A hőhidak

Az épületfizika meghatározása szerint az épület határoló szerkezeteknek azon részeit, melyeken többdimenziós hőáram alakul ki, hőhidaknak nevezzük. Mi is az a hőáram, és mitől lesz többdimenziós?

Az épületfizika meghatározása szerint az épület határoló szerkezeteknek azon részeit, melyeken többdimenziós hőáram alakul ki, hőhidaknak nevezzük. Mi is az a hőáram, és mitől lesz többdimenziós?

Egy elképzelt homogén, sík, végtelen falban, amely különböző hőmérsékletű tereket választ el, egydimenziós hőáramok alakulnak ki. Ez azt jelenti, hogy a hő a fal síkjára merőlegesen halad a meleg oldalról a hideg felé. Ha a falba olyan anyagot építünk bele, amelynek hővezetési tulajdonsága jelentősen különbözik a falat alkotó anyagtól, úgy – amennyiben a falat végtelen kiterjedésűnek tekintjük – kétdimenziós, síkbeli lesz. A valóságban természetesen az épület határoló falak végesek, ezért a hőáramok ilyenkor térbeliek lesznek. Ezt a hőhidat nevezzük anyagváltásból adódó hőhídnak.
Épületeinknek nem csak falai, hanem sarkai is vannak. Ezeken a helyeken a falvastagságból adódóan a belső és a külső felület nagysága nem egyezik meg. A leggyakrabban előforduló „pozitív"saroknál a meleg felületek lényegesen kisebbek, mint a hideg, külső felületek.
A hőáramokat a meleg oldalról a hideg oldal felé mutató nyilakkal szokták ábrázolni. Homogén fal esetében ezek a vonalak párhuzamosak, és merőlegesek a felületre. Minden olyan helyet,, melyeken nem párhuzamosak ezek a hőáramok, hőhidaknak nevezzük. Érthető tehát, hogy hőhíd mentes épület nem létezhet. A határoló szerkezetet alkotó anyagok nem azonosak minden ponton, és a különböző fajta anyagok más-más hővezetési tényezővel rendelkeznek; így a szerkezet az adott keresztmetszeti vonal mentén más hőátbocsátási tényezővel fog rendelkezni, mint máshol. Ezek a helyek az anyagváltásból adódó hőhidak. A hétköznapi szóhasználatban azért nem vagyunk ennyire precízek: hőhídnak nevezzük az épület határoló szerkezetnek azon részeit, ahol jelentős többletenergia tud távozni, illetve ennek következményeként a belső oldalon a határoló szerkezet felülete számottevően hidegebb, mint amit más pontokon mérhetünk. Némi egyszerűsítést jelent a „hőhídmentes szerkezet" is. A kritikus helyeken mindig kialakul a többdimenziós hőáram; más kérdés, hogy ezek káros hatását körültekintő tervezéssel és kivitelezéssel csökkenteni lehet olyan mértékűre, hogy az sem az energia veszteségben, sem a felületi hőmérséklet csökkenésben ne legyen olyan mértékű, hogy azzal gondot okozzon.


Geometriai hőhidak

Az első vizsgálandó csoport a geometriai hőhidak csoportja. Ezek a hőhidak homogén falszerkezetek esetében is jelentkeznek. Az épület sarkainál, az ablakkávák mentén, a külső határoló falak és a válaszfalak csatlakozásánál egyaránt hőhíd tud kialakulni. Balkonok, loggiák, erkélylemezek különösen erős hőhídként tudnak jelentkezni. És elvileg hőhíd tulajdonképpen a negatív falsarok is, hiszen itt ugyanúgy többdimenziós hőáram alakul ki, mint a pozitív sarkoknál, csak itt – mivel a lehűlő felület kisebb, mint a fűtött – nem lesz többletenergiaveszteség. Ha figyelembe vesszük, hogy a hőhidak többnyire a falvastagságnál kétszer szélesebb sávban fejtik ki hatásukat, és a jelenlegi gyakorlat a 35-45 cm vastag fal, úgy könnyen beláthatjuk, hogy nincs olyan felülete s homlokzatnak, amelyen ne érvényesülne a geometriai hőhíd hatása. ennek az a következménye, hogy sem az épület energiafogyasztása, sem pedig a falfelület belső felületi hőmérséklete nem fogja elérni a tervezett szintet.


Kvázi homogén szerkezetek
A falazott szerkezetek nagy léptékben tekintve homogénnak minősíthetők. Közelebbről nézve azonban látható, hogy ez nem fedi a valóságot. A falazóhabarcsok – különösen a nagyobb szilárdságúak – hővezetési tényezője jelentősen rosszabb, mint a tégláé. Például egy hőszigetelő falazóhabarcs hővezetési tényezője 0, 172 W/mK, addig a nem hőszigetelő falazóhabarcs 0,8 W/mK! A téglákra külön hővezetési tényezőt nem adnak meg, de a falazatra (38 NF tégla esetében) 0,169 W/mK, vagyis jobb, mint a hőszigetelő habarcsé. Ebből egyszerűen következik, hogy maga a tégla hővezetési tényezője jobb, mint a habarcsé. Ez pedig hőhidas szerkezetet eredményez, vagyis a habarcs hőhidat képez a falban. Infravörös fényképezéssel ezt láthatóvá is lehet tenni. További problémát okoz a hibás, törött elemek beépítése. A gyártói előírások ugyan nem javasolják ezek beépítését, a kivitelezői gyakorlatban azonban nem ritkán mégis bekerülnek a falba. Ilyenkor a törött elemek körüli hézagot habarccsal töltik ki, ami lokálisan komoly hőhidat tud képezni nem hőszigetelő habarcs esetében. A túlságosan képlékeny habarcs a téglák üregrendszerébe befolyhat, és a habarcsdugók további rejtett hőhidakat képezhetnek, melyek akár 10-20 %-al is ronthatják a fal hőszigetelő képességét!


Inhomogén szerkezetek
Pontszerű hőhidak
Pontszerű hőhidak többnyire a hőszigetelő anyag rögzítésekor lépnek föl. A kis keresztmetszetű hőhidakra többnyire nem fordítanak kellő figyelmet, noha ezek hatása is jelentős lehet, ha a két anyag hővezetési tényezője között nagy különbség tapasztalható. A szerkezet hőátbocsátási tényezője a két anyag térfogatának, hővezetési tényezőjének ismeretében számolható. Például egy 5 cm vastag hőszigetelőanyag hővezetési tényezője akár 40%-al is rosszabb lehet, ha a szigetelőanyagot négyzetméterenként 2 betonvas szúrja át (Épületfizika kézikönyv, szerk. Dr. Fekete Iván, Műszaki Könyvkiadó, 1985).


Vastag hőhidak
A nem pontszerű, nagyobb felületre kiterjedő hőhidak a szilikátbázisú szerkezetekre jellemző elsősorban. A pillérvázas, kitöltő falazatú vagy szendvicspaneles épületek falazataiban gyakran kerülnek egymás mellé jelentősen különböző hővezetési tényezőjű anyagok (pl. 38 NF tégla és AT-H80 és vasbeton). Ezen szerkezetek legkisebb belső felületi hőmérséklete gyakran alacsonyabb lesz, mintha a hőhíd tengelyében felvett metszet szerinti rétegrendű nagy kiterjedésű falazatot számolnánk. A pillér környezetében ugyanis a hőszigetelés „hűti" a hőhíd oldalsó felületeit; és minél jobba hőszigetelés, annál jobban hűl a belső felület. Minél nagyobb a két anyag hővezetési tényezőjében a különbség, annál érzékenyebb a szerkezet a hőhídra. A fenti példában a két anyag hővezetési tényezője több nagyságrenddel különbözik (falazat: 0,17 W/mK, vasbeton: 1,55 W/mK). Éppen ezért nem megoldás az a – sajnos – nem ritkán tapasztalható hazai gyakorlat, hogy a kétféle felletet egyaránt vékony, 3-4 cm-es hőszigeteléssel takarják. A belső felületi hőmérséklet minimuma ugyan megemelkedik, de a többlet energiaveszteség továbbra is elérheti akár a 70 %-ot is (Várfalvi János: Gondolatok az energiatakarékos épületszerkezetekről)!

Kevésbé érzékeny a hőhídra, vagyis remélhetőleg kisebb problémát okoz, ha egy B30-as falazatban (λ = 0,64 W/mK) van a fenti vasbeton koszorú. Utóbbi esetben a két hővezetési tényező egy nagyságrenden belül van. A 70-es években épült házak éppen ezért hőhidasság szempontjából kevésbé voltak problematikusak, mint az új, korszerű falazóanyagból épült falak.


Megoldás

A geometriai hőhidakat nem lehet elkerülni: az épületeknek kell, hogy sarkai legyenek. Hatásukat csökkenthetjük, ha a falszerkezetet viszonylag vékony, így kicsi a különbség a belső és a külső felület között. Hőhíd szempontjából jobbak azok a szerkezetek is, melyek a szükséges minimumnál jobb hőszigetelő tulajdonsággal rendelkeznek, hiszen a belső felületi hőmérséklet nem lesz olyan alacsony. Ügyelni kell arra, hogy lehetőleg a geometriai és az anyagváltás hőhidak ne essenek egybe (pillér a sarkon, sarokablak, stb.)!
Azt igazi feladat viszont az anyagváltás miatt kialakuló hőhidak kiküszöbölése. Amennyiben mindenképpen kétféle anyagot (pl. 38 NF tégla és vasbeton pillérváz) kell alkalmaznunk, úgy a rosszabb hőszigetelő képességű anyagot megfelelő vastagságú szigetelőanyaggal kell burkolni. Ez annál vastagabb lesz, minél jobb a téglafal hőszigetelő képessége. Egy B30-as falazat esetében 1 cm vastag EXPERT is elegendő, de a korszerű téglákra akár a 8-10 cm sem túlzás.
 

1.táblázat: Alkalmazandó hőszigetelési vastagság beton felületek előtt (cm)

www,austrotherm.hu