Tudatos épületenergetika: „Hátralévő életünk leghűvösebb nyara” – Lakóépületek hűtése

A lakóépletek hűtése nem túlzottan felkapott téma a lakosság körében, kivéve a nyári kánikulák időszakát, holott a túlmelegedés elleni védelem legalább annyira fontos, mint a fűtés – és ezt a mi éghajlatunkon is egyre gyakrabban megérezzük. És ahogy a fűtési, úgy a megfelelő hűtési rendszer betervezése is hosszú távon éri meg igazán, legyen szó akár új építésről, akár felújításról.

Jelenünk egyik legkiemelkedőbb és a teljes emberiséget érintő problémája a klímaváltozás. A Föld átlaghőmérséklete egyre csak nő. Sok, korábban mérsékelt éghajlatú terület, köztük Magyarország időjárása is egyre forróbbá válik. A nyarak hosszú, egybefüggő aszályos periódusokkal teletűzdeltek. A levegő hőmérséklete ilyenkor tartósan 40°C fölötti a nappali órákban. Idén is majdnem két hónapig nem volt számottevő csapadék (július 1. és augusztus 18. között nem volt nagyobb esőzés[1]), az időjárás semmi enyhülést nem hozott a kánikulában. Ezenfelül a tavasz és az ősz is melegnek mondható, elég csak megnézni a mostani októberi időjárást, ahol még mindig a 20-25°C nappali maximum hőmérsékletet lehetett tapasztalni.

Ilyen éghajlati viszonyok között a lakóingatlanok túlmelegedése nagyobb gondot okoz már, mint a téli időben ugyanezek felfűtése. A komfortszint megtartása nyáron nehezebb, hiszen a téli időszakkal ellentétben – amikor a fűtés elmaradása esetén a belső hőmérséklet a hőszigetelés és a hőtehetetlenség függvényében csökken a külső hőmérsékelt szintjéig – nyáron a hűtés üzemzavara estén az épület belső tereinek levegőhőmérséklete megállíthatatlanul növekedésnek indul, és akár a külső hőmérséklet többszöröse is előállhat odabent.

A magyarországi lakóépületek gépészeti felszereltsége a legtöbb esetben nem alkalmas az épület hűtésére, ezért a nyári meleg ellen utólagosan további rendszerek beépítése szükséges, ami sokszor nagy anyagi ráfordítást jelent a tulajdonosoknak. Viszont az utóbbi években a hosszú, forró időszakasz hatására a lakosság jelentős befektetéseket eszközölt az épületek aktív hűtésére[2]. Így az épületek mesterséges hűtése egyre szélesebb társadalmi csoportot érint, főleg a Covid19-világjárvány miatt otthonról dolgozó munkavállalók számának megnövekedése miatt. Túlmelegedő lakásban nem lehet megfelelően szellemi munkát végezni, így a teljes társadalom termelékenységének megőrzése miatt is kiemelten fontos a túlmelegedő épületek hűtése.

A lakóépületek túlmelegedése alapvetően két módon történhet:

1. A melegebb levegő a hidegebb felé áramolva és összekeveredve felmelegíti azt (konvekció[3]). Szellőztetés során a külső meleg levegő a nyílásokon keresztül a hőmérsékletkülönbség miatt kialakuló légáramlás hatásásra összekeveredik a belső hűvösebb levegővel, vagy zárt, légtömör épület esetén a melegebb helyiség levegője átáramlik a hidegebb helyiségbe. Ugyanezen módon, az egyes használati tárgyak (vízforraló, konyhai sütő, IT eszközök) által termelt hő felmelegíti a belső levegőt. Ezen felül a bent tartózkodó emberek vagy állatok által termelt testhő ugyanígy képes fűteni az épületet.
2. A forró tárgyak részecskéi elektromágneses sugárzást bocsájtanak ki (radiáció[4]), ami közegtől és hőmérséklettől függetlenül a sugárzás útjába kerülő többi tárgyat elérve belső energiává alakul és felmelegíti azokat. A napsugárzás a legegyszerűbb példa a jelenség szemléltetésére. Egy teljesen légzáró[5] épületnek – de egy hagyományosnak is –, az üvegfelületein át beérkező napsugárzás hatására felmelegednek a padló- és falfelületei, amelyek utána felmelegítik a belső levegőt, és az előző pontban megfogalmazott hőáramlás miatt a teljes belső teret. Ennek következtében a túl nagy üvegfelületek nyáron a belső terek túlmelegedését okozzák, így növelve az épület hűtési energia igényét.

Megelőző cikkeimben[6] már kifejtettem, milyen konzervatív módszerekkel lehetséges a belső terek hűtése (széltornyok, nagy nyílt medence vagy tó). Olyan évezredes múlttal rendelkező technológiák, amikkel elektromos energia befektetése nélkül lehetséges a komfortszint megtartása a nyári melegben. Általánosságban elmondható, hogy a hűtéshez elengedhetetlen egy, a hűtendő belső térnél hidegebb hőtároló közeg, melynek folyamatos melegítésével egyidőben lehűtjük a lakóteret. Leggyakrabban ez a közeg a talaj, vagy valamilyen nyílt nagyméretű víztömeg, illetve valamilyen nagytömegű épületrész. A kulcs a nagy tömegben és a közeg fajhőjében rejlik. Nagy mennyiségű belső energia tárolható ezekben a hőtárolókban. Ezek ugyanis a nagy hőtehetetlenségük miatt egy teljes évszakban szinte állandó hőmérsékletet tartanak meg. A talaj 80 cm mély fagyhatára alatt állandó hőmérsékletűnek tekinthető, valamint néhány földalatti nagyvastagságú épületrész[7] (alaplemez, födém) szintén állandó hőmérsékletű marad teljes élettartama alatt. Ezek tehát képesek eltárolni a lakóterekben felmelegedett levegő hőjét. Ehhez a talajban horizontálisan (talajkollektor) vagy vertikálisan (talajszonda) elhelyezett csőrendszerrel és azokban hűtőfolyadék átáramoltatásával lehetséges a belső hőenergiát bevinni a talajba, vagy akár kivenni onnan. Ugyanilyen módon például egy alápincézett épület vastag vasbeton alaplemeze két vasalási réteg közé előre elhelyezett csőhálózat segítségével használható hő tárolására. Ritkábban elérhető egy nagy kiterjedésű víztömegű tó vagy medence, de az is ugyanígy használható hőpufferként.

A hő elvonása két módon történhet, aktív vagy passzív módon. Az aktív hűtésnél egy hűtőgépekkel megegyező működési elvű hőszivattyú hőt tud kivonni a belső terekből egy hőcserélőn keresztül, amit utána egy másik hőcserélőn keresztül képes leadni a hőtároló közegnek. A belső terekből felülethűtő/fűtő rendszer segítségével lehet kivonni a hőt, és hasonlóan a hőtároló közegbe elhelyezett csőrendszer segítségével adható át hatékonyan. Az utólagos beépíthetőség szempontjából előnyösebbek a split-klímaberendezések, melyek esetén a belső tér levegőjét átáramoltatással hőcserélőn átvezetve vonják el a hőmennyiséget a belső térből. Az alapvető működési mód itt is azonos a felülethűtési rendszerekével, csupán a berendezés beltéri egysége okoz építészeti problémát, és a hőátadás az átáramoltatott levegő miatt kevésbé komfortos.

Ezzel szemben az aktív hűtőrendszerek óriási előnye, hogy a működés megfordítható, és képesek téli időben a hőtároló közeget fokozatosan elhűtve felmelegíteni a belső hasznos teret. Képesek továbbá a hőtároló közeg hőmérséklete alá is lehűteni az épület hasznos belső terét. A befektetett elektromos energia többszörösét képesek hőenergiaként kivenni a lakótérből[8], így működésük nagyon gazdaságos tud lenni. Külön érdemes megemlíteni a levegő-levegő hőszivattyúkat, aminél a már említett belső levegő hőcserélőn történő átáramoltatásával történik a hő elvonása, és a külső levegőbe történik annak leadása. Mivel a külső levegő hőmérséklete folyton változik, ugyanez igaz a téli időben a fűtési üzemmódra, a hatékonyság, gazdaságosság pillanatról pillanatra változik. A dilemma abban rejlik, hogy a kisebb beruházási költség és a tartósan alacsony üzemeltetési költség között kell megtalálni az optimum szintet.

A másik hűtési mód a passzív módszer. Ez az előzőekben ismertetett módszertől csak abban különbözik, hogy a hőszivattyú kimarad a folyamatból, és a hűtőrendszerben áramoltatott folyadék egy hőcserélőn keresztül a hőleadó közegbe helyezett csőrendszerben keringetett folyadéknak átadja a belső energiáját. Nyilván egy ilyen rendszernek limitált a hűtési kapacitása, hiszen a belső hőmérséklet elméletileg csak a hőtároló közeg hőmérsékletéig vihető le. Ezen felül lassabban képes lehűteni a belső tereket, viszont a működése nagyságrenddel kevesebb energiát igényel. Kisebb hőmérsékletkülönbség áthidalására teljesen megfelelő lehet egy passzív rendszer, valamint a hirtelen lehűléssel együtt jelentkező párakicsapódás is elkerülhető passzív hűtési rendszerrel. A lehűlő levegő páraelnyelő képessége ugyanis egyre csökken[9], így a gáztelítettségen felüli pára kicsapódik a burkolat felületeire, ami utána több súlyos gondot is okozhat. A szellőzéssel, szellőztetéssel foglakozó cikkemben[10] bővebben kifejtettem a párakicsapódást.

Az előző két metódus kombinációjával létrejövő rendszer a leghatékonyabb, és üzemeltetés szempontól a leggazdaságosabb. Ugyanakkor beruházási költségben ez a típus a legdrágább. A hűtés kezdetben passzív módon a folyadékok keringetésével és hőcseréjével történik meg, majd amikor a hűtendő közeg hőmérséklete elér egy küszöbértéket, bekapcsol a hőszivattyú és megfelelő hőmérsékletre csökkenti a belső terek levegőjét. Így érhető el a leghatékonyabb hűtési mód, de ez a legköltségesebb beruházás. Talaj hőtároló közegű hőszivattyús rendszerek esetén valósítható meg ez az üzemmód a legkönnyebben.

Alapvetően a lakóépletek hűtése nem egy túlzottan felkapott téma a lakosság körében, kivéve a nyári kánikulák időszakát. Megfigyelhető az a trend, hogy ilyenkor a gyors, azonnali, kis beruházási költségű megoldásokat keresik az emberek, így a split klímaberendezések és a levegő-levegő hőszivattyúk mellett döntenek. A téli időszak beálltával az egész túlmelegedési probléma feledésbe merül. Azonban, ha nagyobb távlatban tervezünk új ház építését, vagy meglévő korszerűsítését, és rendelkezésünkre áll elégséges földterület vagy vízfelület, akkor hosszútávon jobban megéri kombinált nagy hőtehetetlenségű hőtároló közegű rendszerbe fektetni. Minél magasabb szintű a műszaki tartalom, annál kisebb a fenntartás költségeinek bizonytalansága.

Sajnos kijelenthető minden éveben, hogy „ez volt hátralévő életünk leghűvösebb nyara". A jövőben számíthatunk arra, hogy a napközbeni otthoni munkavégzés elterjedtebbé válik, így a lakóházak hűtése elengedhetetlenné válik a megfelelő komfortszint megtartásához. A szabályozott hűtés megvalósításához szükséges hőfelvevő és hőleadó rendszer kiépítése. Sokszor ez okozza a legnagyobb problémát, hiszen nem áll rendelkezésre elég nagy földterület az épület mellett, főleg egy sűrűn beépített városi környezetben, vagy nem található nagy mennyiségű hűtőközegként használható víztömeg. Így sokszor levegő-levegő rendszerű (split klímaberendezés, hőszivattyú) eszközzel kivitelezhető az aktív hűtés, viszont passzív hűtési mód ilyenkor nem megoldható. Érezhető, hogy a sűrű beépítés azon túl, hogy szociális és közlekedési problémákat is okoz, az épülethűtési lehetőségeket is korlátozza. Emellett a korábbi cikkemben kifejtett hagyományos árnyékolási és szellőzési megoldásokat is lehetetlenné teszi. Érdemes megkeresni a jövőben a sűrű beépítés és lakosságkoncentráció, valamint a szellősebb beépítés közötti optimumot, különben a fentebb említett gépészeti megoldások részben vagy egyáltalán nem lesznek alkalmazhatók, és így az épületek használhatósága is korlátossá válik.

Beliczay Gábor

 

[1] https://www.godidojaras.hu/napi-adatok-2024-julius/; https://www.godidojaras.hu/napi-adatok-2024-augusztus/

[2] https://geowatt.hu/wp-content/uploads/2020/03/26-28-1.pdf

[3] https://hu.wikipedia.org/wiki/H%C5%91%C3%A1raml%C3%A1s

[4] https://hu.wikipedia.org/wiki/H%C5%91m%C3%A9rs%C3%A9kleti_sug%C3%A1rz%C3%A1s

[5] Légzáró épület: Olyan épület, amely filtrációs vesztesége közel nulla.

[6] https://epiteszforum.hu/tudatos-epuletenergetika--valtozo-eghajlat-hagyomanyos-valaszok

[7] https://de.wikipedia.org/wiki/Thermische_Bauteilaktivierung

[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Coefficient_of_performance

[9] https://hu.wikipedia.org/wiki/Relat%C3%ADv_p%C3%A1ratartalom

[10] https://epiteszforum.hu/levegot-legzaro-epuletek-hovisszanyero-szellozteto-rendszerek