet egyes új homlokzati passzív szoláris rendszerre, ezért célszerĦ csak a folyamat lezárultával elhelyezni a homlokzati elemeket, illetve a szerkezetek rögzítésének alkalmasnak kell lenni a lassú épületmozgások felvételére. A TH anyagok tekintetében különösen a különféle mĦanyagok veszélyeztetettek a Nap UV sugárzásából adódó „öregedés”-re, ami a korábbi fizikai jellemzĘk romlását és az anyag teljes tönkremenetelét is elĘidézheti. A biotikus tényezĘk közül a legjellemzĘbbek: - Növényi hatások: A növényi szervezetek közül elsĘsorban a penészgombák károsítják a szerves TH anyagokat, különösen akkor ha számukra kedvezĘ, tartósan hĦvös és páradús légállapot alakul ki a szerkezetben. Közvetett, de igen kedvezĘtlen hatást fejtenek ki a passzív szoláris rendszer közvetlen környezetében megnĘtt, állandó árnyékolást kifejtĘ örökzöld növények. - Állatok hatásai: A rovarok, bogarak megtelepedése különösen a méhsejtes- és a kapilláris struktúrájú transzparens szerkezetek optikai jellemzĘinek rohamos csökkenéséhez vezet, esetenként irreverzibilis változást elĘidézve a TH anyag szerkezetében. Az emberi tényezĘk hatásai: - SzakszerĦtlen tervezés, kivitelezés: JellemzĘ példái:a helytelen anyaghasználat a tervezésben, az elĘírtnál gyengébb minĘségĦ anyagok beépítése a kivitelezés során, stb. - SzakszerĦtlen használat, üzemeltetés: Gyakori hiba pl. az árnyékoló segédszerkezetek karbantartásának elmulasztása és ebbĘl adódóan egyes szolárfaltípusok túlmelegedése, vagy pl. az automatikus érzékelĘ rendszerekkel szabályozott mechanizmusok helyetti kevésbé gondos „kézi vezérlés” alkalmazása. - Szándékos rongálás: E tekintetben különösen a forgalmas utak menti területek a legveszélyeztetebbek. A különféle meghibásodások lehetséges okainak feltárása érdekében különféle szintĦ épületdiagnosztikai célvizsgálatok elvégzése válhat szükségessé, a hiba jellegétĘl, nagyságrendjétĘl függĘen. E vizsgálatok közül kiemelendĘk az ún. „roncsolásmentes” vizsgálati módszerek, amelyek a feltárás esetleges további módszereivel, illetve a szükséges javítási-felújítási intézkedésekkel kapcsolatosan a döntéselĘkészítésben nélkülözhetetlenek (pl. infrakamerás felvételek).

118

4. EREDMÉNYEK A transzparens hĘszigetelések anyagainak és szerkezeti rendszereinek - jelenleg csak külföldön gyártott - változatainak átfogó bemutatásával-, valamint üzembe helyezett transzparens hĘszigetelĘ rendszer hosszú idĘtartamú monitorozáson alapuló értékelésével és szimulációjával kapcsolatban ezidáig nem álltak rendelkezésre magyarországi adatok, publikációk. A 2006 januárjában bevezetésre kerülĘ új épületenergetikai szabályozás bevezetéséhez és gyakorlati alkalmazásához ezért véleményem szerint fontos adalékot jelentenek a passzív szoláris rendszerek e sajátosan új rendszerének alkalmazásával kapcsolatos elsĘ hazai tapasztalatok. Új tudományos eredmények:

1) A doktori munkám során a transzparens hĘszigetelĘ anyagok termikus jellemzĘinek hosszabb idĘtartamú vizsgálatára alkalmas kísérleti és demonstrációs célú transzparens hĘszigetelésĦ falat fejlesztettem ki, amely a SZIE Fizika- és Folyamatirányítási Tanszéken megvalósult integrált napenergia-hasznosító rendszer részét képezi. (ld. 3.1.1. pont) A meglévĘ falszerkezet külsĘ síkjához rögzített, üvegezett szerkezet külsĘ ablakszárnyának leemelésével a hĘszigetelt tokszerkezetbe – annak mozgatása nélkül – különféle transzparens hĘszigetelĘ anyagok helyezhetĘk el. A hĘáramok-, valamint a fal felületi hĘmérsékletének mérésére alkalmas érzékelĘket nemcsak a falfelület belsĘ oldalának közepén, a falazat hĘnyereségeinek mérésére, hanem a falfelület külsĘ oldalán (középen) is elhelyeztem, annak érdekében hogy az abszorber felület hĘmérséklete is monitorozható legyen.

2. Fizikai alapú egyenletek és a hosszú idĘtartamú mérési adatok felhasználásával elkészítettem a transzparens hĘszigetelésĦ fal blokkorientált rendszermodelljét. (ld. 3.1.5. pont) A feladat megoldásához szükséges paraméterek értéke: Ufal= 1,229 W/m2oK, : UTH= 0,749 W/m2 , IJ=0,85; Į=0,75. A paramétereket behelyettesítve: x

q Fal

0,465 ˜ (Tb  Tk )  0,3943 ˜ G

A fentiek alapján a A transzparens szigetelésĦ fal blokkorientált modelljét MATLAB + SIMULINK-ben a 4.1. ábra, a mért-, és szimulált hĘáramlási viszonyokat a TH falszerkezetben a 4.2. ábra, a szimulált függvényt és egyenletét a 4.3. ábra szemlélteti.

119

4.1. (ld. 31.) ábra. A transzparens szigetelésĦ fal blokkorientált modellje MATLAB+SIMULINK-ben

4.2. (ld. 32.) ábra A mért-, és szimulált hĘáramlási viszonyok a TH falszerkezetben (2003.02.05.-én mért adatok felhasználásával) A szimulált függvény egyenlete (ld. 4.3.ábra): y 4 ˜10 8 ˜ x 6  5 ˜10 6 ˜ x 5  0.0002 ˜ x 4  0.0007 ˜ x 3  0.0491 ˜ x 2   0.7833 ˜ x  1.6907

120

4.3. (ld. 33.) ábra A szimulált függvény és egyenlete 3) Kisebb méretĦ transzparens hĘszigetelésĦ anyagminták termikus jellemzĘinek valamint fényáteresztésének összehasonlító vizsgálatára alkalmas mérĘasztalt fejlesztettem ki, amelynek segítségével különféle hullámhossz-tartományban és különféle idĘintervallumokban vizsgálhatók az anyagminták.(ld. 3.2. pont) A kontakt szolárfalak szerkezeteit modellezĘ kiválasztott 4 cm és 10 cm vastag polikarbonát méhsejt-struktúrájú transzparens hĘszigetelés minták hĘátbocsátásával kapcsolatosan megállapítottam, hogy – az anyagszerkezettĘl valamint a besugárzás erĘsségétĘl függĘen a belsĘ oldali felületi hĘmérséklet emelkedés mértéke üvegezés nélkül a 39…70%-ot is elérheti, míg külsĘ oldali üvegezés esetén a szigeteletlen falénak 81…97%-át, kétoldali üvegezés esetén a 70…92%-át éri el. A konvektív szolárfalak üvegezett szerkezeteit modellezĘ 1…10 cm vastag polikarbonát méhsejt-struktúrájú hátoldalon 0,5 mm vtg. feketére mázolt abszorber lemezzel ellátott transzparens hĘszigetelés minták hĘátbocsátása szempontjából a 4 cm-es minta hĘátbocsátási jellemzĘi a legkedvezĘbbek.

4) Összefüggést állapítottam meg a méhsejt-, és a kapilláris struktúrájú transzparens hĘszigetelések anyagszerkezete, és a transzparens hĘszigetelĘ anyagok változó beesési szögek mellett a határhelyzetekben mérhetĘ fényáteresztésének helyi maximumai között, direkt megvilágítás esetén. (ld. 3.3.1. pont) Megállapítottam, hogy a felületre merĘleges struktúrák esetén a beesĘ fénysugárzás akkor a leghatékonyabb, ha a fénynyaláb akadálytalanul (reflexió nélkül) juthat át a TH anyagon, ezért meghatározható egy olyan (a struktúra geometriai jellemzĘitĘl függĘ határszög (Į), amely alatti szögtartományban a fényáteresztés maximális mértékĦ. A felülettel párhuzamos irányú cellaszerkezet esetén is értelmezhetĘ ez a szögtartomány.

121

4.4. (ld.46.) ábra Méhsejt- és kapilláris struktúrák fényáteresztési viszonyai a megvilágítás hajlásszögétĘl, valamint a struktúrák geometriai jellemzĘitĘl függĘen A határszög kiszámítása a méhsejt-, vagy kapilláris struktúrájú TH anyagok geometriai jellemzĘinek ismeretében az alábbi képlettel végezhetĘ: D

ahol: Į a b

arctg (a / b)

határszög (a vizsgált mintát határoló sík felület normálisának és a beesĘ fénysugár egyenesének bezárt szöge) a méhsejt struktúra esetén a keresztmetszeti oldalhossz mérete, kapilláris struktúra esetén a kapilláris átmérĘje [mm] a TH anyag vastagsága [mm]

A határszög meghatározása különösen a részben fényáteresztĘ (pl. üvegezett nád szolárfal-) transzparens hĘszigetelések elhelyezése során különösen fontos, tekintettel arra, hogy a szoláris hasznosítás mértéke az egyes (oldalaik mentén átlátszatlan) szálak fényáteresztésének mértékétĘl függ. Ekkor vagy a modul síkjára merĘleges struktúrájú transzparens hĘszigetelés egész felületét helyezzük el a használat idĘszakától és a benapozási viszonyoktól függĘ kedvezĘ irányba, vagy adott tájolású függĘleges falfelület esetén a nádszálaknak a modul síkjával bezárt szögét változtatjuk a nádszálak felülettel meghatározott szöget bezáró beépítésével.

5) A különféle sík-, és mintázatos színtelen és színes üvegek fényáteresztése között belsĘ összefüggéseket határoztam meg. A vizsgálat módszerének lényege az, hogy a különféle színtelen üvegek egy-egy rétegének fényáteresztését megmérve, a további rétegek fényáteresztése általában jól közelíthetĘ egy, a mérések alapján meghatározott, és a vizsgált üvegezés egy rétegére vonatkoztatott 0 és 1 közötti átlagos arányossági tényezĘvel a látható fény tartományában. E módszer alkalmazását az anyagukban színezett üvegezések esetén úgy célszerĦ

122

módosítani, hogy a vizsgált tartomány két (400…520 nm, illetve 540…670 nm) részére külön-külön arányossági tényezĘt határozunk meg a komplementer színek hatásai miatt. Különféle felaprított, ömlesztett transzparens anyagok fényáteresztését vizsgáltam meg továbbá azzal a céllal, hogy transzparencia tekintetében alkalmasak-e az újrahasznosításra törmelék, illetve apríték formájában. A mérések szerint a felhasználásnak ez a módja elsĘsorban az általában kapilláris struktúrák anyagát képezĘ PMMA és üveg anyagok esetén merülhet fel elĘre meghatározott (2…3 mm) szemcsenagyság esetén, a többi anyagminta csekély fényáteresztése révén kevéssé alkalmas e célra. Az elĘbbi szempontból nem megfelelĘ anyagok nyersanyagként való felhasználása a gyártásban, illetve a hagyományos átlátszatlan hĘszigetelésekhez hasonló hĘszigetelĘ paplanok egyes változatainak töltĘanyagaként lehetséges.

6.) A transzparens hĘszigetelĘ anyagok ökológiai értékelésére új értékelemzési módszert dolgoztam ki, amely segítséget nyújt a transzparens hĘszigetelésĦ rendszerek tervezésében és megvalósításában, a döntések elĘkészítésében. (ld. 3.4.1. pont) Transzparens hĘszigetelésĦ szerkezetek esetén a felsorolt tulajdonságok súlyozás-mentes figyelembevétele és átlagolása helyett javaslom a gyakorlati felhasználás szempontjainak megfelelĘen az ökológiai szempontok feladat-, illetve célorientált elĘzetes hierarchiájának megállapítását (pl. egy bázis-pontszám arányos felosztásával), majd ezt követĘen a szerkezeti kialakítás funkciónak megfelelĘ minĘségi súlyozó faktorok (szorzó tényezĘk) alkalmazását. E módszerrel tehát- kiindulásként – továbbra is lehetséges az ökológiai szempontok súlyozás-mentes figyelembevétele (a bázis pontszámok egyenlĘ felvételével), de lehetĘség nyílik emellett a szerkezet funkcionális megfelelĘségének valamint a tervezett szerkezeti kialakítás minĘségének pontosabb összehasonlítására is. A bázispontszám mind az ökologikus-, mind a szerkezeti, értékelés esetén 50 pont, így az értékelés külön –külön, és összevontan is könnyen áttekinthetĘ eredményt ad. Az egyes ökológiai- szerkezeti szempontok prioritásuknak megfelelĘ súlyozását, az ökológiai-szerkezeti mutató meghatározását a 3.4.1. pontban ismertetett 7. és 8. táblázat pontszámai alapján az alábbi módszer szerint javaslom elvégezni: ÖSZ= a Ö + b SZ ahol: ÖSZ: Ökológiai-szerkezeti mutató pontszáma (max. 100p.) Ö: ökologikus szempontok pontszáma (max. 50p.) SZ: szerkezettervezési szempontok pontszáma összesen (max. 50p.) a, b: minĘségi súlyozó faktorok (értékük 0…1 közötti racionális szám) Pontszámhatárok és kategóriák: 0 - 40 : felhasználásra alkalmatlan, környezetszennyezĘ falszerkezet 41 - 50 : falszerkezetként történĘ alkalmazására csak kivételesen, átmeneti jelleggel kerülhet sor, alárendelt funkcióra) 51 - 60 : más tervezési koncepció kidolgozását célszerĦ mérlegelni 61 - 70 : alkalmazása vitatható 71 - 80 : jól, a célnak megfelelĘen, gazdaságosan alkalmazható 81 - 100 :az ökológiai szempontokon túlmutató, különleges megoldás (pl. esztétikai élményt nyújt használata, különleges építésbiológiai elĘnyöket jelentĘ megoldás)

123

7) A transzparens hĘszigetelések részben fényáteresztĘ („semi-transparent”) változatainak fejlesztése terén a nádnak, mint természetes helyi építĘanyagnak az alkalmazására új szerkezeti megoldást dolgoztam ki. Az alkalmazás alapvetĘ mĦszaki feltételeinek meghatározásához hĘfizikai laboratóriumi mérések, valamint valós méretĦ kísérleti fal monitorozási eredményeit használtam fel. (ld. 3.5. pont) Részben fényáteresztĘ TH anyagok közül jelenleg csak egyetlen anyagfajta ismeretes, a Gap-Solar különleges hĘvédĘ-, és gombavédĘ anyagokkal kezelt papír-hullámkartonból a modulok síkjára merĘleges irányú struktúrákból álló, rétegenként összeállított és összeragasztott terméke. A PhD. kutatásom keretében elĘször tettem kísérletet a nádnak, mint természetes helyi anyagnak ezen új technológiában történĘ alkalmazására. A nád TH anyagként történĘ felhasználása tekintetében elĘnyös tulajdonsága, hogy a szokásos 5…10 cm mérettartományban jól aprítható, fényáteresztése a levágott nádszálak fényáteresztés-, és átmérĘ szerinti szemrevételezéses osztályozását követĘen nagymértékben javítható. (Átlátszatlan szolárfal is készíthetĘ belĘle, de ekkor természetesen nem kell a nádszálakat válogatni) Könnyen beépíthetĘ, tĦzállĘsága lényegesen jobb a szokásos PC és PMMA anyagokénál, hĘszigetelése közel ugyanakkora, de többletet jelent azokénál nagyobb hĘtároló kapacitása. A szerkezetbe beépítve páraszabályzásra képes. Helyi anyagként az országban számos helyen olcsón megvásárolható (a tetĘfedésre már alkalmatlan hosszúságú nádkévék is felhasználhatók). Hátránya hogy a túlzott mennyiségĦ víz hatására érzékeny, de ez más, egyéb transzparens hĘszigetelésekre is érvényes. A nád-szolárfalak vizsgálata során kétféle modul kidolgozására került sor: - Az átlátszatlan modul fa keretszerkezetének hátoldalát 5 mm vastag rétegelt lemez határolja, A fényáteresztĘ modul méretei, keretvázának kialakítása és a benne elhelyezett nád transzparens hĘszigetelés anyaga és vastagsága az átlátszatlan moduléval megegyezik, de hátlapját az átlátszatlan modulétól eltérĘen 5 mm vastag síküveg alkotja. Ez utóbbi változatnál az acél facsavarok és az üvegtáblák közvetlen érintkezését el kell kerülni, ezért a léckerethez rögzített facsavarokat hĘálló mĦanyag és gumi alátétekkel láttam el a rögzítések helyein. Az üvegtáblák rögzítése során az üvegtábla és a rögzítések között mindegyik oldalon 2 mm hĘmozgás biztosított 7.1) A fényáteresztĘ-, és a fényt át nem eresztĘ nádfal valamint a PC anyagú TH szerkezet monitorozási eredményeit összehasonlítva, megállapítható, hogy a külsĘ abszorberrétegen mért hĘáramok tekintetében az idĘjárási adottságoktól (benapozás, külsĘ léghĘmérséklet, borultság) függĘen a nádfalak és a PC anyagú transzparens hĘszigetelések egymáshoz viszonyított teljesítménye jelentĘsen eltérĘ: - Derült, napos idĘben az üvegezett nádfal hozamának csak 62…65 %-át tudja nyújtani az átlátszatlan nádfal, a PC anyagú TH szerkezetéhez képest az üvegezett nádfal teljesítménye megközelítĘen 20%, az átlátszatlané 12%. - LehĦlési periódusban, borult égbolt mellett a PC TH szerkezet hozamának megközelítĘen az 50%-a nyerhetĘ fényáteresztĘ nádfallal, míg az átlátszatlan nádfal esetében csak 30%-a érhetĘ el. A belsĘ oldali nyereségek döntĘ mértékben függnek a lehĦlési periódus hosszától, mértékétĘl, és a falszerkezet tömegétĘl, ezért ennek elemzése további hosszú idejĦ méréssorozat elvégzését igényli majd a téli periódusban.

124

7.2.) Míg a direkt benapozás-mentes idĘszakban a kétféle nádfal-modul külsĘ üvegrétegének a hĘmérséklete közel megegyezĘ, a délutáni direkt napsugárzás mellett az üvegezett hátfalú, részben fényáteresztĘ nád-szolárfal alkalmazása esetén a külsĘ üvegréteg felmelegedése mindössze 60-80%-a az átlátszatlan nád-szolárfalénak. Ennek az az oka, hogy az átlátszatlan szolárfal változat hĘelnyelése szinte kizárólag magában a modul anyagában történik, szemben a részben fényáteresztĘ változatéval, ahol a napsugárzás energiája az anyag átlagosan 15…30 %-os fényáteresztés mellett is részben a feketére festett vakolt abszorber felületen történik, jelentĘs hĘterheléstĘl megkímélve a modul anyagát és a határoló üvegszerkezetet. Másként fogalmazva: az üvegezett nád-szolárfal hĘvesztesége 20-40 %-kal kisebb az átlátszatlan, lemezelt változaté. A monitorozott fényáteresztĘ modul készítésekor nem volt lehetĘség a levágott nádapríték átválogatására, hanem a meglévĘ aprítékot méret szerint (5 cm hosszúsággal) véletlenszerĦ kiválasztással építettem be a modul keretszerkezetébe. A modul tényleges fényáteresztése (20%) így lényegesen elmarad a. ábrán mért (48%-os) értéktĘl. Ez azt jelenti, hogy a transzparens nádfal-modul hatékonysága jelentĘsen növelhetĘ a monitorozott változatéhoz képest. A 3;4;5; 6; 7; 8; 9; és10 cm vastagságú nádrétegek fényáteresztését teljes hosszában átlátható nádszál-aprítékokból elkészített mintákon, luxmérĘvel mértem meg, amelynek eredményét a 4. ábra szemlélteti.

4.5. (ld. 57.a.) ábra A 3;4;5; 6; 7; 8; 9; és10 cm vastagságú nádrétegek fényáteresztésének mérési eredményei felületre merĘleges irányú, direkt megvilágítás esetén (válogatott, fényáteresztĘ szálak felhasználásával) 7.3) A nád felhasználása szempontjából igen fontos, hogy a nád a fa keretszerkezetbe történĘ beépítését megelĘzĘen megfelelĘen ki legyen szárítva, tárolása lehetĘleg fedett, oldalirányban nyitott, jól átszellĘztetett helyen történjen. A légszáraz állapotú nádminták egyensúlyi nedvességtartama a SZIE Agrokémia Tanszék kutató laboratóriuma szárító szekrényében végzett mérés alapján 6,62 %. A nád e relatív magas egyensúlyi nedvességtartalma következtében igen fontos a felmelegedés idĘszakában a szolárfal nád TH anyagából távozó pára biztonságos elvezetése pl. a fa keretszerkezeten kialakított 125

5…10 mm átmérĘjĦ szellĘzĘ légréseken keresztül (a keretszerkezetek oldalai mentén, az üveg- és a hĘszigetelĘ réteg közötti légtérhez kapcsolódva anélkül, hogy a légtérben káros mértékĦ konvekció, huzathatás jönne létre). 7.4.) A csapadékvédelem szempontjából a külsĘ üvegréteg megfelelĘ védelmet nyújt, feltéve, ha a kapcsolódó tokszerkezet is megfelelĘ biztonságot nyújt a csapóesĘ, a porhó és a tokszerkezetbe beszivárgó csapadék ellen. A csapadékvédelmet az üvegtáblák széleit gumiprofilokkal leszorító takarólécek, valamint a keretek alsó síkján kialakított két db kivezetĘ nyílás biztosítja. 7.5.) A légszáraz állapotú nádszövet beépítésével kapcsolatos tĦzvédelmi kérdések vizsgálatát az ÉMI M-203/2005 sz. vizsgálati jegyzĘkönyve tartalmazza.(ld. M4. sz. melléklet) A vizsgálat eredményei azt mutatják, hogy a nád TH anyagok tĦzvédelmi tulajdonságai a szokásos PC és PMMA anyagokénál jóval kedvezĘbbek: - A gyulladási hĘmérséklet az MSZ 14800-16:1992 szabvány 8.1. pontja szerinti B módszer alapján légszáraz állapotú nádszövetre 347oC. - Az Országos TĦzvédelmi Szabályzat 3. §-ában foglaltak szerint a légszáraz állapotú nádszövet – gyulladási hĘmérséklete alapján a „D” jelĦ „Mérsékelten tĦzveszélyes” tĦzveszélyességi osztályba tartozik. 7.6.) A fényáteresztĘ nád TH modulok felhasználása esetén feltétlenül indokolt a levágott, megadott szálhosszúságú nádszálak transzparencia szerinti átválogatása. A fényáteresztés mértékének növekedése a 3…10 cm rétegvastagságú tartományban általában 50…60%-ot meghaladó mértékĦ, az eredeti állapothoz képest, véletlenszerĦ szálkiválasztást feltételezve. Nem fényáteresztĘ nád- TH modulok esetén a szálak átválogatása nem okoz lényeges teljesítmény csökkenést, ezért ezeknél az átválogatás gyakorlatilag felesleges. 7.7) A nappálya adatok ismeretében és figyelembevételével lehetĘség van a nád TH anyag hatékonyságának növelésére, a rostiránynak a falsíkkal, (és a modul síkjával) meghatározott szöget bezáró felvétele által, a direkt napsugárzás minél hatékonyabb begyĦjtése érdekében. Ezzel a módszerrel a modul éves energianyeresége 10…12 %-kal növelhetĘ a felületre merĘleges beépítésĦ változatéhoz képest.

126

5. KÖVETKEZTETÉSEK ÉS JAVASLATOK A célkitĦzésekben megfogalmazott kutatás eredményei alapján következtetéseim a következĘk: - Kutatási munkám irodalmi áttekintése és saját külföldi tanulmányútjaim tapasztalatai igazolják, hogy a különféle „hagyományos” és új transzparens hĘszigetelĘ anyagok igen sokféle változata alkalmazható passzív szoláris rendszerek részeként. Számos megvalósult ún. „alacsony energia-igényĦ”-ház energetikai koncepciójának meghatározó, lényegi elemét jelentik a transzparens hĘszigetelésĦ falak-, és üvegezett homlokzati szerkezetek. - A kontakt –, és a konvektív szolárfalakat modellezĘ laboratóriumi minták laboratóriumi vizsgálata, és a SZIE GödöllĘ, Fizika és Folyamatirányítási Tanszékén Magyarországon elsĘként megvalósult, valós méretĦ üvegezett modulokból felépített, oktatási és demonstrációs célú transzparens hĘszigetelés (kontakt szolárfal) több éves monitorozása bebizonyította, hogy e rendszerek hatékonyak, ez utóbbi esetben még viszonylag kedvezĘtlen adottságok esetén is (Nyugati tájolású homlokzati fal, valamint a TH falszerkezethez mérten viszonylag nagy tömegĦ falszerkezet). A transzparens hĘszigeteléseket az épület határoló szerkezeteibe integrálva kell betervezni, és az épület energetikai rendszeréhez oly módon kapcsolni, hogy a szoláris hasznosítás mértéke a lehetĘ leghatékonyabb, de szabályozható legyen. A transzparens hĘszigetelĘ rendszerek alkalmazásának két fĘ területét a természetes, egyenletes megvilágítást biztosító üvegezett tetĘszerkezetek , illetve az energiagyĦjtĘ falak kontakt, vagy a konvektív rendszerei jelentik majd a közeljövĘben. - A fizikai alapú egyenletek és hosszú idĘtartamú mérési adatok felhasználásával az eredeti falra kidolgozott TH modell más anyagok esetén is alkalmazható (pl. a bemutatott új fejlesztésĦ 5 cm vastag nád-szolárfal esetén is). - A transzparens hĘszigetelĘ anyagok fény-, és összenergia-áteresztésének fokozása iránti törekvés egyre inkább a különlegesen megtervezett tulajdonságú, és igen költséges technológiával elĘállítható mĦanyagok (pl. PC, PMMA) elĘállítását igénylik, egyre nagyobb mennyiségben, amely folyamat közvetve, vagy közvetlenül hozzájárul a környezetvédelem egyre súlyosbodó problémáihoz, újrahasznosításuk módja jelenleg még nem minden tekintetben megoldott, kivéve a gyártás nyersanyagaként újra felhasználható anyagokat (pl üveg). Javaslatom az újrahasznosítás további lehetĘségére, hogy a már elöregedett, fényáteresztésüket jelentĘs mértékben elvesztett anyagokat a szükséges mértékĦ aprítást követĘen átlátszatlan hĘszigetelĘ paplanok töltĘanyagaként lehetne felhasználni. CélszerĦ lenne esetenként annak megvizsgálása is, hogy valamely okból (pl. felújítás, átépítés) miatt feleslegessé váló transzparens hĘszigetelĘ rendszer (ablak, üvegfal, szolárfal) más, kevésbé igényes meglévĘ épületen –a szükséges mértékĦ felújítókarbantartó munkák elvégzését követĘen – nem volna-e újra hasznosítható komplett szerkezetként is. Ennek véleményem szerint elĘzĘleg a számítógépes,- esetleg más építĘanyagok árusításához kapcsolódó adatbázisát kellene megteremteni. CélszerĦ ezért azokat a megoldásokat is megvizsgálni, amelyek az olcsó természetes helyi eredetĦ (elsĘsorban fa, nád), valamint az újra hasznosítható építĘanyagok felhasználását is elĘsegítik. Méréseim szerint az általam javasolt üvegezett nád- szolárfal energetikailag is kedvezĘ eredményeket szolgáltathat épületeink transzparens hĘszigeteléseként. Ehhez az

127

anyag gondos elĘkészítése, válogatása, és a beépítendĘ felület síkjával optimális (esetleg a használat idĘszakos vagy állandó jellegét a mértékadó napállások tekintetében jellemzĘ) szöget bezáró anyagstruktúra kialakítása elkerülhetetlenül szükséges, a minél kedvezĘbb fényáteresztés elérése érdekében. A nád-szolárfal építĘipari termékként történĘ bevezetéséhez még további kötelezĘ minĘsítĘ vizsgálatok elvégzése szükséges. A transzparens hĘszigetelĘ anyagok és a felhasználásukkal készített szerkezetek ökológiai-, és szerkezettervezési szempontokon alapuló értékelemzési módszerének kidolgozása az egyes szerkezetcsoportok ajánlott csomóponti megoldásainak bemutatásával, számítógépes tervezĘi program kidolgozásával tovább fejleszthetĘ a továbbiakban. A családi ház energiatudatos felújítására bemutatott mintapélda további szerkezetváltozatokat tartalmazó megoldásai esetleg tovább bĘvíthetĘk és csatolhatók lennének e javasolt anyaghoz. A transzparens hĘszigetelésĦ falak meghibásodásának áttekintése, rendszerezése a hibák okainak feltárása szempontjából is elengedhetetlenül szükséges. Ez utóbbi a javítás, felújítás módszerét és eszközrendszerét is meghatározza.

128

6. ÖSSZEFOGLALÁS

A transzparens hĘszigetelések passzív szoláris rendszerekben történĘ alkalmazásával kapcsolatban jelenleg csak igen kevés információ és magyar nyelvĦ publikáció áll a szakma rendelkezésére, transzparens hĘszigetelésĦ referencia-épület pedig ezidáig még nem is épült Magyarországon annak ellenére, hogy külföldön (elsĘsorban Németországban, Ausztriában és Angliában) az energiatudatos építészet egyre ismertebb, hatékony eszközévé vált az utóbbi években. A transzparens hĘszigetelések hazai alkalmazásának lehetĘségeit a Szent István Egyetem Fizika- és Folyamatirányítási Tanszékén kiépített integrált napenergia-hasznosító rendszer részét képezĘ, közremĦködésemmel megvalósított kísérleti és demonstrációs célú transzparens hĘszigetelésĦ fal, valamint a transzparens anyagminták fizikai jellemzĘinek megvizsgálására kialakított laboratóriumi mérĘasztal segítségével vizsgáltam, továbbá több külsĘ laboratóriumban is végeztem – elsĘsorban a transzparens hĘszigetelĘ anyagok fényáteresztésének mérésére irányuló - kutatásokat (pl. Budapesti MĦszaki és Gazdaságtudományi Egyetem ÉpítĘanyag Tanszékén, ÉMI Épületszerkezeti Tudományos Osztályán, valamint a Hannoveri Egyetemen) A kutatásaim során elért eredmények a következĘk: A vonatkozó szakirodalom és saját tapasztalataim alapján áttekintettem a különféle anyagú transzparens hĘszigetelĘ rendszerek fajtáit, és javaslatot tettem a direkt-, és indirekt passzív szoláris rendszerekben való alkalmazásuk módjára. Kutatási és demonstrációs célú transzparens hĘszigetelésĦ falszerkezet tervezésével és gyakorlati megvalósításában való közremĦködésemmel gyakorlati tapasztalatokat szereztem e szerkezetek kivitelezésével kapcsolatosan, továbbá lehetĘvé vált számomra a megvalósult polikarbonát méhsejtstruktúrájú, üvegezett transzparens hĘszigetelésĦ fal hosszú idĘtartamú monitorozása. Fizikai alapú egyenletek és a hosszú idĘtartamú mérési adatok felhasználásával elkészítettem a transzparens hĘszigetelésĦ fal blokkorientált rendszermodelljét. Laboratóriumi mérĘasztalt terveztem és készíttettem, amelynek segítségével számos mérést végeztem a különféle transzparens hĘszigetelĘ anyagok összehasonlító termikus és optikai jellemzĘinek meghatározására kontakt- és konvektív szoláris rendszerekben. A többrétegĦ-, valamint az anyagukban színezett transzparens hĘszigetelĘ anyagok fényáteresztésének vizsgálatával kapcsolatosan spektrofotométeres laboratóriumi vizsgálatokat végeztem az egyes rétegek, és a többrétegĦ minták eredĘ fényáteresztésének meghatározására. Transzparens hĘszigetelĘ anyagok, és a felhasználásukkal készített szerkezetek ökológiai értékelésére új módszert dolgoztam ki, amelynek felhasználásával érvényre juttathatók a környezetvédelem-, az energiatakarékosság-, gazdaságoság, mind pedig a szerkezettervezés alapvetĘ szempontjai, segítséget nyújtva a transzparens hĘszigetelésĦ rendszerek tervezésében és megvalósításában, a döntések elĘkészítésében. A transzparens hĘszigetelések legújabb, részben fényáteresztĘ („semi-transparent”) változatainak fejlesztése terén a nádnak, mint természetes helyi építĘanyagnak az alkalmazására dolgoztam ki új megoldást. A „nád-szolárfal” valĘságos méretĦ opaque és transzparens moduljait elkészítettem, és a „hagyományos” polikarbonát hĘszigetelés mintával egyidejĦleg monitoroztam. Megállapítottam, hogy az általam kidolgozott nád129

szolárfal modulok az összehasonlítás alapjául felhasznált polikarbonát anyagnál csekélyebb fényáteresztésük révén, azoktól eltérĘ hatásmechanizmussal hasznosítják a napsugárzás energiáját: az energia jelentĘs része nem a falszerkezet vakolt külsĘ felületén kialakított abszorber felületen, hanem a falsíkra merĘleges struktúrájú nád transzparens hĘszigetelés külsĘ, 1..2 cm-es rétegében nyelĘdik el. A mérések eredményei azt mutatják, hogy az e rétegben kialakuló magasabb hĘmérsékletĦ légréteg a polikarbonát hĘszigetelésnél hatékonyabban mérsékli a transzmissziós hĘveszteségeket, ami a kisebb fényáteresztésbĘl adódó kisebb energianyereségek miatt igen fontos. TĦzvédelmi, környezetvédelmi és gazdasági szempontból az elĘzĘeknél lényegesen kedvezĘbbek jellemzĘik. A különféle passzív szoláris rendszerek, ezen belül a különféle transzparens hĘszigetelĘ rendszerek alkalmazására épületenergetikai program segítségvel végeztem energetikai-, gazdaságossági elemzéseket egy meglévĘ lakóház passzív szoláris felújítása kapcsán. Épületek szoláris szemléletĦ tervezésére az elĘbbi lakóházon kívül egy gyümölcsaszalószárító épület vázlatteve segítségével mutattam be példát. Végül módszert dolgoztam ki a transzparens hĘszigetelésĦ szerkezetek leggyakoribb meghibásodási lehetĘségeinek szemrevételezési módszerrel történĘ feltárására, ami a szerkezettervezést is segíti. Kutatási munkám ismertetett eredményei alapján következtetéseim a következĘk: A transzparens hĘszigetelĘ anyagok és rendszerek bemutatott változatai igen sokféle alkalmazási lehetĘséget kínálnak fel passzív szoláris rendszereink tervezéséhez és megvalósításához. Ahhoz azonban hogy az optimálisan megfelelĘ rendszert választhassuk ki a hasznosítás céljára, alaposan ismerni kell e rendszerek hatásmechanizmusát, alkalmazásuk feltételeit, korlátait meghatározó mĦszaki paramétereiket. A transzparens hĘszigeteléseket az épület egészébe integrálva kell betervezni, és az épület energetikai rendszeréhez oly módon kapcsolni, hogy a szoláris hasznosítás mértéke a lehetĘ leghatékonyabb, de szabályozható legyen. A transzparens hĘszigetelĘ rendszerek alkalmazásának két fĘ területét a természetes, egyenletes megvilágítást biztosító üvegezett tetĘszerkezetek , illetve az energiagyĦjtĘ falak kontakt, vagy a konvektív rendszerei jelentik majd a közeljövĘben. A jelenlegi igen magas anyagárak nem segítik e rendszerek gyors terjedését Magyarországon sem. CélszerĦ ezért azokat a megoldásokat a jövĘben elĘnyben részesíteni, amelyek olcsó helyi anyagként rendelkezésre állnak és természetes eredetĦek, mint például az általam javasolt nád-szolárfal, valamint az újra hasznosítható építĘanyagok felhasználását is elĘsegítik (pl. a papír hullámkarton transzparens hĘszigetelés). Az említett szempontok miatt is fontos lenne az értekezésben említett nádszolárfal továbbfejlesztése és építĘipari termékként történĘ bevezetése, amelyhez kapcsolódó további kutatások és a szükséges kötelezĘ minĘsítĘ vizsgálatok elvégzése a további megkezdett munka tovább folytatásának lehetséges irányait jelenthetik a továbbiakban.

130

7. SUMMARY There are only a few information and publications are available about the application of the transparent insulation in passive solar systems. Reference building with transparent insulation hasn’t built yet, in spite of that in abroad ( primarily in Germany, Austria and in the United Kingdom) the environmental friendly architecture becomes more and more familiar, in the recent years. I have investigated the possibilities of the transparent insulations engagement, at the Szent István University Department of Physics and Process Controll, on the part of the integrated solar energy utilizer system. I have analyzed the experimental and demonstrational transparent insulation wall, which was developed by my constribution, furthermore I have examined the transparent insulations light transmittance with the special measuring table, and I have made examinations also in other laboratories ( Budapest Technical University Building Materials Department, ÉMI, Hannover University) During my research I have achieved the following results: By the pertinent technical literature and my own experiences I have reviewed the different types of the transparent insulation systems, and made recommendations how to use them in the direct and indirect passive solar systems. By designing demonstrational transparent insulated wall system, and by taking part in the realization I have got practical experiences in the construction, furthermore I had chance to monitor the finished glassed polycarbonate honeycomb-structured wall. I have developed the transparent insulation wall’s block-oriented model, based on the long term measured data, and physic based equations. I have designed and made a laboratory measuring table, with this I have made many measuring on different transparent insulation materials, including comparative temperature, optical measures in contact and convective solar systems. I have made spectrophotometer measurements on the multi layered and single layered and on the colored materials to determinate sample’s light transmittance. I have developed a new method on the ecological evaluation of the transparent insulation material, and the TI systems. By using these methods the aspect of the environment saving, energy saving, economic design’s elementary aspects, giving help in designing and constructing transparent insulation systems, and in the decision preparing. I have designed a new solution in the most modern transparent systems, in the “semi transparent” systems. This design is based on the application of the local building material, the reed. I have made the “reed-solar” wall’s real sized opaque and transparent modules, and I have monitored it simultaneously with the “original” polycarbonate insulation. I have determined that the reed solar wall modules utilizes the solar energy, in a different way: the main part of the energy is not absorbed on the wall’s outside daub on the absorber surface, but in the perpendicular structured reed transparent insulation’s 1..2cm layer. The result of the measurements shows that in this layer, the emergent higher temperature air layer can better temper the transmission heat losses which is very important because of the less energy gains. In fire-safety, environmental, and economical aspects the reed solar wall has better parameters.

131

I have used building energy softwares to examine the energy balance, cost of the different passive solar systems, and different transparent systems on an extant dwelling house, that is going to be renovated with these systems. For the solar approached design, I have presented an other example, a fruit shriveller-dryer building’s design. Finally I have created a method for digestion of the transparent insulations frequent failures with reconoitring, which helps the design of the constructions. By the result of my research my conclusions are the following: The demonstrated transparent insulation materials and systems are offer many engagement possibilities in designing and constructing passive solar systems. To choose the optimal system to use, we have to know substantially their mode of action, limits. The transparent insulations has to be integrated in the design of the entire building, and it must be connected to the building’s energetic systems in such a way that the solar energy utilization will be the most effective but it must be controllable also. The two main areas of the transparent insulation systems will be the, roof glassed constructions which will provide natural, smooth lighting, and the energy collector walls contact or convictive systems in the near future. The present high material prices don’t help the spread of these systems neither in Hungary. That’s why it’s practical to prefer those solution in the future, which are available as a local stock, like the reed solar wall. Because of what I’ve written above, it would be important to improve the reed solar wall as a material of the building industry. The main aims in the future would be to continue the research of the reed solar wall.

132

8. MELLÉKLETEK M.1. Irodalomjegyzék AUMÜLLER D. – PETERS C.(1998): ESA – Solarfassade. Seminar für Baukonstruktion und Bauphysik. Bauen mit Holz 1/1998. BARÓTFI I. (Szerk.) (1993).: Energiafelhasználói Budapest:Környezettechnika Szolgáltató Kft. 1003 p.

kézikönyv.

BUZÁS J. - FARKAS I. - BÍRÓ A. -HEGYI K. - LÁGYMÁNYOSI A. - SERES I. SERES E. E. - SZĥCS M. (1999): Napenergia hasznosító eszközök a mezĘgazdaságban, MTA-AMB Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás, GödöllĘ, 1999. jan. 19-20, p. 49. COMPAGNO A.(1995): Intelligente Glasfassaden. Material-Anwendung-Gestaltung. Basel-Boston-Berlin: Birkhäuser Verlag. 128 p. FARKAS I. - JESCH L. F. - SZĥCS M.(1996): Construction aspects of transparent insulationwall for demonstration purposes. EuroSun'96, 10. Internationales Sonnenforum. Freiburg, 1996. szept. 16-19, p. XVIII. 40-41. FARKAS I. et. al. (1996): Aktív, termikus és fotovillamos napenergia hasznosító rendszerek demonstrálása, PHARE Megújuló Energia Projekt No. HU9103-07-01-L013, Részjelentés, 1996. december, p. 16 - 22. FARKAS I. - SZĥCS M. (1997): Transzparens szigetelésĦ falak termikus jellemzĘinek meghatározása. MTA-AMB Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás, GödöllĘ, 1997. jan. 2122, p. 29-30. FARKAS I.et. al. (1997): Folyamatirányítás. Jegyzet. GödöllĘ: GATE. 145 p. FARKAS I. et. al.(1997): Aktív, termikus és fotovillamos napenergia hasznosító rendszerek monitorozása, PHARE Megújuló Energia Projekt No. HU9103-07-01-L013, Zárójelentés, 1997. december, p. 15 - 21. FARKAS I. - BÍRÓ A. - BUZÁS J. - HEGYI K. - LÁGYMÁNYOSI A. - SERES E. E. SZĥCS M. (1998a): Oktatási és demonstrációs célú napenergia hasznosító berendezések. Magyar Energetika, VI. évf. 3. sz., 1998. jún., p. 17-24. FARKAS I. - SZĥCS M. - ZÖLD A. (1998b): Monitoring of a Transparent Insulation Wall Used for Demonstration Purposes, EuroSun98, The second ISES-Europe Solar Congress, Portoroz, Slovenia, 1998. szept. 14-17, p. VI. 2. FARKAS I. et. al. (1999): Számítógépes szimuláció. Jegyzet. GödöllĘ: GATE. 94 p. FARKAS I. (Szerk) (2003): Napenergia a mezĘgazdaságban. Budapest. MezĘgazda Kiadó.317 p. FRICKE J.(1988): Aerogélek. Tudumány. A Sientifis Amrican magyar kiadása, IV (7) 66 – 71 p. FÜLÖP L.(1993):Thermal performance of walls equipped with transparent insulation. PhD. értekezés. University of Birmingham, United Kingdom, 1993.

133

FÜLÖP L. – SZĥCS M. – ZÖLD A. (2005): A hazai passzív szoláris energiapotenciál becslése. Energiagazdálkodás. 46. évf. 2005. sz. 2005. 1.szám, p. 8 - 13. GOETZBERGER A. – SCMIED J. - WITTWER V. (1984): Transparent Insulation Systems for passive Solar Energy Utilisation in Buildings. Int. J. Solar Energy. Vol. 2. pp 289 – 308. GOETZBERGER A. – WITTWER V. (1993): Sonnennergie. Physikalische Grundlagen und thermische Anwendungen. 3. Aufl. Stuttgart - Leipzig: B. G. Teubner Verlag. 231 p. HUMM O. (2000): Alacsony energiájú épületek. Alacsony energiafelhasználású épületek tervezése és normái. Dialóg Campus Kiadó. Budapest-Pécs 2000. IMRE L. (1983): HĘátvitel összetett szerkezetekben. Budapest: Akadémiai Kiadó. 698 p. IMRE L.(1999): A termikus rendszerek gazdaságosságának értékelése. Magyar Energetika, 1999. VII. évf. 3.sz. p. 44-48 JESCH L. F. (1993): Transparent insulation technology. Harwell Oxfordshire: ETSU – OPET. 16 p. KERSCHBERGER A. (1996): A.: Solares Bauen mit transparenter Wärmedämmung: Systeme, Wirtschaftlichkeit, Perspektiven. Wiesbaden und Berlin: Bauverlag GmbH. 246 p. KERSCHBERGER A. – PLATZER W. – WEIDLICH B.(1997): Transparente Wärmedämmung. Produkte, Projekte, Planungshinweise. Wiesbaden und Berlin: Bauverlag GmbH. 171 p. KUSCHE P. – ALTHAUS D. – GABRIEL I. – WEIG-KRUSCHE M. (1982): Ökologisches Bauen. Wiesbaden und Berlin: Bauverlag GmbH. 360p. LÁNG I. (Szerk) (1993): Környezetvédelmi Lexikon. II. Budapest, Akadémiai Kiadó. P 483. LOHR A. et. al. (1993): Energie- und umweltbewuȕtes Bauen mit der Sonne. Ein Informationspaket. 3. Aufl. Köln: Verlag TÜV Rheinland. 80 p. PLATZER W. J (1988): Solare Transmission und Wärmetransportmechanismen bei transparenten Wärmedämmaterialien. Dissertation Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. RAICU A. (1996): Simple procedure for the design and evaluation of thermotropic overheating protection for buildings. EuroSun'96, 10. Internationales Sonnenforum. Freiburg, 1996. szept. 16-19, p. XVIII. 23-24. SCHMID J. (1995): Transparente Wärmedämmung in der Architektur. Material – Technologie - Anwendung. Heidelberg: C.F. Müller Verlag GmbH. 122 p. SERES E. E. - FARKAS I. - BÍRÓ A. - BUZÁS J. - LÁGYMÁNYOSI A. - SZĥCS M.: (1999) Folyamatirányítási célú laboratóriumi modellek, MTA-AMB Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás, GödöllĘ, 1999. jan. 19-20, p. 56. SZABÓ GY.(1986): Adatok a napenergia passzív hasznosításának méretezéséhez. Budapest: Építésügyi Tájékoztatási Központ. 283 p. SZĥCS M. (1996): Transparent insulation walls, 2.nd Seminar on Energy and Environment, GATE Fizika és Folyamatirányítási Tanszék, GödöllĘ, 1996. szept. 3-6, p. 13. 134

SZÉLL .M. (2001): Transzparens épületszerkezetek. Pécs: Szerényi és Gazsó Bt. 212 p. SZĥCS M. (1997): Transparent insulation Technology in the Passive solar Architecture, CERECO'97, The 2nd International Conference on Carpathian Euroregion, MiskolcLillafüred, 1997. jún. 1-4, p. 56. SZĥCS M. (1997): Passive solar energy utilisation in the rural architecture, 3.rd Seminar on Energy and Environment, GATE, Fizika és Folyamatirányítási Tanszék, GödöllĘ,1997. nov. 10-12, p. 12. SZĥCS M.- D. KOHLMEIER (1998): Transzparens hĘszigetelĘ anyagok fényáteresztésének vizsgálata. MTA-AMB Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás, GödöllĘ, 1998. jan. 20-21, p. 41. SZĥCS M. (1998): Passive solar heating in building renovation, 4.th Seminar on Energy and Environment, GATE, Fizika és Folyamatirányítási Tanszék, GödöllĘ,1998. nov.1113. SZĥCS M. (1999): Passzív szolár fĦtési rendszerek a vidék építészetében, MTA-AMB Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás, GödöllĘ, 1999. jan. 19-20, p. 47. WAGNER A. (1996): Transparente Wärmedämmung Informationspaket. Köln: Verlag TÜV Rheinland. 84 p.

an

Gebäuden.

Ein

ZÖLD A. (1995a): Passzív szolár fĦtés. Budapest. Ybl Miklós MĦszaki FĘiskola. Labor 5. 46 p. ZÖLD A. (1995b): Csúcstechnológia az épületek hĘvédelmében. Budapest. Ybl Miklós MĦszaki FĘiskola. Labor 5. 64 p. ZÖLD A. (1999): Energiatudatos építészet. Budapest: MĦszaki Könyvkiadó.214 p. ZÖLD A. – OSZTROLUCZKY M. (2005): A 2006-ban bevezetendĘ új épületener-getikai szabályozás – I. Építész spektrum., IV. évf..1 sz. 2005. 1.szám, p. 40 - 42. Szabványok: MSZ-04-140-2:1991 Építésügyi ágazati szabvány elĘírásainak (Épületek és épülethatároló szerkezetek hĘtechnikai számításai. HĘtechnikai méretezés)

135

M.2. AZ ÉRTEKEZÉS TÉMAKÖRÉHEZ KAPCSOLÓDÓ PUBLIKÁCIÓIM Magyar nyelvĦ folyóiratban megjelent cikkek: 1. Farkas I. - Bíró A. - Buzás J. - Hegyi K. -Lágymányosi A. - Seres E. E. - SzĦcs M.: Oktatási és demonstrációs célú napenergia hasznosító berendezések. In: Magyar Energetika, 1998., VI. évf. 3. sz., p. 17-24. 2. SzĦcs M.: Passzív napenergia-hasznosítás, Beszámoló a Falufejlesztési Társaság építész tagozatának III. Országos VándorgyĦlésérĘl, Nagykovácsi, 2000. Január 21-22. In: Falu Város Régió, 2000., X. évf. 4. sz., p. 17-21. 3. SzĦcs M.: Passzív napenergia-hasznosítás. In: OrszágépítĘ, 2000., XI. évf. 1.-2. sz.., p. 18-20. 4. SzĦcs M.: Transzparens hĘszigetelések. HĘnyereség kevesebb hĘveszteséggel, In: Alaprajz, 2000., VII. évf. 2. sz., p.44--47. 5. SzĦcs M.: Alacsony energiafelhasználású lakóépületek. In: FĦtéstechnika, megújuló energiaforrások, 2002., V. évf. 78. sz., p. 25-32. 6. SzĦcs M.: Földfalak ma. Új módszerek és energiatakarékos szerkezeti megoldások a földfalak építésében. In: Építész Spektrum. Épületek és szerkezeteik. 2002., I. évf. 4. sz., p.38-41. 7. Fülöp L. – SzĦcs M. – Zöld A.: A napenergia passzív hasznosításának hazai potenciálja. In: Energiagazdálkodás, 2005., 46. évf. 1.sz., p. 8-13. 8. SzĦcs M.: Föld- és vályogfalú házak építésének lehetĘségei Magyarországon. Épületenergetikai követelmények, sajátos energetikai anyagjellemzĘk. In: ÉpítĘvilág. 2005. XLVI. évf. 3. sz., p. 21-25. 9. SzĦcs M.: Transzparens hĘszigetelések. In: Építés Spektrum. Épületek és szerkezeteik, IV. évf. 2005.5. sz. p. 18-22. Magyar nyelvĦ konferencia kiadványokban megjelent cikkek: 1. SzĦcs M.:- Farkas I.: Transzparens szigetelésĦ falak termikus jellemzĘinek meghatározása. MTA Agrár-MĦszaki Bizottság, Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás, GödöllĘ, 1997. jan. 21-22, p. 29-30. 2. SzĦcs M. - D. Kohlmeier: Transzparens hĘszigetelĘ anyagok fényáteresztésének vizsgálata. MTA Agrár-MĦszaki Bizottság, Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás, GödöllĘ, 1998. jan. 20-21, p. 41. 3. SzĦcs M.: Passzív szolár fĦtési rendszerek a vidék építészetében, MTA AgrárMĦszaki Bizottság Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás, GödöllĘ, 1999. jan. 19-20, p. 47. 4. SzĦcs M.: Napenergia hasznosító eszközök a mezĘgazdaságban, MTA AgrárMĦszaki Bizottság, Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás, GödöllĘ, 1999. jan. 19-20, p. 49. 5. Farkas I. – Seres E.E.- Lágymányosi A. – Buzás J. - SzĦcs M.: Folyamatirányítási célú laboratóriumi modellek, MTA Agrár-MĦszaki Bizottság Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás, GödöllĘ, 1999. jan. 19-20, p. 56. 6. SzĦcs M.: A szoláris-bioklimatikus építészet fogalma, fĘbb jellemzĘi, „KorszerĦ technológiák alkalmazása a megújuló energiák hasznosításában, különös tekintettel az agrárszférára. Az állami támogatások lehetĘségei” konferencia. Gazdasági Tudományos Társaság, Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület, Budapest, 1999. május 14. p. 77-81.

136

7. SzĦcs M.: Transzparens hĘszigetelések építészeti alkalmazásának lehetĘségei. MTA Agrár-MĦszaki Bizottság, Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás, GödöllĘ, 2000. jan. 18-19, p. 46. 8. SzĦcs M. - Lágymányosi A. - Farkas I.: Transzparens hĘszigetelĘ anyagok termikus és optikai jellemzĘinek összehasonlító mérései, MTA Agrár-MĦszaki Bizottság, XXV. Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás, GödöllĘ, 2001. jan. 23-24. p. 36. 9. SzĦcs M.: Lakóépületek energiatudatos tervezésének új módszerei. MTA AgrárMĦszaki Bizottság, XXVII. Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás, GödöllĘ, 2003. jan. 21-22. p. 64. Idegen nyelvĦ folyóiratban megjelent cikkek: 1. SzĦcs M. – Farkas I.: Optical characteristics of transparent insulation materials. Hungarian Agricultural Engineering, 2001/14. p. 77. – 79. Idegen nyelvĦ konferencia kiadványokban megjelent cikkek: 1. Farkas I., Jesch L. F., SzĦcs M.: Construction aspects of transparent insulation wall for demonstration purposes, EuroSun'96, 10. Internationales Sonnenforum, Freiburg, 1996. szept. 16-19, p. XVIII. 40-41. 2. SzĦcs M.: Transparent insulation walls, 2.nd Seminar on Energy and Environment, GATE Fizika és Folyamatirányítási Tanszék, GödöllĘ, 1996. szept. 3-6, p. 13. 3. SzĦcs M.: Transparent insulation Technology in the Passive solar Architecture, CERECO'97, The 2nd International Conference on Carpathian Euroregion, Miskolc-Lillafüred, 1997. jún. 1-4, p. 56. 4. SzĦcs M.: Passive solar energy utilisation in the rural architecture, 3.rd Seminar on Energy and Environment, GATE, Fizika és Folyamatirányítási Tanszék, GödöllĘ,1997. nov. 10-12, p. 12 5. Farkas I. - SzĦcs M. - Zöld A. : Monitoring of a Transparent Insulation Wall Used for Demonstration Purposes, EuroSun98, The second ISES-Europe Solar Congress, Portoroz, Slovenia, 1998. szept. 14-17, p. VI. 2. 6. SzĦcs M.: Passive solar heating in building renovation, 4.th Seminar on Energy and Environment, GATE, Fizika és Folyamatirányítási Tanszék, GödöllĘ,1998. nov.11-13. 7. SzĦcs M.: Heizenergieeinsparung durch Wände mit Transparenten Wärmedämmverbundsystemen (TWDVS), 5.th Seminar on Energy and Environment, GATE, Fizika és Folyamatirányítási Tanszék, GödöllĘ,1999. nov. 3-5. 8. SzĦcs M.: Construction aspects of transparently insulated solar walls. 6 th Workshop on Energy and Environment, SZIE, Fizika és Folyamatirányítási Tanszék, GödöllĘ, 2000. oktober 9-10. 9. SzĦcs M. – Farkas I.: Constructional issues of transparently insulated walls. Research and teaching at Departments of Physics in the Context of University Education.. Slovak Agricultural University in Nitra. International Scientific Conference, Nitra 26 th January 2001. 10. SzĦcs M. – Ruda Gy.: Environment friendly and energy saving animal buildings. Anbalysis of present day state and prognosis of development technique in farm animal breeding until 2006 under the conditions of the slovak and Hungarian Republic. Slovak Agricultural University in Nitra, Nitra 26 th October 2001. p. 31. – 38. 137

Tanulmányok és jegyzetek: 1. SzĦcs M.: Reischl G. – SzĦcs M.: A gazdálkodás építészete. Szaktanácsadási Füzetek 4. szám, GödöllĘi Agrártudományi Egyetem, Vidékfejlesztési és Szaktanácsadási Központ, 1997. 2. SzĦcs M.: A föld és a fa a környezetbarát építésben. Épített Környezetért Alapítvány, Budapest, 1999., TEMPUS Joint European Project IB 14276/99. 3. SzĦcs M.: Szoláris bioklimatikus építészet. A napenergia építészeti hasznosítása, Oktatási segédlet és gyakorlati útmutató. UNESCO WSSP Magyar Részvételi Program 2000., Magyar Napenergia Társaság, Budapest, 2000. 4. Barótfi I. - Ónódi G. – Medgyaszay P: -Kazi J.- SzĦcs M.: Energia és térrendezés Bács-Kiskun megyében. Független Ökológiai Központ, Budapest, 2001. p. 159.189. Könyvek, könyvrészletek 1. SzĦcs M.: Föld- és vályogfalak építése. Építésügyi Tájékoztatási Központ Kft. Budapest, 1996. p1. – 133. 2. SzĦcs M.: Föld- és vályogfalú házak építése és felújítása. Építésügyi Tájékoztatási Központ Kft. Budapest, 2002. (11. fejezet: HĘszigetelések, passzív szoláris rendszerek, alacsony energiaigényĦ épület-koncepciók.).p.1.-185. 3. SzĦcs M.: Passzív napenergia-hasznosítás a mezĘgazdasági építészetben. In: Napenergia a mezĘgazdaságban. Szerk.: Farkas I. Budapest: MezĘgazda Kiadó, 2003. p.207. – 240.). 4. SzĦcs M.: Az alternatív baromfitartás épített környezete. Az alternatív állattartás épületei. In: Alternatív baromfitenyésztés és tartás. Szerk.:Szalay I. Budapest: MezĘgazda Kiadó, 2004. p.61. – 68. 5. SzĦcs M.: 3. Az ökológiai szemléletĦ termék-elĘállítás termelési feltételei. 3.1. Épületek. In: Ökológiai szemléletĦ állatitermék-elĘálllítás. Szerk.:Radics L. – Seregi J. Budapest: Szaktudás Kiadó Ház, 2005. p. 147.- 175. 6. SzĦcs M.: Transzparens hĘszigetelések. In: Épületszigetlési Kézikönyv. Szerk.: Fülöp Zs. – Osztroluczky M. Budapest: Verlag Dashöfer, 2005. p. Tudományos és ismeretterjesztĘ elĘadások: 1. SzĦcs M.: Energiesparende Planung und Anwendung von natürlichen Baustoffen, Seminar Umweltphysik, Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Meteorologie und Physik, Wien, 1996. máj. 22-24. 2. SzĦcs M.: Transparente Wärmedämmung in der Archtektur, Seminar Umweltphisik, Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Meteorologie und Physik, Wien, 1997. máj. 3. SzĦcs M.: Passzív napenergiahasznosítás az építészetben, "Öntevékeny Társadalmi mozgalom a Napenergiahasznosítás elĘsegítésére" GödöllĘi Regionális Központ tanácskozása, GATE Fizika és Folyamatirányítási Tanszék, GödöllĘ, 1997. máj. 7. SzĦcs M.: Passzív napenergiahasznosítás a mezĘgazdasági építészetben, "A napenergia alkal-mazása a mezĘgazdaságban" c. tanácskozás keretében, GATE Fizika és Folyamatirányítási Tanszék és a GATE Vidékfejlesztési és Szaktanácsadási Központ rendezvénye, GödöllĘ, 1997

138

5. SzĦcs M.: Passive solar architecture. Seminar Umweltpysik, Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Meteorologie und Physik, Wien, 1998. máj. 25 -27. 6. SzĦcs M.: Passzív napenergia hasznosítás az építészetben, ElĘadás az Európai "Nap Napja" (SunDay) gödöllĘi rendezvényén, GödöllĘ, 1998. jún. 21. 7. SzĦcs M. : Passzív napenergia felhasználás az építészetben, Országos Napenergia Hasznosítási Konferencia, Szakkiállítás és Ausztriai Tapasztalatcsere, elĘadás és konzultáció, Sopron, 1998. okt. 1-2. 8. .SzĦcs M.: Application of solar energy in architecture, Seminar Umweltphysik, Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Meteorologie und Physik, Wien, 1999. máj. 5-6. 9. SzĦcs M.: A szoláris-bioklimatikus építészet fogalma, fĘbb jellemzĘi. ElĘadás a „KorszerĦ technológiák alkalmazása a megújuló energiák hasznosításában, különös tekintettel az agrárszférára. Az állami támogatások lehetĘségei” c. konferencián. Gazdasági Tudományos Társaság, Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület, Budapest, 1999. május 14. p. 77-81. 10. SzĦcs M.: Passzív napenergia hasznosítás. ElĘadás a Falufejlesztési Társaság Építész Tagozatának III. Országos VándorgyĦlésén, Nagykovácsi, 2000.január.2122. 11. SzĦcs M.: Transzparens hĘszigetelés alkalmazása az építészetben, ElĘadás a Szent István Nyári Egyetemi Napok keretében rendezett „Megújuló energiaforrások a lakosság és az agrárgazdaság szolgálatában” c. szakmai fórumon, GödöllĘ,2000. augusztus 23-24. 12. SzĦcs M.: A napenergia hasznosítása az építészetben. A Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium és a Közép-Európai Egyetem (CEU) „Alternatív energiatermelési módok” konferencia-sorozata: „3. A napenergia hasznosítása” c. rendezvénye. Budapest, 2005. 09. 20. Egyéb publikációk: 1. Farkas I. - Bíró A. - Buzás J. - Lágymányosi A. - Seres E. E. - Seres I. - SzĦcs M. : Aktív, termikus és fotovillamos napenergia hasznosító rendszerek demonstrálása, PHARE Megújuló Energia Projekt No. HU9103-07-01-L013, Részjelentés, 1996. december, p. 16 - 22. 2. Farkas I. - Bíró A. - Buzás J. - Lágymányosi A. - Seres E. E. - Seres I. - SzĦcs M. : Aktív, termikus és fotovillamos napenergia hasznosító rendszerek monitorozása, PHARE Megújuló Energia Projekt No. HU9103-07-01-L013, Zárójelentés, 1997. december, p. 15 - 21.

139

M 3. Transzparens hĘszigetelĘ anyagok fĘbb fizikai jellemzĘi M 3.1 táblázat: Transzparens hĘszigetelĘ anyagok fĘbb hĘtechnikai és optikai jellemzĘi. Tömeg TH anyag (ȡ) kg/m3

r ÜVEG

HĘvez. HĘátb. HĘállós tényezĘ tényezĘ ág (k) (O) 2 Co W/mK W/m K 1rtg: 1,0

2 rétegĦ üvegezések * Hagyományos üvegezések * HĘszigetelĘ üvegezések - levegĘs - vákuumüv. (v=50 mm) (v=100 mm) - nemesgáztölt.

Gyártó

1,00

1,3…1,4 0,8…0,9 1,1

Kapillár-struktúra HELIORAN PC kapillárcs.lem.(v=50100mm)

akrilhab (v=20 mm) (THERMOCRYL)

Összen. átb. t. (g) %

1,3…1,0

3 rétegĦ üvegezések

bordás lemezek MAKROLON PMMA kapillárcs.lem. KAPIPANE (pl. v= 90 mm)

Fényáter. t. (W) %

67 64

500

SCHOTT 0,1

0,92 r 0,05

130…1 40

0,69 r 0,05

80

0,7 r 0,05

1,9

30

0,1

(1,08)

OKALUX (diff:75)

1,42 45,0

80

dir:58,3 diff:46,3

-

-

PROKUWA

PE CELLULÓZACETÁT ISOFLEX AB

13

HULLÁMPAPIR Papirwaben-TWD (v = 8 cm+2rtg üveg) AEROGÉLEK BASOGEL 130…1 (pl. v = 30 mm) 40 NANOGEL (pl. v = 31 mm)

0,0565 (0oC)

-

-

1.0

0,02 (10oC)

(0,5)

150

-

MONIFLEX

-

diff:13

Energy Systeme Aschauer

(50)

-

(45)

-

BASF

200

CABOT 90…10 0

0,018 (25oC)

(0,57)

Megjegyzés: „ – „ nincs adat

140

-

M 3.2. táblázat. A jelenleg gyártott üvegezett transzparens hĘszigetelésĦ szendvicsszerkezetek típusai és fizikai jellemzĘi (KERSCHBERGER et.al. 1997 kiegészítve és átdolgozva) TH rendszer

MONIFLEX (ISOFLEX) KAPILUX (OKALUX)

KAPILUX-H (OKALUX)

L.E.S. (L.E.S. GmbH.)

TWD Profilglas (E.S.Metallbau)

HELIORAN (SCHOTT)

IPAWALL (BASF AG )

IJ [%]

Töm eg [kg]

1,0 0,7 0,6 1,3 0,9 0,7

g (diff ) [%] 50 46 38 60 57 55

50 37 29 80 75 72

4,5 5,0 6,0 32 34 26

49

0,8

63

73

25

90

58 10 8

1,3…1 ,4 0,8…0 ,9

67 64

65 57

25 27

160

10 5 14 5 98

0,8 0,6

56 53

48 45

-

1,1

67

68

33

30 40 50

1,0 0,7 0,5

45 38 30

50 30 25

26 27 28

vt g [m m] 40 60 80 62 10 2 14 2

U [W/m2 K]

141

HĘá ll [oC]

100

90

90

500 …6 00

400

Rétegek (kívülrĘl befelé)

PC b. lem.6-16mm Moniflex 20-60 mm PC b.lem.4-6 mm Bizt.síküveg 6 mm Légréreg 10 mm PMMA kap.l. 40-120 Bizt.síküveg 6 mm Bizt.síküveg 5 mm PMMA kap.l. 30 mm Légréreg 10 mm Bizt.síküveg 4 mm Low-E réteg és nemesgáz-töltés Bizt.síküveg 4 mm Légréreg PC méhs. 40…100 Bizt.síküveg 4 mm Profilüveg TH Profilüveg

Bizt.síküv 4-8 mm Légréteg 3-6 mm Helioran 80 mm Bizt.síküv 5-8 mm Float üv. 6mm Aerogel 20-40 mm Float üv. 4 mm

M.4. sz. melléklet. A kísérleti TH fal építésének és szerelésének képei a

b

c

d

E

f

M.4.1. ábra Transzparens hĘszigetelésĦ fal szerelése a, a Ny-i homlokzat eredeti állapota; b, a vakolat leverését követĘen a szögvas keretek elhelyezése; c, TH tokszerkezetének rögzítése; d, az abszorber réteg és a belsĘ üvegtábla elhelyezését követĘen a transzparens hĘszigetelés elhelyezése; e, az Arel-típusú TH részlete; f, az elkészült TH fal, egyik oldalon lehúzott árnyékoló textíliával.

142

a

b

c

d

e

f

M.4.2. ábra A nem fényáteresztĘ (opaque) nád-szolárfal modul beépítése a, A nem fényáteresztĘ nád-szolárfal modul (hátoldali rétegelt lemezzel); b, A nád szolárfal modulok elhelyezése; c, Nád TH anyag szerkezete; d, A modul beépítésének részlete; e, A nád-szolárfal képe külsĘ üvegréteg nélkül; f, Az elkészült nád-TH fal és a meglévĘ PC TH fal képe,

143

a

b

c

d

e

f

M.4.3. ábra FényáteresztĘ nád-szolárfal modul beépítése a, A fényáteresztĘ nád-szolárfal modul (hátoldali üvegréteg felĘl); b, Az üvegréteg rögzítése a fa keretszerkezethez ; c, Nád TH anyag szerkezete; d, A modul beépítésének részlete; e, A beépített nád-TH anyag szerkezete (ellenfényben); f, A fényáteresztĘ nád-TH fal anyagszerkezetének árnyéka az abszorber felületen

144

M5. Az ÉMI Kht. 2005. 04.11.-én kelt M-203/2005 témaszámú vizsgálati jegyzĘkönyve a légszáraz nádszövet gyulladási hĘmérsékletérĘl

145

146

M6.1.ábra Családi ház földszinti és tetĘtéri alaprajza

M6. MeglévĘ modell-épület (lakóház) építési engedélyezési terve a szoláris felújítást megelĘzĘ állapotról.

147

148

149

M6.3.ábra DK-i és Ny-i homlokzat

150

M6.4.ábra ÉK-i és ÉNy-i homlokzat

M7. A felújított épület energetikai jellemzĘi transzparens hĘszigetelés alkalmazásával

M7.1. ábra Afelújított épület energetikai jellemzĘi transzparens hĘszigetelés alkalmazásával (10 cm vtg. PC; 10 cm vtg. PMMA; 8 cm vtg. üveg (Helioran)

M7.2. ábra Afelújított épület energetikai jellemzĘi transzparens hĘszigetelés alkalmazásával (5cm vtg PC; 5 cm vtg. Moniflex; 5 cm nád-szolárfal)

151

M7.3. ábra Afelújított épület energetikai jellemzĘi transzparens hĘszigetelés alkalmazásával (2 cm akrilhab Thermocryl), 1,6 cm aerogél

M7.4. ábra Afelújított épület energetikai jellemzĘi transzparens hĘszigetelés alkalmazásával Éves összesített szoláris energia-nyereségek a TH falon és a transzparens hĘszigetelésĦ egész épületre vonatkoztatva a szoláris épületfelújítást követĘen.

152

M.8. TH anyagok fényáteresztésének vizsgálata Spektromom 401 fényelektromos fotométer segítségével 2mm vastag n. síküveg rétegek fényáteresztésének vizsgálata T% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 400

430

480

1 rtg síküveg

520

540

570

620 670 fényáteresztés (nm)

2 rtg síküveg

3 rtg síküveg

M.8.1. ábra. 2 mm vastag normál (színtelen) síküveg rétegek fényáteresztésének vizsgálata 3mm vtg n. síküveg rétegek fényátersztésének vizsgálata T% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 400

430 1 rtg síküveg

480

520

540

2 rtg síküveg

570

620 670 fényáteresztés (nm) 3 rtg síküveg

M.8.2.ábra 3 mm vastag normál (színtelen) síküveg rétegek fényáteresztésének vizsgálata

153

4mm vastag n. síküveg rétegek fényáteresztésének vizsgálata T% 100 80 60 40 20 0 400

430

480

1 rtg síküveg

520

540

570

2 rtg síküveg

620 670 fényáteresztés (nm) 3 rtg síküveg

M.8.3 ábra 4 mm vastag normál (színtelen) síküveg rétegek fényáteresztésének vizsgálata 5mm vastag n. síküveg rétegek fényáteresztésének vizsgálata T% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 400

430

480

520

1 rtg síküveg

540 2 rtg síküveg

570

620 670 fényáteresztés (nm) 3 rtg síküveg

M.8.4. ábra 5 mm vastag normál (színtelen) síküveg rétegek fényáteresztésének vizsgálata 6m m vastag n. síküveg fényátersztésének vizsgálata T% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 400

430 1 rtg síküveg

480

520

540

2 rtg síküveg

570 620 670 fényáteresztés (nm ) 3 rtg síküveg

M.8.5. ábra 6 mm vastag normál (színtelen) síküveg fényáteresztésének vizsgálata

154

KAF2: 3,5mm vtg ("görög" mintás) katedrálüveg fényáteresztésének vizsgálata

T% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 400

430

480

520

540

570

620

670 fényáteresztés (nm)

1 rtg

2 rtg

3r

M.8.6. ábra 3,5 mm vtg normál színtelen („görög mintás”) katedrálüveg fényáter. vizsgálata KAF4: 3,5 mm vtg (kis pettyes" mintás) katedrálüveg fényáteresztésének vizsgálata T% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 400

430

480

520

540

570

620 670 fényáteresztés (nm)

1 rtg

2 rtg

M.8.7. ábra 3,5 mm vtg. normál színtelen („kis pettyes”) katedrálüveg fényáter. vizsgálata KASZ1: 3,5m m vtg ("absztakt" m intás) sárga katedrálüveg fényáteresztésének vizsgálata T% 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 400

430

480

520

540

570

620

670

fényáteresztés (nm ) 1 rtg

2 rtg

3 rtg

M.8.8. ábra 3,5 mm vastag („absztrakt mintás”) sárga katedrálüveg fényáteresztésének vizsgálata

155

KASZ2: 3,5m m vtg ("hullám " m intás) sárga katedrálüveg fényáteresztésének vizsgálata

T% 60 50 40 30 20 10 0 400

430

480

520

540

570

620

670

fényáteresztés (nm ) 1 rtg

2 rtg

3 rtg

M.8.9. ábra 3,5 mm vastag („hullám mintás”) sárga katedrálüveg fényáteresztésének vizsgálata KASZ3: 3,5m m vtg ("sávos" m intás) bronz katedrálüveg fényáteresztésének vizsgálata T% 60 50 40 30 20 10 0 400

430

480

520

540

570

620

670

fényáteresztés (nm)

1 rtg

2 rtg

3 rtg

M.8.10. ábra 3,5 mm vastag („sávos mintás”) bronz katedrálüveg fényáteresztésének vizsgálata KASZ4: 3,5 mm vtg ("görög" mintás) bronz katedrálüveg fényáteresztésének vizsgálata T% 60 50 40 30 20 10 0 400

430

480

520

540

570

620

670

fényáteresztés (nm) 1 rtg

2 rtg

3 rtg

M.8.11. ábra 3,5 mm vastag („görög mintás”) bronz katedrálüveg fényáteresztésének vizsgálata 156

KÜ2: 4 mm vtg sík reflexiós bronz üveg fényáteresztésének vizsgálata T% 100 80 60 40 20 0 400

430

480

520

540

1 rtg

2 rtg

570

620

670

fényáteresztés (nm) 3 rtg

M.8.12. ábra 4 mm vtg. sík reflexiós bronz üveg fényáteresztésének vizsgálata KÜ3: 5 mm v tg sík reflexiós bronz üv eg fényáteresztésének v izsgálata

T% 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 400

430

480

520

540

570

620

670

fényáteresztés (nm ) 1 rtg

2 rtg

3 rtg

M.8.13. ábra 5 mm vtg. sík reflexiós bronz üveg fényáteresztésének vizsgálata KÜ1: 4m m vtg ("Passol") sík füstüveg fényáteresztésének vizsgálata T% 80 60 40 20 0 400

430

480

520

540

570

620

670

fényáteresztés (nm ) 1 rtg

2 rtg

3 rtg

M.8.14. ábra 4 mm vtg. anyagában színezett („Passol”) sík füstüveg fényáteresztésének vizsgálata 157

KÜ4: 3 mm vtg sík homokfúvott fehér (matt) üveg fényáteresztésének vizsgálata

T% 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 400

430

480

520

1 rtg

540

570

2 rtg

620 670 fényáteresztés (nm) 3 rtg

M.8.15. ábra 3 mm vastag sík, homokfúvott matt fehér üveg fényáteresztésének vizsgálata F1: PC fólia fényáteresztésének vizsgálata T% 100 80 60 40 20 0 400

430

480

520

540

570 620 670 fényáteresztés (nm ) 2 rtg PC

1 rtg PC

M.8.16. ábra Polikarbonát (PC) fólia rétegek fényáteresztésének vizsgálata F2: Svéd TI fólia fényáteresztésének vizsgálata T% 100 80 60 40 20 0 400

430

480

520

540

570

620

670

fényáteresztés (nm)

1 rtg

2 rtg

M.8.17. ábra Cellulóz acetát (MONIFLEX) fólia rétegek fényáteresztésének vizsgálata

158

F3: Celofán fólia fényáteresztésének vizsgálata T% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 400

430

480

520

540

570

620

670

fényáteresztés (nm) 1 rtg

2 rtg

M.8.18. ábra Celofán fólia rétegek fényáteresztésének vizsgálata VI. Ömlesztett anyagok fényáteresztésének v izsgálata

100 90 80 70

T%

60 50 40 30 20 10 0 400

430

480

520

540

570

620

670

fényáteresztés (nm)

Kv.Küvetta

Üvegt.(n)

Üvegt.(k)

Szilikagél

Pc apríték

PMMA törm

M.8.19. ábra Ömlesztett transzparens törmelék anyagok fényáteresztésének vizsgálata

159

160

9. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Szeretném köszönetemet kifejezni témavezetĘmnek, Dr. Farkas István professzor úrnak, a SZIE Fizika és Folyamatirányítási Tanszék tanszékvezetĘjének a lehetĘségért, hogy bekapcsolódhattam a Tanszéken folyó kutatómunkába, valamint részt vehettem a doktori értekezésem témakörében több külföldi konferencián és tanulmányúton. Ezúton szeretném megköszönni mesteremnek, dr. Reischl Gábor Ybl díjas építésznek, tanszékvezetĘ egyetemi docens úrnak, hogy immár másfél évtizede szakmai támogatásában részesülhetek a környezetbarát építés területén, és a SZIE Ybl Miklós MĦszaki Föiskolai Kar Magasépítési Tanszékén tanszékvezetĘmnek, dr. Makovényi Ferenc tanszékvezetĘ egyetemi docens úrnak, hogy munkám befejezését fontosnak tartotta, és támogatta. Köszönettel tartozom a gyakorlati munkámat segítĘ tanszéki és társkari munkatársaknak is, a SZIE Fizika és Folyamatirányítási Tanszéken elsĘsorban Buzás János egyetemi adjunktusnak, Lágymányosi Attila tudományos munkatársnak valamint a Kémia és Biokémia Tanszéken Halász Gábor egyetemi tanársegédnek. A Budapesti MĦszaki és Gazdaságtudományi Egyetem ÉpítĘanyagok és Mérnökgeológiai Tanszékén dr. Józsa Zsuzsa egyetemi docens asszonynak, a Hannoveri Egyetemen Prof. H.-J. Tantau egyetemi magántanárnak tartozom hálával a laboratóriumi vizsgálatok lehetĘvé tételében nyújtott segítségéért. A kísérleti nád-szolárfal hĘfizikai és tĦzvédelmi vizsgálatainak elvégzésében az ÉMI Kht. Épületszerkezeti Osztályán dr. Matolcsy Károly osztályvezetĘnek, Sólyomi Péter, és Molnárné Maga Ágota tudományos munkatársaknak, a TĦzvédelmi Tudományos Osztályon Takácsi Nagy János vizsgáló mérnöknek ezúton szeretném megköszönni önzetlen segítségét.

161