6. A KLASSZIKUS PASSZÍV SZOLÁRIS ÉPÍTÉSZET
6.5 L EVEGŐ HŐHORDOZÓVAL MŰKÖDŐ PASSZÍV FŰTÉSI RENDSZEREK
6.5.1 A rendszerek elvi alapváltozatai
A passzív szoláris megoldások körébe tartozó, levegő hőhordozóval működő rendszerek összefüggésben és részben átfedésben vannak az eddig tárgyalt rendszerekkel, hiszen a Trombe-falak is esetlegesen levegő hőhordozó közeggel működhetnek, és a kellően magas léghőmérsékletű naptér és az anyaépület összenyitása esetén is légkörzés révén jut hő az anyaépületbe. Ugyanakkor az itt tárgyalt falkollektor is energiagyűjtő falnak tekinthető, ha hőtároló funkciót nem is lát el.
A levegő mint hőhordozó közeg kétféle módon használható
vagy közvetlenül bevezetjük a helyiségbe, ekkor szellőzési és/vagy légfűtési célokat szolgál,
vagy a helyiséget burkoló üreges határolószerkezetek légjárataiban keringtetjük, amelyek ekkor úgy működnek, mint a beágyazott padló- vagy mennyezetfűtések.
Az első változatban bármilyen hőmérsékletű levegőt nyerünk is, azt hasznosítani tudjuk.
Ha a levegő hőmérséklete lényegesen meghaladja a helyiségét, akkor légfűtésre, ha azzal egyenlő vagy annál alacsonyabb, akkor szellőztetésre – utóbbi esetben legalább annyi a nyereség, hogy az előmelegített levegőt kevesebb energiával fűthetjük fel a helyiséghőmérsékletre.
A második változatban a levegő hőmérsékletének legalább 5 oC-kal meg kell haladnia a helyiségét, hiszen a szerkezeten keresztül fűtőhatást csak így várhatunk. Ennél hidegebb levegő fűtési hőhordozóként nem hasznosítható. Nagy előnyük viszont az, hogy – amikor működnek- a szerkezeteket „belülről” fűtve azok hőtároló képességét jól kihasználják.
A szerkezetek légjárataiban a levegő legfeljebb csak a helyiség hőmérsékletére hűthető le, tehát ami a hőmérsékletét illeti, szellőztetési célokra még használható lenne. Ezért energetikai szempontból a két változat kombinálása feltétlenül kézenfekvő. Ugyanakkor nem hagyható említés nélkül az az aggály, hogy a szerkezetek nem tisztítható légjáratai idővel elszennyeződhetnek és az azokból nyert levegő minősége bakteriológiai, higiénés szempontból esetleg kifogásolhatóvá válik. Emiatt vagy háttérbe kell szorítanunk az energetikai szempontokat, vagy a tisztaságot, a tisztíthatóságot biztosító anyagválasz-tásra, szerkezeti megoldásokra van szükség.
6.5.2 Falkollektor
A Trombe-fal sémáját megtartva, de nagy tömegű fal helyett egy könnyű és/vagy hőszigetelt szerkezetet alkalmazva a falkollektornak nevezett rendszert kapjuk, amely azzal jellemezhető, hogy az elnyelő felület mögött közvetlenül nincs hőtároló tömeg, az energia levegővel, természetes légkörzés révén jut tovább. Így késleltetés sincs, ezért a rendszer olyan szakaszosan használt, intenzívebb szellőztetést igénylő helyiségek esetében alkalmazható, ahol a sugárzási energiabevétel és a szellőzési igények szinkronban vannak.
Az üvegezés mögött elhelyezett mobil árnyékoló zárásával a nyári túlzott felmelegedés kockázata mérsékelhető, télen éjszaka a hőveszteség csökkenthető.
6.51 ábra: Falkollektor sémája
6.52 ábra: Falkollektor a parapetsávban is kialakítható – a levegő bevezetése a könyöklő alatt, szabályozottan történik
6.5.3 Kihelyezett termoszifonrendszer
E rendszerben a sugárzási energia elnyelése az épületen kívül történik, a légkörzést a kürtőhatás biztosítja (ehhez az elnyelő felületnek a padlónál alacsonyabb szinten kell lennie, természetesen ehhez megfelelő terepadottságok kellenek), hőtárolásra a belső szerkezetek szolgálnak.
6.53 ábra: Termoszifonrendszer sémája kőággyal (utóbbi a rendszer nem kötelező része) Elegendően nagy magasságkülönbség (azaz elegendő felhajtóerő) esetén a hőtároló képesség a padozat alatt elhelyezett kőággyal fokozható (l. 6.5.5 alfejezet).
A rendszer előnye, hogy az energiagyűjtő szerkezetek nem a homlokzaton foglalnak el értékes, jól tájolt felületeket.
6.5.4 Barra–Costantini-rendszer
Ebben a (fejlesztők nevéről ismert) rendszerben az energiagyűjtésre zárt áramkörben lévő falkollektor szolgál. A határolószerkezetek légjáratosak, célszerűen a külső héj biztosítja a hőszigetelést, a belső a hőtárolást – kivétel az energiagyűjtő felület, ahol az elnyelő lemez mögött hőszigetelés van. A légjáratokban keringő levegő miatt a belső héj felületfűtésként működik (a belső héj márcsak emiatt sem lehet hőszigetelt). Az eredeti megoldásban a levegő a szerkezetekben kialakított légjáratokon át a helyiségbe jut, ez azonban nem az egyetlen megoldás, a rendszer működhet teljesen zárt áramkörben, azaz csak felületfűtésként. A szellőztetett légjáratok vízszintes mérete korlátozott, mert a felhajtóerőből származó nyomáskülönbség is az – a tapasztalat szerint mintegy 10 m vízszintes távolság a határ. Ventilátor alkalmazásával ez a korlátozás feloldható.
6.54 ábra: A Barra–Costantini-rendszer sémája 6.5.5 Hőtároló kőágy
A határolószerkezetek hőtároló képessége korlátozott. A felületek adottak. A rétegvastagságoknak a súly, a teherbírás, a költségek szabnak határt, de még ha ez nem
Ennek a problémának a feloldását szolgálja a kihelyezett hőtároló tömeg, amelynek a klasszikus változata a kőágy. Bár a levegő mozgatásához rendszerint ventilátor is szükséges és így a rendszer hibridnek tekinthető, az energiagyűjtő elem jellemzően az üvegház: ez indokolja, hogy ebben a fejezetben mutatjuk be.
A kőágyban a hőtároló tömeget egyszemcsés, 5–7 cm méretű kövek halmaza alkotja.
Azért egyszemcsés köveket alkalmaznak, hogy azok halmazában a kövek között elegendően nagyméretű összefüggő légjáratok alakuljanak ki. Azért 5–7 cm a jellemző méret, mert egy ilyen méretű szemcsének a felszínéről a középpontjába nagyjából egy óra alatt eljut a hőáram, tehát a felmelegedés és kihűlés folyamata elég gyors.
A kövek halmazát zárt „medencében” vagy „aknában” általában az üvegház vagy az anyaépület padlója alatt, néha a lépcsőház orsóterében helyezik el. Az első esetekben a tárolót jól kell hőszigetelni, az orsótérben történő elhelyezés esetén ez nem olyan fontos, hiszen a kőágy hővesztesége „az épületben marad”.
A rendszer működése a korábban már tárgyalt épület (Balcomb) példáján követhető – ez passzív rendszer, mert a levegő felmelegedése termoszifonrendszerben történik. Ha erre nem lenne mód (például a terepadottságok miatt), akkor az üvegházban felmelegedett levegőt (a rétegeződés miatt annak teteje alól összegyűjtve) ventilátorral kell átfújni a kőágyon.
6.55 ábra: Termoszifonrendszer hőtároló kőággyal
Napközben a felmelegedett levegő átöblíti a kőágyat, annak tömegét felmelegíti, majd az épületbe jut. Lehűlve újra az energiagyűjtő üvegfelület mögé jutva ismételten felmelegszik – a légkörzés mindaddig fennáll, amíg van sugárzási nyereség.
A méretezést illetően ökölszabályokra támaszkodhatunk: a kőágy térfogatának mérőszáma (m3) az energiagyűjtő (üvegezett) felület mérőszámának (m2) 0,6 része legyen.
Egy másik ökölszabály a kőágy hosszirányú méretére vonatkozik: az áramlásirányú méret ajánlott felső értéke 2–3 m, nemcsak az áramlási ellenállás miatt, hanem azért is, mert a hőmérséklet-különbség az úthossz mentén csökken, és ezzel a hőcsere intenzitása is kisebb.
Történt kísérlet arra is, hogy a kőágy méretét növelve hosszabb távú hőtárolást valósítsanak meg. Ha ez a cél, akkor a tárolótömeget egymástól elszigetelt részekre kell szétbontani és egy rész feltöltését (felmelegítését) csak akkor célszerű megkezdeni, ha az előző rész már „tele van”.
6.56 ábra: A nagyobb tárolót célszerű több elszigetelt részre osztani és szakaszosan feltölteni – ebben az esetben egy-egy egységben elegendően magas a potenciál – hőtárolás esetén a hőmérsékletről van szó. Ha az energiát egyetlen nagy tárolóba
töltenénk, annak hőmérsékletszintje könnyen alacsonynak bizonyulhat