2011. augusztus 5.

Szerzők:
Hild György
Kolossa József
Perényi Tamás

Intelligens lakóépület – intelligens környezet

Ma az Európai Unió közgondolkodásának egyik meghatározó eleme az energiagazdálkodás. A célok markánsan két irányba mutatnak: egyrészt az unió biztonságosabbá kívánja tenni az energiaimportot, másrészt csökkenteni szeretné a felhasználást. A fogyasztás csökkentésének különös jelentősége van, hiszen az erre irányuló erőfeszítések nagymértékben függetleníthetők az unión kívüli folyamatoktól, csak az egyes tagországok helyi döntéseitől függnek. Az EU 2020-as stratégiájában vállalta, hogy energiafelhasználását a kitűzött időpontig 20 százalékkal csökkenti. Mivel energiafogyasztásának átlagosan 40 százalékát, illetve a szén-dioxid-kibocsátás 36 százalékát az épületek üzemeltetése teszi ki, ezért az EU célkitűzése egyértelmű: 2020-tól az új épületek esetében már közel zéró energiafelhasználást ír elő.


Magyarországon a fajlagos hő­felhasználás aránya megközelítően kétszerese a nyugat-európai országokénak, amiből a lakossági energiafelhasználás mintegy 38 százalék.1
A háztartások fogyasztásában a fűtés mintegy 70 százalékot képvisel, ami szezonális jellegű; a téli hónapok felhasználása akár ötszöröse is lehet a nyáriakénak.2 Mivel hazánk energiaigényének 80 százalékát külföldről szerzi be, ezért az országnak kiemelt érdeke olyan kutatások, majd ezek alapján irányelvek és szabványok készítése, amelyek az épületek energiafogyasztásának radikális csökkentését eredményezik. A kormányzati megbízás alapján készült, „Az épületek energiahatékonysága”3 című összefoglaló kutatás is utal azokra a tanulmányokra,4 melyek pontosan jelzik az energiafogyasztás csökkentésében rejlő hatalmas gazdasági potenciált.
Az épületek energiafelhasználásának csökkentése több módon lehetséges: hőszigetelés növelése, alternatív energiahordozók bevezetése stb., de az energiafelhasználás csökkentésének aktív módja lehet a nyereségáramok optimális felhasználása is. A szabályozások szigorítása mellett azonban szükséges olyan gyors átfutási idejű kutatások elvégzése is, melyek rámutatnak a még feltáratlan, elsősorban a tervezőmérnöki szakmagyakorlással összefüggő lehetőségekre, melyek gyakorlatba való átültetése további jelentős energiafelhasználás-mérséklést hozhat.
2010 végén indult kutatásunk azt a kérdéskört járja körbe, hogy miként lehetne az építészeti tervezés napi gyakorlatához közelebb hozni a korszerű energe­ti­kai irányelvek szemléletét. Hogyan lehetne egy épületről már a koncepció­alkotás fázisában megítélni, hogy energetikai szempontból „beválik-e”? A talajmechanikai vizsgálat analógiájára miért ne lenne elképzelhető, hogy miként egy épület alapozásának méretezéséhez konkrét helyszíni vizsgálatok szükségesek, úgy egy épület pontos energetikai számításaihoz szintén helyszíni adatszolgáltatást lehessen figyelembe venni?

1 Dr. Magyar Zoltán, Baumann Mihály: Társasházak energiahatékony felújítási lehetőségei
(ECOLISH Projekt), Magyar Épületgépészet, LIX. évfolyam, 2010/1–2. szám. 3.
2 Prof. dr. Zöld András: Az új épületenergetikai szabályozás, 2006, Terc.; Dr. Pátzay György:
Magyarország energiatermelése és felhasználása, előadás: http://www.ddkkk.pte.hu
3 Lélegzet Alapítvány, Beliczay Erzsébet: Az épületek energiahatékonysága, 2010, Budapest.;
mukutir.telco-system.hu/kutat_dir/.../12_energiahatekonysag_GSZT2010.pdf
4 Stern jelentés: The Economics of Climate Change, 2006.; IEA-előrejelzések: World Energy
Outlook, 2008.; McKinsey-tanulmány: Pathways to a Low Carbon Economy, 2009


Mai magyarországi viszonyok az épületenergetikai tervezésben

Tájegységenként jellemző épületgeometriai megoldások a népi építészetben

Az energetikai vizsgálatok keretét ma Magyar­országon az Európai Parlament és Tanács 2002/91/EK az épületek energiateljesítményéről szóló irányelve alapján készült jelenleg hatályos 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet adja, amely alapján az energetikai jellemzők számítása történhet egyszerűsített vagy részletes számítással, illetve számítógépes szimulációval.
A számítás során vizsgálhatjuk az épület egészét, vagy összegezhetjük az egyes zónákra, helyiségekre elvégzett számítások eredményeit is. A számítógépes programok többsége (pl. Energiaőr) is azzal az egyszerűsítéssel él, hogy a ház tömegét egy annak felület-térfogat arányával egyenlő hasábbal helyettesíti.
A számítás során három követelménytípus teljesülését kell vizsgálni, amelyeket a rendelet 1. sz. melléklete rögzít. A többlépcsős számítási módszer lényege, hogy amennyiben az összesített energetikai jellemző követelményértékét gépészeti eszközökkel (!) nem sikerül kielégíteni, akkor vissza kell térni az első követelménylépcsőre, és a kötelező rétegtervi hőátbocsátási tényezőnél kedvezőbb értékű határoló szerkezetet kell betervezni.
Az építészeti tervezés folyamatát energetikai szempontból egyre jobban támogató szoftverek megjelenése ellenére ma Magyarországon az energetikai vizsgálatok az esetek döntő hányadában a tervezési folyamat legvégén, energetikai ellenőrzés formájában vannak jelen: az építész megtervezi a házat engedélyezési terv részletességig, majd a terveket átadja az épületgépész szakágnak, hogy gépészeti rendszerekkel „megoldják” a feladatot – az épület építészeti tervezésből fakadó hiányosságait épületgépészeti rendszerekkel kompenzálják: extra fűtés, hűtés, szellőzés. Csak ritkán van visszacsatolás – a legritkább esetben tervezi át az építész az épületet koncepcionálisan az energetikai szempontokkal való szembesülést követően. Erre alapvetően nemhogy nincs idő a tervezés folyamatában, de – megfelelő intelligens eszköz híján – az építésznek „nincs kedve” bíbelődni energetikai kérdésekkel, főleg, ha azt gondolja, hogy a ház ettől koncepcionálisan „elromlik”.
Az igazán kívánatos – és talán az energetikai tervezés szempontjából leghatékonyabb – tervezési metódus az lehetne, ha az energetikai tervezés stratégiai mozzanatai beépülnének az építészeti koncepcióalkotásba, azaz az építész szakág nagyobb mértékig kivenné részét az épületenergetika végiggondolásában. Ez azért is különösen igaz lehet, mert egy épület tervezésekor nem csupán az energiaveszteségek minimalizálásáról beszélhetünk, hanem az épület mint energiamegkötő struktúra a környezetére való intelligens reagálással jelentős mennyiségű nyereségáramot is hasznosítani tud. Ez természetesen nem azt jelenti, hogy az építész szakterület megoldaná az épület energetikai tervezését, hanem csupán azt, hogy szorosabban és kezdeményezőbben működne együtt az épületgépészeti szakággal. A két szakág szorosabb együttműködésével, illetve a munkájukat segítő lokális információkkal talán újra „felfedezhetnénk” azt a bölcsességet, amely a hagyományos népi építészetben megvolt, és amely a tájegységekre jellemző épületjellegben meg is nyilvánult.


Az európai irányelvek és a közeljövő

A közeljövőben az új, 2010/31/EU az épületek energiahatékonyságáról szóló irányelv váltja a 2002/91/EK irányelvet. 2012. február 1-jétől az épületek energiahatékonyságát olyan módszerrel kell számítani, ami a klimatikus és helyi feltételeket is figyelembe veszi, valamint számol az adott épület rendeltetésével is. Az irányelv szerint 2018. december 31. után valamennyi közösségi tulajdonú vagy üzemeltetésű épületnek, 2020 végéig pedig valamennyi új épületnek közel nulla energiaigényűnek kell lennie.
A hazai rövid távú (2011–2013) célok ennek megfelelően olyan intézkedések kivite­lezését sürgetik, melyek elősegítik a 2020-as EU-célkitűzések megvalósítását és a direktívák alkalmazását. Ezek között szerepelnek az energiahatékony technológiák kutatásának és fejlesztésének támogatása, minőségbiztosítási eszközök létrehozása, illetve a jogszabály-előkészítés, a szabványok alkalmazásához kapcsolódó feltételek megteremtése.
Az EU a szabványok és a jogszabályi környezet fejlesztése mellett nagy hangsúlyt fektet a különböző energiát megtakarító találmányok kifejlesztésére, illetve az energiaellátás korszerűsítésére. Ilyen kutatás például az újszerű kisreaktorok alkalmazása, a fűtésre és melegvíz-készítésre alkalmas tetőhéjalás kifejlesztése, Rusznák László „Aktív ház” projektje vagy akár Tóth Miklós találmánya, a TMT Napelemes Cserép Rendszer.


Az egyik hiányzó láncszem – az építészet

Vizsgálódásaink egyértelműen megmutatták, hogy a nemzetközi fejlesztések és kutatások trendjei alapvetően szabványosítás- és találmányorientáltak: az épületek minél kisebb energiaigényét garantáló kötelező érvényű szabványok és jogszabályok kerüljenek bevezetésre, valamint olyan új építőanyagok fejlesztése zajlik, amelyek piaci bevezetése szintén az energiafüggetlenség irányába mutatnak. Ezeken kívül a források fennmaradó hányada a környezettudatos szemlélet népszerűsítésére fordítódik – érthető, hiszen csak társadalmi elfogadottság esetén vezethetők be az új szabályrendszerek.
Építészként azt tapasztaltuk, hogy a szakma nem igazán veszi ki a részét a közös gondolkodásból – mintha az energetika kizárólag mérnöki probléma lenne! Az építészek napjainkban általában az energetikai kutatások felhasználói: a bevezetésre kerülő kötelező, a tervezést nehézkesebbé tevő szabályok „elszenvedői”, valamint oktatások, konferenciák résztvevői – de semmiképpen nem aktív szereplői a nemzetközi tudományos közös gondolkodásnak. Mintha ez a nemzetközi közös gondolkodás „túlmérnökiesedett” volna – hiányzik belőle az építészek által képviselt kulturális folytonosság gondolata! Mintha egy épület jellegét le lehetne írni pusztán számokkal (pl. épülettipológiai kutatások sumA/sumV arányai)!
Ennek az állapotnak közvetlen következménye, hogy megbomlani látszik a különböző új szabványoknak megfelelő építészeti alkotások forma-funkció-szerkezet egysége. Mintha valamelyik aspektus a többi rovására menne. Az építészeti megfontolások jelenlétének szükségességére ékes bizonyítékok azok a mérföldkő épületek, amelyek úgy környezet- és energiatudatosak, hogy közben gyönyörű építészeti alkotások is: például a Monte Rosa menedékház.

Energiatudatos kortárs épületek

A fent leírt gondolatmenetből számunkra az (is) következik, hogy szükséges lenne az energetikai tervezést közelebb hozni az építész szakmához. Ha el tudnánk érni, hogy – különösebb erőfeszítések nélkül – már az építészeti tervezés koncepcióalkotási fázisában lehetne energetikai szempontokat tárgyalni, tehát ha az épületenergetikai megfontolások legalább részben átkerülnének az épületgépész szakterületről az építészeti szakterületre, akkor nagyobb valószínűséggel lehetne együtt tartani az alkotások forma-funkció-szerkezet egységét. Ezért kutatócsoportunkkal a BME Lakóépülettervezés Tanszékén a TÁMOP IKT program keretein belül a Villamosmérnöki és Informatikai Karral együttműködésben olyan szoftver fejlesztésén dolgozunk, amely az építészek koncepcióalkotási fázisát támogatja épületenergetikai szimulációval. Azt szeretnénk elérni, hogy az építészek gombnyomásra legyenek képesek 3D-ben ellenőrizni az általuk megálmodott dizájn energetikai lefutás szimulációját: hogyan viselkedne az épület energetikai szempontból, ha abban a formában épülne meg, ahogy az adott pillanatban a tervezőasztalon van.

Egy másik hiányzó láncszem – a valós környezet

Vizsgálódásaink során azt is megfigyeltük, hogy az épületenergetikai számítások mind „bentről” indulnak kifelé. Feltételeznek egy átlagos, leegyszerűsített külső környezeti hatást, majd a különböző gépészeti rendszereket (helyenként túlzó biztonsági tényezőkkel) méretezik: ahogy a mai magyar számítás is, a legtöbb európai méretezési módszer átlagadatokat vagy szélső értékeket vesz figyelembe, és nem teljes lefutásában vizsgálja az adott épületet érő környezeti hatásokat.
Még a bonyolultabb számítási metódusok sem veszik figyelembe a lokális jellemzőket: például miként lehet az, hogy szinte ugyanolyan hatásokra méretezünk egy napos, széltől védett katlanban elhelyezendő házat, mint egy szeles hegytetőn megvalósítandó épületet? Könnyű belátni, hogy a tervezési helyszín függvényében óriási eltérések tapasztalhatók az épületet érő hatások tekintetében.

Különböző környezeti hatások – a jelenlegi szabványok erre nincsenek figyelemmel

Mindezek alapján arra a következtetésre jutottunk, hogy kívánatos volna egy olyan hálózat létrehozása, amelyik lokálisan méri az épületenergetika szempontjából meghatározó környezeti hatásokat, adatokat szolgáltatva egy pontosabb számítás elvégzéséhez. Kívánatos lenne egy, a helyi speciális klimatikus viszonyok alapján felállított meteorológiai modellév vizsgálata, amelyben a fűtési idényre vonatkoztatott energiafelhasználás mellett megjelenik – ami szintén nem elhanyagolható – az épületek nyári hűtéséhez felhasznált energia.
A talajmechanikai vizsgálat analógiájára miért ne lenne elképzelhető, hogy miként egy épület alapozásának méretezéséhez konkrét helyszíni vizsgálatok szükségesek, úgy egy épület pontos energetikai számításaihoz szintén helyszíni adatszolgáltatást lehessen figyelembe venni?
Természetesen rengeteg nyitott kérdés mellett a fent megfogalmazott gondolatmenet szerint az ELTE Meteorológiai Tanszékkel és a BME Villamosmérnöki és Informatikai Karral közösen olyan mérőegység fejlesztésébe kezdtünk, amelyet a tervezési helyszínre lehet telepíteni, és amely kapcsolatot talál az energetikai szimulációt végző szoftverünkkel, így az építész az általa megálmodott épületet nagy pontossággal a valós környezeti hatások közé helyezheti, és 3D-ben megtekintheti azok lefutását: a hatások értékeit az év 365 napjának bármely órájára vonatkoztatva.


A DROID

Munkacsoportunkkal kielemeztük a ma Magyarországon (és Európában) létező környezeti hatásokat mérő rendszereket. Azt tapasztaltuk, hogy számos mérőhálózat létezik, de ezek elsősorban meteorológiai irányultságúak, és az általuk mért környezeti tényezők csak áttételesen és közelítésként használhatók az építészeti és épületenergetikai tervezésben (pl. egyik sem biztosít lefutásgyakoriságú adatokat). Ráadásul az egyes mérési pontok nagyon távol esnek egymástól – a mérési háló nem elég sűrű. Végül arra jutottunk, hogy valószínűleg van létjogosultsága egy olyan egyedi, kifejezetten épülettervezés-központú mérőrendszernek, amely a környezeti hatásokat nem önmagukban, hanem teljes összetettségükben és az épületgeometria függvényében vizsgálja.
Munkánk során épületgépész és meteorológus kollégákkal közösen meghatároztuk az épületek energetikája szempontjából elsődleges, alapvető, illetve a másodlagos, valószínűleg elhanyagolható hatásokat. Arra jutottunk, hogy egy maximum kétszintes épület esetében elsődlegesen meghatározó környezeti hatások: a levegőhőmérséklet terepsíktól számított 2-3 méter magasban, a szélerősség és irány, illetve az általános sugárzás. A sugárzás azonban nemcsak a meteorológiai mérésgyakorlat szerint érdekes egy ház esetében, hanem geometriafüggő módon: az egyes épületfelületeken keletkező szoláris nyereség nagyban függ az adott felület tájolásától és a vízszinteshez képest bezárt szögétől, valamint bármilyen más objektum által történő árnyékoltságától, adott esetben önárnyékoltságától! Ez a „felfedezésünk” megerősíteni látszik azt az eredeti hitvallásunkat, hogy egy épület energetikai viselkedését befolyásoló tényezők köre sokkal tágabb és összetettebb, semmint egy sumA/sumV arány.
Tekintettel arra, hogy az épületek geometriája valószínűleg alapvetően meghatározó az épületenergetikai viselkedés szempontjából, ugyanakkor erre semmilyen pontos mérési eredmény nincs, ezért úgy határoztunk, hogy olyan geometriájú mérőrendszert tervezünk, amelyik képes a legtöbb épületgeometriai szituációban mérni a globális sugárzást: a mintatestet DROID-nak kereszteltük.

DROID hallgatói tervpályázatra beérkezett munkák

Mivel kutatásunk eddigi fázisaira is jellemző volt a hallgatókkal közös csoportos együttgondolkodás, ezért a DROID alapvető formáját meghívásos titkos hallgatói pályázat keretében bonyolítottuk. A BME Építészmérnöki Kar építészhallgatói közül 14 pályázó csapatban több mint negyvenen vettek részt. A pályázat modellanyag-támogatója a Styrofoam volt.
A győztes csapat tagjai: Bazsik Anita, Kohout Dávid, Máró Bence Gergő, Szél András.

DROID hallgatói tervpályázat, I. helyezett munka

A győztes DROID kiválasztását követően műhelymunka kezdődött, hogy a pályázati nyertes geometriát egy minden szempontból használható mérőrendszertestté fejlesszük. Ez a munka jelenleg is folyamatban van.

Összegzés

A folyamatban lévő kutatásaink és fejlesztéseink eredményeként azt reméljük, hogy egyrészről az építészeti jelenléten keresztül sikerül az energiatudatosságról való gondolkodásba visszacsempészni a lokális és kulturális jelleg jelentőségét, másrészről abban bízunk, hogy sikerül olyan eszközöket kifejleszteni, amelyek hozzájárulhatnak az épületek gazdaságosabb és energiatudatosabb kialakításához.•

A munkacsoportban közreműködő hallgatók: Aradi Anikó, Árkovics Lilla, Babos Annamária, Gönczöl Zsófia, Horogh Petra, Lukács Zsófia, Rákóczi Mária, Weiszkopf András, Bazsik Anita, Békési Gáspár, Csákvári Anita, Kohout Dávid, Szél András, Máró Bence Gergő, Huszár Zsófia, Kiss Viktor, Magyar Anikó, Mezey Sándor, Némethi Balázs, Csúsz István, Fekete Ticiána, Horváth Balázs, Lantos Péter, Molnár Máté, Reim Ádám, Zsoldos Balázs Zoltán, Garay Dorottya, Hild György, Kolossa József, Mangel Zoárd, Perényi Tamás, Szikra Csaba.

 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018  2019  2020  2021  2022
Címkék

Innotéka