logo

XX September AD

A polgárvárosi nagy közfürdő déli részének fűtése

Nézzük meg, hogy az eddig leírtak, hogy valósultak meg konkrétan a polgárvárosi nagy közfürdőben, első lépésként annak déli épületrészé-ben, annak is utolsó építési periódusában. Azaz, hogyan működött ez a fürdőrész. A kutatás célja, hogy meghatározzuk, milyen volt a fűtés hatásfoka, mekkora volt a caldarium fűtéséhez szükséges hőmennyiség és ehhez milyen mennyiségű tüzelőanyag kellett.

A kiindulási alapok:

A hő spontán módon mindig a melegebb helyről a hidegebb hely felé áramlik (a termodinamika 2. főtétele). A hőenergia terjedése annál intenzívebb, minél nagyobb a hőmérséklet különbsége. Ha nincs hőmérsékletkülönbség, a hőenergia nem áramlik egyik irányba sem.

A hő terjedésének alapvetően három módja van:

1. Szilárd építőanyagokban a hő hővezetés (kondukció) útján terjed.

2. Gázokban (levegő, füstgáz), folyadékokban (víz) hőáramlás (konvekció) útján terjed.

3. Hősugárzás (radiáció) útján (pl. napsugárzás).

A szilárd test és gáz vagy szilárd test és folyadék határoló felületén úgynevezett hőátadás történik, ami hősugárzás és hőáramlás együttese. Nagy gyakorlati jelentősége van a hőátbocsátásnak is, vagyis annak, amikor a hő légnemű közegből hőátadással szilárd falba jut, azon hővezetéssel keresztülhalad, majd a fal másik oldalán hőátadással ismét légnemű közegbe kerül.

Mit jelentenek ezek a fogalmak egy római fürdő hypocaustum fűtésénél? A forró füstgázok a kémények keltette huzat hatására a hypocaustum térben és a tubulatióban szétáramolnak a kémények felé. Áramlásuk során felmelegítik a szilárd határoló felületeket (hőátadás), azaz a hypocaustum tér padlóját, oldalfalait, a pilléreket, a lebegő padlót és a tubulusokat. Ezekben a szilárd határoló építőelemekben a hő hővezetés útján terjed tovább. A szilárd építőelemeknek a felületéről ismét hőátadás történik, egyfelől a fürdőhelyiség levegőjébe, másfelől a szabad tér levegője felé. Az előbbi a hasznosuló energia, az utóbbi pedig hőveszteség. Ezen kívül további hőveszteségek jelentkeznek a tűzifa tökéletlen égéséből (a visszamaradó szén), a tűzifa nedvességtartalmának elpárologtatásából (párolgáshő), a kazán falán keresztül, a hypocaustum padlóján és oldalfalán keresztül.
Veszteség a kéményen át távozó füstgáz maradék hője és a szellőztetéssel távozó hő is. Hőenergiát fordítottak a praefurnium felett elhelyezett bojlerben a víz melegítésére is, amely részben hasznosult (meleg víz), részben hőveszteség volt a bojler falán át leadott hő miatt. A hypocaustum fűtésen kívül járulékos hőforrás a helyiség hőmérsékletének emelésénél az ablakokon keresztül a napsugárzás, a medencében lévő melegebb víz hőleadása és a fürdőző emberek hőleadása is.

Az aquincumi polgárvárosi nagy közfürdő déli épületrészében lévő 19. helyiség hőtani számítását Németh István gépészmérnök végezte el. A számítás adatait, folyamatát és eredményeit a mellékelt táblázatban közöljük. A számítást és a fürdő felfűtéséről való hosszú beszélgetéseket, a fűtési folyamat megértését is neki köszönöm. Számításaink alapjául szolgáló adatok részben az épületrész feltárásából ismertek, részben más aquincumi példákról vettük, részben pedig becsült értékek. utóbbiaknál felhasználtuk az experimentális régészet eredményeit, elsősorban a saalburgi hypocaustumos helyiségben végzett próbafűtések, a xanteni Herbergsthermen fűtésének, valamint a sardisi kis római fürdő építése és befűtése során nyert tapasztalatokat és az ott mért értékeket. Munkánk során elsősorban Fritz Kretzschmer, Heribert Hüser, Hans-Christian Grassmann és Fikret Yegül kiértékeléseit, továbbá Hans Lehar, valamint Tahsin Basaran elméleti számításait vettük alapul.

A 19. helyiség (az én elgondolásom szerint caldarium) alapterülete ismert, 5,4x8,4 m. Északi és déli fala 86-90 cm széles, a nyugati 76-78 cm, a keleti 68-70 cm. A felmenő falak magassága is-meretlen. Hans Lehar szerint egy fürdőben a kéménymagasság maximum 3-3,2 m lehetett. Feltételezve, hogy a kémények kivezető nyílásai a falak tetején voltak, a helyiség falainak 3 m-t adtunk meg. A helyiség lefedésének Hajnóczi Gyula javaslata alapján dongaboltozatot feltételeztünk. Mivel Hampel József a nagy közfürdő publikációjában füles téglalapokat is említ, amelyeket szerinte a boltozatok építésére használtak, a kis caldariumban is üreges boltozatot feltételeztünk. A felmenő falak tört mészkőből készültek. A helyiség nyugati falán, annak déli felén nyílt a praefurnium, nyílása trachit kőből készült.

A hypocaustum tér padlóján tégla pillérek sorakoztak. A műemléki helyreállításkor épített tégla pillérek 68-70 cm magasak, ennél azonban eredetileg magasabbnak kellett lenniük, mert a keleti falon lévő hőáteresztő nyílásokat így a lebegő padló részben takarja. igaz, hogy ezek a hőáteresztő nyílások funkciójukat csak az első építési fázisban töltötték be, de nem valószínű, hogy a második építési periódusban (hacsak nem volt ok rá) kicserélték a pilléreket. A téglapillérek tetején 60-62 cm oldalszélességű, 10-12 cm vastag trachitlapok sorakoztak. Ezek tetején terrazzopadló lehetett. Ebben a helyiségben ilyen már nem látható, a nagy fürdőrész caldariumában (11. helyiség) még meglévő terrazzopadló alapján vastagságát 30 cm-re becsüljük és két rétegűnek (durvább és finomabb) gondoljuk.
A helyiség falait körben tubuláltnak feltételezzük. A tubulusok méretéhez az R 2458 leltári számú, nem innen, hanem a Laktanya utcából származó falfűtés téglát vettük alapul. Ennek pontos mérete és tömege segítségével sűrűségét is megbecsültük. A tubulust mészhabarccsal rögzítették a falra, ennek vastagságát a polgárvárosi nyugati közfürdő 1.7.14.2. leltári számú habarcsos tubulus töredék alapján 5 cm-re kerekítettük. A tubulusokból képzett üreges falat vakolták és falfestménnyel díszítették. szintén a polgárvárosi nyugati fürdőből vett falfestményes tubulus töredékek alapján (4-5 cm között mozog, ltsz.: 1.7.13.2., 1.7.12.2., 1.7.11.2.) ezt 5 cm-nek határoztuk meg.
A falak külső oldalán lévő vakolatot Kirchhof Anita szíves szóbeli közlése nyomán 5 cm-nek vettük. Kuzsinszky Bálint a helyiség déli oldalán egy 95 cm széles ablaknyílásról is beszámolt, de az ablak magassága ismeretlen. ugyanő a 19. helyiség bejárataként a nyugati fal északi oldalán egy 80 cm széles nyílást írt le. Az ajtó és ablakmagasságra nem volt adatunk, 210 és 120 cm-esnek vettük.

A caldarium célhőmérsékletének az előző fejezetben leírtak alapján 35°C-ot határoztunk meg. A tepidarium hőmérsékletének tekintett 25°C-ot szintén az általános elgondolások alapján fel-tételeztük. A hypocaustum rendszer különböző szakaszain a füstgáz hőmérsékletére a próba-fűtések során mért értékeket használtuk. Mivel az „Aquincum ókori táj ókori város” című kötet szerint Aquincumban a 3. század elejétől hűvösebb és nedvesebb lett az idő, amely a mai éghajlattól lényegesen nem különbözött, külső hőmérsékletként szélsőséges, de ma reálisan előforduló értékként -13°C-t vettünk. Mivel Aquincum környékén az ókorban tölgyesek voltak, tűzifaként tölgyfával számoltunk.
A számítás során először meghatároztuk a fűtött helyiség határoló falainak hőátbocsátási tényezőit (oldalfalak, padló, boltozat), mégpedig úgy, hogy a tubulált falaknál külön meghatároztuk a falon keresztül kifelé és a tubulus belsejéből a helyiség belseje felé a hőátbocsátási tényezőket. Ezután a hypocaustumnál is meg kellett határozni a hypocaustum térből a talajon keresztül kifelé a hőátbocsátási tényezőt. Ehhez használtuk fel az előzőekben ismertetett ténylegesen meglévő vagy kalkulált adatokat (az összes határoló felület rétegződését, vastagságát és anyagát).
Meghatároztuk a helyiség célhőmérsékletét (amelyre fel kell felfűteni?), és a külső hőmérsékletet. Hans-Christian Grassmann és Tahsin Basaran számításai segítségével feltételeztük a hypocaustumban, a tubulusokban és a szomszédos fűtött és fűtetlen helyiségekben lévő hőmérsékletet. Ezen adatok alapján lehetett egyrészt meghatározni a falakon, a tetőn, a hypocaustum padlóján és a nyílászárókon keresztüli hőveszteségeket, amelyhez Hans-Christian Grassmann és Tahsin Basaran alapján némi szellőzési hőveszteséget is számoltunk.
Másrészt az ismert és kalkulált adatok fel-használásával kiszámoltuk a helyiség levegőjének fűtéséhez szükséges hőmennyiséget. A hőveszteségek és a helyiség fűtéséhez szükséges hőmennyiség együtt adta meg a praefurnium fűtési teljesítmény igényét. Ez egy időegység alatti energiaigény, egy Wattban kifejezett mennyiség. Összesen a caldarium fűtésének hő szükségleteként így 19645 W-ot, közel 20 kW-ot kaptunk. Ezután a tűzifa fűtőértékének segítségével az időegység alatti tűzifaigény is kiszámítható volt. Az elvégzett számítások alapján a déli épületszárny caldariumának fűtéséhez napi 109 kg több évig szárított, 15% nedvességtartalmú tűzifa volt szükséges a leghidegebb téli hónapokban.

Erre a tűzifa mennyiségre a fürdő folyamatos üzemeltetése mellett volt szükség. Egy fürdő felfűtése azonban nagyobb energiafelhasználással (több tüzelőanyaggal) járt és hosszabb időt vett igénybe. Nem véletlenül örült ifj. Plinius, hogy laurentiumi villája közelében három nyilvános fürdő is volt. „Nagy kényelem, ha az ember váratlanul érkezik, vagy olyan rövid időre, hogy nem lehet a fürdőt befűteni.” (epist. II, 17, ford. Muraközy Gyula).

A xanteni fürdőrekonstrukciót hat nap alatt tudták felfűteni a kívánt hőmérsékletre. Ha már felfűtötték a hypocaustum rendszert, az jó hőtárolónak bizonyult, a tüzelőanyag után-pótlásával már könnyebb volt üzemben tartani. A külső hőmérséklet emelkedésével is csökkent értelemszerűen a szükséges tüzelőanyag mennyisége. A xanteni nyári próbafűtés során a felfűtéshez először napi 150 kg tűzifát használtak, amit 100 kg-ra csökkentettek, a célhőmérséklet elérése után pedig 65 kg-ra lehetett redukálni azt. Így nyilván az aquincumi kis caldariumban is nyáron kevesebb tűzifa kellett. A számításaink során kapott számadatok részben valós, ismert adatokon alapulnak, részben becsült számadatokon, tehát csak megközelítő értékek. A számítás tovább pontosítható, de a római fürdők rekonstrukcióiban végzett próbafűtések eredményeivel, illetve a más fürdőkre végzett számításokkal összehasonlítva a kapott értékek reálisnak tűnnek.


Fényes Gabriella


Forrás: Fényes Gabriella: Aquincumi polgárváros nagy közfürdőrendszerének működése és a déli szárny energiafelhasználása