5. A tetőszerkezet hőtechnikai számítása
5.2. A zöldtető téli stacioner hőtechnikai számítása
5.2.2. Hőátbocsátás számítása
Az építészeti gyakorlatban nem csak a hővezetéssel terjedő hőtraszportot, hanem a hőátadással terjedő hőt is számításba kell venni. A következő megoldás nagyon hasonló a most közölt differenciálegyenlet megoldásához. A különbség annyi, hogy a hőátadással érkező és távozó hőt is figyelembe vesszük.
A megoldást az óvoda födémjén mutatjuk be egy téli méréssorozat eredményeivel. A korábbi mérési adatok és egyéb hőtechnikai táblázatok felhasználásával számításokkal is követtük a tetőszerkezetben lejátszódó hőtani folyamatokat. Ebben a fejezetben elsőként az építészetben szokásos stacioner hőveszteség és hőnyereség számításokat végzem el. Egy korábbi, közelítő számítás eredményét már bemutattam a 4.2. ábrán.
A számítás részleteinek megértése érdekében készítettem egy egyszerűsített makettet az óvoda azon részéről, ahol a méréseket is végeztük. Az egyik felén a betontető a másik oldalon a zöldtetőfedéssel. A főbb geometriai méreteket és a kétféle tető rétegrendjét az 5.1. ábra mutatja. Nem jeleztük a vékonyabb vízszigetelő és egyéb elválasztó rétegeket az ábrán, illetve azokkal a későbbiekben sem számoltunk külön. Tehát a peremfeltételek ismertek.
5.1. ábra Az óvoda tetőszerkezete
Ültető talaj Beton járólap
Zuzalék ágy Hőszigetelés
Lejtbeton
MF 265 Drenázs
körüreges födémpanel B e t o n t e t ő Z ö l d t e t ő Növényzet
0 10 20
(C )o o o o
1 2 3 4 5
Hőszigetelés z
t[C ]o
5.2. ábra Hőfoklefutás a zöldtető szerkezetében téli állapotban
Végezzünk el egy hőtechnikai számítást egy téli állapottal, mivel az áll közel a stacioner állapothoz. Ezen belül is válasszuk ki a 2011.12.17. állapotot a zöldtetőre vonatkozóan.
A mért hőmérsékleteket az 5.1. táblázatban találjuk.
5.1. táblázat mért és számított hőmérsékletek a zöldtetőben télen beltér mennyezet lejtbeton
alja
hőszigetelés alja
drenázs alja
talaj alja
talaj teteje
külső levegő
tbe tme t12 t23 t34 t45 tfel tkül
mérés 20,5 20,05 6,72 5,78 3,74 3,2
számítás 20,5 20,04 19,13 18,95 7,51 5,68 3,39 3,20
Megjegyzés: A talaj és a drenázs hővezetési tényezőjét mérési adatokból (9 nap átlagából) számítottuk ki, itt viszont egy nap átlag hőmérsékleteit használtuk a számításban. Ez az oka a mért és a számított adatok kis eltérésének.)
Stacioner hőáramlást feltételezve a födémen keresztül létrejövő hőáramsűrűséget az építészetben széles körben alkalmazott hőátbocsátási tényezővel (U) általánosan felírva.
t t
[W /m ] Uq be kül 2
Stacioner hőáramlást feltételezve minden rétegben ugyanakkora hőáramsűrűség jön létre, így minden rétegre felírható az egyenlet.
Felírva a belső tér és a mennyezet között qb
tbe tme
[W /m2]; majd a födémpanelre q
tme t12
[W / m2]fp
fp
;
5.15
5.16 5.17
a lejtbetonra q
t12 t23
[W /m2]Ezekből az egyenletekből kifejezhetők a hőmérséklet különbségek, ha
értékekkel és az alfákkal osztunk. Ezután összeadva az egyenleteket megkapjuk a hőátbocsátási tényezőt (U).
k
A szokásos építőanyagokra érvényes értékeket felvéve az 5.2 táblázatból 5.2. táblázat A rétegek anyagjellemzői
Sor Réteg rétegekre felírt egyenletekkel. Az eredményt az 5.1. táblázat számítás sorában tüntettük fel, valamint az 5.2. ábrán az egyes rétegekben piros vonallal be is rajzoltuk a hőfokfüggvényt.
Az 5.1. táblázat adatai szerint a számított és a mért hőmérsékletek egészen jó egyezést
Nézzük meg, hogy a két tetőszerkezet hogyan felelne meg a mai építészeti előírásoknak?
Ehhez vegyük elő az 7/2006 TMN rendelet előírásait. Az 5.3. táblázatban láthatjuk az adatokat. Eszerint lapos tető esetén
K m 25 W , . 0 Umax
2
. A zöldtető Uzöldtető 0,396 értéke elmarad a mai előírásoktól. Az eltérés kb. 60 %-os. A betontető Ubetontető 0,475 értéke jobban elmarad az előírástól. Az eltérés kb. 90 %-os.
Az óvoda zöldtetőjének kialakítása jóval a 2006-os rendelet megjelenése előtt történt. Az akkori előírásoknak a zöldtető megfelelt. A betontető már kicsit túllépi a megengedette. De ennek az öregedés lehet az oka. (Számításokban nagyobb hővezetési tényezőket vettünk figyelembe, mint az új szerkezeteknél.)
Történelmi áttekintés szempontjából nézzünk egy korábbi előírást, például az
1986. márc. 15. - MSZ-04-140/2-85 ÉPÍTÉSÜGYI ÁGAZATI SZABVÁNY. Épületek és épülethatároló szerkezetek hőtechnikai számításai. Hőtechnikai méretezés.
3.2.1. A téli hőveszteség korlátozása érdekében az állandó jellegű, egész télen át fűtött, 16 °C vagy annál magasabb belső hőmérsékletű, φiz=75% vagy annál kisebb relatív nedvességtartalmú épületek illetve helyiségek:
külső falaira: kf = 0,7 W/m2∙K tető, ill. padlásfödémeire: kf = 0,4 W/m2∙K ablakaira és erkélyajtóira: kf = 3,0 W/m2∙K
a hőátbocsátási tényező követelményértéke (hőhidak kivételével).
Forrás: http://www.knaufinsulation.hu/h-technika-t-rt-neti-ttekint-s Ennek az előírásnak az óvoda zöld tető szerkezete megfelelt.
A most hatályos szabványnak azonban már, mint előbb láttuk, nem felel meg.
7/2006. (V. 24.) TNM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról 1.
melléklet
Ma is érvényben lévő szabvány, a hőtechnikai számítások módjáról.
5.3. táblázat Épülethatároló szerkezetek hőátbocsátási tényezőinek minimum követelményei
Épülethatároló szerkezet
A hőátbocsátási tényező követelményértéke U[W/m2K]
Külső fal 0,45
Lapostető 0,25
Padlásfödém 0,30
Fűtött tetőteret határoló szerkezetek 0,25
Alsó zárófödém árkád felett 0,25
Alsó zárófödém fűtetlen pince felett 0,50 Homlokzati üvegezett nyílászáró (fa vagy PVC
keretszerkezettel) 1,60
Homlokzati üvegezett nyílászáró (fém keretszerkezettel) 2,00 Homlokzati üvegezett nyílászáró, ha névleges felülete
kisebb, mint 0,5 m2 2,50
Homlokzati üvegfal2) 1,50
Tetőfelülvilágító 2,50
Tetősík ablak 1,70
Homlokzati üvegezetlen kapu 3,00
Homlokzati vagy fűtött és fűtetlen terek közötti ajtó 1,80 Fűtött és fűtetlen terek közötti fal 0,50 Szomszédos fűtött épületek közötti fal 1,50 Talajjal érintkező fal 0 és 1 m között 0,45 Talajon fekvő padló a kerület mentén 1,5 m széles
sávban (a lábazaton elhelyezett azonos ellenállású hőszigeteléssel helyettesíthető)
0,50
1) A követelményérték határolószerkezetek esetében „rétegtervi hőátbocsátási tényező”, amin az adott épülethatároló szerkezet átlagos hőátbocsátási tényezője értendő: ha tehát a szerkezet vagy annak egy része több anyagból összetett (pl. váz- vagy rögzítőelemekkel megszakított hőszigetelés, pontszerű hőhidak stb.), akkor ezek hatását is tartalmazza. A nyílászáró szerkezetek esetében a keretszerkezet, üvegezés, üvegezés távtartói stb. hatását is tartalmazó hőátbocsátási tényezőt kell figyelembe venni. A csekély számszerű eltérésre tekintettel, a talajjal érintkező szerkezetek esetében a külső oldali hőátadási tényező hatása elhanyagolható.
2) Az üvegezésre és a távtartókra együttesen értelmezett átlag.