A fa és a beton együttes használata hőtárolás céljából

A Building Design - a brit építészek honlapja - egy igen érdekes témát fejteget, bemutatja a fa és a beton együttes használatából adódó innovatív megoldást hőtárolás céljából. Az épületet az előzetes tervek szerint 2010 júliusában adják át.

Az épület tervezésekor egy érdekes építészeti ellentmondásra kerestek megoldást a szakemberek: hogyan építsenek olyan faépületet, amelynek a beton hőtárolására lenne szüksége? Ezzel a kérdéssel találta magát szemben a tervező csapat, amikor fontolóra vették az új, 5 millió fontot érő szerkezet ötletét, ugyanis Woodland Trust központja, amely korábban egy üres telek volt Grantham vásárváros nyugati részén, gyorsan formálódik. Paradox volt a helyzet, amikor a csapat azzal a szokatlan ötlettel állt elő, hogy kereszt-laminált fa szerkezeti elemeket használnak a falaknál, a padlónál és a tetőnél, és az előregyártott beton "radiátorokat" vagy paneleket a fa burkolatú álmennyezetre rögzítik.

Matt Vaudin szerint a betonnak a fa panelekkel való vegyítése a strukturált és kritikus cselekvést szolgálná, továbbá a szükséges hőtároló kapacitást biztosítaná.

A fának a betonnal történő egyesítése már korábban megvalósult, de általában a mennyezeten, ahol a fa zsaluként szerepelt," mondta Neil Thomas, igazgató, szerkezeti mérnök. "Előrukkoltunk egy átfogó építészeti, környezetvédelmi és szerkezeti megoldással."

A beton radiátorok tervezése

Beton radiátorokat használnak a 2800 négyzetméteres természetes szellőzésű irodaházban, amely fokozatosan ereszkedik, és a levegő végigsöpör a harmadik emeleti, 15 méter széles blokktól, a recepción keresztül, az első emeleti, a ház oldalszárnyában található tárgyalók felé.

A beton radiátorok tervezése egy hosszú folyamat volt. A tervező csapat tudta, hogy a fa-vázszerkezetű épület önmagában nem biztosítja a szükséges hőtárolást ahhoz, hogy az épület túlmelegedése elkerülhető legyen. Szembekerültek azzal a problémával, hogy hol és hogyan kell hozzáadni a szükséges betonmennyiséget és a kiválasztott anyagot.

Más anyagokat is összevetettek, viszont egyik sem ért fel a betonnal, amely 80 mm-es vastagságával tudja biztosítani az elegendő hőtároló kapacitást az éjszakai hűtésre.

Max Fordham felhasználta a tervezéshez a Chartered Intézet Épületgépészeti Mérnöki Tervezők nyári éves adatait Nottinghamre nézve, amely részletes hőmérsékleti adatokat szolgáltat a forró nyárról. Ez azt mutatta, hogy ez a hely hűvösebb volt az átlagnál, és így kisebb mennyiségű betonra volt szükség.

A projekt környezetmérnöke számítógéppel modellezte a laminált fa szerkezetét a beton radiátorokkal minden egyes burkolaton, a mennyezet felületének 50%-án. Ennek az elrendezésnek a hőátadását a házon belüli Thermal szoftverükkel számolták ki, majd a további modellezést az IES szoftverrel végezték.

Közben Atelier One saját maga modellezte a szükséges beton mennyiségét. Tudták, hogy a paneleknek elég vastagnak kellett lenniük ahhoz, hogy szerkezetileg működjenek, de nekik is ki kellett próbálniuk és minimalizálniuk a lemez súlyát.

Két előregyártott beton radiátorral dolgoztak - az egyik 5 méter, a másik 6 méter hosszú -, ezeket rácsavarozták egy kettős ívű 15 méter hosszú kereszt-laminált fa panelre, és négy hetes periódusokban monitorozták. A méréseket naponta végezték, hogy kimutassák, hogy a mért alakváltozás és a csúszás olyan mértékű-e, mint amilyet terveztek.

Az előregyártott beton radiátorok egyszerű téglalapként szerepelnek a tervrajzban, és ollószerűen rögzítettek a 2,4 méter széles fa panel alsó részéhez, azaz el tudnak csúszni egymáson a hőtágulás miatt. Hosszúságuk szerint többféle beton radiátor létezik az 5 méterestől a 6 méteresig, szélességük általában 2 méter. Ezek bordázott mintájúak, a végeken pedig 250 mm vastagok, és a vastagságuk 80 mm-ig csökken, ahol a beton már ki van vájva.

81 radiátort gyártattak, és az Ausztriából származó kereszt-laminált fával együtt elküldték a fővállalkozónak, amely összedolgozta az anyagokat. Néhány hosszabb beton radiátor tagoltabb az egyik oldalán a fénycsövek elhelyezése miatt, ami biztosítani fogja a világítást a háromemeletes blokk középső része mentén.

Hogyan hűl le az épület?

Az 1.ábra bemutatja az épületet egy nyári napon, míg a 2. ábra az épületet reprezentálja nyári estéken.

Az álmennyezetre minden emeleten szereltek beton radiátorokat, és az ablakok mindkét oldalon kézzel nyithatók az alsó szinten, míg éjjel a felső szinten az ablakok automatikusan nyílnak az éjszakai hűtés céljából.

A nap folyamán a felső szinten található beton panelek elnyelik a hőt. Éjszaka a panelek kisugározzák a hőt, amely a felső ablakokon elhagyja az épületet. A hűvös levegő beáramlik a meleg levegő helyére, ami lehűti a betont.

Télen a beton radiátorok mérsékelik a fűtési igényt, és az ablakok csak szellőző fokozatra állnak.

A szakértők, amikor a beton radiátor mellett döntöttek, analizálták a szén-dioxid áramlást ebben a struktúrában, összehasonlítva egy teljesen vasbeton szerkezettel. Megállapították, hogy több fát és kevesebb betont használva, ebből az épületből több mint 400 tonnával kevesebb szén-dioxid kerül a légkörbe a teljesen vasbeton szerkezethez képest, több mint 500 tonna szén-dioxidot az épület szerkezete tárol. Ennek az összege megfelel egy hasonló méretű és felhasználású épület, mint a Woodland Trust központja, több mint 10 éves szén-dioxid-kibocsátásnak.

Az épület már megkapta a BREEAM "kiváló" minősítését.

Forrás: e-gépész.hu