Egy szalmabála h szigetelés ház tervezésének energetikai és szerkezeti tapasztalatai

Egy szalmabála hĘszigetelésĦ ház tervezésének energetikai és szerkezeti tapasztalatai Igaz Titusz, abszolvált Ph.D. hallgató Debreceni Egyetem, ÉpítĘmérnöki Tanszék [email protected], Kozmáné Szirtesi Krisztina, Dr. Kovács Imre Debreceni Egyetem, ÉpítĘmérnöki Tanszék [email protected], [email protected]

ďƐƚƌĂĐƚ About half of the energy used all over the world is generated during constructing and maintaining buildings. The energy rate of maintaining is much bigger than the energy rate of constructing in case of the houses of the recent decades. As the energetic features of today’s buildings increase, the importance of the inbuilt energy increases as well. It is not enough to be energy conscious, we have to consider the environmental aspects too. An environmentally friendly house has got small ecological footprint, which can not be reached only by economical maintaining, low energy level of the production of building materials needed too. That is why we we should prefer reused, recycled and natural materials. In this paper we will focus on the last one, especially strawbale houses. Furthermore we will show the energetic and constructional experiences of a designing process of a residental straw bale house. Szalmaházak története Az elsĘ szalmaházakat Nebraskában a 19. század vége felé, a bálázó gépek feltalálása idején építették. A homokos dombokkal jellemezhetĘ tájban nem találtak építésre alkalmas anyagot. Fát csak a folyók partjain élĘk alkalmazhattak. Sok helyen gyeptéglák segítségével építettek kunyhókat, de bizonyos területeken ebbĘl sem lehetett megfelelĘ minĘségĦt fellelni, így adódott a telepeseknek az ötlet, hogy a szalmabálákat, mint téglákat egymásra építve készítsenek házat (1.a,b. ábra). ElĘször csak ideiglenes jelleggel építették, de idĘvel rájöttek, hogy ha bevakolják, akkor nagyon is komfortos és tartós házakat kapnak. Az elsĘ ilyen házak már több mint 100 éve épültek, és közülük sok még ma is épségben áll és lakják (LACINSKI P. ÉS BERGERON M, 2000). ϭ͘Ă͘

ϭ͘ď͘

1.a. ábra. Teherhordó típusú szalmaház építés közben 1.b. ábra. Szalmabála falazattal épült templom az USA-ban (1927)

IdĘvel, a „korszerĦ” építĘanyagok megjelenésével és a mobilizáció fejlĘdésével, ezek a házak feledésbe merültek, ám késĘbb, az 1970-es évek energiaválsága idején újra felfedezték Ęket. Azóta a világ számos országában készültek és készülnek ilyen házak. Napjaink gazdasági és környezeti válsága idején egyre többen ismerik fel a környezet– és energiatudatos házak létjogosultságát, így a szalmaházak is nagy jövĘ elé nézhetnek. Szalmaházak Európában Az EU számos országában (Anglia, Franciaország, Németország, Dánia, Spanyolország, Ausztria,…) készültek már szalmaházak különbözĘ építési technológiákkal. A legtöbb esetben hagyományos, kézi kivitelezésĦ házak épültek, de több példa található elĘre gyártott panelek alkalmazására is. A különbözĘ építési módok függvényében változik az így létrehozott házak „beépített energia” igénye, ami a kivitelezéshez felhasznált építĘanyagok alapanyagainak kibányászásához, elĘállításához és helyszínre szállításához szükséges. Mindegyik építési módra igaz, hogy nagyságrendekkel kevesebb energiát igényel, mint a konvencionális (tégla, beton) házak létrehozása. Egy épület teljes életciklusa alatt felhasznált energia és nyersanyagok mérlegébe beletartozik az épület rendeltetésszerĦ üzemeltetése során elhasznált javak mennyisége is. Ezek részben a lakók szokásaitól is függenek, de legnagyobb mértékben az épület tulajdonságai határozzák meg. Az épületek energia felhasználásának legnagyobb hányadát a fĦtési (MEDGYASSZAY P, OSZTROLUCZKY M, 1999) és (bizonyos helyeken) a hĦtési energia teszi ki, így ezek minimalizálása a legfontosabb egy környezet– és energiatudatos épület kapcsán. A manapság egyre divatosabb passzívházak messzemenĘkig teljesítik az energiatudatosság követelményét. Viszont nem szabad megfeledkezni arról, hogy az energiatudatos ház nem feltétlenül környezettudatos is, ugyanis az utóbbi esetében nem elég, ha az üzemeltetés során kevés energiát használ fel, hanem lehetĘleg az építése során is minél kisebb mértékben terhelheti a környezetét (MEDGYASSZAY P, 2007). Jól szemlélteti a különbséget egy osztrák tanulmány (2.a-d. ábra), amely többek között egy „hagyományos” (beton + polisztirol felhasználásával készülĘ) és egy szalmabála – vályog kombinációjú passzívház ökológiai lábnyomát veti össze. A vizsgálat tanulsága szerint a „hagyományos” passzívház több mint ötször annyira terheli a környezetét, mint a szalmabálás megoldás (REINBERG G. ÉS MEINGAST R, 2007).

Ennek okát jobban megérthetjük, ha szemügyre vesszük a 2.b. ábrát, amely a különbözĘ építĘanyagok beépített energiaigényét fejezi ki CO2 egyenértékben. MegfigyelhetĘ, hogy a manapság elĘszeretettel használt mesterséges építĘanyagokkal (fémek, mĦanyagok, szilikátok) szemben a természetes, növényi eredetĦ anyagok használata esetén nemhogy CO2–ot juttatunk a légkörbe, hanem éppen ellenkezĘleg, a növény által megkötött CO2–ot a levegĘbĘl és - az épület élettartamának idejére - a körforgásból kivonva, negatív elĘjelĦ értékeket is kaphatunk (WIHAN J, 2007). Ennek is köszönhetĘ tehát, hogy a szalmaházak igazán környezetkímélĘ alternatívát nyújtanak, míg a passzívházaknak csupán az üzemeltetése tekinthetĘ energiatudatosnak. Egy teljesen közönséges épület esetében pedig, melynek üzemeltetése is rendkívül gazdaságtalan, a környezetterhelés még a passzívházakhoz képest is sokkal nagyobb. A magyarországi épületállomány mĦszaki állapotát figyelembe véve megállapíthatjuk, hogy nálunk még lesújtóbb a helyzet.

Ϯ͘Ă͘

Ϯ͘ď͘

Ϯ͘Ě͘ Ϯ͘Đ͘

2.a. és c. ábra. Tattendorfi (Ausztria) passzív szalmaház külsĘ és belsĘ képe 2.b. ábra. ÉpítĘanyagok beépített energiája CO2 egyenértékben 2.d. ábra. Tattendorfi (Ausztria) passzív szalmaház építése elĘregyártott panelekbĘl Magyarországi helyzet bemutatása Ugyan hazánkban is egyre többet hallani a passzívházakról és megújuló energiákról, de nagy áttörés még nem történt e téren. Az igazán környezettudatos (és gyakran olcsóbb) természetes megoldások itthoni elterjedését pedig a jogi környezet is hátráltatja. ϯ͘Ă͘

ϯ͘ď͘

3.a. ábra. Vakolt szalmabála fal tĦztesztje az ÉMI Szentendrei Laboratóriumában (2008) 3.b. ábra. A tĦzmentett oldal felületi hĘmérsékletnövekedésének alakulása a tĦzteszt során

A jogi akadályok leküzdése érdekében az utóbbi idĘben számos kezdeményezés történt szakmai és civil oldalról is. A Magyar Építész Kamarán belül egy szakmai bizottság is mĦködik a korábban említett jogi visszásságokból eredĘ problémák leküzdéséért (ERTSEY A., 2009). MĦemlékvédelemmel foglalkozók számára is nap, mint nap okoz problémát a jogszabály, így Ęk is küzdenek ellene. A szalmaházak hazai népszerĦsítését célul kitĦzĘ Energia és Környezet Alapítvány pályázati forrásból egy tĦztesztet is megfinanszírozott, amely eredményei tanúsítják, hogy szalmából készíthetĘek megfelelĘen tĦzálló falak. (ÉMI, 2008) A tĦzteszthez épített demó fal (3.a,b. ábra) készítésében és a tĦzteszten magán is jelen voltam, így tanúja lehettem, hogy a vizsgálati szabályoknak megfelelĘen közel 1000 Cº-os hĘmérsékletig hevített próbafal tĦzmentett oldalán csupán 7 Cº-os átlagos hĘmérséklet emelkedés volt megfigyelhetĘ. Ez jóval alul marad a megengedett 140 Cº-os értékhez képest, továbbá a vizsgálat közben természetesen a próbafal megĘrizte a teherbíró képességét, és sem lángáttörés nem történt, sem gyúlékony gázok nem jutottak át a falon (TAKÁCS L, 2008). Idén júniusban pedig megjelent egy új Magyar ElĘszabvány (MSZE 3576-2), melynek címe: ’Vályog falazóelemek és szalmabála építĘelemek követelményei - 2. rész: Szalmabála építĘelemek” . Ennek a Szabványnak köszönhetĘen jelentĘsen könnyebbé vált ezeknek a házaknak az engedélyezhetĘsége. Egy családi ház tervezésének energetikai és szerkezeti tapasztalatai A dunántúli településen épülĘ ház fal- és födémszerkezete szalmabálák felhasználásával lett tervezve. Az épület hagyományos alapozással, részben alápincézve készül. A felépítmény tartószerkezete fából épül. A létraváz oszlopok közeit szalmabálákkal töltik ki, amely kívülrĘl és belülrĘl is levakolásra kerül majd. Egy szokásos kisméretĦ bála 35x45x90 cm-es. A falba a leghosszabb oldalával párhuzamosan élére állítva vagy lapjára fektetve szokták elhelyezni. ElĘbbi esetben a bálát alkotó szalmaszálak jellemzĘen párhuzamosak a fal síkjával, míg utóbbi esetben a szálirány merĘleges a fal síkjával. A német FASBA (szalmaházépítĘ szakemberek) mérései alapján megvizsgáltuk, hogy a két különbözĘ elhelyezési mód esetén milyen hĘszigetelĘ tulajdonságokra számíthatunk. Mivel az élére állított bálák esetén a szálirány nem kedvez a külsĘ és belsĘ tér közti hĘvándorlásnak, így kisebb hĘvezetési tényezĘ (Ȝ=0,044 W/mK) párosul hozzá, mint lapjára fektetett bálák esetén, ahol a szálirány jobban kedvez a hĘ vezetésének a kültér és a beltér között, így a mérések szerint Ȝ=0,067 W/mK hĘvezetési tényezĘ adódott. Ha pedig kiszámoljuk, hogy mekkora hĘátbocsátási tényezĘt eredményez az élére állított 35 cm vastag szalmabála és a lapjára fektetett 45 cm széles szalmabála, akkor máris lehet mérlegelni a használatukat. MindkettĘ esetén 5-5 cm külsĘ és belsĘ vályogvakolattal készítettük a számítást. ElĘbbi esetén U=0,12 W/m2K, utóbbi esetén U=0,14 W/m2K érték adódott. ElsĘre tehát meglepĘnek tĦnhetne, hogy a vékonyabb falszerkezet jobb hĘszigetelést eredményez, de a szálirányok és a hĘvándorlás tulajdonságainak ismeretében érthetĘ a jelenség. Ezen megfontolások után természetesen úgy döntöttünk, hogy a bálákat élére állítva fogjuk elhelyezni a falszerkezetben, ugyanis mind hĘszigetelés, mind helytakarékosság szempontjából ez bizonyult elĘnyösebbnek. A bálák vakolhatósága szempontjából jobb ugyan a másik irány, de rabichálóval (csirkeháló) ez a probléma viszonylag könnyen kezelhetĘ. A végleges falszerkezet U értéke némileg rosszabb lesz, ugyanis a fa vázaknál nem lehet a teljes bálavastagsággal számolni, csak az oszlopok közé beférĘ 15 cm töméssel. Pontonként pedig, ahol az oszlopokat összekötĘ fák vannak, csak a fa hĘszigetelĘ képességére lehet hagyatkozni. ElĘbbi vonalmenti felületeken körülbelül U=0,25 W/m2K, míg kisebb szakaszokon U=0,34 W/m2K. Az elĘbbi rétegrend körülbelül a teljes felület 10 %-án jellemzĘ, míg utóbbi a felület 3%-án. Így ezekkel a felületekkel súlyozva körülbelül U=0,14 W/m2K-re adódik a falszerkezet hĘátbocsátási tényezĘje. További hĘhidat jelentenek a födémgerendák áthatásai és a fém kapcsolóelemek, de

feltehetĘleg ezekkel együtt sem sokkal rosszabb a fal átlagos hĘátbocsátási tényezĘje U=0,15 W/m2K-nél, ami háromszorosan túltejesíti a falakra elvárt hazai követelményeket, és gyakorlatilag elérheti a passzívházakhoz ajánlott értéket. A födémszerkezetek szigetelése szintén 35 cm vastag szalmabálákkal történik, de ott lapjára fektetve kapjuk a kedvezĘ értékeket. Mivel a födémben majdnem megszakításmentesen fut a hĘszigetelés, csak a falszerkezet és e tetĘszerkezet oszlopai hatolnak át rajta helyenként, ezért a falaknál kevésbé romlik le a bálák hĘszigetelĘ képessége, így körülbelül U=0,13 W/m2K értékkel kalkulálhatunk.

ϰ͘Ă͘

ϰ͘ď͘

4.a. ábra. A tervezett épület lábazatának szerkezeti megoldása 4.b. ábra. A tervezett épület fal-födém kapcsolatának szerkezeti megoldása Az épület tervezésénél arra törekedtünk, hogy sehol ne legyenek nagy hĘhidak, így, ha már a fal és a födém ilyen jó hĘszigetelést kap, akkor a lábazatot sem szabad elhanyagolni. Oda nyilvánvalóan nem lehet szalmát helyezni, ezért vízálló extrudált polisztirol habot terveztünk a lábazatra. A fa tartószerkezetet direkt úgy alakítottuk ki, hogy konzolosan elĘre nyúljon a bálafal, hogy alatta a vasalt lábazat hĘszigetelése folytonosan megoldható legyen. Így végül 15 cm XPS hĘszigetelés került betervezésre, amelybĘl 10 cm az alaptest aljáig levezetésre kerül. A lábazatnak így U=0,22 W/m2K lett a hĘátbocsátási tényezĘje, vagyis nem képez nagyobb hĘhidat, mint a fa szerkezet máshol. Mivel az alap alsó síkjáig levezetésre került a hĘszigetelés egy része, ezzel a talaj felĘl veszélyeztetĘ kerülĘ hĘhíd problémája is kiküszübölésre került, és a padló téli lehĦlésétĘl sem kell tartani. Ezzel a megoldással a padlószerkezetbe 4-5 cm vastag hĘszigetelés alkalmazása optimális ahhoz, hogy télen a padló ne legyen hideg, ugyanakkor nyáron az épület alatt található földtömeg hĘtároló és hĦtĘ kapacitását ki lehessen aknázni. A fent leírt szerkezetek alkalmazása esetén az épület alkalmas „A+” –os energiahatékonysági kategória elérésére különösebb gépészeti megoldások alkalmazása nélkül is. Az épület viszonylag kompaktabb formája, a nyílászárókban alkalmazandó 3 rétegĦ üvegezés, és a fĦtés fatüzelésĦ tömegkályhával való megoldása szintén a környezet- és energiatudatos megoldásokat kívánja továbberĘsíteni.

ϱ͘

5. ábra. A tervezett épület fa tartószerkezetének és vasbeton lábazatának kapcsoló elemei

Irodalom ERTSEY A. (2009): Betelt a pohár-nyílt levél a Magyar Építész Kamarához és építészeinkhez, Építészfórum. ÉMI, Építésügyi MinĘségellenĘrzĘ Innovációs Kht. (2008): Vizsgálati jegyzĘkönyv – a kétoldali agyagvakolattal ellátott szalmabála kitöltésĦ, nyílás nélküli teherhordó falszerkezet tĦzállósági vizsgálatáról. LACINSKI, P., BERGERON, M. (2000): Serious straw bale, A home construction guide for all climates, Withe River Junction, Vermoount, Chelsea Green Publishing Company. MEDGYASSZAY P. (2007): A földépítés optimalizált alkalmazási lehetĘségei Magyarországon - különös tekintettel az építésökológia és az energiatudatos épülettervezés szempontjaira, Ph.D. értekezés, Budapest. MEDGYASSZAY P., OSZTROLUCZKY M. (1999): Energiatudatos építés és felújítás, Budapest, Az épített környezetért alapítvány. REINBERG, G., MEINGAST, R. (2007): Working- and living qualities in loam - prefabricated passive house, 11. Passzívház nap (Bregenz). TAKÁCS L.(2008): TĦzvédelmi alapfogalmak, BME Épületszerkezettani Tanszék, Épületek tĦzvédelme kurzus jegyzet. WIHAN, J (2007) : Humidity in straw bale walls and its effect on the decomposition of straw, Ph.D. értekezés, University of East London School of Computing and Technology.