Hogyan befolyásolhatjuk otthonaink hőmérsékletét? - A klímaváltozással egyre többször kell szembenéznünk extrém időjárási szituációkkal, szárazságokkal, hőhullámokkal. Vajon a nem erre tervezett épületek hogyan birkóznak meg ezekkel a helyzetekkel? A BME-vel közös cikkpályázatunk most következő részében egy olyan kutatásról olvashatnak, melynek keretében egy évig monitorozták egy panellakás adatait.
A cikk a BME, a ProProgressio Alapítvány és az Élet és Tudomány közös cikkpályázatára érkezett a hallgatói kategóriában.
A hogyan a vonalkódok a termékről, úgy a „klímacsíkok” is értékes információkat adnak Földünk felmelegedéséről. A klímacsíkok olyan vizuális eszközök, amelyek ábrázolják a Föld hőmérsékletének változását az idő múlásával, és segítenek, hogy jobban megértsük a klímaváltozás hatásait. Egy ilyen klímacsík látható ábránkon, mely az OMSZ (Országos Meteorológiai Szolgálat) adatait felhasználva készült Budapestről. Egészen 1870-től tartalmazza az évi középhőmérséklet értékeit és egymáshoz képest, hosszútávon mutatja meg a trendeket. Jól látható, hogy a 2000-es évek után egyre magasabb a középhőmérséklet értéke.
Sok kutatásban szerepet kap ez a felmelegedés, és ennek a hatásai. A klímaváltozás hatással lehet az egészségünkre, kockázatot jelenthet főleg a nyári időszakban, amikor egyre több hőhullámot tapasztalunk. Ez a jelenség épületeink belső komfortját is befolyásolja, hiszen az épületek kortól, építéstechnológiától, illetve a felhasznált anyagoktól függően másként viselkednek, másképp melegszenek fel.
A felmelegedés függ az embertől is.
Légkondicionáló berendezést vásárol és üzemeltet – ezzel is növelve az üzemeltetési költségeket –, ha pedig nem ezt az utat választjuk, akkor a szokásainkkal tudjuk befolyásolni az épület felmelegedését: azzal például, hogy hogyan szellőztetünk és mikor, milyen árnyékoló berendezéseink vannak és hogyan használjuk őket, illetve számos egyéb tényező is befolyásolja a belső hőmérsékletet (pl. ventillátor, belső nyereségek). Ezt legpontosabban monitoringrendszerrel tudjuk számszerűsíteni. Ennek a legegyszerűbb példája egy digitális hőmérő vagy időjárásállomás – ami sok otthonban ma is jelen van – , és érdemes megfigyelni rajta, hogy a különböző szokásaink (pl. teregetés, mosás, szellőztetés) és a külső időjárás milyen hatással vannak otthonunk viselkedésére. Részletesebb módon, kutatási céllal pedig ettől némileg eltérő, több adat mérésére és rögzítésére képes rendszereket tudunk fejleszteni. Ezek pedig már nemcsak a hőmérséklet és páratartalom kijelzésére képesek, hanem például szén-dioxid-koncentrációt is mutatnak és rögzítenek, illetve tudjuk monitorozni a szellőztetés típusát (bukó, nyíló ablakok) és a meglévő redőny pozícióját, használatát is. Ilyen módon, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki Karán, ÚNKP-kutatás keretein belül vizsgáljuk egy budapesti panellakás nyári felmelegedését, illetve viselkedését egy teljes éven keresztül.
Azért esett a választásunk paneles épületre, mivel ezek sérülékenyebbnek és sokszor elavultabbnak számítanak más típusú épületekhez képest.
Szenzorhálózat telepítése
A választott lakásban először egy LiDAR-szkenneres felmérést készítettünk. A technológia alapja az eszköz által kibocsátott lézersugár visszaverődési idejének mérésén alapul, mellyel 3D-s modellt tudunk létrehozni a vizsgált tárgyról. Az ilyen eljárások használata korábban nem volt mindennapos, viszont ma már akár egy telefonban vagy tabletben is megtalálható egy egészen jó felbontású LiDAR-szenzor, így egyre jobban beépülnek a mindennapi használatba. Az így elkészült 3D-s modell segített a mérőrendszer precíz megtervezésében és előszerelésében, ami után az általunk fejlesztett wifis szenzorok kerültek a lakásba és elindítottuk a méréseket. Az alábbi ábrán látható mérőegységeket helyeztük el a lakás bizonyos pontjain (van elemes, illetve hálózatról működő is), melyek teljesen automatikus működésűek. A szenzorhálózat rögzíti és továbbítja az adatokat a felhőbe, így már a mérés pillanatában láthatjuk azokat egy online felületen keresztül. Az adatokat el is tároljuk, így később részletesen is kiértékelhetjük az eredményeket.
Adatok elemzése
Az adatok elemzése során legegyszerűbben időben ábrázoljuk a mérési eredményeket, ez látható következő ábránkon, amely a 2022. augusztusi eredményeket mutatja. Itt megfigyelhető a külső, erkélyen mért hőmérséklet mellett a négy vizsgált szoba is. Egy ilyen idősorral már látható, hogy melyik napok voltak kritikusabbak a hőmérséklet szempontjából. Az átlaghőmérséklet minden szobában meghaladta a 26 °C-ot augusztus hónapban.
A maximálisan mért értékek pedig minden szobában magasabbak voltak mint 30 °C. Összességében a kis hálószoba melegedett fel leginkább, itt 33,8 °C volt a maximális mért hőmérséklet. Az erkélyen mért értékek segítenek abban, hogy meghatározzuk, milyen légállapot (hőmérséklet, relatív páratartalom) van az épület közvetlen környezetében, ám későbbi szimulációkhoz vagy egyéb vizsgálatokhoz mindenképp érdemes egy saját időjárásállomást telepíteni az épület közelében, így pl. az épületszerkezetek hőtároló képessége nem tudja majd befolyásolni a mért értékeket.
Az erkély mérései alapján augusztus első hete kifejezetten meleg volt, és ezt a felmelegedést a lakás hőmérséklete is gyorsan követte. A teljes hónap értékei alapján látszik az, hogy a napi hőmérséklet ingadozás a lakásban is jól megfigyelhető; lehűlések esetén (pl. augusztus 20-a után) megfelelő szellőztetéssel a lakás hőmérséklete is viszonylag hatékonyan csökkenthető.
Felmerülhet azonban kérdés, hogy a túlmelegedést hogyan lehet pontosan számszerűsíteni. Ehhez különféle módszert/skálát használhatunk: mondhatjuk például azt, hogy egy adott határérték felett már nem tekintjük komfortosnak a hőmérsékletet. Nemcsak az számít, hogy mekkora ez a határérték, hanem az is, hogy az adott hőmérsékletet milyen hosszan léptük túl.
Ehhez az ODH 26 -indikátort választottunk, amely megmutatja, hogy a belső hőmérséklet mennyivel és hány órán keresztül lépte túl a 26 °C-ot. Így egyetlen értékkel tudunk jellemezni és összehasonlítani szobákat, lakásokat és épületeket. Ehhez minden órában értékelni kell a belső hőmérséklet átlagértékét, megvizsgálni, hány fokkal volt magasabb a hőmérséklet, majd a végén összeadva az értékeket, megkapjuk az indikátort adott időszakra vonatkoztatva Kelvin × óra mértékegységgel.
A vizsgált lakás esetében augusztus hónapra az indikátorok értéke: 658 Kh a nappaliban, 1098 Kh a konyhában, 1233 Kh a nagy hálószobában és 1318 Kh a kis hálószobában. Megfigyelhető, hogy az indikátor értéke bizonyos szobák esetében kétszeres is lehet. Látható továbbá, hogy a vizsgált épület kis hálószobájában főleg augusztus elején és augusztus 20-a után kellemes hőmérséklet volt, nem, vagy csak nagyon kis mértékben lépte túl a hőmérséklet a 26 °C-ot. Viszont augusztus 6. és augusztus 16. körül egészen magas volt a hőmérséklet, akár a 31 °C-ot is elérte a szobában, ez pedig semmiképp sem tekinthető komfortosnak. Az is megfigyelhető, hogy a túlmelegedés nemcsak napközben lehet jelentős, hanem az éjszakai órákban is, amennyiben a külső hőmérséklet nem tud kellően lecsökkenni, vagy nem tudunk hatékonyan szellőztetni a lakásban.
A hőmérsékleten túl érdemes foglalkozni a felhasználói szokások hatásával is. A fenti ábrán látható az ablaknyitás mellett a hőmérséklet és a szén-dioxid-koncentráció is. Megfigyelhető, hogy szellőztetni alapvetően akkor érdemes, amikor a külső levegő hőmérséklete már hidegebb, mint a belső. Ezekben a pontokban láthatjuk, hogy ablaknyitást követően a belső levegő hőmérsékletét hatékonyan tudjuk csökkenteni, ám ennek hatása leginkább a nyitott ablak mellett érvényesül, ablakcsukást követően a már átmelegedett falaink és szerkezeteink nem tudnak tovább hűlni, így valamennyire megemelik a belső hőmérsékletet.
Augusztus 9-én 11 órától pedig azt is látjuk, hogy a meleg időszakban történő ablaknyitásnak kedvezőtlen hatása van, így beengedjük a meleget a szobába.
Emellett mindenképp érdemes kicsit kitérni a CO 2 -koncentrációra is.
Ugyanis a szellőztetés nem csak a hőmérséklet csökkentése szempontjából fontos. Ez a fő módja a szén-dioxid- és más belső szennyezőanyag-koncentráció csökkentésének a lakáson/épületen belül. Mivel ezt általában nem mérjük a hétköznapok során, így nehéz lehet meghatározni, mikor érdemes emiatt szellőztetni. Az olyan tevékenységek, amelyek CO 2 -termeléssel járnak, pl. gáztűzhelyen való főzés (különösen, ha több órán keresztül készül az étel) vagy ha több ember tartózkodik a lakásban, nagymértékben meg tudják emelni a koncentrációt, főleg akkor, amikor nincs nyitva ablak és a szellőzés nem biztosított. A magas szén-dioxid-koncentráció szintén kedvezőtlen élettani hatásokkal jár együtt, illetve hozzájárulhat a beteg épület szindróma (SBS – sick building syndrome) kialakulásához is. Elmondható, hogy 1000-1500 ppm felett már előfordulhat fejfájás, álmosság, koncentrációzavar a magas széndioxid-szint miatt. Tipikus példa az éjszakai időszak lehet, hiszen egy csukott ajtó és ablak mellett, a személyek számától és a szoba méretétől függően akár 5000 ppm értékig is felmehet a CO 2 -koncentráció. Nyáron ez kevésbé fordul elő, mivel sokan nyitott ablak mellett alszanak, vagy kihasználják a hűvösebb időt a szellőztetésre, mindenképp érdemes lehet erre figyelni.
Az őszi és téli időszakban a vizsgált lakásban is tapasztaltuk ezt, többször is előfordult az éjszaka során 4-5000 ppm érték.
Összességében elmondható, hogy akár mérés nélkül is, gáztűzhelyen való főzésnél használjunk szellőztetést/elszívó berendezést, ébredés után is szellőztessünk, illetve ha van lehetőség, ne csukjunk be minden belső ajtót alvás közben, ugyanis ez is segít abban, hogy ne dúsuljon fel túlságosan a széndioxid a szobában.
Újrakalibrált modellek
A korábban bemutatott monitoring méréseket érdemes kiegészíteni számítógépes szimulációs eljárásokkal is.
Ennek során az épületet három dimenzióban modellezzük, megadjuk az eljáráshoz szükséges paramétereket. Ilyen például a külső időjárás, az épületszerkezetek anyaga vagy a felhasználói szokások, a lakók száma, majd megvizsgálhatjuk az épület működését ezen feltételek mellett. Ilyen eljárást bármilyen valós vagy tervezett épület esetén használhatunk, de ha vannak monitoring mérési eredményeink, az nagyban segíti a folyamatot. Egyrészről könnyebben beállíthatók és közelíthetők a hiányzó paraméterek, másrészről segítségükkel kalibrálhatóak a modellek, tehát a szimuláció eredményei közelebb állnak majd a valósághoz, mintha mérések használata nélkül készítettük volna, hiszen egyébként sok bizonytalanság lehet a modellben. Fontos, hogy az így kalibrált modellel számos opciót megvizsgálhatunk, legyen ez új felhasználó viselkedés, épületfelújítási lehetőségek, az így kapott eredmények megbízhatók lesznek és segítenek az optimális döntés meghozatalában.
A cikkben bemutatott mérések folytatódnak, mellyel várhatóan értékes adatokat nyerünk az épület viselkedéséről, illetve elkészül az említett 3D-s modell is, amit a monitoring mérésekkel kalibrálni tudunk és további vizsgálatokat végezhetünk.
Ez az ÚNKP kutatás segít abban, hogy jobban megismerjük a paneles épületek működését és viselkedését a megváltozott klíma mellett és további kutatások során is felhasználhatjuk a kapott adatokat.
Szagri Dóra
A kutatás a Kulturális és Innovációs Minisztérium ÚNKP-22-3-II-BME-44 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból finanszírozott szakmai támogatásával készült.
Forrás: Élet és Tudomány