Az “Induljunk el a kályhától” cikksorozat a MACSOI kályhás szakújságban jelent meg az évek során folyamatosan.
Ezekben a cikkekben a hőtannal, a termodinamikával foglalkozunk, hőfolyamatokkal összefüggő legáltalánosabb törvényszerűségeket és ezek fizikai alapjait – hőmérséklet, hő, energia, hőátadás fogalmát – ismertetjük.
Jóllehet e témák feldolgozása során több kötetnyi szakirodalmat lehetne közzétenni, nyilvánvaló, hogy sorozatunkban – terjedelmi korlátok miatt – csak az alapfogalmak kifejtésére szorítkozunk. Fontos célunk azonban, hogy a törvényszerűségek leírását és magyarázatát gyakorlati kontextusba helyezzük.
A Cikksorozat eddigi cikkei:
- A hőtan történeti áttekintése
- Hőtani alapfogalmak 1. – Hőmérséklet, hőmennyiség (hő)
- Hőtani alapfogalmak 2. – Hőtágulás, hőmérők
- Hőtani alapfogalmak 3. – Hőközlés, hőterjedés
- Hőtani alapfogalmak 4. – Égés, tűzelőanyagok
- Tanácsok a kandallótűzterek kiválasztásához
Hőveszteség kiszámítása / Hőtani számítások – Egy kis lecke kályha gyanánt, hogy legyen honnan elindulni
A „Hőtani alapfogalmak” címmel közölt cikksorozatban ismertettük a szakmában használatos és fontosabb anyagok fizikai jellemzőit, illetve a hőtanban használt fizikai mennyiségek jelzéseit és mértékegységeit. Most ezek felhasználásával kísérletet teszünk egy példa kapcsán az eddig tárgyalt témakörben, az adott képletek alapján a kapcsolódó számítások metodikájával megismerkedni.
Hőveszteség kiszámítása
Példa: Tételezzük fel, hogy egy étterem teraszának oldalfalán 1,5 m magas és 8 m hosszú ablakot terveztek. A hőmérséklet egy téli napon a szabadban -10°C, míg a beltérben 20°C. Mennyi a hőveszteség az ablaküvegen keresztül 1 óra alatt, ha az üveg vastagsága 6 mm?
- λ (lamda) üvegre vonatkozó értékét táblázatból keressük ki,
- a ΔT (delta T) a hőmérsékletek algebrai különbsége.
- Az ablakon átfolyó hőáramot a hővezetési egyenlet alapján számíthatjuk ki.
Az 1 óra alatti hőveszteség kiszámítása:
Ha a vonatkozó költségeket akarjuk kiszámítani, illetve a hőveszteség pótlásához szükséges hőmennyiséget, akkor más mértékegységet kell használni. A hőáramot számoljuk kW-egységben, a hőveszteséget kWh-ban.
Illetve, vajon valóban ilyen elképesztően nagy hőveszteséget okoz téli hidegben a tökéletesen zárt egyrétegű ablak?
Példánkban azt feltételeztük, hogy az ablak belső felületén a hőmérséklet 20°C, míg a külsőn -10°C. Ez csak akkor igaz, ha az üveg mindkét oldalán erős légmozgás lenne. Ellenkező esetben az üveg belső felületének környezetében sokkal hidegebb a levegő, mint a szoba hőmérséklete. Ugyanígy az üveg külső felületén is van egy vékony légréteg, amely melegebb -10°C-nál.
Azt állapíthatjuk meg, hogy a valódi hőmérséklet-különbség – ΔT – nem 30°C, hanem csak 10°C. Tehát a valódi hőveszteség „csak” harmada az előbb számított értékeknek.
Vagyis: az előbb használt képletek szerint:
A levegő hővezetési tényezője (λ = 0,024) 30x kisebb, mint az üvegé (λ = 0,8). Vagyis ha két 3 mm-es üveglapot egymástól 6 mm-es távolságra rögzítünk (termoplán üveg), akkor a hőveszteséget durván harmincad részére csökkenthetjük.
Fentiekből milyen következtetéseket vonhatunk le:
- A hőveszteség számítása nem egyszerűsíthető le pusztán a képletek formális használatára. Ennél jóval bonyolultabb és összetettebb egy adott feladat megoldása.
- Könnyen rájöhetünk arra, hogy szeles időben miért nagyobb a hőveszteség lakásunkban. Nem helyes az a laikus magyarázat, hogy „kifújja a meleget a szél”. A valódi magyarázat az, hogy a külső ablak és falfelületet határoló melegebb levegőréteget eltávolítja a fal és üveg síkjától az intenzív légmozgás és helyébe folyamatosan a külső környezet hideg levegője kerül. Nő a hőmérséklet-különbség (ΔT) és ezzel egyenes arányban a hőveszteség. Ez a magyarázata annak, hogy mi is hidegebbet érzünk szeles időben, mint szélcsendben. Érdemes elgondolkodni, hogy helyes-e a fűtőtesteket az ablak alá helyezni? Szerintem csak helykihasználás szempontjából érdemes, egyébként nem, mert növeli a hőveszteséget. Hiszen az ablak síkja előtt a fűtés során folyamatosan áramoltatjuk a meleg levegőt, ami úgyszintén növeli a külső és belső hőmérséklet-különbséget (ΔT), s ezzel egyenes arányban a hőveszteséget.
- Elképesztően nagy a hőveszteség az egyrétegű üvegablak esetében, amint a fenti számításainkból tapasztaljuk. Ugyanakkor arányait tekintve a kétrétegű üvegablak nagyságrendekkel, az adott példa szerint harmincszor jobb hőszigetelő, mint az egyrétegű ablak. Megjegyzendő, hogy ugyanezen okok miatt célszerű a téli többrétegű öltözködés. Nem véletlen, hogy rendszeresen hangsúlyozzuk különféle szakmai fórumokon, miszerint a levegőnél jobb hőszigetelő nincs.
A fenti példával pusztán apró részletét kívántuk megvilágítani a hőveszteség kiszámításának összetett problematikájának. A kandalló- és kályhaépítés gyakorlatában azonban nincs is szükség bonyolultabb számítások elvégzésére, ezt a feladatot lehetőleg bízzuk szakképzett épületgépészekre. Azonban a beépítő szakmabelieknek is rálátásuk kell legyen az épület adta körülmények és a hőszükséglet összefüggéseire.
Írta: Gyergyay Csaba, okleveles gépészmérnök
