Építőanyag és hőtechnika

A fizika egyik alapösszefüggése szerint a hőmennyiség egyenesen arányos egy anyag tömegével, az anyagfajtára jellemző fajhővel és a hőmérsékletváltozással, különbséggel. Az alcímben szereplő képlet használható pl. akkor, ha meg akarjuk tudni, hogy mekkora hőmennyiség szükséges ahhoz, hogy egy víztartályban lévő adott vízmennyiséget felmelegítsünk mondjuk 10 °C-ról 20 fokra, vagy mekkora hőmennyiséget tudunk kinyerni abból a tartályból a víz lehűlése közben. Az alábbi gondolatmenetünkben pedig ugyanezt az egyszerű képletet használhatjuk akkor is, ha a fal- vagy a padlószerkezet felmelegítési és lehűtési hőmennyiségét, a szerkezet hőtehetetlenségét, illetve egy egész épület hőháztartását kívánjuk kiszámítani.
A falazatnak is van fajhője, tömege és hőmérséklete. Ha tavasszal lemegyünk a nyaralónkba, és a 8 °C-os helyiségbe begyújtunk, akkor azt hihetnénk, hogy a légteret perceken belül felmelegítjük majd, különösen, ha a kinti meleget is beengedjük. De nem, mert a fűtési energiát hosszú ideig a falak felmelegítése fogja felemészteni, és addig a falak sugározni fogják a hideget. Ha viszont a nyaraló fából vagy könnyűszerkezetes anyagokból készült, akkor falazatának tömege és hőtehetetlensége sokkal kisebb, a ház felfűtéséhez sokkal rövidebb időre és kevesebb energiára van szükségünk.

Nem járnánk viszont jól, ha (példaként) egy régi, akár méteresnél is vastagabb falú templomot kellene felfűtenünk. Az bizony egy hétig is eltartana. A ma általánosan használt falazó anyagok hőtechnikailag a két szélsőség között vannak, és egy épület optimális fűtési rendszerének megválasztásakor alapvető szempontként kell figyelembe vennünk a falazat anyagát.
Egy könnyűszerkezetes épület falszerkezete egy órán belül felfűthető, de ha abbahagyjuk a fűtést, egy másik órán belül ki is hűl. Egy átlagos, lyukacsos tégla anyagú családi ház, társasház hőkapacitása kb. 6 órára becsülhető, ami megint csak a felmelegítésre és a lehűlésre - a felvett hőmennyiség visszasugárzására - is vonatkozik. A falszerkezet délután 2-3 óra körül fogja a legtöbb hőt magába szívni, ettől kezdve a felvett hőmennyiség csökkeni kezd. A visszasugárzás a késő esti órákban lesz a legintenzívebb, éjféltől - az alvási időszakban - már csökken, tehát az éjszakát kellemesebbé teszi.

A panel szerkezet ilyen szempontból kedvezőtlenebbül viselkedik, mert a nagy betontömeg hőtehetetlensége 8-10 óra körül van. A nyári meleg visszasugárzásának legintenzívebb időszaka éjjel 2-3 körülre tehető, ami alvás szempontjából előnytelen. Téli és átmeneti időszakokban viszont ez a nagyobb hőkapacitás jól jöhet. Egy fűtéskimaradás a panelházban órákon keresztül gyakorlatilag nem is érzékelhető, míg a lyukacsos tégla épületben viszonylag hamar fázni kezdünk. (Ez pl. egy áramszünetnél is bekövetkezhet.)
Nézzük tehát a fűtési mód és az anyagszerkezet összefüggését. A padlófűtés egy betonrétegbe helyezett csőkígyó, ami ugyanúgy viselkedik, mint a falszerkezet. A fűtés megindításakor először ezt a betonréteget kell felmelegítenie, és csak az után kezdi a lakást fűteni. Ez legalább 1-2 óra. Ráadásul a padlófűtés fűtővize (egészségügyi okok miatt is) legfeljebb 45 fokos lehet, ami a gyors felfűtés ellen hat.
Egy könnyűszerkezetes háznál a padlófűtés egy gyors lehűlési periódust egyszerűen nem tud követni, mert a falazat hőtehetetlensége kicsi, a padlófűtéssel pedig nem lehet rövid idő alatt azt az energia mennyiséget bevinni, amit a gyors lehűlés kompenzálása igényelne. A szakma eleve azt javasolja, hogy a padlófűtés ne legyen több, mint a teljes energiaigény 30-40 %-a, és kombináljuk radiátoros fűtéssel, aminek a reakció ideje rövidebb, hőteljesítménye jóval nagyobb lehet.

Könnyűszerkezetes házban tehát egy stabil alapfűtés mellé mindenképpen egy gyors reagálású fűtési mód is szükséges, hogy a mérsékelt égövre jellemző gyors hőmérséklet ingadozásokat kezelni tudjuk. Egy szokványos anyagú családi háznál viszont növekedhet a padlófűtés aránya a radiátoroshoz képest, nagyobb faltömeg esetén már kizárólag padlófűtéssel is ki lehet fűteni a házat. A mai építkezés gyakran elhanyagolja ezeket a szempontokat, és kizárólag a hőszigetelésre koncentrál.
A fűtésrendszer megtervezésekor azonban még egy szemponttal kalkulálnunk kell, a hőérzettel. Hőérzetünk nem csak a körülöttünk lévő levegő hőmérsékletétől, hanem a sugárzó hőtől is függ (erről írtunk előző lapszámunkban az infra fűtések kapcsán). A padlófűtés jórészt sugárzó fűtésnek tekinthető, míg a radiátoros fűtés elsősorban konvekciós - vagyis a levegőt felmelegítő hőátadásos - fűtés. A sugárzó fűtés hatása szinte azonnal jelentkezik, a konvekciósé viszont időt igényel, amíg felmelegszik a levegő. Igaz lehetne ez a padlófűtésre is, ha nem kellene azt a bizonyos beton ágyazást először felmelegíteni. A hősugárzás ugyanis csak ez után érezteti hatását. A nyaralóban egy fatüzeléses vaskályha reakció ideje sokkal rövidebb, mert a fém hamar felmelegszik, és azonnal sugározza a hőt.

A fenti szempontokat a fűtésrendszer szabályozásakor, programozásakor is szem előtt kell tartani. Takarékossági és egészségügyi okokból éjjelre alacsonyabb hőmérsékletet állítunk be, és amikor napközben mindenki elmegy otthonról, akkor is leszabályozzuk a fűtést. A változtatásokba viszont be kell kalkulálnunk a hőtehetetlenséget, hiszen tisztán radiátoros fűtésnél, és mondjuk könnyűszerkezetes falazatnál a hőmérséklet változása azonnal jelentkezik, de a másik végletben, nagy tömegű falazatnál és padlófűtésnél több órás késleltetéssel következnek be a változások.

Túl nagy hőfok (3, 4 esetleg 5 foknál nagyobb) ingadozásokat energetikai, gazdaságossági szempontból sem javasolnak a szakemberek, mert ekkor már a falszerkezet visszafűtése többe kerül, mint amit korábban megspóroltunk. A fűtési automaták is kb. 4 fokot vesznek vissza a hőmérsékletből az éjszakai üzemmódban, ezt használhatjuk nappali üzemszünetre is. Ez a 4 fokos hőmérséklet csökkentés viszont kb. 24% energia megtakarítást eredményez, tehát nem elhanyagolható.