Energiatudatos építkezés - passzív napenergia-hasznosítás

Általánosságban a környezettudatosságról, energiatudatosságról sokan és sokat beszélnek, de igazán csak akkor válnak kézzelfoghatóvá ezek a kifejezések, ha konkrét példákat tudunk hozni rájuk. Mindkét fogalom szervesen kapcsolódik a fenntartható fejlődés elvéhez, aminek a lényege az, hogy a rendelkezésünkre álló erőforrásokat (pl. energiahordozók) úgy és olyan mértékben használjuk, hogy a következő generációk igényeit is kielégíthessék. Röviden és tömören tehát az ésszerű és szükséges energiafelhasználásról van szó.
Ez többféleképpen is megvalósítható, akár úgy, hogy feleslegesen nem hagyjuk felkapcsolva a villanyt, nem állunk órákig a zuhany alatt vagy a téli időszakban nem hagyjuk nyitva még résnyire sem az ablakot. Mindehhez nem kell radikális környezetvédőnek lennünk, csak egyszerűen felelősségteljes gondolkodás szükséges hozzá. Még könnyebben lehetünk energiatudatosak, ha a házunk építésénél előre végiggondoljuk (és szakemberekkel konzultálva megtervezzük), hogy hogyan csökkenthetjük házunk energiafogyasztását. Természetesen ez a téma meglehetősen szerteágazó, így most csak egy-két érdekességet szeretnénk bemutatni a sok lehetőség közül.
A napenergia felhasználásáról már többször is olvashattak lapunk hasábjain, ám eddig elsősorban az aktív felhasználási lehetőségekről esett szó, például napkollektorok, napelemek formájában. A passzív napenergia-hasznosítás egy építészeti szakkifejezés, és azt jelenti, hogy a rendelkezésünkre álló napenergia hasznosítását más célokat is szolgáló szerkezetek, berendezések segítségével oldjuk meg. A napsugárzás nagy előnye, hogy korlátlanul áll rendelkezésünkre, és ingyen van. A szoláris azaz napenergián alapuló építészet célja a komfortos épített környezet megteremtése mellett a hagyományos energiahordozók felhasználásának csökkentése és a környezet védelme. Az ötlet nem új, hiszen a régi építészetben sok energia hatékony megoldást találhatunk. A modern építészet érdeme, hogy ezeket a megoldásokat összegyűjti, együttesen, hatékonyan és tudatosan alkalmazza.

A passzív napenergia-hasznosítás alapfogalmai

A helyiségben tartózkodó ember komfortérzetét több tényező is befolyásolja, így pl. a színek, fényhatások, hőhatások, hanghatások ill. a levegőminőség. Egy helyiség klímájának legfontosabb jellemzői a levegő hőmérséklete, nedvességtartalma, sebessége valamint a határoló felületek sugárzó hőmérséklete. A passzív napenergia-hasznosítás elemei és berendezései egyszerű fizikai törvényszerűségeken alapulnak. Jellegzetességük, hogy az épületelemek szinte minden esetben több funkciót látnak el.
Az elemek és eszközök integrált alkalmazása során sokszor ésszerű kompromisszumokat kell hozni (pl. nagy ablakfelület - jó hőszigetelés). Egy épület éves fűtési igényét a makro- és mikroklíma értékei határozzák meg. Ezek ismeretében lehet kiszámolni egy épület várható energiaigényét, illetve megtervezni a napenergia-felhasználás mértékét. Megfelelő tájolással növelhető a sugárzásból begyűjthető energia és csökkenthető a hőveszteség. Az épület elhelyezésekor figyelembe kell venni a terepviszonyokat, a tájolást illetve a tereptárgyak, növények okozta árnyékhatást is. Nem véletlen, hogy a nappali tartózkodásra tervezett szobákat déli oldalra szokás helyezni.
A hőveszteség csökkentése érdekében célszerű egy adott épület térfogatát minél kisebb külső felülettel megvalósítani. Az épület szoláris hőnyereségét az eddig említett tényezőkön túl döntően befolyásolja a sugárzáselnyelő felületek elhelyezése, kialakítása. A különböző építőanyagok és elemek más-más hőszigetelő tulajdonságokkal rendelkeznek. Fontos célkitűzés, hogy az épület termikusan minél inkább egységes legyen, ne legyenek hőhidak, rosszul szigetelt felületek stb.
Mint majd a gyakorlati megoldásoknál látni fogjuk, sokszor alkalmaznak mozgatható elemeket (redőnyöket, zsalukat, mozgatható hőszigetelő táblákat), amelyek nyitott állapotban beengedik a napsugarakat, zárt helyzetben viszont csökkentik a hőveszteséget. A napsütéses órákban begyűjtött napenergiát érdemes tárolni. A hagyományos építőanyagok és szerkezetek általában jó hőtárolók. Az egyik legnehezebb feladat a megfelelő hőelosztás, ami sugárzással, vezetéssel és áramlással történhet. Így az épület többi része is megfelelő hőmérsékletre hozható.
A szellőztetés is fontos része a tervezésnek, ennek célja a jó levegőminőség biztosítása és nyári viszonyok között az épület hűtése.
Az árnyékolásnak főleg nyáron van jelentősége; a gyakorlatban fix és mozgatható árnyékolókat alkalmaznak. A megfelelően kialakított fix árnyékoló télen (alacsony napállásnál) lehetővé teszi, hogy a napsugarak bejussanak az épületbe, míg nyáron árnyékot vet az ablakfelületre. Végül de nem utolsósorban az épületben folyó tevékenység, a hagyományos fűtés megfelelő szabályozása, a mozgatható elemek kezelése is jelentősen befolyásolja a megtakarítható energia mennyiségét.

Gyakorlati példák

Az elméleti részben összefoglalt alapelemeket és eszközöket kombinálva szokás alkalmazni. Attól függően, hogy az alapelemek milyen jellegzetes kombinációban jelennek meg az épületben, a következő tipikus passzív szolár rendszereket különböztetik meg.

Direkt rendszerek

A direkt rendszerek az ablakfelületen keresztül a helyiségbe bejutó napsugárzást közvetlenül hasznosítják. A felületek felmelegszenek, a hő egy részét átadják a levegőnek, más részét pedig magukban tárolják.

Tömegfal, Trombe-fal

A tömegfal elve, hogy a napsugárzást egy üvegtábla mögött elhelyezett nagytömegű fal gyűjti össze, és a hőt ez adja át a helyiség levegőjének. A Trombe-fal a tömegfal továbbfejlesztett változata. Itt a hőtárolást árnyékoló redőny segíti, a hőeloszlást és a levegő áramlását pedig a fal alján és tetején csappantyúkkal lezárható szellőzőnyílások biztosítják.

Naptér

A naptér, az épület fűtött helyiségeihez csatlakozó, a külső környezettől nagyméretű üvegfelülettel elválasztott, direkt besugárzású tér. A napenergiát az alsó födém és a hátsó (épület felőli) fal tárolja. Az időjárástól függően a naptér a tárolt hő felhasználásával fűti az épületet, hidegben pedig csökkenti a hőveszteséget. A direkt besugárzásnak köszönhetően az év nagy részében lakható. Naptér alkalmazásával az éves fűtési energia megtakarítás akár 30%-os is lehet.

Transzparens hőszigetelés

A transzparens (átlátszó) hőszigetelésű épületeket passzív fűtésű épületnek is szokás nevezni, mert a jó hőszigetelés és a besugárzás együttes hatásaként gyakran nincs szükség hagyományos fűtésre. Az átlátszó hőszigetelés a direkt vagy szórt napsugarakat átengedi, de a hideg felület felé terjedő hőáramokat csökkenti. Így a jó hővezető-képességű és nagy hőkapacitású belső falréteg egyenletes helyiséghőmérsékletet biztosít. A transzparens hőszigetelés alkalmazása viszonylag költséges, mert drága az anyag és a beépítéskor gondoskodni kell a külső mechanikai védelemről, illetve a nyári árnyékolásról.

"Teljes épület" koncepció - autonóm napház

A passzív napenergia-hasznosítás mellett további lehetőségeket biztosítanak az aktív szoláris berendezések. Ilyenek a napkollektorok, ventilátorok, kiegészítő fűtőrendszerek stb. Az ilyen, aktív elemeket is tartalmazó rendszereket hibrid rendszereknek nevezik. A teljes épület koncepció az egész épület energiaellátását, összes funkcióját egységes egésznek tekinti, amelynek megtervezéséhez az egyes mérnöki ágak szakembereinek együttműködése szükséges. A teljes épület koncepció speciális esete az autonóm (energia-öneállátó) napház, melynek teljes energiaellátását a napenergia felhasználásával és tárolásával oldják meg.