Tudatos épületenergetika – Változó éghajlat, hagyományos válaszok

Épületenergetikai cikksorozatunk következő részében Beliczay Gábor a "legolcsóbb energia a meg nem termelt energia" szlogen égisze alatt olyan egyszerű – sok esetben a népi építészetben is fellelhető – megoldásokat mutat be, amelyek kisebb energiabefektetéssel képesek a megfelelő komfortszintet megteremteni az épületben a hazánkban is egyre inkább érzékelhető éghajlatváltozás közepette is.

Korunk legnagyobb kihívása: jelenlegi életstílusunk fenntarthatóvá alakítása. Az ipari forradalom óta egyre magasabb energiafogyasztással jár mindennapi életünk. Többet utazunk, többet fogyasztunk, az ellátóláncok globálissá váltak, ami a hagyományos helyi erőforrásokra épülő gazdaságnál magasabb energiaszintet követel. Nyilvánvalóan nem lehet visszamenni egy technológiailag fejletlenebb és alacsonyabb energiaszintű történelmi pillanatba, hanem a jelenlegi energiaforrásainkat kell megújuló forrásokra cserélni, és fogyasztásunkat racionális szinten csökkenteni kell.

Hazánkban a legnagyobb fogyasztók az ingatlanok (Magyarország Nemzeti Energia- és Klímaterve, 2023), melyek többsége az elfogyasztott villamos- és hőenergiát pazarlóan hasznosítja. Előző, bevezető cikkemben ennek problémagócait szedtem össze, és kerestem megoldási lehetőségeket.

A klímaváltozás hatásai évről-évre látványosabban mutatkoznak meg Magyarországon. A felmelegedés egyértelmű. A tél már inkább a mediterrán országokéra hasonlít, kevés faggyal és sok csapadékkal. Szélsőségesen hideg időjárás már csak ritkán, a tél végén rövid periódusban tapasztalható. A nyár viszont a szaharai körülményeket idézi, hosszú, száraz és nagyon meleg periódusok egymásutánja, amikor a napi átalaghőmérséklet meghaladja a 25°C-ot. A forró napokat rövid, de intenzív viharok szakítják meg, amikor viszont egyszerre hullik le a havi csapadék és pusztító erejű szél söpör végig a tájon. A napos órák száma az elmúlt évtizedekben emelkedett (KSH), és ezzel a hőhullámmal érintett napok száma is megnövekedett. Az ősz és a tél nagyon lerövidült, akár pár hétre vagy egy hónapra csökkent.

Összefoglalva, folyamatos felmelegedés és lökésszerű, szélsőségesen változó időjárás lett jellemző hazánkra. Ilyen körülmények között a Magyarországon lévő ingatlanok túlnyomó többsége növekvő mértékű hűtésre vagy fűtésre szorul. Ezen belül is – az enyhe telek miatt – a fűtésigény már kisebb, mint a nyári meleg elleni védekezés miatti hűtési energia felvétel, hiszen az olyan napok száma, amikor tartósan -10°C alatt marad a hőmérséklet, egyre kevesebb.

A téli fűtés változatosabb forrásokból fedezhető, így sokkal könnyebb a téli fűtést mindenféle közműhálózattól való függés nélkül is kivitelezni, míg a nyári hűtés gépészeti eszközökkel jóformán csak elektromos energia befektetésével oldható meg, emiatt ez helyi erőforrásokból nehezebben fedezhető, hiszen az elektromos hálózat kötöttséget jelent, és a sziget-üzem[1] még csak néhány esetben valósult meg országszerte.

A fosszilis energiahordozók volatilitása rányomta a bélyegét az energiaárakra egész Európában. Piaci viszonyok miatt és a különböző szabályozások folytán (az elektromos áram és földgáz együtt mozgása) mindkettő ára jelentősen emelkedett az utóbbi években. Így amikor lakóingatlanjaink rezsidíjaira gondolunk, nem csak a gazdaságosság és a fenntarthatóság merül fel kérdésként, hanem a nemzeti szuverenitásunk is, mely csorbát szenved, amikor drága külföldről behozott energiahordozókból fedezzük ingatlanjaink megnövekedett szükségleteit. Jó lenne tehát külső energia bevonása nélkül biztosítani, vagy legalább jelentősen mérsékelni lakóingatlanjaink energiafelvételét. Érdemes tehát megvizsgálni a nálunk sokkal melegebb átlaghőmérsékletű régiók hagyományait, de leginkább hazánk népi építészeti megoldásait. Visszautalnék az előző cikkemben megfogalmazott jelmondatra: jelenkorunk kihívásait a múltbeli tapasztalatok és jelenkori csúcstechnológiák ötvözésével küzdhetjük le a leghatékonyabban.

A következőkben elsősorban a családi házakra vonatkoztatva, de társasházakra is alkalmazhatóan igyekszem olyan külső energia-felhasználást mérséklő megoldásokat ismertetni, amelyek segítenek abban, hogy ne kelljen fölöslegesen több energiahordozót igénybe venni lakhatásunk életszínvonalának fenntartásához.

Az újonnan épülő családi ház fűtésigényét a téli hónapokban jelentősen lehet csökkenteni, ha az építészeti tervezés során az épületet a fő égtájak irányába tájolják. Ha az épület fő felületeit a déli oldalra helyezzük, akkor az optimálisan megválasztott méretű nyílászárókon keresztül jelentős napsugárzásból származó energia éri a belső felületeket, ami segít az épület fűtésében. A modern három- vagy négyrétegű nyílászárók már megfelelően kis hőátbocsátási-tényezővel (Uw) rendelkeznek, valamint a légzáró beépítés miatt a filtrációs veszteség[2] is közel nullára csökkenthető, így a szoláris nyereség[3] napos időben akár a fűtésigényt is meghaladhatja, de legalábbis nagy részét fedezheti.

Sok esetben a megfelelő tájolás nem megoldható lehetőség a beruházók és a tervezők számára. Gyakran az építési telkek elhelyezkedése és mérete nem teszi lehetővé az épület dél felé orientálását. Jelentős felelőssége van ebben az egyes települések építési szabályait megalkotó önkormányzatoknak, a kialakult domborzati és közlekedési viszonyokon túl. Fontos lenne, hogy az új építési telkek kijelölésénél a megfelelő tájolást figyelembe vegyék. Nyilván ez a már most túlépített fővárosi vonzáskörzetben nehezen teljesíthető követelmény, de törekedni kell rá, mivel akár nemzetgazdasági szinten is észrevehető energiamegtakarítást eredményezhet.

Az épületek formáját úgy kell megválasztani, hogy a lehető legkisebb felület-térfogat arányt kapjuk eredményül. Kétségkívül a gömbforma nem adja a legoptimálisabb térkihasználást, a lapostetős kockaforma pedig eleve megosztó és nem is mindenhol lehetséges a helyi építési szabályok miatt.
A hagyományos népi építészetből jól ismert oromfalas nyeregtetős parasztház forma viszont jó választás lehet, hiszen tökéletes tájolás esetén a hosszanti oldalon nagy szoláris nyereség érhető el. A hazánkban elég gyakori "Kádár-kocka"-házak alakja is viszonylag jó térfogat-felület aránnyal bír, így jó adottságok esetén egy rekonstrukció egyértelműen megéri a befektetést. A tagolt konkáv alaprajzi formák és az erkélyekkel és egyéb nyúlványokkal tagolt homlokzatok kerülendők. Egyrészről a bonyolult formáknál óhatatlanul nagyobb a hőhidak kialakulásának valószínűsége, másrészről a nagy hűlő felület miatt még jó hőszigetelés esetén is nagyobb lesz a hőveszteség, mint egy jól megválasztott, lehető legkisebb felületű forma esetén.

A rendszerváltás utáni időkben nagyon elterjedtek hazánkban a könnyűszerkezetes családi házak. A beruházók általában a kisebb bekerülési költséggel indokolták a könnyűszerkezetes épületek melletti döntésüket. Az utóbbi évek faanyag árrobbanása miatt ugyan mérséklődött a számuk, de még mindig nagyon gyakran előfordulnak. Ez hazánk éghajlatára tekintettel nem a legjobb döntés, ha az épület teljes életciklus-költségét[4] vesszük számításba. Egyrészt egy ilyen épület sokkal kisebb élettartamú, mint egy kerámiatégla vagy beton szerkezetű épület, így a nemzedékeken átívelő használat nem lehetséges. Másrészt ezek az épületek a könnyű építőanyagok alacsony hőtehetetlensége[5] miatt a külső hőingadozásokra jobban érzékenyek, fűtésigényük teljesen a pillanatnyi körülményektől függ. A nagy tömegű falazatok és födémek olyan előnyt nyújtanak, hogy egy szellőztetés, vagy egy határozott lehűlés, felmelegedés hatása nem azonnal jelentkezik az épület belső terében, így ezeknél a fűtés egyenletesebbé tehető, és a veszteség is csökkenthető, hiszen a nagy tömegű építőanyagok tartósan magukba zárják a hőenergiát, kvázi pufferként működve egy téli szellőztetés után a fűtésrendszer számára. A régi népi építészet itt is jó példával járhat elő, hiszen a régi vályog-, és – helyben fellelhetőség esetén – kőházak mind nagy tömegű falazatokkal épültek, és jól megtartották a fűtésből nyert hőenergiát.

A nyári egyre melegedő hónapok évről-évre nagyobb gondot okoznak. Ennek következtében az épületek lehűtése, a komfortszint megtartása jóformán csak gépészeti eszközökkel oldható meg. Előfordul, hogy több mint 20°C-kal haladja meg a sztenderd szobahőmérsékletet[6] a nappali csúcshőmérséklet. Hagyományos megoldásokkal, építészeti döntésekkel a hűtésre szánt energia mennyisége viszont nagy részben csökkenthető.

Az előzőekben ismertetett nagy tömegű anyagok az épület külső homlokzatán történő alkalmazásával az így épült házak a nagy hőtehetetlenség miatt képesek a Nap sugárzó hőjét[7] felfogni és annak energiáját magukban tartani. Egy téglaburkolat, beton vagy egy kőburkolat nagyon hasznos ilyen szempontból. Ezen felül egy átszellőztetett rétegrend alkalmazásával a burkolat felvett hője nem tud az épület belső tere felé távozni, hanem a szellőző levegővel távozik az épületből. Ugyanez történik egy helyesen megépített tetőrétegrendnél is, sőt egy tetőtérbeépítés esetén a nagy tömegű és jól kiszellőztetett tetőhéjalás jelentősen hűvösebb belső hőmérsékletet okoz a tetőtérben. A nagytömegű homlokzatburkolat és a mögötte lévő szellőzőréteg hőpajzsként védi az épületet a tűző naptól, és jelentősen mérsékeli a mesterséges hűtésigényt.

Ha az épület homlokzatán kívülre visszük a napsugárzás hője elleni védekezést, akkor különféle árnyékolási technikákról beszélünk. Az árnyékolás hagyományos népi építészetben is ismert legelterjedtebb módja a parasztházak déli oldalán végigfutó oszlopokkal alátámasztott tornác volt. A beljebb húzott homlokzati fal a tető-túlnyúlás miatt védettséget kapott a napsugárzás ellen, így az nem melegítette fel a falat és a belső teret a nyílászárókon keresztül. Ugyanilyen célzattal épültek tőlünk délebbre lévő országokban a különböző árkádos épületek kiemelten, ahol az arab építészet rányomta bélyegét a helyi épületekre. Ezeknél az épületeknél olyan átmeneti övezetet képeznek a házak tényleges homlokzata előtt, amely megvédi a mögötte lévő részeket a napfénytől, és a szél okozta gyors légcserének köszönhetően nem melegednek túl a belső lakóterek. A modern, különböző homlokzati acél- vagy alumíniumárnyékolók is ezeknek a hagyományoknak újragondolásai. Sokszor az építészeti koncepció és az ornamentika része az árnyékoló, gondoljunk csak a Puskás Aréna beton-rács struktúráira. Az árnyékolás legelterjedtebb módjai mindig is a különböző ponyvák és egyéb szövetek voltak. Ezek általában mozgatható ideiglenes szerkezetként látták el az épületek napfény-védelmét, a nyári meleg hónapokban teljesen megváltoztatva az épület külső tömegét, és megnyitva azt a külvilág felé; létrehozva izgalmas tereket, amiket átjár a szél, megvédve a belső tereket és hűvösen tartva őket. Jelentőségüket nem lehet eléggé hangsúlyozni.

A legnagyobb hatékonyságú árnyékolást és levegőhűtést természetes módon a növényzet segítségével érhetjük el. Egyre több építész használ valamilyen élő növényt az épület árnyékolására. Ez lehet egy nagyméretű lombos fa, ami beárnyékolja az épületet nyáron, azonban télen lombhullás után hagyja, hadd érjék a jótékony napsugarak az épületet.

Lehet az épület homlokzatára, vagy valamilyen megtámasztó előtétszerkezetre felfuttatott növény is az árnyékoló. A növények azon túl, hogy felfogják a nap sugárzást, párolgásukkal természetes módon hűtik a levegőt, hiszen a párolgás hőt von el környezetéből. Magunk elé idézhetjük a nyári erdei séták emlékét, amikor jelentősen hűvösebb volt a lombok alatt, mint a Normafához vezető buszon.  Érdemes megspórolni az erdőig vezető közlekedést, és a saját lakókörnyezetünket kizöldíteni, nem beszélve a növények pszichológiailag nyugtató hatásáról és esztétikai értékükről.

A városok túlépítése nagyban ellehetetleníti a megfelelő kert kialakítását. Itt is szigorúbb helyi építési szabályozással lenne érdemes fellépni, a minimális telekméret növelésével, vagy az előírt zöldfelület nagyobb arányú előírásával. Egyértelmű összefüggés van a túlépítés és a lakások nyári túlmelegedésének valószínűsége[8] között (Dóra Szagri, 2022). Mérlegre kell tenni, hogy a jó lokációjú lakás megéri-e a tartós rosszabb komfortú életet, de ezt a döntést a településeknek kell eldönteni a helyi szabályozásokban.

A párolgás jótékony hatását az épület közelébe telepített vízfelülettel is kiaknázhatjuk. Sokaknak ismerősek lehetnek a tükörmedencék a különböző kastélyok kertjéből vagy közparkokból. Ezek szerepe részeben az volt, hogy a sekély mélység melletti nagy vízfelület párolgása hűtötte környezetét, ezenkívül esztétikailag szép látványt és népszerű fotókat eredményeznek a közösségi médiában.

A mesterséges gépészeti eljárások is hatékonyabbá tehetők hagyományos módszerekkel. Az épületek gépi szellőztetése során a bejövő levegőt az épület melletti kert talajában a fagyhatár alatt átvezetve előhűtjük, télen pedig előmelegítjük a szellőztető rendszer számára (Ground-coupled heat exchanger), hiszen a fagyhatár alatt a talajhőmérséklet állandónak tekinthető, és mivel a talaj viszonylag nagy hőtároló tömeggel rendelkezik, hőmérséklete tartósan állandó, így a levegő külső energiabevitel nélkül melegíthető vagy hűthető. Jó példa erre a Parlament épületének szellőzőrendszere, amely a Kossuth Lajos téren lévő légkutakon át beszívott levegőt a talajon végigfutó alagutakban vezetve juttatja az üléstermekbe, de az ilyen rendszerek origója az arab építészetben ismert széltorony. A légkutakon beszívott levegőt egy földalatti csatornarendszeren – amiben folyóvizet vezetnek keresztül a párolgás hűtő hatás miatt – átáramoltatva vezetik be a házba. A széltorony kéményhatása miatt felfelé távozik a meleg levegő, és kerül helyére a friss hideg levegő. (Passive cooling)

Saját bőrünkön érezzük a klímaváltozás hatásait, és sajnos egyre nagyobb energia-befektetést követel meg lakótereink komfortjának megtartása. A megújuló energiaforrásokra való átállás nagymértékben ki tudja váltani a fosszilis forrásokat, de ha a tervezési fázisban a fentebb részletezett megoldásokat beemeljük az épület kialakítása során, akkor kisebb energiaszinten tudjuk ugyanazt a komfortszintet elérni. Így nagy biztonsággal megvalósítható akár egy szigetüzemű passzívház is, hiszen ahogy bevezető cikkemben is kiemeltem: a legolcsóbb energia a meg nem termelt energia.

Beliczay Gábor

Szerk.: Hulesch Máté

[1] Szigetüzem: Az épület napelemes rendszere egy önálló áramellátó egységet képez, nem kapcsolódik semmilyen módon a hálózati áramellátó rendszerhez.

[2] Filtrációs veszteség: Az ablakokon, ajtókon és a falszerkezet résein keresztül kiáramló a meleg levegő, amit a kintről érkező hideg levegő vált fel.

[3] Szoláris nyereség: Egy térben, tárgyban vagy szerkezetben a beeső napsugárzás következtében fellépő hőmérsékletnövekedés.

[4] Életciklus költség: Egy olyan költségszámítási módszer, amely egy új termék esetében a várható teljes életciklusra, azaz a termék ötletétől a termék megszüntetéséig összegezi a várható költségeket, és így számos költségmegtakarítási javaslat építhető be már a tervezés szakaszában.

[5] Hőtehetetlenség: Az anyag jellemzője, megmondja, hogy egy tárgy mennyi hőt tartalmazhat, és milyen sebességgel termel vagy tartja vissza a hőt.

[6] Szobahőmérséklet: Tudományos számításoknál a szobahőmérsékletet 20-25°C-nak tekintik.

[7] Napsugárzás: Napból érkező, hullámok formájában terjedő elekromágneses sugárzás. Terjedésére nincs szükség közegre. Anyagi részecskékkel való ütközés során alakul hőenergiává. A napból a légkör felső rétegét 1368 Wm2 energia éri minden pillenetben, ezt nevezzük napállandónak.

[8] Túlmelegedési valószínűség: Annak a valószínűsége, hogy 26°C-os vagy nagyobb külső hőmérséklet esetén, mesterséges hűtés nélkül, milyen eséllyel haladja meg a belső hőmérséklet a 26°C-ot egy tartós hőhullám idején. (Dóra Szagri, 2022)