12. Modul elõadás. PTE PMMK Épületszerkezettan tanszék Ökológia az építészetben 2 ESNB v4

12. Modul elõadás Ökológia, fenntartható energetika és a beton Az építészettörténet egyik leglényegesebb fejlõdési szakaszát az elsõ mesterségesen elõállított és heterogén építõanyagnak, a betonnak köszönheti, maradandó hatást gyakorolva a mai korszerû építészeti evolúcióra az ökologikus tervezés terén is. Anyagtani összetevõit tekintve viszont egy nagyon idõs anyaggal állunk szemben, már Kr. e. 12000ben a mészkõhabarcsot, mint építõanyagot írásban feljegyezték, majd ezen tapasztalatokra építve Kr. e. a 2. sz.-ban „opus caementitium”-ot állítottak elõ. Ezzel a római betonnal építõmesteri csúcsteljesítményeket sikerült létrehozni, mint pl. a Római Panteont Kr. u. 118-ban. A Nyugat Római Birodalom bukásával az opus caementitium majdnem 1500 évre eltûnt az építõanyagok porondjáról. A 19. sz. elején, az ipari forradalom kitörésével 1824-tõl, a Portlandcement megjelenésével megindult a beton újkori reneszánsza. Az építõanyagok terén 3 jelentõs innováció, ill. újrafelfedezés született: az üveg, az acél és a vasbeton szerkezetek rohamos fejlõdése. A 19. sz. végén François Hennebique által kifejlesztett vasbeton fokozatosan meghódította az egész világot és a Modern építészeti mozgalomnak köszönhetõen a mai kortárs nemzetközi és hazai építészet meghatározó paraméterévé is vált. A beton ill. vasbeton viszont azon építõanyagok csoportjába tartozik, amely elõállítása a legnagyobb mértékû energiabefektetést igényli más építõanyagokkal, mint pl. fával szemben. Számos pozitív tulajdonsága mellett a beton nagyon magas elõállítási energiafogyasztása különleges figyelmet igényel manapság, mintegy 35 évvel a gazdasági fejlõdés határairól és az energiaforrások végességérõl szóló Római Klub elsõ jelentése és az elsõ olajválság után, hiszen egy épület egész élettartama alatt fûtésre felhasznált energiamennyiség kb. fele az épület szerkezeteiben és anyagaiban rejlik. Az épület elõállítási energiája az üzemeltetési energiamennyiség kb. 20 %-át éri el. Földünk túlnépesedését kiszolgáló beépítési mennyiség ezt a 20 %-ot, mai kondíciók mellett számunkra életveszélyessé tehetik. Az építési tevékenység folyamán fellépõ energia- ás anyagáramlatok kumulált, átfogó vizsgálata folyamán láthatóvá válik ugyanis, hogy az elõállítási energia a ház egész élettartamára vonatkozik, de ma lesz teljes mennyiségében kiadva. Egy olyan korban tehát, mikor energiát extrém környezetromboló módon állítunk elõ, hiszen a kWh energia ill. anyag elõállítása minden esetben CO2-emisszióval jár. Míg ez a piszkos környezetkárosító energia regeneratív energiák segítségével egyáltalán érzékelhetõ mennyiségben harmonizálódik éveknek, évtizedeknek kell eltelniük. A környezetkárosítással felvett versenyben feltevõdik tehát a kérdés, hogy melyik energiát mikor használjuk fel. A válasz pedig az említett, ma és egészében felhasznált, hosszú távra determinált elõállítási energiára mutat.

PTE PMMK Épületszerkezettan tanszék Ökológia az építészetben 2 ESNB 052 220v4

32

12. Modul elõadás Ökológia, fenntartható energetika és a beton A probléma megoldásában a beton – az említett „handycap” ellenére – többféleképpen is képes segítséget nyújtani. A beton, ökológiai szerepét tekintve a legnagyobb mértékben az épületek üzemeltetési energiaszektorában képes egy energiatakarékos és környezettudatos mûködéshez hozzájárulni. A beton fizikai tulajdonságaiból adódóan nagyon jó hõtároló képességekkel rendelkezik. E kulcsfontosságú tulajdonságnak köszönhetõen a betonszerkezetek integrációja az ökologikus építészeti koncepciókban szinte elengedhetetlenné vált: a direkt, ú. n. „passzív” környezeti energiát hasznosító stratégiák mellett, az indirekt, ú. n. „aktív” napenergia használat kombinált változataiban lehet beton anyagú konstrukciókkal találkozni. A passzív, közvetlen napenergia használat elve az építészeti tervezési koncepció, valamint az épületszerkezetek segítségével történõ szolárenergia gyûjtés, tárolás, leadás és elosztás stratégiáján alapszik, mindennemû technikai berendezés nélkül. Betonszerkezetekkel egyfelõl az épületbelsõben, másrészt az épületburokban lehet a belsõ terek klímáját és energiaháztartását szabályozni a szoláris fûtés és hûtés segítségével. Déli tájolású, kompakt épülettömegek, árnyékolás, rétegzett térelrendezés és a hõtároló épülettömegek alkalmazása az antik görög idõkig, Szókratész megaron házáig visszavezethetõek. A hõtároló szerkezeteket, falakat, oszlopokat, födémeket az emberiség már évszázadok óta – tudatosan vagy ösztönösen – hõtermelõként használta. A napsugárzás effektívebb hasznosítása, valamint a meleg kiáramlásának csökkentése céljából a külsõ falak, ill. nyitott árkádok, loggiák, átmeneti terek rétegében szükség van egy termikus választó zónára, mely általában transzparens, többhéjú konstrukciók formájában már fûtõfunkciókat is el tudnak látni. Légkollektorokban, homlokzati légrésekben és termikus pufferzónákban (télikertekben, intenzíven üvegegezett déli tájolású belsõ terekben a beton falak, oszlopok és födémek termikus hõtárolóként mûködnek (az üvegezett részek és a belterek között) és az felvett hõenergiát fáziskéséssel leadják az épületbelsõnek. Az egyik elsõ hõtároló falszerkezet – a megaron üvegezett továbbfejlesztése a légtér redukciójával - Felix Trombe és Jacques Michel nevéhez fûzõdik. Déli tájolású üvegfal, légrés és feketére mázolt betonfal kombinációjából hõtároló szerkezetet fejlesztettek ki, melyet alsó és felsõ részében szellõzõnyílásokkal láttak el a hatékonyság növelése végett. Ha az abszorber hõmérséklete szobahõmérséklet fölé kerül, amely 70 °C hõmérsékletet is el tud érni, konvekciós légáramlat alakul ki, a belsõ teret közvetlenül melegítve. A betonfal magas hõkapacitásának köszönhetõen télen fûtõ, nyáron hûtõhatással pozitív irányba módosítják a belsõ klímát és csökkentik a ház fogyasztását. A nyári napvédelemre feltétlenül fel kell hívni a figyelmet. PTE PMMK Épületszerkezettan tanszék Ökológia az építészetben 2 ESNB 052 220v4

33

12. Modul elõadás Ökológia, fenntartható energetika és a beton A Trombe-fal mûködési elve az 1980-as évek végén megjelenõ ú. n. transzlucens hõszigetelésõ falszerkezetekben, röviden TWD (Transluzente Wärmedämmung) szerkezetekben éli reneszánszát. Modern építészeti koncepció keretében elõször Thomas Herzog Pullachi ikerház homlokzatában alkalmazták prototípusként, a Freiburgi Fraunhofer Társaság Szoláris nergiarendszer Intézet segítségével. A transzlucens, fényáteresztõ hõszigetelés nem csak szigetel, hanem szoláris hõtermelést is szolgálja. Egy transzparens üvegréteg és légréteg mögött helyezkedik el a TWD egy feketére festett betonfal külsõ felületén. Az üvegházhatás, a falra merõleges struktúrájú TWD fényvezetõ hatása és magas hõátbocsátási ellenállása miatt a betonfal abszorbálja a napsugárzást és 95 %-ban hõsugárzássá alakítja. Mivel a TWD kifelé szigetel, a beton felveszi a hõenergiát és vastagságától függõen 6-8, órás fáziskéséssel leadja a meleget a belsõ térbe, egy alacsonyhõmérsékletû felületi falfûtés rendszert kialakítva. Elengedhetetlen ebben az esetben is a külsõ nyári árnyékolás a túlzott felmelegedés elkerülése végett. A TWD anyaga üveg, polymethylmethacrylat (PMMA), polycarbonat (PC) lehet; az utóbbi idõben újranövõ, regeneratív faanyagokból, hullámkarton és fûrészelt sliccezéssel elõállított fa lamellákból is készítenek alternatívákat. A transzlucens épületszerkezetek egyik legújabb szenzációja a Losonczi Áron magyar építész által feltalált „Litracon” (Light Transmitting Concrete) néven bevezetett transzlucens beton, amely finombeton és üvegszálak kombinációjából áll. A 70 %-os fényáttetszõségnek köszönhetõen 20 m-es távolságig vezetik az üvegszálak a fényt. Az optikai szálak kb. 5 tömegszázalék arányban helyezkednek el, így a Litracon statikai tulajdonságai kb. egyeznek a normálbetonéval. 2 mikro mm és 2 mm között választható az üvegszál dimenziója. Különbözõ téglatest és táblaformátumok elõállíthatóak egyéni építészeti igények szerint. Esztétikai értéke és érdekessége mellett ez újfajta építõanyag energetikai tulajdonságai feltétlen felderítõ kutatómunkát és méréseket igényelnek. Fényáteresztõ, transzlucens képessége és hõtároló kapacitása révén pozitív termikus hatással járhat a transzlucens beton klímatudatos építészeti felhasználása. A közvetlen, passzív környezeti energia használat hatásos szerkezetévé válhat.


34

12. Modul elõadás Ökológia, fenntartható energetika és a beton

A beton megjelenése az említett klíma-aktív épületburok szerkezetekben a kutatást egyre újabb energiatudatos anyagokkal és szerkezetekkel való kísérletezésre buzdította. A fakönnyûbeton, (továbbiakban FKB) kompozit-anyag eredete a 19. sz. közepéig nyúlik vissza „fabeton”, „fûrészporbeton” és „forgácsbeton” néven. Az FKB a faipar melléktermékébõl, fûrészporból, forgácsból, cementbõl és additív anyagokból áll. Mivel a max.15 tömegszázalékos arányban felhasznált organikus adalékanyag lényegesen különbözik az anorganikus anyagoktól az FKB újfajta karakterisztikát mutat. Könnyen megmunkálható, fûrészelhetõ, fúrható, szögelhetõ és könnyebb, mint a hagyományos könnyûbeton szerkezetek, ugyanakkor jobb hõszigetelõ. A variálható keverési arány segítségével különbözõ sûrûségû FKB elemeket lehet elõállítani, így az FKB-t mind pozitív hõszigetelõ, mind pozitív hõtároló képességekkel lehet felruházni. A hõvezetési érték 0,15-0,75 W/mK (ñ≈ 610-1710 kg/m³) között variál, tehát kb. a könnyûbeton és pórusbeton értékeivel egyezik. A hõkapacitás 0,9-1,5J/gK értékhatárban tégla vagy beton, ill. mûanyaghab- vagy gyapot hõszigetelés tulajdonságait mutatja. A térfogatra számított hõkapacitás így a normálbeton értékének 60-70 %-át éri el. Az FKB szerkezetû külsõ falszerkezetekkel kb. 15-20 %-al lehet a fûtési energiafogyasztást csökkenteni. Összehasonlítva a könnyûbeton árával az FKB kb. 30-40 %-al olcsóbb, mivel az adalékanyagok, már meglévõ melléktermékekbõl készülnek. Az ökologikus építõanyag könnyen szállítható, szerelhetõ, valamint visszaépíthetõ újabb szerkezetek adalékanyagává. További környezettudatos szempont az FKB kombinációja belsõ és külsõ tömör fa tartószerkezetekkel, növelve az újranövõ anyagok arányát az épületekben. Az FKB és normálbeton szerkezetek lehetõvé teszik az ú. n. masszív-abszorber hybridrendszerek integrációját, melyek Némeországban az 1990-es évek közepére a napkollektorok felületének mennyiségét érték el. A masszív-abszorber rendszerek betonfalakból állnak, melyekbe hõcserélõként mûködõ csõhálózatot helyeztek el. A csõrendszer a környezetbõl, levegõbõl, esõbõl és részben hóból hõenergiát vesz fel. Földalatti hõtároló elemekkel (alapok, alsó födém), valamint hõpumpa segítségével a rendszer az épület teljes fûtési igényét ki tudja elégíteni.


35

12. Modul elõadás Ökológia, fenntartható energetika és a beton Az utóbbi évek aktuális témája a termo-aktív födém és falszerkezetek, melyek a betonmag aktiválás hatásmechanizmusát követik. A masszív-abszorber felépítéséhez hasonlóan betonozott csõrendszerrõl van szó, egyszerû és olcsó a kivitelezésük, valamint elõnyös az energiamérlegük. A beton termikus hõtároló tömege segítségével alacsony anyagi ráfordítással termikus fáziseltolódást lehet elérni. A nagyméretû energia átadó felületek esetében csak minimális különbségre van szükség a beltéri levegõ és a fûtõ, ill. hûtõvíz hõmérséklete között, így lehetõség nyílik szoláris fûtési- és hûtési energia elõállítására, pl. termikus kollektorokkal, adszorpciós szolárerõmûvekkel. Az Essen-i egykori kohóterület rekultivációja keretében egy Management és Design Iskola betonfalaiban elhelyezett csõhálózat az aktív hõszigetelés feladatát látja el. 1000 m mélységbõl folyamatosan 30 °C hõmérsékletû meleg karsztvizet pumpálnak az épület hõcserélõ tartályába, mely a termo-aktív csõrendszer vízkeringését mûködteti. Konvencionális hõszigeteléssel szemben jelentõsen alacsonyabb szintû CO2-emissziót mutat e megoldás. Szendvicsszerkezet 50 cm-es vastagsága helyett 30 cm-re redukálódott e csõvezetékes hõszigetelési alternatíva, így kevesebb beton elõállítási energia és emisszió keletkezett és az építkezés rövidebb lett. Az 50 cm vastag födémszerkezetbe, - a csõhálózaton kívül -–mûanyag "BubbleDeck"”testeket helyeztek, így a födémek kb. 30 %-al könnyebbé váltak . Az utóbbi években szintén megjelentek a beton hõkapacitását, ill. pozitív hõtároló tulajdonságait „imitáló” más, lényegesen „könnyebb”, filigránabb anyagok, az ú. n. fáziscserélõ anyagok (phase change materials), késõbbiekben PCM. Olvadáspontja kb. szobahõmérséklet feletti, azaz kb. 28 °C. Ha emelkedik a temperatúra a belsõ térben 28 °C –on megolvad a PCM és rejtett, nagy mennyiségû látens energiát raktároz. Pl.: A jég olvadásakor ill. fagyásakor keletkezõ látes energia megegyezik a víz 0 °C –ról 80°C-ra való forrósítás rejtett energiamennyiségével. Egy 1 cm vastag PCM réteg kb. egyezõ hõtároló kapacitással rendelkezik, mint egy 12 cm vastag betonfal. Az említett fa-könnyûbeton FKB szerkezetek kombinációja mikrokapszulás PCM anyagokkal lényegesen elõnyösebb hõtároló kapacitást hoz létre, ugyanakkor az épületelemek könnyebbek, mint a pl. a normálbeton hõtároló elemek. A mûanyag mikrokapszulákba elhelyezhetõ paraffin bázisú PCM-ek 1 0-40 % közötti tömegszázalékos arányban optimális hatásúak, felesleges hõenergiát felvesznek és egy késõbbi idõpontban leadják azt. Kutatások kimutatták, hogy PCM integrációjával a nyári túlzott felmelegedést nagymértékben csökkenteni lehet. PTE PMMK Épületszerkezettan tanszék Ökológia az építészetben 2 ESNB 052 220v4

36

12. Modul elõadás Ökológia, fenntartható energetika és a beton


37

13. Modul elõadás Clima Design koncepció tervezés ? Ökologikus energiakoncepciók terezése ? Holisztikus, átfogó tervezési stratégiák, módszerek

EKF Pécsi Tudásközpont tervpályázata Mind a szakmai mind a laikus közvélemény szemében általában a magasházak, toronyházak épülettípusa szinte összeegyezhetetlen a környezetkímélõ, energia- és nyersanyagtudatos építészet elveivel. A tudásközpont térbeli funkciójainak újraértelmezésével, a helyileg adott környezeti energiák és speciális fizikai, aerodinamikai paraméterek használatával, valamint az épületszerkezetek klímatudatos stratégiával való megkomponálásával egy olyan ökológiailag fenntartható épület született, mely megcáfolja a toronyházak „energiatudatlan” tulajdonságáról alkotott képet. A pályázati kiírás kritériumrendszere mellett a klímadesign ökologikus szerves tervezési látásmódja alkotta a feladat megoldásának vezérfonalát. Elsõdleges prioritást élvezett a magasszínvonalú irodai munkahelyminõség, a könyvtár és médiatár funkcióinak legszélesebbmértékû kielégítése, továbbá a rugalmasság, a flexibilis épülethasználhatóság, az állandóan változó, fejlõdõ irodatechnológiai követelményeinek és médiáknak hosszútávon is fenntartható és funkcionálisan alkalmazkodni képes épület víziójával. A közvetlen környezet, a vasút, a fõútvonal, ill. a jövõben kialakítandó szabadidõ- és sportövezetek külsõ zajhatásai elõl a hangvédelem alapvetõ feltétele egy könyv és médiatár mûködésének. E terület késõbbi városrendezési parkosítási elveinek megfelelõen a pécsi tudásközpont épülete a zöldterületbõl a lehetõ legkisebb felületet kívánja beépíteni. Mindezen tervezési faktorok figyelembevétele egy magasház kifejlesztését eredményezte. A földrajzi fekvés és környezeti adottságok Pécsett a mecseki hegyoldal geometriai és mikroklimatkai helyzetének dominanciája alatt áll. A 150 m magas toronyház megjelenésének, a városkép sziluettjére való kihatásának átgondolása és vizsgálata kimutatta: a környezõ hegyoldali tájkép horizontvonalát nem lépi túl a tudásközpont toronyépülete. A toronyház tartószerkezete egyetlen acélból készült térrácsból áll, mely egy csõhenger formáját képezi.


38

13. Modul elõadás Clima Design koncepció tervezés

Az épület födémei a csõ-tartószerkezetbõl mind kifelé, mind befelé konzolosan vannak kiképezve. A házban nincs egyetlen oszlop sem a könnyûszerkezetes falakat tetszõlegesen lehet állítani és változtatni. Más esetben az egyes szinteken egyetlen fal, térelválasztó elem elhelyezése nélkül az egész emeletet egy térként lehet kezelni, a változó igényeknek megfelelõen. Ökológiai szemmel nézve a magasházak fõtémája elsõsorban a napenergiahsználat, pontosabban a szélenergia kiaknázása. Az ház egyik különlegessége az aerodinamika törvényszerûségeinek figyelembevételével kifejlesztett épületforma, mely alaprajzilag mint iránytû az uralkodó szélirányba – ÉNY – DK-i tájolással – beállítódik. Az épület lépcsõházi tornyai egy térbeli iránytû hegyeiként „hasítják”, kitérítik az épületre áramló uralkodó szeleket, egyszersmind nagymértékben csökkentik a tornyon keletkezõ nyomóés húzóerõk terhelését. Az épület tömegének tagoltsága nemcsak a funkció és forma szerves kapcsolatából adódik. A tûzbiztonsági konstruktív védelem, a tûzszakaszokra való bontás, a bejárati körformájú épületrészt a két könyvtári üvegkockát és a felülrõl az épületet záró étterem- és kilátóterasz toronycsúcsot egymástól függõleges irányban egyértelmûen leolvasható elkülönített egységekre osztja. A tûzrendészetileg hatásos elkülönítés a fõépülettõl horizontálisan elkülönített lépcsõházak formájában meneküléstechnikai szempontból is elõnyös. A ház tartószerkezetéig visszahúzott tûzszakaszok aerodinamikai szempontból is hatásosak. Amellett, hogy ezekben a részekben a toronyház légellenállása redukálódik, a profil-széláramlatok még hûtik is a tagolt tömegeket felsõ ill. alsó burokfelületük mentén (az épülethûtési problémák a magas irodaházak másik nagy ökológiai témája). A lépcsõházak tömegformájából, magasságából adódóan optimális légcsatorna tornyok kialakítását teszik lehetõvé (térrács szerkezetek), melyek a természetes használt levegõ elvezetést segítik elõ. Aerodinamikailag lényeges az épület földszinti 2 emeletes épülettömege, mely modifikált körhenger formájának és a homlokzatán elhelyezett árnyékoló- ill. „szélvitorláknak” köszönhetõen a ház u.n. patkóörvény szélterhelését redukálja.


39

13. Modul elõadás Clima Design koncepció tervezés A tudásközpont toronyépületének másik különlegessége az elektromos áramfejlesztési koncepció, mely lehetõvé teszi a létesítmény teljesmértékû autonómitását az áramszolgáltatástól, sõt elektromos energiatermelése meghaladja saját üzemeltetési igényeit, így értékesítve a többletet jövedelemforrásra tesz szert. Az egyik áramfejlesztõ komponens a szélenergia használata. A fõépület visszahúzott tûzszakaszaiban nagyméretû 3 m széles széllapátokat helyeztünk el: 2-2 körgyûrû mentén az acélvázú, uvsugárzás álló mûanyagmembránnal bevont 3-3 széllapátcsoport egymással ellentétes irányban forog és termeli az elektromos áramot a transzformátorban. A függõleges forgástengelyû, ellentétes forgásirányt a lapátok formai kialakítása teszi lehetõvé, így bármilyen irányból érkezõ szelek, légörvények „befogására” alkalmas a szerkezet. A szélenergiát igen hatásosan lehet az épületmagasság növekedésének függvényében hasznosítani. A pécsi tudásközpont esetében is a ház tetõfelületén nagy sebességû 3 dimenziós fejörvények alakulnak ki, melyek a kilátó és étterem-tetõterasz vendégire kellemetlen hatással bírnak, sõt veszélyesek is. Ezért itt egy 6 m magas biztonsági üvegfal felett egy szélkerék-emeletet képeztünk ki, mely a személyek biztonsága és a kellemes szélvédett tetõterasz kialakítása mellett elektromos áramot is termel, szintén transzformátoros megoldással. Az állandóan más és más irányú ill. erõsségû áramlatok, örvények a különbözõ szélkerekeket mindig más intenzitással forgatják, ill. nyugalmi állapotban hagyják, az épületnek így egy folytonosan mozgó, változó, érdekes külsõt kölcsönözve – mindez a vízszintes széllapátokra is érvényes. Az áramfejlesztési koncepció harmadik eleme az épület belsejében, a fõ tartószerkezet, az acél térrács központi hengerterében mûködõ „páter noszter” gömblift. A fém csõvázas 12 m átmérõjû gömb formájú lift 4 acélcsõbõl készült kb. 140 m magas sínen közlekedik a szintek között. A lift külsõ energiaráfordítás nélkül 4 ellensúly segítségével mozog, melyek összesen a lift maximális terhelési súlyával egyezõ tömegûek. A lift fel- ill. leszállításához csupán minimális súlytöbbletet, vagy súlyhiányt kell az ellensúlyozó acélhengerekkel kialakítani. Mindezt a lift biztonsági személyzete emeletrõl emeletre mechanikai karberendezés segítségével könnyen elvégezheti. A gömblift mozgási energiáját ebben az esetben is a tudásközpont komplexum trafó-központjában elektromos árammá transzformálják, ahová az áramfejlesztés negyedik komponense is „bedolgozik”: a lépcsõházak tornyainak burkolata monokristályos szilíciumréteggel látott fotovoltaikus napelemek. A napjárás pályájának megfelelõen a függõlegesen telepített nagy dõlésszögû fotovoltaikfelületek télen magasabb hatásfokkal üzemelnek, mint tetõtéri elhelyezésnél. PTE PMMK Épületszerkezettan tanszék Ökológia az építészetben 2 ESNB 052 220v4

40

13. Modul elõadás Clima Design koncepció tervezés A magasház másik fõtémája az épülethûtés ill. épületklimatizáció kérdése. Köztudott az iroda funkciójú magasházaknál, hogy az épülethûtés nagyobb problémát jelent mint a fûtés, ill. nagyobb energiaigényû. A probléma megoldásában a tudásközpont homlokzatának, burokszerkezetének kulcsfontosságú szerepe van. Ha egy épület környezeti energiákat használ, ez teljes mértékben meghatározza az épületburok és a ház megjelenését. Jelen esetben mint legfontosabb építészeti alrendszert a könyvtár burokszerkezetét a funkcionális és energetikai követelményeknek megfelelõen úgy szerkesztettük össze, hogy az épület anyag- és energiacseréjét szabályozni tudja, valamint a környezetébõl energiát tudjon hasznosítani. A tudásközpont épületburok szerkezetének kulcsfontosságú eleme a fõépület kockatömegeinek dupla rétegû 3 m mély üvegezett homlokzata. Tartószerkezete ragasztott fából készült 6x6 ill. 3x3 m-es kazettákból áll. E raszterméret meghatározza az egész épület felépítését és dimenziójait. Az ökologikus látásmód az épületanyagok megválasztásában is megjelenik: a homlokzati tartószerkezet a klasszikus újranövõ nyersanyagból – fából készülhetett, az üveghomlokzatnak köszönhetõen, mely a fát az idõjárási viszontagságok elõl védi. A faanyagok esztétikai vonzerejük, pszichológiai és hõérzeti pozitívumaik mellett energetikailag a legelõnyösebb építõanyagok. Amellett, hogy nagymennyiségû energiát tartalmaznak, nagymennyiségû CO2-t is tárolnak. Az épületek jövõbeli energiamérlegét a leghatékonyabban a fa építõanyagok alkalmazása tudja fenntarthatóvá tenni.A homlokzati konstrukció dupla héjú üvegrétegei energetikai szempontból kulcsfontosságúak: a köztes légrétegben egy termikus választózónát, pufferzónát hoznak létre. A pufferzónában télen „napcsapda” alakul ki. Így a burokszerkezet egyrészt intenzív hõszigetelésû pufferrétegként mûködik, hanem felmelegedett levegõvel látja el és fûti a könyvtár belsõ légkörét, az irodai traktusok belsõ tereit, továbbá a természetes szellõzés lehetõségét is biztosítja: a frisslevegõ ellátást ill. a használt levegõ kivezetésének lehetõségét. Mindehhez szükséges, a burokszerkezet külsõ és belsõ síkjában nyitható ablakszegmenseket létrehozni: a külsõ síkban nyitható ablakokat, a belsõben pedig üvegtolóajtókat. A téli napcsapda funkció hatásfokának növelése céljából a homlokzati légréteg belsõ üvegfelülete elé termoplasztikus öntött fából készült energiapaneleket helyezünk el. A papír- és bútoripar természetes hulladék anyagaiból készült panelek fûtõhengerekbõl állnak, melyek télen az üvegházhatású napcsapdában felmelegednek, hõfelvételüket egy hõcserélõ vezeték fokozza, mely termikus kollektorokból 270 ºC hõenergiát is be tud pumpálni a hengerekbe. Az energiapanelt egy öntött fa hõszigetelõréteg választ el a belsõ tértõl. A hengertestekben koncentrálódik, tárolódik a meleg a szigetelés és a meleg homlokzati légréteg között. Éjszaka megfordítják a hengereket 180 ó-ál, amelyek leadják melegüket a belõ térnek; az immár kifelé nézõ hõszigetelés megakadályozza a hõenergia más irányú áramlását. Nyáron a téli éjszakai pozíciót kell alkalmazni. PTE PMMK Épületszerkezettan tanszék Ökológia az építészetben 2 ESNB 052 220v4

41

13. Modul elõadás Clima Design koncepció tervezés Télen a homlokzati légréteg felmelegedett levegõje a „könyvtárkockák” felsõ üvegburokrészébe áramlik, ott egy légcsatorna összegyûjti õket és bevezeti a ház 4 db 2-emeletes gépészetébe ahol egy rotációs hõcserélõn keresztül a légcsatorna toronyban (lépcsõházi tornyok külsõ rácsostartó szerkezetében)) elhagyja az épületet. Hõenergiáját a hõcserélõ segítségével, frisslevegõvel légcsatornákon keresztül vezetve az épület minden szintjére mesterségesen eljuttatják, ill. a gépészetben puffertartályokban raktározzák késõbbi felhasználásra. A meleglevegõ ellátást geotermikus rendszer egészíti ki. Gravitációs fisslevegõ bevezetéssel az alsó talajrétegek hõenergiáját hasznosítva, a különbözõ belsõ tereket meleglevegõ befúvással lehet fûteni. Az lépcsõház tornyainak 3. szintjén a 2 egyemeletes gépészetben elhelyezett adszorpciós szolár erõmû télen a lépcsõtornyok tetejére telepített vákuumcsöves termikus napkollektorokból nyert melegvízzel látja el az épület vizesblokkjait, valamint a termo- aktív szerkezeteket, az iroda- és könyvtárépület vasbeton födémiben, ill. alumínium hajlított álmennyezeteiben elhelyezett csõhálózatokat. A termo-aktív szerkezetek alacsonyhõmérsékletû felületi fûtésrendszerként melegítik az épület tereit, hasonlóan a termoplasztikus energiapanelekhez. A vasbeton födémek magas hõkapacitásuk és hõtárolóképességük végett az éjszakai órákban leadják hõenergiájukat a belsõ levegõnek, az éjszakai fûtés funkcióját betöltve. Az irodatraktusokban, könyvtárban, és étteremben a technikai berendezések, készülékek, a világítás és az emberek belsõ hõforrásként teljes mértékben elegendõk ahhoz, hogy az épületet a használati idõben fûtsék, az ismertetett természetes, ökologikus rendszer segítségével konvencionális fûtési rendszerre nincs szükség. A tudásközpont nyári túlzott felmelegedését a duplahomlokzat 3 m mélységû rétegének átszellõztetése gátolja. Az uralkodó leggyorsabb friss szelek esetünkben északnyugati tájolásúak. Az épület északészaknyugati sarkában megnyitott külsõ homlokzati nyílásokon beáramlik a frisslevegõ, mely az épület egész homlokzatát - kereszthuzat elve alapján - átáramolja, majd felmelegedve az átlós oldalon, a ház dél-délkeleti sarkában és a lépcsõház tornyainál elhagyja a homlokzatot. A homlokzat átszellõztetésének elve a komplett épületegységek természetes hûtését teszi lehetõvé. A további nyári léghûtés, az elõhûtött frisslevegõ ellátás a geotermikus földcsatornarendszerben ill. vízhûtéssel történik. A talajrétegekben gravitációsan vezetett hûtött levegõt végezetül a vizesárok vízrétegében elhelyezett légcsöveken keresztül, hûtve engedik be az épület tereibe. Az egész létesítményt körülvevõ vízfelület nyári folyamatos párolgása csillapítja a külsõ üvegfelületek túlzott felmelegedését. Az épület tetõteraszán esõvízgyûjtõ ciszternák ellátják a könyvtár vizesblokkjait WC öblítés céljából. PTE PMMK Épületszerkezettan tanszék Ökológia az építészetben 2 ESNB 052 220v4

42

13. Modul elõadás Clima Design koncepció tervezés A természetes szellõzés lehetõsége nyáron is adott a duplahéjú burokszerkezeten keresztül. A könyvtár, az irodarészleg, konferenciarészleg és étterem, klubok tereiben minden dolgozójának lehetõsége van az individuális manuális ablaknyitás szellõztetés, árnyékolás egyéni igényeknek megfelelõ beállítására. Az egész épületben az automatizáció a lehetõségeknek megfelelõen minimalizálva van, az elektromos energiaigényt így csökkentve. A rotációs hõcserélõn átáramló éjszakai hûs levegõ segítségével nem csak télen a szolár-hûtõerõmûbõl hidegvíz termelhetõ. A hõcserélõbõl nyáron nappal nyert hõenergiát a pufferépészet a szükséges melegvízellátásra fordítja, ill. a szolár adszorpciós hõpumpában a nyert hõenergiát vízhûtésre használják. A szolár erõmû ezen kívül nyáron a kollektormezõbõl származó energiából is hûtött vizet állít elõ. Az így elõállított vízmennyiségeket az épület puffergépészete a termo-aktív épületszerkezetek és az energiapanelek csõhálózatába vezeti és hûti az épületbelsõt. A termo-aktív konstrukciók fûtõ- és hûtõfunkciója azzal a mellékhatással jár, hogy az épületbelsõ felületei kellemes hõmérsékletûek lesznek az emberek számára, mely nem csak a komfortigények kielégítése szempontjából fontos. E rendszer mûködési elve alapján mindig vagy magasabb (tél) vagy alacsonyabb (nyár) felületi hõmérsékletet hoz létre, mint az adott beltéri levegõ hõmérséklete. Épületpszichológiai kutatások kimutatták, hogy a beltéri levegõnél magasabb ill. alacsonyabb felületi hõmérsékletek az emberekben mindig melegebb ill. hidegebb szubjektív hõérzetet alakítanak ki, mint ami az épületbelsõben valóban uralkodó hõmérséklet. Mindez elõsegíti a még takarékosabb és hatásosabb energiahasználatot. Nyáron az átlag 60º beesési szögû napsugárzás ellen az említett hûtési koncepció mellett szükséges a függõleges homlokzati rétegben árnyékoló szerkezetekkel is védekezni. A kétrétegû homlokzat 3 m-es konzolos kinyúlása egyrészt kiváló árnyékoló elõtetõként funkcionál, másrészt lehetõvé teszi további a napvédelem ill. napvakítás védelem (blendschutz) idõjárástól védett beépítését, javítását ill. egyszerûbb, olcsóbb kivitelezését. Az étterem, kávézó és bár homlokzatában a külsõ üvegezést belülrõl, hõmérsékletingadozásra reagáló, színváltoztató plexiréteggel vonják be. Érdekes színváltoztató megjelenést kölcsönöz a hozzá illõ funkciójú étteremnek. A változás nem önkényes, pusztán reakció a környezeti változásokra. A könyvtár további árnyékolószerkezete az öntött energiapanelek megoldása mellett, termoplasztikus fa felhasználásával készült forgatható lamellás keretelemekbõl áll, melyekre különbözõ dõlésszögû, fénytükrözõ alumíniumlemezeket erõsítenek. A konstrukciónak az árnyékolás mellett fõfeladata a könyvtár belsõ tereinek kiegyensúlyozott, egyenletes természetes megvilágítása. PTE PMMK Épületszerkezettan tanszék Ökológia az építészetben 2 ESNB 052 220v4

43

13. Modul elõadás Clima Design koncepció tervezés A lamellás forgatható táblák napsütéses idõben a függõleges árnyékoló pozícióba „forognak” be. Az alumíniumlemezek középcsõ csoportja megfelelõ mennyiségû napfényt vezetnek be az épületbe egy tükrözõ fémfelület segítségével, mely a ragasztott fa homlokzati tartószerkezetre van erõsítve. A többi lamella árnyékol míg a homlokzat alsó részén keresztül ki lehet látni. Borult idõjárás esetében a forgatható lamellatáblák vízszintes helyzetet vesznek fel, így az alumínium lamellák a diffúz napfényt is be tudják tükrözni az épületbe, a belsõ födémek alsó felületére. Ezzel a természetes technikával érvényesül a természetes megvilágítás könyvtárakhoz méltó mûködtetése, a ház elektromos áram használatát nagymértékben csökkentve. Az épületben állandóan van megfelelõ mennyiségû és minõségû napfény, ugyanakkor kellemes árnyékolt terekben lehet dolgozni, tanulni miközben sohasem szûnik meg a kontaktus a külvilágtól, mert a kilátás, mindegyik árnyékoló, ill. fényreflektáló pozícióban adott. A fényreflektáló rendszer az épület centrális tartószerkezetében, a csõhenger rácsszerkezetben – más formában – megvilágítja az épület közepének egyébként sötét tereit. A tudásközpont tetejének 4 átlós sarkán elhelyeztünk 4 heliosztát tükrözõfelületet, melyeket mindig a nap állása felé lehet forgatni. A heliosztátok a napsugárzást rátükrözik a tetõ közepére helyezett kuboktaéderhez hasonló acél térrácsszerkezetre, melyben szintén forgatható fém tükrõzõelemek vannak beszerelve. A kuboktaéderes tükrök bevetítik a napsugarakat az épület tartószerkezetének (rácsostartó-csõhenger) közepén felfüggesztett fényvezetõ csõbe, mely a napfényt a tetõrõl a könyvtár bejárati szintjére 140 m mélységbe levezetik. A fénycsõ acélgyûrûkkel összefogott üvegprizma lapokból tevõdik össze, melyet egy fénytörõ, fényszóró lycraháló vesz körül acélhálós tartószerkezettel.Az pécsi tudásközpont aerodinamikus tömegformálásával és elektromos energiatermelésével, klíma-aktív homlokzati burokszerkezetével, valamint természetes megvilágítási szisztémájával függetleníti magát a fosszilis energiahordozóktól, mintegy önmaga egy ökologikus erõmûvé, a posztfosszilis építészet úttörõjévé válik. Burokszerkezete egy élõlény bõréhez hasonlítható, mely a különbözõ klimatikus behatásokra, valamint a belsõbõl jövõ kihatásokra reagál, változik,- alkalmazkodik - az energetikai és komfortigényeket pedig kielégíti. A tudásközpont tömegformálása, tematikai egységekre tagoltsága, funkcionális formavilága nem szándékozik idegen, elvonatkoztatott, öncélú formavilágot alkalmazni. A komplexum az õsi magyar kopjafák mértani, geometriai formáit szerkezeteit idézi, inkább ösztönösen, mint szándékoltan.


44


EKF Pécsi Tudásközpont tervpályázata PTE PMMK Épületszerkezettan tanszék Ökológia az építészetben 2 ESNB 052 220v4

45



46



47

14. Modul elõadás Prezentáció - Vitafórum - Diszkusszió

? Projekt tervezési feladat bemutatója egyéneknént ? Nyílt diszkusszió, vitafórum a kritikus pontokról ? Projektfeladat “védés” ? Prezentációs technikák alkalmazása (digitális, papír, modell) ? Szemléltetõ módszerek alkalmazása ? Érveléstechnika, retorika ? Teamwork, csoportmunka technikái ? Konfliktuskezelés ? Interkultúrális kommunikáció ? Holosztikus átfogó teljességû szerves tervezési látásmó - a Clima Design

alkalmazása


48

12. Modul elõadás. PTE PMMK Épületszerkezettan tanszék Ökológia az építészetben 2 ESNB v4

Recommend Documents