Építőanyagok és szerkezetek

1. Bevezetés

Az emberiség a történeti időkben helyben előforduló, "természetes" anyagokat használt a házak építéséhez. A kő, a fa a vályog, a szalma kis mértékű megmunkálás után került beépítésre. Az épületek, épületszerkezetek rendszeres és sűrű karbantartási munkákat igényeltek, amely munkák elmaradása esetén az épületek "nyom nélkül" visszasimultak abba a természeti környezetbe ahonnan kitermelték alapanyagaikat.

A XIX. sz. elejétől, az ipari forradalom, és a nagy mennyiségben rendelkezésre álló, olcsó energia (szén) tette lehetővé, hogy ipari gyártás során előállított új anyagokat is felhasználtak a házak építéséhez. A fémek, az üveg, a tégla tömeges elterjedése ezektől az évektől datálható. Ezen anyagok már nem tekinthetők "természetesnek", mivel a természeti előfordulásához képest jelentős átalakításokkal vált belőlük építési anyag, illetve a természetbe is csak nagyon hosszú idő után tudnak visszaalakulni eredeti nyersanyag formájukba.

Az első világháborúban már látványosan megjelenő vegyipar igazából az 1950-es évekre jutott el arra a szintre, hogy az épületekben is jelentős mértékben megjelentek a műanyagok, a festékek, műbútor lapok. Ezen anyagok jó magyar szóval valóban mű-anyagok, a természetben előforduló nyersanyagok igen jelentős átalakításával nyerik el formájukat, jellemző tulajdonságuk, hogy a természetben szemétként jelennek meg, illetve sok esetben a használat során is a környezetre (belső térre) káros anyagokat bocsátanak ki.

Az 1980-as évektől Németországból indult ki, hogy az építési anyagok természeti környezetre és belső lakótérre való hatását is kezdték figyelembe venni. Két új tudományterület kezdett kialakulni, az építésökológia és az építésbiológia.

Az építőanyagok értékelése egyre kifinomultabb lett, tudományos háttere egyre jobban megerősödött. A kezdeti érzésekre, érzetekre alapozott adatsorok után egyre több mérés készült, egyre több adat vált ismertté az építési anyagok teljes életciklus alatti környezeti terheléséről. A környezetterhelést mára számos indikátorral tudjuk meghatározni, és több építési anyag / szerkezet / épület minősítő rendszer látott napvilágot.

2. Elemek

Az építőanyagok gyártása, majd használata során olyan elemek, vegyületek kerülhetnek az építési anyagokba, amelyek az építőanyagokkal érintkező élő szervezetére káros hatással lehetnek.

A teljesség igénye nélkül itt olvashat többet a leggyakrabban előforduló káros anyagokról hatásmechanizmusaikról, illetve a lehetséges megbetegedésekről.

3. Építési anyagok, termékek

Az építési anyagok környezeti teljesítményének értékelésére az elmúlt 10-15 év során látványos fejlődésnek lehettünk szemtanúi. 15 évvel ezelőtt még csak olyan adatsorokat ismerhettünk, amelyek nagyon kevés, bizonytalan forrásból származó numerikus adattal, inkább "szakértői becslés" módszerével, érzéseket közvetítve, nagy bizonytalansággal mutatták be az építési anyagok környezeti hatását (lásd. 1. táblázat).

3-1. sz. táblázat: Szoványos építőanyagok és anyagcsoportok összehasonlítása ökológiai szempontok szerint [2: KRUSCHE, 1982]

10 évvel ezelőtt, elsősorban német nyelvterületeken megjelentek egyre komolyabb kutatások eredményei, amelyek során a kezdeti primer energia tartalom mellett az építési anyagok előállításához kapcsolódó, az üvegház hatásra jellemző CO_2eq, valamint a savasodásra jellemző SO_2eq kibocsátásokra is egyre pontosabb, számszerű értékek kerültek meghatározásra. Ezen kutatási eredményeket használta fel az első komolyabb hazai átfogó építőanyag elemzés, amely a Független Ökológiai Központban készült 2000 októberében.

Nagy lépést jelentett az építési anyagok környezeti értékelésében, hogy 1997-től szabványosították az életciklus vizsgálatokat (LCA). A már Magyarországon is érvényes MSZ EN ISO 14040 szabvány 2006-ban második kiadásban is megjelent, majd az alapvetően meghatározott értékelési módszerekre alapozva jelenleg már több adatbázis (Ecoinvent, Gabi, GEMIS), illetve több adatbázis kezelő, környezeti teljesítmény értékelő rendszer (Gabi, Envest, Bees, GEMIS, SimaPro, UMBERTO, LEGEP) is elérhető.

Az építési anyagok értékelése lassan olyan bonyolult folyamat lesz, hogy érdemesebb ökológiai minőségtanúsítással foglalkozó cégek, intézményék véleményét elfogadni, olyan termékek beépítését preferálni, amelyek rendelkeznek hitelt érdemlő minősítésekkel.

Általunk javasolt ökológiai "pecsét":

Alapelvként azonban megjegyezhetjük magunknak, hogy a minél kevesebb ipari beavatkozást igénylő "természetes any
agok" biztos lényegesen kevesebb káros hatással vannak a környezetre, mint a "mű-anyagok" (lásd Bevezetés).

4. Épületszerkezetek

Az építés, az épüettervezés sokkal komplexebb folyamat, minthogy pusztán jó anyagok választásával biztosan jó házat lehetne építeni. Talán legszebb példa erre a vályogházak kérdése. Az emberi szervezetre és a természeti környezetre nézve egy vályogház építésénél kevés jobb megoldást lehet találni, azonban egy vályogház üzemeltetése a mai komfortszinten sem a bentlakó pénztárcájának, sem a változó globális klímának nem tenne jót. A falak hőszigetelési értéke ugyanis lényegesen kedvezőtlenebb, mint azt gondolnánk, a használati életciklus alatt a mai korszerű szerkezetekkel összehasonlítva csak nagyon pazarlóan lehetne a házat üzemeltetni.

Az épületszerkezetek környezeti értékelése annyiban árnyalja tovább az építési anyagokról kialakult képet, hogy nem 1 kg anyagra vonatkoztatva hasonlítja össze a számításba vehető lehetőségeket, hanem 1 m²-re vetítve. Ez azért okoz lényegi eltéréseket, mert például 1 kg polisztirol előállítása jelentős környezetterheléssel jár, azonban a szokásos 5-15 cm vastagságban 1 m2-re vetítve csak 1,5-4,5 kg polisztirol szükséges, míg ugyanilyen vastagságú (és hőszigetelő képességű) kőzetgyapotból 5-ször annyi anyag szükséges.

A szerkezetekre vonatkozó ökológiai értékelések harmadik fontos különbsége az egyszerű anyag elemzésekhez képest, hogy az építési szituációtól és az anyag tulajdonságaitól függően meg kell határozni a szerkezet, illetve egyes rétegeinek várható műszaki élettartamát. Ez a kérdés talán a jelenlegi értékelési példáknak egyik legsarkalatosabb pontja, ugyanis azonos anyagok más-más élettartammal szerepelhetnek egyes szerkezetekben, így az ökológiai teljesítmény nem csak az anyagválasztás, hanem a szerkezeti kialakítás függvényévé is válik.

Az épületszerkezetek környezeti értékelésének általános elve, hogy LCA elemzések módszertana szerint egy "leltárelemzés" során a szerkezet összes alkotóelemények egy négyzetméterre vetített tömegét kiszámítjuk és ezen mennyiségekhez rendeljük hozzá a környezetterhelés jellemző értékeit (megfelelő adatbázisok információit felhasználva).

Ezt a módszert használja több épület/épületszerkezet értékelő rendszer, mint a svájci BauBioDataBank, vagy a német LEGEP. Ezzel a módszerrel készült egy komolyabb épületszerkezet elemzés készült 2001-ben a Független Ökológiai Központban.

4.1. Épületek életciklusát figyelembe vevő környezeti terhelés elemzésének egy módszere

A következőkben Medgyasszay Péter, Szalay Zsuzsa és Zorkóczy Zoltán által végzett OTKA kutatás során használt értékelési módszertant és az értékelés egyes következtetéseit kutatjuk be. Az értékelés lépéseit egy szalmabálával hőszigetelt favázas, vályogtégla kitöltésű külső fal (V35F) példáján mutatjuk be.

A) Alapadatok definiálása

1) A szerkezet rétegeinek definiálása,

2) a szerkezeti rétegek élettartamának meghatározása,

3) a szerkezeti rétegek egy négyzetméterre vonatkozó tömegének kiszámítása.

4.1-1. táblázat: A V35F jelű falszerkezet rétegeinek definiálása, az egyes rétegek négyzetméterre vonatkozó tömegének kiszámítása, és a szerkezeti rétegek élettartamának meghatározása 4: Steiner, P. 1995 alapján. [5: Medgyasszay, 2008]

B) Gyártási és hulladék állapotra vonatkozó környezetterhelés kiszámítása

4) A magyarországi termelési viszonyokra adaptált környezetterhelési adatbázis összeállítása ,

5) A szerkezeti rétegekhez tartozó, egy kg-ra vonatkozó indikátorértékek kigyűjtése (adaptált adatbázisából),

4.1.-2. táblázat: A V35F jelű falszerkezet környezeti indikátorai 1 kg anyagra vonatkoztatva.

6) minden szerkezeti réteg egy négyzetméterére vonatkozó, egy év használatra jutó környe-zetterhelési indikátor értékének kiszámítása,

4.1.-3. táblázat: A V35F jelű falszerkezet rétegeinek környezetterhelése egy évre és egy négyzetméterre vonatkoztatva.

7) a teljes szerkezet egy négyzetméterére, egy évre vonatkoztatott környezetterhelési indikátorértékek összesítése.

C) Használati életciklusra jutó környezetterhelés meghatározása

8) A szerkezet hőátbocsátási értékének meghatározása,

9) a vizsgált építési tájegységre vonatkozó hőfokóra definiálása,

10) a szerkezet egy négyzetméter felületére eső éves energiaveszteség kiszámítása,

11) a vizsgált területi egységre jellemző fűtési energia-mix meghatározása,

12) a fűtési energia-mix egy energiaegységéhez tartozó indikátor értékek meghatározása,

13) a használat egy évére jellemző környezetterhelési indikátorok kiszámítása.

4.1.-4. táblázat: A V35F jelű falszerkezet környezetterhelése egy évre és egy négyzetméterre vonatkoztatva teljes életciklus alatt.

4.2 Egyes falszerkezetek épületek életciklusát figyelembe vevő értékelése

A 4.1 fejezetben bemutatott elemzések értelmezésére egy olyan ábrázolási módszer lett kidolgozva, amely a szerkezetek eltérő léptékű és dimenziójú indikátorainak könnyű áttekintését célozza. [5: Medgyasszay, 2008] Az indikátor értékeket egy kördiagram 8 tengelyére vetítjük fel az alábbi (15-18) konvertálási szabályok betartásával:

D) Vizsgált szerkezetek környezetterhelésének összehasonlítása (sugár-diagrammal)

14) Az indikátorok közötti súlyozási arányszámok megállapítása,

15) a vizsgált szerkezetek súlyozott környezeti indikátorait bemutató összesítő táblázat összeál-lítása (a gyártási, a használati és a két értéket összesítő teljes környezetterhelés dimenziók-ban),

16) az egyes indikátorértékek maximum értékeinek meghatározása,

17) a vizsgált szerkezetek környezeti indikátorait százalékos formában bemutató összesítő táb-lázat összeállítása úgy, hogy az egyes indikátorok értékeit mindig az adott indikátor maximum értékéhez arányosítjuk,

18) a szerkezetek környezetterhelésének ábrázolása sugár-diagramon a következők szerint:

18a) Minden egyes sugár-diagram egy szerkezet környezetterhelését mutatja,

18b) a diagram sugaraira, mint indikátortengelyekre a gyártási-hulladék, a használati és az összesített indikátorértékeket is feltüntetjük 16) lépésben előállított százalékos értékek ábrázolásával,

18c) a különböző életciklusra jellemző indikátor értékeket azonos vonalakkal kötjük ösz-sze.

19) A vizsgált szerkezetek közül az tekinthető legkedvezőbbnek, amelyik szerkezet “pecsétje”, azaz az azonos életciklusra jellemző indikátor értékeket összekötő vonal által határolt alakzat területe a legkisebb.

A szerkezetelemzés során a 4.2-1. ábrán a következő indikátorokat vizsgáltuk:

1. Kumulatív energiaigény, nem megújuló (PEI, n.r.)
2. Klímaváltozás (GWP)
3. Savasodás (AP)
4. Sztratoszferikus ózonréteg károsodása (ODP)
5. Eutrofizáció (EP)
6. Fotokémiai oxidáció-nyári szmog (POCP)
7. Humántoxicitás (HTP)
8. Ökotoxicitás (ETP)

Ezen indikátorok közül az ökotoxicitás és a humántoxicitást leszámítva az összes többi indikátor vizsgálata szinte minden épületekkel foglalkozó életciklus elemzés állandóan használt indikátora.

4.2-1. ábra: Szerkezetek és épületek összehasonlító ábrázolására használt kördiagram indikátor tengelyei. [5: Medgyasszay, 2008]

A 4.2-2, 3, 4, 5 ábrákon négy falszerkezetet mutatunk be. Az ábrákon a kék terület mutatja az egy évre vetített gyártáshoz tartozó környzeti terheléseket, a zöld a használati életfázishoz tartozót, míg a piros vonal a két életfázis összességét mutatja. Az ábráknak három nagyon fontos tanulsága van:

1) A használati életfázis szerepe nagyon jelentős. Versenyképes falszerkezetet csak nagyon jó hőszigetelő képesség mellett lehet készíteni, hiszen a használati életfázis energiaveszteségén keresztül a szerkezet környezeti hatása meghatározó.

2) Egyes indikátorértékek, főként a toxicitásra és az eutrofizációra vonatkozó indikátorok tekintetében a gyártás rövid ideje alatt nagyobb környezeti terhelés keletkezhet, mint a teljes 40-80 éves élettartam alatt.

3) Igazán nagy, léptékváltást eredményező környezeti terhelés csökkenés csak jól hőszigetelt, természetes anyagokat használó szerkezetekkel érhető el. (Az elterjedésnek azonban jelentős gátja az anyagok jellegéből adódó alacsony ipari háttér, vevői bizalmatlanság.)

Az építési anyagok/épületszerkezetek környezeti terhelésének legnagyobb kihívásai manapság, hogy

a) miként kezeli és értékeli a bontás, deponálás életfázisát,

b) az emberre gyakorolt hatásokat, az építésbiológiai hatásokat miként tudja számszerüsíteni, mérhetővé és összehasonlíthatóvá tenni.

5. Irodalomjegyzék

• 1. Dr. Tiderenczl Gábor, Medgyasszay Péter, Szalay Zsuzsa, Zorkóczy Zoltán: "Épületszerkezetek építésökológiai és -biológiai értékelő rendszerének összeállítása az építési anyagok hazai gyártási/előállítási adatai alapján", Független Ökológiai Központ. In OTKA T/F 046265 kutatási jelentés. 2006.

• 2. KRUSCHE, P. és M.; ALTHAUS, D.; GABRIEL, I.: Ökologisches Bauen, Wiesbaden ; Berlin : Bauverlag, 1982
• 3. Medgyasszay, Péter (ed): Környezetkímélőbb Építés Adatbázisa. Független Ökológiai Központ. Budapest 1998-2004. http://www.foek.hu/korkep
• 4. Steiger, P. et al: Hochbaukonstructionen nach ökologischen Gesichtspunkten, SIA D 0123. Zürich, 1995.
• 5: Medgyasszay, Péter: "A FÖLDÉPÍTÉS OPTIMALIZÁLT ALKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEI MAGYARORSZÁGON - különös tekintettel az építésökológia és az energiatudatos épülettervezés szempontjaira" (PhD disszertáció) Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. Budapest, 2008.