A HAJDÚ-BIHAR VÁRMEGYEI LAKÓÉPÜLETÁLLOMÁNY FŰTÉSI SZÉNDIOXID KIBOCSÁTÁSÁNAK ELEMZÉSE ÉS AZ ALACSONY HŐMÉRSÉKLETŰ FELÜLETFŰTÉSEK ENERGIAHATÉKONYSÁGÁNAK EGYES KÉRDÉSEI

Study of CO2 emissions from heating of residential buildings in Hajdú-Bihar county and contributions to of the energy performance analysis of low-temperature radiant heating systems

Bodó, Béla

Kalmár, Ferenc

Földtudományok doktori iskola

Műszaki Kar::Épületgépészeti és Létesítménymérnöki Tanszék

Bodó, Béla

2025-12-09T14:53:25Z

2025-12-09T14:53:25Z

2025

2026-02-02

energetika, épületgépészet,

Földtudományok

Természettudományok

A kutatásom elsőrendű célja az volt, hogy felmérjem a Hajdú-Bihar vármegyei családi házak, az 1950 után épült téglafalazattal rendelkező társasházak, illetve panelépületek hőfelhasználását és az ebből származó széndioxid kibocsátást. Célom volt továbbá, hogy jó példák elemzése alapján javaslatokat tegyek ezen épületek fűtését illetően a teljes vagy részleges dekarbonizációra, valamint a megvizsgáljam a jelenleg széles körben alkalmazott alacsony hőmérsékletű felületfűtések hatékonyságát. Első lépésben áttekintettem a kutatási céljaimmal kapcsolatos eddigi szakirodalmat, az európai illetve a hazai lakóépület állományt a hőtechnikai jellemzőkre fókuszálva. Az elérhető KSH adatok alapján felmértem a Hajdú-Bihar vármegyei lakóépület állományt és meghatároztam az általam vizsgált épülettípusok számát és főbb energetikai jellemzőit. Áttekintettem és rendszereztem a lakóépületekre vonatkozó előírásokat, szabványokat és rendeleteket és arra a következtetésre jutottam, hogy 2006 előtt az épületek határolószerkezeteinek hőtechnikai minőségét nem kizárólag az éppen aktuális hőtechnikai előírás, vagy szabvány határozta meg, hanem jelentős mértékben szerepet játszottak a rendelkezésre álló építőanyagok fizikai jellemzői is. Nem volt elsőrendű cél az előírások és szabványok javaslatainak betartása, hanem az éppen elérhető építőanyagok és a rendelkezésre álló építési technológia lehetőségei szerint épültek az épületek. A meghatározott lakóépület típusok esetében elemeztem a fűtési energiaigényt figyelembe véve a 2002, 2012 és 2022 években érvényben lévő a határolószerkezetekre vonatkozó követelményeket, illetve javaslatokat. - Az Országos Meteorológiai Szolgálat adatbázisában elérhető napi átlaghőmérsékleteket elemeztem 1930-2020 időintervallumban, melyet három 30 éves időszakra bontottam. Szeptember 1 és Április 30 közötti időszakot vizsgálva felrajzoltam a minimum hőmérséklet görbéket és megállapítottam, hogy a minimum értékek esetében a legkisebb hőmérséklet is nagyobb, mint a jelenleg érvényben lévő 15 C méretezési hőmérséklet. Azonban a 15 C méretezési értékhez viszonyítva a különbségek a három 30 éves időszakra vonatkozóan növekednek. - Páros t-próba szignifikancia vizsgálatot végeztem és megállapítottam, hogy p=0,05 szignifikancia szint mellett Debrecenben az 1931-1960 időszakhoz viszonyítva a minimumhőmérsékletek 1961-1990 időszakban szignifikánsan nagyobbak, továbbá az 1961-1990 időszakhoz viszonyítva az 1991-2020 időszakban a minimumhőmérsékletek szintén szignifikánsan nagyobbak. - Az 1991-2020 időszakban Debrecenben mért napi átlaghőmérsékletek alapján kidolgoztam és elkészítettem a hőfokgyakorisági görbét. Az elmúlt közel másfél évtizedben számos épület energetikai felmérését és elemzését végeztem el. Rendelkezésemre állt 1200 épületenergetikai elemzés, melynek adatait feldolgoztam és Debrecenben 236 családi ház, 115 panellakás és 118 téglafalazatú társasházi lakás, továbbá Hajdú-Bihar vármegyében (kivéve Debrecent) 372 családi ház energetikai adatai álltak rendelkezésemre. Az energetikai számítások a WinWatt 32 7.63 szoftverrel készültek, ami integrálja a 2023-ban visszavont 7/2006 épületenergetikai rendelet számítási módszerét. Az épületenergetikai számítási módszer 2023. novemberben változott, de a kutatási munkám során a 2023. júliusig elvégzett energetikai számításokat vettem figyelembe. Mindez a számítások pontosságát és az eredményeket érdemben nem befolyásolja. Az energetikai számítás adatait statisztikai feldolgozását ORIGIN LAB 9.55 szoftver segítségével végeztem el. 2010-2019 között és 2020-2023 között épült csoport. A debreceni családi házak elemzése során az alábbi következtetésekre jutottam: - Az új épületek fajlagos hőveszteségtényezője, valamint a fajlagos fűtési energiaigény az elmúlt 90 év során 15,2%-ra, illetve 18,5%-ra csökkent. - A vizsgált épületek többségét legalább egyszer már felújították hőtechnikai szempontból, mivel a hőszükséglet az elméleti értéknél 27,6-41,4%-al alacsonyabb. - Az épületeket jellemző A/V tényező folyamatosan csökkent az évtizedek során. Ennek több oka is lehet. Lehetséges, hogy az építészek a tervezés során figyelmet fordítanak arra, hogy az alacsonyabb A/V tényezővel rendelkező épületek kisebb energiaigénnyel rendelkeznek. Másik legehetséges ok, az egyre nagyobb igények miatt egyre nagyobb alapterületű, többszintes épületek épülnek, melyek alacsonyabb A/V aránnyal rendelkeznek. - Debrecenben a családi házak nettó fűtött alapterülete p=0,05 szignifikancia szint mellett szignifikánsan növekedett az évtizedek során, míg a fajlagos fűtési energiaigény p=0,05 mellett szignifikánsan csökkent. - A felhasználói szokások jelentősen befolyásolják az épületek hőfelhasználásából származó energiaigényt. A vizsgált épületek esetében a belső léghőmérséklet 20 C helyett 26 C-ra történő beállítása 26%-al növelte a széndioxid kibocsátást. Ugyanakkor a használati melegvíz előállításra fordított kevesebb hőfelhasználás miatt a valós széndioxid kibocsátás az elméleti értéknél 38,2%-al kisebb. - Családi házaknál a hőszivattyúk és a napelemes rendszerek együttes alkalmazása a hőfelhasználás vonatkozásában optimális esetben éves mérlegben (szaldós elszámolást feltételezve) nulla széndioxid kibocsátást eredményezhet. - A javasolt dekarbonizációs csomagok alkalmazásával Debrecenben az éves széndioxid kibocsátás 289746 tonna/a értékkel csökkenthető (ez 73%-os csökkenést elent). A debreceni társasházi lakások, illetve a Hajdú-Bihar vármegyei (Debrecent nem ideszámítva) családi házakat is elemeztem és így a csoportok között vizsgálhattam az eltéréseket. Felmerült a kérdés, hogy vannak-e, és ha vannak milyen mértékűek az eltérések a nagyvárosi (Debrecen) és vidéki épületek jellemzői között? Az alábbi következtetéseket vontam le: - Hajdú-Bihar vármegyében úgy a nagyvárosi, mint a vidéki környezetben a családi házak A/V tényezője csökken az évtizedek során, viszont Debrecenben a csökkenés nagyobb mértékű. A nettó fűtött alapterület úgy Debrecenben, mint a vidéki településeken növekszik, azonban a növekedés jelentősebb a nagyvárosban. Páros tpróba alkalmazásával bizonyítottam, hogy p=0,05 szinten a debreceni és a vidéki családi házak közötti különbség szignifikáns, úgy az A/V, mint a fűtött alapterület vonatkozásában. - Hajdú-Bihar vármegyében a vidéki családi házak esetében az 1959 előtt, illetve a 2020 után épült épületek fajlagos hőveszteségtényezői közötti arány 6,7 Debrecenben, és 5,4 vidéki épületekben. Ugyenez az arány a nettó fajlagos fűtési hőigény esetében 5,4 a debreceni családi házak esetében és 4,5 a vidéki családi házak esetében. A trend tehát hasonló a két csoportban, azonban ezek a paraméterek szignifikánsan nagyobbak a vidéki családi házak esetében. - Hajdú-Bihar vármegyében a fajlagos széndioxid kibocsátások aránya 5.3 Debrecenben és 3.5 vidéki családi házak esetében. Páros t-próba alkalmazásával bizonyítottam, hogy p=0,05 szinten a debreceni és a vidéki családi házak közötti különbség nem szignifikáns a fajlagos széndioxid kibocsátás vonatkozásában. Megállapítottam, hogy a debreceni családi házak hőtechnikai és energetikai paraméterei jobbak, azonban a fajlagos széndioxid kibocsátás esetében a különbség nem szignifikáns. Ez annak tudható be, hogy 2000-ig vidéken inkább a tűzifa és a biomassza az elterjedt energiahordozó, nagyvárosban azonban a földgáz. Az új építésű épületekben úgy a vidéki, mint a nagyvárosi épületekben egyre nagyobb a hőszivattyúk aránya. - Debrecenben a téglafalazattal rendelkező többlakásos családi házak esetében a vizsgált időintervallumban a fajlagos hőveszteségtényező csökkenése 3,5-szörös, a nettó fűtési hőigény csökkenése 3,7-szeres a fajlagos széndioxid kibocsátás csökkenése pedig 2,8- szoros. Összehasonlításban a debreceni családi házak jellemzőivel, megállapítottam, hogy a p=0,05 szinten a különbségek csak a fajlagos hőveszteségtényező esetében szignifikánsak. A vidéki családi házakkal történt összehasonlításban, p=0,05 szinten a fajlagos hőveszteségtényezők és a fajlagos nettó fűtési energiaigények közötti eltérések is szignifikánsak. - Az építés időpontjában (1970-1989) Hajdú-Bihar vármegyében a panelépületek a legjobb hőtechnikai és épületenergetikai jellemzőkkel rendelkeztek. Ezek az épületek túlnyomó részben távfűtési rendszerre kapcsolódnak. A távfűtési rendszerek azonban nagy mennyiségű segédenergiát igényelnek, illetve jelentős hőveszteséggel endelkeznek. Ez miatt összességében az energiahatékonyság és a széndioxid kibocsátás vonatkozásában is a panelépületek jelenleg az utolsó helyen állnak a vizsgált épülettípusok között. - Úgy a vidéki, mint a nagyvárosi családi házak esetében, hőszivattyús hőtermelés és megfelelően méretezett energiatárolós napelemes rendszer alkalmazásával (tehát a napjainkban ismert és elérhető technológiák alkalmazásával) elérhető a nulla széndioxid kibocsátás és akár a pozitív éves energiamérleg is. Ez megvalósítható a téglafalazattal rendelkező többlakásos társasházak esetében is, azonban a panelépületeknél úgy az energiamérlegnek, mint a fajlagos széndioxid kibocsátásnak is van egy alsó határa, melynél a jelenleg ismert technológiák mellett ezek a paraméterek nem csökkenthetők tovább. Napjainkban, úgy az új építésű, mint felújított épületek esetében is széles körben alkalmazzák az alacsony hőmérsékletű sugárzó fűtési megoldásokat. Ezek a szakirodalom szerint számos előnnyel rendelkeznek a hagyományos radiátoros fűtésekkel szemben, így jobb hőérzetet biztosítanak alacsonyabb energiafelhasználás mellett. A szerkezetbe épített fűtőrétegek elemzésére alkalmas meglévő számítási modellt laboratóriumi mérésekkel és szakfolyóiratokban publikált mérési eredmények alapján validáltam. Ennek felhasználásával arra következtetésre jutottam, hogy a határolószerkezetbe épített alacsony hőmérsékletű fűtési módok esetében a teljes energiafelhasználás meghaladja a hagyományos radiátoros fűtési mód energiaigényét. Felmerült a kérdés, hogy mennyiben befolyásolja a teljes fűtési energiaigényt a helyiség mérete, az üvegezési arány, a tervezési léghőmérséklet valamint a határolószerkezetek hőtechnikai minősége, ha azonos operatív hőmérsékletet biztosítunk a fűtött térben? A kutatások elvégzése után az alábbi következtetésekre jutottam:  Az alacsony hőmérsékletű sugárzó fűtések esetében az operatív hőmérséklet magasabb, mint a radiátoros fűtések esetében. A két operatív hőmérséklet közötti különbség azonban nem állandó a fűtési idény során, mivel a magasabb külső hőmérsékletek mellett a radiátoros fűtés esetében növekszik, az alacsony hőmérsékletű sugárzó fűtések esetében pedig csökken az operatív hőmérséklet. Ahhoz, hogy azonos operatív hőmérsékletek alakuljanak ki a kétféle fűtési mód esetében, a radiátoros fűtés esetében növelni kell a léghőmérsékletet. A léghőmérséklet növelését a fűtőtest felületi hőmérsékletének növelésével érjük el. A léghőmérséklet növelésével azonban a helyiség szerkezeteinek belső felületi hőmérsékletei is növekednek. Ennek megfelelően az operatív hőmérséklet növelését a levegő és a közepes sugárzási hőmérsékletek együttes és egymástól függő növelésével érjük el. A radiátoros fűtés esetében tehát az operatív hőmérsékletek növelését csak többletenergia bevitellel érhetjük el. A többletenergia függ a helyiség-geometriától, a határolószerkezetek hőtechnikai minőségétől, az üvegezési aránytól és a belső léghőmérséklet tervezési értékétől is. A többletenergia bevitel átlagos értéke 3,07% (SD=1,03) a vizsgált 432 esetben. - Az alacsony hőmérsékletű fűtés esetében a helyiségbe leadott hőmennyiség jelentősen kisebb, mint a radiátoros fűtés esetében. Ugyanakkor az épületszerkezetbe beépített fűtőrétegek nem csak a fűtött helyiség irányába, hanem a szomszédos tér felé (ami lehet belső vagy külső, fűtött vagy fűtetetlen) is adnak le hőt. Amennyiben a leadott hő egy része a külső térbe irányul, a rendszer hőveszteségeként kezelhetjük. A vizsgált 432 különböző esetben a kombinált padló-mennyezetfűtési mód összes hővesztesége a rendszer teljes hőigényének 40,71%-a (SD=5,3). - Azonos operatív hőmérséklet mellett, ha összehasonlítjuk a teljes fűtési hőigényt radiátoros és a kombinált padló-mennyezetfűtést feltételezve a 432 különböző esetben, akkor megállapíthatjuk, hogy az alacsony hőmérsékletű sugárzó fűtésnek nagyobb a teljes hőigénye, mint a radiátoros fűtésnek. A kombinált padló-mennyezet fűtési mód esetében a teljes hőigény átlagosan 4,71%-al (SD=1,25) haladja meg a radiátoros fűtési mód teljes hőigényét. - A határolószerkezetbe beépített fűtőrétegek esetében, a fűtési szezon hossza azonos, mint a radiátoros fűtési módban, azonban miután elindul néhány napig elegendő a léghőmérséklettel azonos felületi hőmérsékletet biztosítani a fűtött térben, mivel a helyiség hőveszteségei csökkenek (hőgát), de a hőnyereségei nem változnak. Ennek megfelelően a hőnyereségek néhány nappal tovább képesek fedezni a helyiség hőveszteségeit. A vizsgált 432 különböző esetben azoknak a napoknak a száma, melyek során a beépített fűtőréteg gyakorlatilag hőgátként (thermal barrier) működött 8 és 56 között változott. A hosszabb hőgát üzemmód a nagyobb méretű helyiségekben alakult ki, melyek jobb hőtechnikai minőségű határolószerkezetekkel rendelkeztek.

magyar

PhD, doktori értekezés

application/pdf

application/pdf

application/pdf

143

application/pdf

application/pdf

application/pdf

https://hdl.handle.net/2437/399674