Faanyagok építészeti alkalmazása
Tartalomjegyzék • A világ legrégebbi faépületei • A faanyag szerkezeti felépítése • A faanyag és más építőanyagok összehasonlítása (szil. Rug. Mod, hőtágulás, anizotrópia, zsug-dag, higr., tartósság-gomba-rovar) • Tömörfától a kompozitokig • Kitekintés
A világ legidősebb faépülete 1404-éves
Ez nem az!
Foto: Németh Róbert
5-emeletes pagoda- buddhista templom (Ikaruga, Nara prefektúra, Japán). A komplexumot isz. 607-ben emelték. Központi tartóoszlopának fáját 594-ben vághatták ki (dendrokronológia). 32,45m magas, alapja 6,1m x 6,1m-es. 1993 – UNESCO világörökség része. http://bbs.chinadaily.com.cn/attachments/month_1107/3rd_MUbAHUuXowq6.jpg
A világ legmodernebb faépületei
http://www.trendir.com/house-design/japanese-wooden-houses-courtyard-multi-level-decksand-a-loft.html designed by Seiichi Kubo, Yoshinobu Kagiyama and Mine Muratsuji of Japanese architecture firm Archivi Architects & Associates.
http://www.trendir.com/house-design/modern-timber-home-cool-wood-addition.html The Trojan House by Australian architects Jackson Clements Burrows is a gorgeous modern timber home design located in Howthorn, Melbourne, Australia.
http://www.trendir.com/ house-design/moderntimber-home-coolwood-addition.html The Trojan House by Australian architects Jackson Clements Burrows is a gorgeous modern timber home design located in Howthorn, Melbourne, Australia.
http://www.trendir.com/house-design/laminated-pinewood-house-by-nordicasa-designconstruction.html Jaak Kangro of Nordicasa Design & Construction, located in the Valdelineares, Spain. From 165 mm laminated pinewood,
http://www.trendir.com/house-design/modern-timber-home-cool-wood-addition.html The Trojan House by Australian architects Jackson Clements Burrows is a gorgeous modern timber home design located in Howthorn, Melbourne, Australia.
http://www.fataj.hu/2010/12/222/201012222_DijnyertesPasszivhazak2010.php „Svájcban épült a 4 lakóegységet magába foglaló minősített passzívház. Az energetikai számításba bevont terület: 408 m2. Talán nem véletlen, svájci épületről lévén szó, ez az épület is faház. „
http://www.fataj.hu/2010/08/181/201008181_PasszivhazakCsehorszagban.php „A Csehországi Koberovy városkában, mely egy tájvédelmi körzetben, 430 m tengerszint feletti magasságban fekszik, 13 könnyűszerkezetes épület készült passzívházként, 2005-2006 évben.„
http://www.fataj.hu/2010/08/181/201008181_PasszivhazakCsehorszagban.php „A Csehországi Koberovy városkában, mely egy tájvédelmi körzetben, 430 m tengerszint feletti magasságban fekszik, 13 könnyűszerkezetes épület készült passzívházként, 2005-2006 évben.„
http://www.faepites.hu/faepites/fadij/Entries/2010/9/10_VI._Pannon_Faepiteszeti_Dij.html A 2010. évi Pannon Faépítészeti Díj egyik díjazottja: BEDŐ FA-HÁZ Kft. (kivitelező), Mátis Barna )tervező), Vernyik Roland (ácsmester).„
A faanyag és más építőanyagok összehasonlítása
Fa mint szerkezeti anyag: nagy múlttal rendelkező anyag komoly jövő előtt … • • • • •
Előnyös tulajdonságok Multifunkcionális építőanyag: Fakorszak következik? Alacsony sűrűség mellett nagy szilárdság Könnyen beszerezhető és megmunkálható Biodiverzitás: a fafajok és ezzel együtt a faanyagok különbözősége az adaptációnak köszönhetően • Fakompozitok és mérnöki fatermékek • Tűzzel szembeni ellenállóképesség • Hátrányos tulajdonságok • Méret és alaktartás: higroszkóposság és anizotrópia • Tartósság
A fa egy inhomogén anyag / heterogén szerkezettel Magas fokon specializálódott sejtekből épül fel, melyek 3 alapvető funkciót látnak el: 1. Víz és ízben oldott anyagok szállítása 2. Tápanyagok szállítása, tárolása, kiválasztási funkció 3. A fatörzs tartása, szilárdítása
A fa strukturális szintjei Fa (0,1-1m)
Szelvényáru 10….100mm Évgyűrűszélesség: 0.5…15mm Sejtfal 1-5µm Tracheidák :20-40μm
Molekulák:<1nm Mikrofibrillák: 3…10nm
(University of Canterbury, New Zealand)
http://www.grin.com/en/doc/266250/cellulose-fiberdissolution-in-sodium-hydroxide-solution-at-lowtemperature
CELLULÓZ: spirálos láncok – mikrofibrillák – sejtfal izolált láncmolekula húzószilárdsága erősebb mint az acélé! LIGNIN: a faanyagot „keményíti” Izolált állapotban nyomószilárdsága meghaladja a betonét!
Biodiverzitás: fafajok specializálódása • 16.000 fafaj a világon • 2.000 fafaj ipari hasznosításban, vagy kereskedelemben • 250 fafaj az európai iparban: – 200 lombos – 50 fenyőfaj
Foto: Prof. Dr. Hose V. Oliver
Foto: Prof. Dr. Hose V. Oliver
0
Szerkezeti acél ASTM A36
Polipropilén
Erdeifenyő (II)
Nejlon 6/6
Márvány
Emberi bőr
Emberi haj
Nagys. PE (HDPE)
Üveg
Gyémánt
Beton
Szénacél1090
Karbon nanocső
Szénszál
Csont (comb)
bambusz
Aramid (Kevlar vagy Twaron)
Alum. Ö. [14] 2014-T6
MPa
Húzószilárdságok összehasonlítása 70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
Szerkezeti acél ASTM A36
Polipropilén
Erdeifenyő (II)
Nejlon 6/6
Márvány
Emberi bőr
Emberi haj
Nagys. PE (HDPE)
Üveg
Gyémánt
Beton
Szénacél1090
Szénszál
Csont (comb)
bambusz
Aramid (Kevlar vagy Twaron)
Alum. Ö. [14] 2014T6
MPa
Húzószilárdságok összehasonlítása 3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Szerkezeti acél ASTM A36
Polipropilén
Erdeifenyő (II)
Nejlon 6/6
Márvány
Emberi bőr
Emberi haj
Nagys. PE (HDPE)
Üveg
Beton
Szénacél1090
Csont (comb)
bambusz
Alum. Ö. [14] 2014T6
MPa
Húzószilárdságok összehasonlítása 900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Szerkezeti acél ASTM A36
Polipropilén
Erdeifenyő (II)
Nejlon 6/6
Nagys. PE (HDPE)
Üveg
Beton
Szénacél1090
Csont (comb)
bambusz
Alum. Ö. [14] 2014T6
Húzószilárdság/Sűrűség, MPa/(g/cm3)
Húzószilárdság / Sűrűség viszony 1200,0
1000,0
800,0
600,0
400,0
200,0
0,0
Hátrányok kiküszöbölése
Higroszkóposság
http://www.buildingscience.com/do cuments/digests/bsd-138-moistureand-materials
Higroszkóposság, Zsugorodás faanyag esetében
http://www.buildingscience.com/do cuments/digests/bsd-138-moistureand-materials
Higroszkóposság • Vizet távoltartó konstrukciók alkalmazása • Víz gyors eltávozását biztosító konstrukciók alkalmazása (bütük, lejtések) Pangó víz = biztos tönkremenetel • Vízzáró réteg felhordása, és/vagy impregnálás • Faanyag módosítása, hidrofobizálása (hőkezelés, acetilezés, stb.)
Biológiai tartósság növelése • Rezisztencia-osztályok! Teak – Akác – Tölgy – Lucfenyő - Bükk 1 2 3 4 5 • Megfelelő fafajt a megfelelő helyre Minden szijács 5-ös, tehát könnyen tönkremenő kategória • Veszélyeztetettségi osztályok! 5 4 3 2 1 • Favédőszerek alkalmazása (korlátozások szigorodnak!) • Faanyagok módosítása (hőkezelés, acetilezés, stb.)
Szilárdsági értékek szórásának csökkentése • Osztályozás
http://metriguard.com/
Szilárdsági értékek szórásának csökkentése • Ültetvényes gazdálkodás, egységes génállomány, kor, méret, évgyűrűszerkezet, sűrűség = kis szil. szórások • Aggolemarált lapok • Mérnöki fatermékek A faanyag „feldarabolása” és újraegyesítése: • Rétegelt lemez, OSB, PSL, LSL, LVL, RR-tartók
OSB
http://www.osb3.com/
http://logout.hu/cikk/fa_asztal_es_pc_haz_keszitese/elmelet.html
PSL LSL http://buildipedia.com/knowledgebase/divi sion-06-wood-plastics-andcomposites/06-10-00-rough-carpentry
http://www.structuremag.org /article.aspx?articleID=800
LVL
http://xzfrd.e.tradeee.com/product_view/52265204/LVL%20pl ywood.html
http://www.peaktoprairie.com/?D=198
RR
http://www.kapoh.com.my/v1/
http://www.sbcindustry.com/technical.php
http://www.architectmagazine.com/r ecreational-projects/richmond-ovalroof.aspx
Ökológiai szempontból magas értékű építőanyag • Korlátlan ideig újratermelhető (ültetvények szerepe). • Hozzáértő „kezekben és fejekben” magas műszaki tartalmú anyag
Fa / Acél / Beton
Teljes enegiafelh.
Üvegházhatás Ind.
Hivatali épületek életcikluselemzése
Légsz. Ind.
Szilárd hull. Nyersanyaghasználat /Ökológiai hatás
Forest Prod. Assoc of Canada / Canadian Wod Council
Fafogyasztás – használat serkentése • Nicolas Sarkozy • • • • •
1. ------IND- 2009 0488 F-- EN- ------ 20090916 --- --- PROJET FRENCH REPUBLIC Minister for Ecology, Energy, Sustainable Development and the Sea responsible for green technologies and climate Negotiations ‘NOR’:
• DECREE • on the use of wooden materials in certain types of constructions
Fafogyasztás – használat visszafogása? Iskolák belső levegőminőségének javítása Továbbképzési program Közép- és Kelet-Európai REGIONÁLIS KÖRNYEZETVÉDELMI KÖZPONT „Formaldehid a friss faanyagból is kerül a légtérbe. Régebben csak alaposan szellős helyen kiszárított fát használtak fel építkezéshez, így káros hatása kisebb volt. Kerülni kell tehát az iskolában és otthon az ilyen berendezési tárgyak használatát.”
• • • • • • • • • •
•
• •
• • •
A tudomány jelenlegi állás a természetes faanyagok (tömörfa) illékony szerves anyag (VOC) kibocsátását és annak egészségügyi hatását illetően Összeállította: Dr. habil Németh Róbert, egyetemi docens, NymE, FMK, Faanyagtudományi Intézet Felhasznált irodalom: 1. Holz-Zentralblatt 18. Februar 2011 2. AgBB - Bewertungsschema für VOC aus Bauprodukten; Stand 2010, Teil 1: Einführung 1, Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten A faanyagot az ember ősidők óta alkalmazza, mint építőanyagot, ill. készíti belőle használati tárgyainak jelentős részét ma is. A természetes faanyag egyik jellemzője, hogy tartalmaz illékony szerves anyagokat, ún. VOC-kat. A főbb komponensek a monoterpének közé sorolt α- és β-pinén, ill. az olyan aldehidek mint a pentanal vagy a hexanal, továbbá tartalmaz a fa ecetsavat is. Ezek a vegyületek a faanyagból emittálódnak, amit az ember jellegzetes faillatként érzékel. A belső terekben alkalmazott építőanyagok és berendezési tárgyak VOC-kibocsátását illetően manapság diskurzusok folynak, mely vitákat főként a nagyszámban alkalmazott műanyagok váltottak ki. Habár a tudományos szakirodalomban nem található olyan adat, ami a faanyagot a veszélyes anyagok közé sorolná, 2009-ig még az ellenkezőjét sem igazolták tudományos vizsgálatokkal. 2005-2009 között freiburgi és braunschweigi kutatóintézetek, ill. kórházak önkéntes tesztalanyokon végeztek életszerű vizsgálatokat. A tesztekhez frissen szárított erdeifenyőt és OSB lapokat használtak, mely termékek az előzetes vizsgálatok alapján a legnagyobb emissziókat mutatták. A tesztalanyok gyakorlatilag beköltöztek a vizsgálókamrákba és a legkülönbözőbb életfunkcióikat, reakcióikat figyelték, rögzítették a kutatók/orvosok. A vizsgálatok megállapították, hogy az emberi szervezetre nem volt káros, ill. hátrányos hatással a faanyagból kibocsátott illékony szerves anyag. Egyetemünk Faanyagtudományi és Kémiai Intézetének közös vizsgálatai alapján is hasonlóan alacsony emissziós értékeket mértünk erdei fenyő és akác faanyagon egyaránt. Az elvégzett vizsgálataink alapján a vizsgált faanyagok a 2010-ben kiadott német irányelvben megfogalmazott követelményeket is kielégítik (Bewertungsschema für VOC aus Bauprodukten).
•
•
A tesztek végeredményeként kijelenthető, hogy a faanyag az első olyan építőanyag, amelyre vonatkozóan tudományosan igazolt, hogy szakszerű beépítés esetén nem jelent egészségügyi kockázatot. (Ellentétben tehát a különböző műanyagokkal, melyekre ilyen vizsgálat eddig még nem zajlott le.)
Ki nyer a végén?
Fotó: Németh Róbert
