1.
Hazai szabályozás 2021-től
Az Európai Parlament és Tanács által kiadott 2010/31 EU Irányelv szerint 2021. január 1-től minden új épület meg kell, hogy feleljen a „közel nulla” energetikai követelménynek, melyet az egyes tagállamok az ország adottságait és klimatikus viszonyait figyelembe véve dolgoznak ki. Az Épületenergetikai Direktíva (EPBD) átdolgozásaként hatályba lépő irányelv célja az épületek részeinek és önálló rendeltetési egységeinek energiahatékonysági előmozdítása. A változtatás két lépcsőben történik. Magyarországon a részben állami támogatásból épülő épületeknek 2015. január 1-től már a jelenleginél alacsonyabb követelményértékeknek kell megfelelniük, középületek esetén 2019. január 1-től és lakóépületeknél pedig 2021. január 1től kötelező a „közel nulla” energetikai szint teljesítése. Az követelményeket úgy kell meghatározni, hogy az épületek energiaigényét jelentős mértékben megújuló energiaforrásból tudják fedezni, melyet helyben állítanak elő. Közel nulla energiaigényű épület: Az épületek energetikai jellemzőinek tanúsításáról szóló kormányrendelet szerinti költségoptimalizált szinten megvalósult, vagy annál energiahatékonyabb épület, amelyben a primerenergiában kifejezett éves energiaigény legalább 25 %-át olyan megújuló energiaforrásból biztosítják, amely jelentős részben az épületben keletkezik, vagy az ingatlanról származik. Épületszerkezet
U [W/m2K] 2013- U [W/m2K] 2015- U [W/m2K] 2019-től ban től és 2021-től 0,45 0,24 0,20 - 0,22 0,30 0,17 0,15 0,30 0,17 0,15 0,50 0,30 0,25 0,25 0,17 0,14
Külső fal Lapostető Padlásfödém Padló Alulról hűlő födémlemez Ablak (fa vagy PVC 1,60 kerettel) Ablak (fém kerettel) 3,50
1,15
1,00
1,40
1,30
1. ábra: határoló és nyílászáró szerkezetek tervezett hőátbocsátási tényezői (U-érték)
Magyarországon az épületenergetikai követelményrendszerek megalapozására 2012-ben a Debreceni Egyetem Épületgépészeti- és Létesítményenergetikai Tanszéke javaslatot dolgozott ki (lásd: első javaslat), mely elsősorban a közel nulla energiaigényű épületek műszaki paramétereit határozta meg a várható költségeket is mérlegelve. A költség optimum elemzéseket az Energiaklub végezte, melyek adatai kimutatták, hogy a Debreceni Egyetem által meghatározottnál enyhébb követelményeket javasolt előírni. A szakértői csoport megállapította, hogy megújuló energiahasznosítás szempontjából már nem az A/V arány a legfontosabb jellemző (7/2006 még az A/V arány alapján állapította meg az összesített energetikai jellemző követelményértékét az adott épületre), hanem az
energiagyűjtő felületek és a hasznos alapterület aránya, mely a szintszámmal jól kifejezhető, ezért a követelményeket ennek függvényében adják meg. A Belügyminisztérium megbízásából 2013-ban készített tanulmány a két vizsgálat eredményeit „illeszti” össze, hogy az eddig rendelkezésre álló adatok és műszaki megfontolások alapján a követelmények a költségek (költség optimum) szempontjából megtarthatók-e vagy módosítandók (lásd: 2. javaslat). Első javaslat (2012)
Második javaslat (2013)
Szintszám
Ep [kWh/m2/év]
Ep [kWh/m2/év]
1 2 3 és 4 5 és több
72 60 53 50
80 70
2. ábra: Debreceni Egyetem Épületgépészeti- és Létesítménymérnöki Tanszék: A megújuló energiaforrásokat alkalmazó közel nulla energiafogyasztású épületek követelményrendszere (2012), Energiaklub (2013)
A cél az épület által importált és exportált primer energia különbségének alacsony értéken tartása. Ez akár elérhető „helybeni” megújuló forrást alkalmazó rendszer nélkül is, ha a külső forrásból alacsony primer energiatartalmú szolgáltatást importálunk valamint kedvező feltételek esetén jó építészeti koncepcióval és szerkezeti megoldásokkal a követelmény önmagában teljesíthető. A követelménynél jobb épületet lehet és adott esetben érdemes is csinálni, egynél több féle helybeni megújuló rendszert is lehet alkalmazni. A követelmény azonban olyan, hogy annak teljesítése egy helybeni megújuló forrást alkalmazó rendszerrel a leendő épületek 95 %-nál nem lehetetlenül el. 2.
Tervezési program
A Csoknyai Tamás által készített tanulmány a Wienerberger e4 ház koncepciót alapul véve egy közel zéró energiaigényű családi ház optimális építészeti és gépészeti kialakításának feltételeit vizsgálja. Az e4 projekt célja, hogy egy versenyképes áron megépült családi házon keresztül a szakembereknek és építkezőknek egyaránt bemutassuk, hogy a napsugárzásnak megfelelően tájolt, kompakt épületformával, az épületgépészet jó megválasztásával, megújuló energiaforrások használatával és kiváló hőszigetelő képességű építőanyagok együttes alkalmazásával teljesíthető a szigorúbb követelményérték. Az épülettel kapcsolatos alapkritériumok -
elégítse ki a várhatóan 2021-től bevezetésre kerülő új épületenergetikai normákat közel nulla energiafogyasztás közel nulla vagy a lehető legalacsonyabb CO2 kibocsátás
-
olyan gépészeti megoldásokat alkalmazzunk, ami hazánkban hozzáférhető, szerelési know-how-ja nem ismeretlen a szakmának, üzemeltetése megvalósítható egyrétegű Porotherm téglafal U=0,22 W/m2K (vagy U=0,17 W/m2K) alkalmazása Porotherm födémrendszer alkalmazása jó hőtároló képesség versenyképes árú nyílászárók alkalmazása magastető, minimum 20° tetőhajlásszöggel, kerámia cserépfedéssel
Tervezési program alapterület: 130 m2 szélfogó, WC , konyha, étkező, nappali, kamra, vendégszoba (vagy dolgozó), fürdőszoba, gépészeti helyiség / háztartási helyiség, 2 gyerekszoba, szülői háló, különálló garázs 3.
Energiafogyasztást befolyásoló tényezők
3.1.
Tömeg
Az épületek energiafogyasztására hatással van azok tömegének kialakítása. A 3. ábrán látható, hogy ha egy adott négyzet alaprajzú épületet formálni kezdünk, akkor ugyanakkora alapterület mellett nagyobb kerület, ezáltal nagyobb lehűlő felületek keletkeznek. Ez is azt bizonyítja, hogy kompakt tömegformálással csökkenthetjük a lehűlő felületek nagyságát, ami energetikailag jobb épületet eredményez.
3. ábra: Azonos alapterületű tömegek formai kialakításának lehetőségei
Épületforma
Ep [kWh/m2/év]
1 szint + padlás 2 szint + padlás 1 szint + tetőtér
109,41 104,72 104,26 4. ábra: 1 és 2 szintes épületek összesített energetikai jellemzője
A vizsgálat során egy PTH 44 K falazatból (U=0,22 W/m2K) épülő, alapterülethez viszonyítva 20 %-os ablakaránnyal (60 % D, 20% K-NY, 20 % É) tervezett, kondenzációs kazánnal fűtött épületnél a földszintes kialakítás ~5 kWh/m2-rel többet fogyaszt évente, mint egy ugyan olyan hasznos alapterületű kétszintes épület. 3.2.
Ablakarány, tájolás
Az épület tájolása valamint az ajtók, ablakok és egyéb homlokzati üvegezett felületek energetikai szempontból fontos szerepet játszanak. Hidegebb éghajlatokon az üvegfelületeken át nyerhető szoláris hőnyereség miatt csökkenthető a fűtési igény, míg a melegebb égtájakon ezt a hőtöbbletet hűtéssel, vagy kiegészítő árnyékoló rendszerekkel kell csökkenteni. A legoptimálisabb elrendezés, ha az alapterülethez viszonyítva 20-30 % az ablakok aránya és ennek a 80%-a délre, 15 %-a keletre + nyugatra valamint 5 %-a északra van tájolva. Megfigyelhető a táblázat adatai alapján, hogy a megfelelően tájolt épületnek kisebb lesz a primer energia igénye, ezáltal költséghatékonyabb az üzemeltetése is. Ablakarány, tájolás
Ep [kWh/m2/év]
20 %, átlagos tájolás (60% D, 20 % K-NY, 20 % É) 30 %, átlagos tájolás (60% D, 20 % K-NY, 20 % É) 30 %, kedvező tájolás (80% D, 15 % K-NY, 5 % É)
104,26 100,07 94,94
5. ábra: Összesített energetikai jellemző különböző tájolású épületek esetén
3.3.
Árnyékolás
A déli homlokzatokon elhelyezett nyílászárók miatt az épület a nyári túlmelegedés ellen védeni kell. A külső és belső árnyékolók, reflexiós üvegfelületek vagy az épület geometriai kialakításából eredő árnyékolás nagymértékben képes csökkenteni a napsugárzás felmelegítő hatását. A cél az, hogy a költséghatékonyság érdekében minél kevesebb gépészeti berendezésre legyen szükség. A tanulmány 4 féle építészeti kialakítást vizsgál, mellyel passzív módon biztosítható az épületek árnyékolása. A pergola és a tornác egyaránt külső additív elemként biztosítja az árnyékolást és jól használható fedett-nyitott térrel bővíti az épületet. Az épületszerkezet túlnyújtásával szintén fedett terasszal bővül az épület, de az épületrész alulról fűtetlen térrel határolt, ami megnöveli a hőszigetelés-igényt. A negyedik variáció a naptér kialakítása. A délre tájolt, épülethez csatlakozó transzparens határoló szerkezetű tereket nevezzük így, melyekből a hő szabályozottan jut a belső térbe. 3.4.
Falszerkezet
A napsugárzásnak megfelelő tájolással, kompakt tömegformálással, megfelelő gépészeti
rendszer alkalmazásával, megújuló energiaforrások használatával és jó hőtechnikai minőségű anyagok alkalmazásával akár külső oldali hőszigetelés nélkül is közel zéró energia felhasználású épületet kaphatunk. A hőszigetelés nélküli falazatok előnye, hogy kedvezőek a
téli és nyári energetikai mutatói, jók a páratechnikai tulajdonságai, hosszú az élettartama és csak természetes anyagokat használunk az építéshez. Ablakarány, tájolás
Falazat
U [W/m2K]
Ep [kWh/m2/év]
30 %, kedvező tájolás (80% D, 15 % K-NY, 5 % É) 30 %, kedvező tájolás (80% D, 15 % K-NY, 5 % É)
PTH 44 K PTH 44 T
0,22 0,17
94,94 90,25
6. ábra: falazat típusának vizsgálata
A téglából falazott, kedvező tájolású, 30 % ablakaránnyal tervezett épületnél jobb hőátbocsátási tényezőjű falazattal számolva az összesített energetikai jellemző alacsonyabb értéket adott. 3.5. Épületgépészeti rendszerek NAPELEM (elektromos áram termelésre) A napelem rendszer környezetbarát módon állít elő napenergiából villamos energiát, azaz elektromos áramot. Kiváló hatásfokú, költséghatékony és környezetkímélő alternatíva, mely biztosítja a ház villamos energia igényét, és az energiatöbbletet visszajuttatja a közüzemi hálózatba. Ebben az esetben a visszatáplált energia (zöld energia) mennyisége mérésre, és későbbi elszámolásra kerül a háztartás és az áramszolgáltató között. NAPKOLLEKTOR (melegvíz termelésre)
Az eddigi vizsgálati eredmények azt igazolják, hogy napkollektoros rendszerek alkalmazása a műszaki megfontolások alapján megfogalmazott követelmények teljesítésének fontos, és a költség optimum szempontjából is megfelelő eszköze. Az Energiaklub referenciaépületei esetében a napkollektoros rendszer nem csak kedvező fajlagos primer energiafogyasztással jár, hanem költség optimum elérésével is, akár távfűtéssel, akár kondenzációs kazánnal párosítva. KONDENZÁCIÓS KAZÁN
A gázüzemű kazánok közül a legjobb hatásfokot a kondenzációs kazánok tudják elérni, ezért a legkorszerűbb gázos rendszer fűtésre és melegvíz ellátásra. BIOMASSZA, PELLET TÜZELÉS
Lehetséges rendszerek: faelgázosító kazán, faapríték-, és pelletkazán, vegyestüzelésű kazán. A fatüzelés (nem pellet) Magyarországon reneszánszát éli. Azonban mielőtt e mellett döntenénk, figyelembe kell venni a szállítás, tárolás és az üzemeltetés problémáit. Míg a pellet tüzelésű rendszerek automatizálhatók, a faelgázosító kazánok üzemeltetése nagyobb időráfordítást igényel. Azonban a pellet tüzelés költségei a vizsgált esetek többségében meghaladta a költség optimum szintet, ezért ez nem lehet a követelményérték alapja. A faelgázosító kazán költség optimumot eredményez, de csak szerényebb követelmények teljesítését teszi lehetővé.
HŐVISSZANYERŐS SZELLŐZŐ RENDSZER
A hővisszanyerős szellőző rendszer folyamatosan biztosítja az épületek frisslevegő utánpótlását, miközben az elhasznált levegő energiáját 90 %-os hatásfokkal hasznosítja. Beépítése javasolt minden olyan esetben, ahol gépi szellőztetés szükséges, különösen akkor, ha az alapterülethez viszonyítva nagy a helyiségben tartózkodók száma. Optimális használat mellett a szellőztetésből származó energiaveszteség közel ötödére csökkenthető, azonban beépítése maga után vonja az áram végenergia-értékének növekedését. HŐSZIVATTYÚ
Attól függően, hogy a hőszivattyú a környezet mely részéből vonja el az energiát, háromféle típust különböztethetünk meg: vizes hőszivattyú, földes hőszivattyú, levegős hőszivattyú. Az Energiaklub vizsgált referenciaépületei közül a hőszivattyús rendszerrel tervezett változatok eredményezték a legalacsonyabb éves fajlagos primer energiaigényt (többnyire talajhőt hasznosító rendszerekkel kiegészítve). Költsége az optimálisnál több mint 10 %-kal magasabb, ezért ez a rendszer sem lehet a követelményérték alapja. 4.
Költségek szerinti összehasonlítás.
Az Energiaklub költségszámítási adatai alapján lakóépületek esetében indokoltnak tűnik a Debreceni Egyetem által javasolt követelményértékeket enyhíteni. Ez családi házaknál 80, többszintes lakóépületeknél 70 kWh/m2/év értéket jelent. vizsgálat: 1 szint + beépített tetőtér, 30 % ablakarány kedvező tájolással (D 80 %, K-NY 15 %, É 5 %), PTH 44 K falazat (U=0,22 /m2K) piros szaggatott vonal: első javaslat szerinti követelményérték (2012) zöld szaggatott vonal: második javaslat szerinti követelményérték (2013)
Beruházás
Energiaköltség
Csereköltség
8. ábra: globális költségek talajkollektorral
talajhőszivattyú szondával + hővnyerő
talajhőszivattyú, szonda
faelgáz. + hővnyerő + napkoll.
faelgáz. + napkoll
faelgáz. + hővnyerő
kond. + hővnyerő + napkoll.
kond. + napkoll + javított burok
16000000
kond. k. + napkoll
kond. k. + hővnyerő
kond.k.
Globális költség (Ft)
7. ábra: épületgépészet
Globális költség 30 évre, 2. energiaár szcenárió
14000000
12000000
10000000
8000000
6000000
4000000
2000000
0
5.
Mintapéldák
A tanulmányban felsorolt elveket követve készült néhány mintaterv a legoptimálisabb épületformálás bemutatására. PERGOLA
BEHARAPÁS
TORNÁC
NAPTÉR