Free Press

Bár az épületek környezetvédelmi teljesítményének fő hangsúlya ma már a szén-dioxid-felhasználáson van, még mindig szükség van az épületszerkezet hőteljesítményének, mint hozzájáruló tényezőnek a figyelembevételére. A hőteljesítményt a hőveszteség szempontjából mérik, és az építőiparban általában U-értékként vagy R-értékként fejezik ki. Az építési stratégiák meghatározásakor mindig szükség lesz U-érték számításokra. Számos kifejezésnek finoman szólva is hasonló a jelentése, és az interneten egymásnak ellentmondó értelmezésekkel lehet találkozni. Ebben a cikkben a különböző terminológiákat és azok egymáshoz való viszonyát ismertetjük.

U-érték vagy hőátbocsátási tényező (az R-érték reciproka)

A hőátbocsátási tényező, más néven U-érték, a hő átadásának mértéke egy szerkezeten (amely lehet egyetlen anyag vagy összetett anyag) keresztül, osztva a szerkezeten áthaladó hőmérsékletkülönbséggel. A mértékegység W/m²K. Minél jobban szigetelt egy szerkezet, annál alacsonyabb az U-érték. A kivitelezés és a beépítési szabványok erősen befolyásolhatják a hőátbocsátási tényezőt. Ha a szigetelés rosszul van felszerelve, hézagokkal és hideghidakkal, akkor a hőátbocsátási tényező a kívántnál lényegesen magasabb lehet. A hőátbocsátási tényező a vezetés, konvekció és sugárzás okozta hőveszteséget veszi figyelembe.

Az U-érték kiszámítása

Az alapvető U-érték kiszámítása viszonylag egyszerű. Az U-érték lényegében az adott épületelemet alkotó egyes anyagok hőellenállásai összegének reciprokával számítható ki. Megjegyzendő, hogy az anyagellenállások mellett a belső és külső felületeknek is vannak ellenállásai, amelyeket össze kell adni. Ezek fix értékek.

Számos szabvány foglalkozik a hőátbocsátási tényező számítási módszereivel. Ezek felsorolása a cikk végén található “Hasznos hivatkozások és hivatkozások” részben található.

Az egyszerű U-érték számítások a következőképpen végezhetők el, az épületelem szerkezetének rétegenkénti figyelembevételével. Vegye azonban figyelembe, hogy ez nem veszi figyelembe a hideghidakat (például a falkötések által), a szigetelés körüli légréseket vagy például a habarcsfugák eltérő hőtani tulajdonságait. Ez a példa egy üreges falra vonatkozik:

anyag	vastagság	vezetőképesség (k-érték)	Ellenállás = Vastagság ÷ vezetőképesség (R-érték)
Külső felület	–	–	–	0.040 K m²/W
Agyagtégla	0.100 m	0.77 W/m⋅K	0.130 K m²/W
üveggyapot	0.100 m	0.04 W/m⋅K	2.500 K m²/W
Betonblokkok	0.100 m	1,13 W/m⋅K	0,090 K m²/W
Gipsz	0,013 m	0,50 W/m⋅K	0.026 K m²/W
Belső felület	–	–	0.130 K m²/W
Total			2.916 K m²/W
U-érték =		1 ÷ 2.916 =	0.343 W/m²K

Megjegyezzük, hogy a fenti példában az építőanyagok vezetőképessége (k-értéke) szabadon elérhető az interneten; különösen a gyártóktól. Valójában a gyártó adatainak használata javítja a pontosságot, amennyiben a számítás időpontjában ismertek a konkrét termékek. Bár a fenti számításban figyelembe lehet venni a habarcshézagokat a habarcs %-os területének az abba ágyazott téglafalazathoz viszonyított értékelésével, nem szabad elfelejteni, hogy ez egy kezdetleges technika a BS EN ISO 6946I szabványban meghatározott szilárdabb módszerhez képest.

Az U-érték mérése

Míg a tervezési számítások elméleti jellegűek, az építés utáni méréseket is el lehet végezni. Ezek előnye, hogy figyelembe tudják venni a kivitelezést. A tetők vagy falak hőátbocsátási számításait hőáram-mérővel lehet elvégezni. Ez egy, a vizsgált területre szilárdan rögzített hőérzékelőből áll, amely a belülről kifelé irányuló hőáramlást figyeli. A hőátbocsátási tényezőt úgy kapjuk meg, hogy az átlagos hőáramot (áramlást) elosztjuk az átlagos hőmérsékletkülönbséggel (a külső és a belső tér között) egy kb. 2 hetes folyamatos időszak alatt (vagy egy földszinti födém esetében több mint egy év alatt, a talajban tárolt hő miatt).

A mérések pontossága számos tényezőtől függ:

• A hőmérsékletkülönbség nagysága (nagyobb = pontosabb)
• Az időjárási viszonyok (a felhős jobb, mint a napos)
• A hőcsövek jó tapadása a vizsgálati területhez
• A megfigyelés időtartama (a hosszabb időtartam pontosabb átlagot tesz lehetővé)
• Több vizsgálati pont nagyobb pontosságot tesz lehetővé, az anomáliák mérséklése érdekében

Az anyagok hőátbocsátási tulajdonságait befolyásoló két bonyolító tényező a következő:

• A környezeti hőmérséklet, többek között a látens hő miatt
• A konvekciós áramlatok hatása (a fokozott konvekció hozzájárul a hőáramláshoz)

U-érték kalkulátorok

Mivel az U-értékek kiszámítása időigényes és bonyolult lehet (különösen, ha például a hideghídképzést is figyelembe kell venni), számos online U-érték kalkulátor jelent meg. Ezek közül azonban sok csak előfizetéssel érhető el, az ingyenesek pedig általában túlságosan leegyszerűsítőek. Egy másik lehetőség, hogy számítást kérünk például attól a szigetelésgyártótól, akinek a termékét specifikáljuk.

Az angol és walesi L1A, L2A, L1B és L2B építési előírásokkal jóváhagyott dokumentumok mind a BR 443 Conventions for U-value calculationsII című kiadványra hivatkoznak a jóváhagyott számítási módszerek tekintetében, míg a kísérő dokumentum U-value conventions in practice. A BR 443III alapján kidolgozott példák hasznos útmutatást nyújtanak.

R-érték vagy hőszigetelő képesség (az U-érték reciproka)

A hőszigetelő képesség a hőátbocsátási tényező fordítottja; más szóval az anyag hőáramlással szembeni ellenálló képessége. Az R-értékeket a világ egyes részein (például Ausztrál-Ázsiában) gyakrabban használják, szemben az Egyesült Királyságban az U-értékek preferálásával. A hőátbocsátási tényező mértékegysége m²K/W, és a magasabb érték ismét jobb teljesítményt jelez (szemben az U-értéknél kívánt alacsonyabb értékkel).

k-érték, vagy hővezető képesség (más néven lambda vagy λ érték; a hőellenállás reciproka)

A hővezető képesség az anyag hővezető képessége. Következésképpen a magas hővezető képesség azt jelenti, hogy a hőátadás egy anyagon keresztül nagyobb sebességgel történik; megjegyzendő, hogy ez is hőmérsékletfüggő. A hővezető képesség mértékegysége W/m⋅K. Az U-értékkel és az R-értékkel ellentétben azonban a k-értékek nem függnek a kérdéses anyag vastagságától.

Y-érték, vagy hőátbocsátási tényező, vagy hőátadási tényező

Az anyag azon képességét, hogy egy belső térből hőt vegyen fel és adjon le, ahogy a tér hőmérséklete változik, hőátbocsátási tényezőnek (vagy hőátadási tényezőnek) nevezik, és a BS EN ISO 13786:2007 Építőelemek hőteljesítményeIV határozza meg. Ez képezi az alapját a CIBSE A: Környezeti tervezés című útmutatójában (CIBSE Guide A: Environmental designV) szereplő “imple Dynamic Model”-nek is, amelyet a hűtési terhelések és a nyári térhőmérsékletek kiszámításához használnak. Minél nagyobb a hőátbocsátási tényező, annál nagyobb a hőtömeg. A hőátbocsátási tényező hasonló a hőátbocsátási tényezőhöz (és ugyanazokat a mértékegységeket használja). Azonban egy anyag hőtárolási kapacitását méri, azaz az anyag azon képességét, hogy egy bizonyos idő alatt, jellemzően 24 óra alatt képes hőt tárolni és leadni. A hőátbocsátási tényezővel megegyezően a mértékegységek W/m²K.

Megjegyzendő, hogy az “Y-érték” hőátbocsátási tényező nem tévesztendő össze a “y-érték” hőhídképzési tényezővel, amelyet a szabványos értékelési eljárás (SAP) K függeléke a lineáris hőátbocsátási tényezőből származtatva határoz meg.

Psi (Ψ) érték, vagy lineáris hőátbocsátási tényező

A hőhíd okozta hőveszteség mértékét lineáris hőátbocsátási tényezőnek nevezik (szemben a “területi” hőátbocsátási tényezővel, amelyet egyébként U-értéknek neveznek), a mértékegység ismét W/m²K. A Psi-értékeket a szabványos értékelési eljárás K. függelékében szereplő y-értékek (hőhíd-tényező) előállításához használják.

Hőellenállás (a hővezető képesség reciproka)

A hőellenállás az anyag azon képessége, hogy ellenáll a rajta keresztül történő hővezetésnek. A k-értékhez hasonlóan ez a tulajdonság sem függ az adott anyag vastagságától. A hőellenállás mértékegysége K⋅m/W.

Hővezetési tényező (a hőellenállás reciproka)

Ez az adott térfogatú anyagon egységnyi idő alatt átvezetett hőmennyiséget, azaz a vezetési sebességet jelenti. Mint ilyen, a mértékegység W/K.

Hőellenállás (a hővezetési tényező reciproka)

Ez azt méri, hogy egy anyag mennyire tud ellenállni a rajta keresztül történő hővezetésnek, és K/W-ban mérik. A hővezetéshez hasonlóan ez is az adott térfogatra vonatkozó hőátadási sebesség mérőszáma.

Hőtömeg

A brit építőiparban eddig nagyrészt figyelmen kívül hagyott hőtömeget (a hővezetési tényezővel ellentétben) a fajlagos hőkapacitásból (az anyagnak a tömegéhez viszonyított hőtárolási képessége), a sűrűségből és a hővezetési képességből (a hőnek az anyagon keresztül történő könnyű terjedése) vezetik le. A hővezető képességet az SAP 2009 a “k” (vagy kappa) érték formájában használja a hőtömeg paraméter (TMP) kiszámításához. A “k” érték az építőelem “termikusan aktív” részének egységnyi területre jutó hőkapacitása (csak az elem vastagságának első kb. 50 mm-nyi része van tényleges hatással a hőtömegre, mivel az elem mélységének növekedésével csökken; 100 mm-en túl a hatás elhanyagolható). Meg kell jegyezni, hogy a “k” érték közelítő érték, mivel feltételezéseket tesznek az anyag termikusan aktív térfogatának kiterjedésére vonatkozóan; továbbá figyelmen kívül hagyja a hővezető képesség hatását az anyag hőfelvételének és hőleadásának időtartamára vonatkozó számítások során. A BS EN ISO 13786VI szabvány hatékonyabb módszert biztosít a hőtömeg meghatározására. A hőtömeg nem tévesztendő össze a szigeteléssel.

A hőtömeg jelentőségét nem lehet eléggé hangsúlyozni, amint azt az alábbi példák is szemléltetik:

Falépítmény	U-érték	Hőátbocsátási tényező	Hőtömeg
200mm tégla 13mm “nedves” vakolat	2 W/m²K	4.26 W/m²K	169 kJ/m²K
100mm tégla 150mm ásványgyapottal töltött üreg 100mm pórusbeton blokk 13mm gipszkarton szárazburkolat 10mm-es lapokon	0.19 W/m²K	1.86 W/m²K	9 kJ/m²K

Jegyezzük meg, hogy a modern üreges falnak milyen gyenge a hőtömege a tömör téglafalhoz képest. A 13 mm-es “nedves” vakolat helyettesítésével a szárazburkolat azonban jelentősen növelhető az áteresztőképesség:

Fal felépítése	U-érték	Hőátbocsátási tényező	Hőtömeg
100mm tégla 150mm ásványgyapot…kitöltött üreg 100mm pórusbeton blokk 13mm “nedves” vakolat	0.19 W/m²K	2.74 W/m²K	60 kJ/m²K

A gipszkarton ilyen módon történő leválasztása tehát úgy tekinthető, hogy egy modern szabványok és technikák szerint épített házban szinte teljesen eltávolítja a hatékony hőtömeget.

A hőtömeg felhasználását a nyári túlmelegedés elleni küzdelemben részletesebben a Climate change adaptation in buildings cikksorozatban tárgyaljuk: Túlmelegedés, elsőVII. és másodikVIII. rész.

Hőtömegcsökkentés

Az anyag sűrűsége, hőkapacitása és hővezető képessége azt a módot írja le, ahogyan a hő egyik oldalról a másikra való átjutását lassíthatja, és a rajta áthaladó hőnyereségeket is csökkentheti. Ez tehát hatással van egy épület hőteljesítményére a melegebb időszakokban. Ezeket nevezzük csökkenési késleltetésnek, illetve csökkenési tényezőnek.

Kémiai fázis

Amikor egy anyag állapota szilárdból folyadékká, vagy folyadékból gázzá változik, az anyag hővezető képessége megváltozhat. Ez a látens hő elnyelése és leadása miatt következik be, és kisebb méretekben is előfordulhat, ami az építésben előnyös lehet.

Egyre könnyebben elérhetővé válnak olyan anyagok, amelyek kis térfogatból nagy hőtömeget képesek biztosítani. Ezek a fázisváltó anyagok (PCM-ek) néven ismert anyagok olyan anyagok, amelyek olvadáskor, illetve megszilárduláskor egy szűk hőmérséklettartományban képesek látens hőt tárolni és leadni. Ezek az anyagok mikrokapszulázhatók bizonyos típusú építőanyagokba, például vakolatba vagy agyagba, hogy falburkoló lapokat vagy mennyezeti csempéket alkossanak. Makrokapszulázásra is alkalmasak, például a hűtő- és szellőztetőegységekben használt hőcserélő lemezekbe, és jelenleg vizsgálják a PU-hablemezekbe való beépítésüket, például fémborítású kompozit burkolólapok alkalmazásához. A PCM-ek előnye, hogy jelentős mennyiségű hőtömeget képesek biztosítani, miközben önmagukban nagyon vékonyak; azaz a hőtömeg aránytalanul nagynak tűnik az anyag fizikai vastagságához képest.

A PCM-ek gyakorlati megoldást kínálhatnak a hőtömeg visszavezetésére a könnyűszerkezetes épületekbe a túlmelegedés ellen, és részletesebben az Éghajlatváltozáshoz való alkalmazkodás az épületekben cikksorozatban tárgyaljuk: Túlmelegedés (második rész)IX.

Kíváncsi még több ilyen tartalomra? Iratkozzon fel az NBS eWeekly hírlevelére.

Iratkozzon fel most