Egy szalmabála h szigetelés ház tervezésének energetikai és szerkezeti tapasztalatai

Átírás

1 Egy szalmabála h szigetelés ház tervezésének energetikai és szerkezeti tapasztalatai Igaz Titusz, abszolvált Ph.D. hallgató Debreceni Egyetem, Épít mérnöki Tanszék igaz.titusz@gmail.com, Kozmáné Szirtesi Krisztina, Dr. Kovács Imre Debreceni Egyetem, Épít mérnöki Tanszék szirtesikrisztina@hotmail.com, dr.kovacs.imre@gmail.com 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 els szalmaházakat Nebraskában a 19. század vége felé, a bálázó gépek feltalálása idején építették. A homokos dombokkal jellemezhet tájban nem találtak építésre alkalmas anyagot. Fát csak a folyók partjain él k alkalmazhattak. Sok helyen gyeptéglák segítségével építettek kunyhókat, de bizonyos területeken ebb l sem lehetett megfelel min ség t fellelni, így adódott a telepeseknek az ötlet, hogy a szalmabálákat, mint téglákat egymásra építve készítsenek házat (1.a,b. ábra). El ször csak ideiglenes jelleggel építették, de id vel rájöttek, hogy ha bevakolják, akkor nagyon is komfortos és tartós házakat kapnak. Az els ilyen házak már több mint 100 éve épültek, és közülük sok még ma is épségben áll és lakják (LACINSKI P. ÉS BERGERON M, 2000). 1.a. ábra. Teherhordó típusú szalmaház építés közben 1.b. ábra. Szalmabála falazattal épült templom az USA-ban (1927)

2 Id vel, a korszer épít anyagok megjelenésével és a mobilizáció fejl désével, ezek a házak feledésbe merültek, ám kés bb, az 1970-es évek energiaválsága idején újra felfedezték ket. 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 jöv elé nézhetnek. Szalmaházak Európában Az EU számos országában (Anglia, Franciaország, Németország, Dánia, Spanyolország, Ausztria, ) készültek már szalmaházak különböz építési technológiákkal. A legtöbb esetben hagyományos, kézi kivitelezés házak épültek, de több példa található el re gyártott panelek alkalmazására is. A különböz építési módok függvényében változik az így létrehozott házak beépített energia igénye, ami a kivitelezéshez felhasznált épít anyagok alapanyagainak kibányászásához, el állításához 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 rendeltetésszer 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 f tési (MEDGYASSZAY P, OSZTROLUCZKY M, 1999) és (bizonyos helyeken) a h tési energia teszi ki, így ezek minimalizálása a legfontosabb egy környezet és energiatudatos épület kapcsán. A manapság egyre divatosabb passzívházak messzemen kig 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 lehet leg 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 készül ) 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 különböz épít anyagok beépített energiaigényét fejezi ki CO 2 egyenértékben. Megfigyelhet, hogy a manapság el szeretettel használt mesterséges épít anyagokkal (fémek, m anyagok, szilikátok) szemben a természetes, növényi eredet anyagok használata esetén nemhogy CO 2 ot juttatunk a légkörbe, hanem éppen ellenkez leg, a növény által megkötött CO 2 ot a leveg b l és - az épület élettartamának idejére - a körforgásból kivonva, negatív el jel értékeket is kaphatunk (WIHAN J, 2007). Ennek is köszönhet tehát, hogy a szalmaházak igazán környezetkímél alternatívát nyújtanak, míg a passzívházaknak csupán az üzemeltetése tekinthet energiatudatosnak. Egy teljesen közönséges épület esetében pedig, melynek üzemeltetése is rendkívül gazdaságtalan, a környezetterhelés még a passzívházakhoz képest is sokkal nagyobb. A magyarországi épületállomány m szaki állapotát figyelembe véve megállapíthatjuk, hogy nálunk még lesújtóbb a helyzet.

3 Ϯ Ă Ϯ ď Ϯ Ě Ϯ Đ 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. ϯ Ă ϯ ď 3.a. ábra. Vakolt szalmabála fal tħztesztje az ÉMI Szentendrei Laboratóriumában (2008) 3.b. ábra. A tħzmentett oldal felületi hęmérsékletnövekedésének alakulása a tħzteszt során

4 A jogi akadályok leküzdése érdekében az utóbbi id ben számos kezdeményezés történt szakmai és civil oldalról is. A Magyar Építész Kamarán belül egy szakmai bizottság is m ködik a korábban említett jogi visszásságokból ered problémák leküzdéséért (ERTSEY A., 2009). M emlékvédelemmel foglalkozók számára is nap, mint nap okoz problémát a jogszabály, így k is küzdenek ellene. A szalmaházak hazai népszer sítését célul kit z Energia és Környezet Alapítvány pályázati forrásból egy t ztesztet is megfinanszírozott, amely eredményei tanúsítják, hogy szalmából készíthet ek megfelel en t zálló falak. (ÉMI, 2008) A t zteszthez épített demó fal (3.a,b. ábra) készítésében és a t zteszten magán is jelen voltam, így tanúja lehettem, hogy a vizsgálati szabályoknak megfelel en közel 1000 Cº-os h mérsékletig hevített próbafal t zmentett oldalán csupán 7 Cº-os átlagos h mérséklet emelkedés volt megfigyelhet. Ez jóval alul marad a megengedett 140 Cº-os értékhez képest, továbbá a vizsgálat közben természetesen a próbafal meg rizte 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 El szabvány (MSZE ), melynek címe: Vályog falazóelemek és szalmabála épít elemek követelményei - 2. rész: Szalmabála épít elemek. Ennek a Szabványnak köszönhet en jelent sen könnyebbé vált ezeknek a házaknak az engedélyezhet sége. Egy családi ház tervezésének energetikai és szerkezeti tapasztalatai A dunántúli településen épül 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 kívülr l és belülr l is levakolásra kerül majd. Egy szokásos kisméret bála 35x45x90 cm-es. A falba a leghosszabb oldalával párhuzamosan élére állítva vagy lapjára fektetve szokták elhelyezni. El bbi esetben a bálát alkotó szalmaszálak jellemz en párhuzamosak a fal síkjával, míg utóbbi esetben a szálirány mer leges a fal síkjával. A német FASBA (szalmaházépít szakemberek) mérései alapján megvizsgáltuk, hogy a két különböz elhelyezési mód esetén milyen h szigetel tulajdonságokra számíthatunk. Mivel az élére állított bálák esetén a szálirány nem kedvez a küls és bels tér közti h vándorlásnak, így kisebb h vezetési tényez ( =0,044 W/mK) párosul hozzá, mint lapjára fektetett bálák esetén, ahol a szálirány jobban kedvez a h vezetésének a kültér és a beltér között, így a mérések szerint =0,067 W/mK h vezetési tényez adódott. Ha pedig kiszámoljuk, hogy mekkora h átbocsátási tényez t eredményez az élére állított 35 cm vastag szalmabála és a lapjára fektetett 45 cm széles szalmabála, akkor máris lehet mérlegelni a használatukat. Mindkett esetén 5-5 cm küls és bels vályogvakolattal készítettük a számítást. El bbi esetén U=0,12 W/m 2 K, utóbbi esetén U=0,14 W/m 2 K érték adódott. Els re tehát meglep nek t nhetne, hogy a vékonyabb falszerkezet jobb h szigetelést eredményez, de a szálirányok és a h vándorlás tulajdonságainak ismeretében érthet a jelenség. Ezen megfontolások után természetesen úgy döntöttünk, hogy a bálákat élére állítva fogjuk elhelyezni a falszerkezetben, ugyanis mind h szigetelés, mind helytakarékosság szempontjából ez bizonyult el nyösebbnek. A bálák vakolhatósága szempontjából jobb ugyan a másik irány, de rabichálóval (csirkeháló) ez a probléma viszonylag könnyen kezelhet. A végleges falszerkezet U értéke némileg rosszabb lesz, ugyanis a fa vázaknál nem lehet a teljes bálavastagsággal számolni, csak az oszlopok közé befér 15 cm töméssel. Pontonként pedig, ahol az oszlopokat összeköt fák vannak, csak a fa h szigetel képességére lehet hagyatkozni. El bbi vonalmenti felületeken körülbelül U=0,25 W/m 2 K, míg kisebb szakaszokon U=0,34 W/m 2 K. Az el bbi rétegrend körülbelül a teljes felület 10 %-án jellemz, míg utóbbi a felület 3%-án. Így ezekkel a felületekkel súlyozva körülbelül U=0,14 W/m 2 K-re adódik a falszerkezet h átbocsátási tényez je. További h hidat jelentenek a födémgerendák áthatásai és a fém kapcsolóelemek, de

5 feltehet leg ezekkel együtt sem sokkal rosszabb a fal átlagos h átbocsátási tényez je U=0,15 W/m 2 K-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 kedvez értékeket. Mivel a födémben majdnem megszakításmentesen fut a h szigetelés, csak a falszerkezet és e tet szerkezet oszlopai hatolnak át rajta helyenként, ezért a falaknál kevésbé romlik le a bálák h szigetel képessége, így körülbelül U=0,13 W/m 2 K értékkel kalkulálhatunk. 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 h hidak, így, ha már a fal és a födém ilyen jó h szigetelést 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 el re nyúljon a bálafal, hogy alatta a vasalt lábazat h szigetelése folytonosan megoldható legyen. Így végül 15 cm XPS h szigetelés került betervezésre, amelyb l 10 cm az alaptest aljáig levezetésre kerül. A lábazatnak így U=0,22 W/m 2 K lett a h átbocsátási tényez je, vagyis nem képez nagyobb h hidat, mint a fa szerkezet máshol. Mivel az alap alsó síkjáig levezetésre került a h szigetelés egy része, ezzel a talaj fel l veszélyeztet kerül h híd problémája is kiküszübölésre került, és a padló téli leh lését l sem kell tartani. Ezzel a megoldással a padlószerkezetbe 4-5 cm vastag h szigetelés alkalmazása optimális ahhoz, hogy télen a padló ne legyen hideg, ugyanakkor nyáron az épület alatt található földtömeg h tároló és h t 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 réteg üvegezés, és a f tés fatüzelés tömegkályhával való megoldása szintén a környezet- és energiatudatos megoldásokat kívánja továbber síteni.

6 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 Min ségellen rz Innovációs Kht. (2008): Vizsgálati jegyz könyv a kétoldali agyagvakolattal ellátott szalmabála kitöltés, nyílás nélküli teherhordó falszerkezet t zállósági 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 lehet ségei 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): T zvédelmi alapfogalmak, BME Épületszerkezettani Tanszék, Épületek t zvédelme 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.