A hőszigetelő anyagok fejlődése
A 19. század közepétől ugyanis az emberiség a szokványos, a természetben megtalálható anyagok helyett- állati bőrök, növényi rostok, földborítás – olyan különleges, sokszor szintén a természetben előforduló anyagokat fedeztek fel, amelyek ugyancsak alkalmasak voltak különféle hőszigetelési célokra. Ekkor jelentek meg az első hőszigetelő termékek is, amik kezdetben valamilyen természetes anyagból készült gyártmányok voltak (parafa, hamuval töltött tégla, nádpalló).
Amennyiben az energiatudatos építészet fejlődéstörténetén végigpillantunk, majd megvizsgáljuk, hogy az alkalmazott hőszigetelő anyagok hogyan követték a változásokat, megállapíthatjuk, hogy a hőszigetelő anyagok fejlődéstörténete öt nagy korszakra osztható. Az egyes korszakok közti határ azonban nem minden esetben valamely történelmi eseményhez köthető -ahogy azt a történelmi korok elhatárolásánál már megszokhattuk -, hanem az emberiség, az építészet fejlődésének valamely fordulópontja, valamint a gazdaság és az ipar fejlődésének valamely mérföldköve jelenti.
Ezek az események és folyamatok nagyban hatottak az építési tevékenységre, az építészet fejlődésére és egyben a hőszigetelő anyagok világára is. Eredményük általában valamely új hőszigetelő anyag megjelenése, ill. más, régebbi hőszigetelő anyag eltűnése, alkalmazásának visszaszorulása volt.
Az első fejlődéstörténeti korszak
Első korszak kezdetének nagyjából azt a 2,5 millió évvel ezelőtti időpontot tekinthetjük, amikor elődeink elsőként végeztek építési tevékenységet, míg lezárását Kr. e. 7000 körül a letelepült életmód megjelenése jelentette. Ebben az időszakban az ember kevéssé tartós, elsősorban ruházkodásra használt növényi és állati eredetű anyagokból (növényi rostok, állati szőrök és bőrök) készített ideiglenes hajlékot magának.
A második fejlődéstörténeti korszak
A letelepült életmód azonban meghozta a tartós építőanyagok iránti igényt. Ebben az ipari forradalom kezdetéig terjedő időszakban már jobbára végleges megtelepedést szolgáló épületek épültek, azonban még – néhány kivételtől eltekintve – mindig nem beszélhetünk kizárólag hőszigetelő funkciója miatt használt építőanyagokról.
A gyakran 60-80 cm vastag régi kő- és téglaanyagú falszerkezetek a kor hőszigetelési igényeit kielégítették, így azokra külön hőszigetelő réteg nem került. Nem kellett számolni sem az energiahordozók kimerülésével, sem pedig az energiahordozók árának gyors növekedésével.
Egyedül a tetőszinti födémek hőszigetelésére fordítottak némi gondot, bár még a 19. században is a legfelső lakószint felett csupán egy agyagréteggel szigetelték. E réteg agyagból, sárból vagy ezek keverékéből állhatott, olykor náddal, pelyvával keverve, vastagsága tipikusan 10-20 cm között változott. Ahol a födém bírta, ott e réteget keményre döngölték. Ez az agyagozás egyúttal némileg tűzgátló hatású is volt.
A tetőhéjazatok közül a fazsindelynek csekély, a nádazásnak jobb, ám vastagságától függő mértékű hőszigetelő képessége volt. Ezek azonban tűzveszélyes anyagok voltak. Az olcsó nádazás alá ezért gyakran illesztettek agyagzsindely táblákat. Ezek a pelyvával kevert agyagból készült táblák hőszigetelő és egyben tűzgátló elemek is voltak. Használatuk kedvező tapasztalatai nyomán néha hőszigetelő elemként egyéb, nem gyúlékony fedések alá is betették. Anyaga azonban porladt, idővel rovarok is beleköltözhettek, nem volt időálló, ezért már a 19. században felhagytak a használatával.
A harmadik fejlődéstörténeti korszak
Az első, kimondottan hőszigetelési célra használt építőanyagok a harmadik korszak kezdetén, vagyis az ipari forradalom második szakaszában – nagyjából a 19. század második felétől – jelentek meg. Kezdetben valamely természetes építőanyag feldolgozásával nyerték őket. Számos különféle növényi rost feldolgozásával olyan hőszigetelő termékek kerültek forgalomba, mint a szárított tengeri fűből, a préselt cukornádból, lenből és kenderből, vagy agyaggal és vízzel kevert parafaőrleményből, különféle mezőgazdasági és faipari melléktermékekből (faforgács lap, fagyapot, farostlemez) és újrahasznosított újságpapírból készült szigetelőanyagok.
Az 1870-es és 1880-as években megkezdődött a falazó elemek reformja is, ami a falazóelemek súlyának csökkenését és hőszigetelő képességük javítását célozta. Számos kísérlet fulladt kudarcba, ugyanis az így létrejött falazóelemek tartóssága és teherbírása meglehetősen kritikus volt. Nem csoda, ha a falazóelemek korszerűsítése mellett egyre több, kimondottan hőszigetelési célzattal készült építőipari termék jelent meg a piacon.
A 19. század második felében és a 20. század első évtizedeiben megjelentek a természetes alapú hőszigetelő anyagok mellett az első mesterséges hőszigetelő anyagok is, mint pl. a kőzetgyapot, a salakgyapot, az üveggyapot és a habüveg, de elterjedésük a modern építészet térhódításáig nem volt számottevő. Csupán az 1920-as és 1930-as években kezdtek terjedni, de használatuk nem volt általános. Jellemző a korszakra, hogy számos új, rövid életű, kísérleti anyag is megjelent, amelyekről hol gyorsan, hol kicsit lassabban olyan hátrányos tulajdonságok derültek ki, hogy gyártásukkal hamar felhagytak.
A negyedik fejlődéstörténeti korszak
A következő nagy korszakváltást a műanyaghabok (extrudált polisztirolhab, expandált polisztirolhab, poliuretánhab) megjelenése hozta. Ugyan már az átmeneti időszaknak tekinthető 1930-as és 1940-es években megindult a műanyagok tömeggyártása, de az igazi változást a hőszigetelő anyagok világában csak a második világháború utáni robbanásszerű elterjedésük hozott.
Az első extrudált polisztirolhab termék 1943-ban, az első expandált polisztirolhab termék 1951-ben, az első poliuretánhab termék 1954-ben került kereskedelmi forgalomba. Ezek a gyártmányok rohamosan fejlődtek, egyre jobb minőségben és nagyobb mennyiségben álltak rendelkezésre. Az 1950-es évektől kezdődően a műanyaghabok elárasztották az építőipart, ráadásul a már korábban megjelent és időközben minőségileg továbbfejlesztett mesterséges anyagok (kőzetgyapot, üveggyapot, habüveg) is egyre intenzívebben szorították ki a természetes anyagú hőszigeteléseket. A természetes anyagú hőszigetelések tömeggyártása nehézkesebb is volt, és nem bizonyultak kellően tartósnak sem.
Az ötödik fejlődéstörténeti korszak
A 20. század végére azonban újabb korszakváltás következett be, ugyanis a környezetszennyezés és a globális klímaváltozás olyan mértéket öltött, hogy az építészetben egyre inkább előtérbe került a környezet és energiatudatos gondolkodásmód. Az épületfizika immáron az épülettervezés szerves részévé vált, és felértékelődött az épületgépészet szerepe is. Az épületfizikai vizsgálatok során a teljes épületet egy komplett rendszerként kell figyelembe venni, s ez a forradalmi változás az oka, hogy manapság épületfizika helyett inkább épületenergetikáról kell, hogy beszéljünk.
Azzal együtt, hogy az épületenergetikai számítások elvégzése elengedhetetlenné vált az építészek számára, számos új és jobbnál jobb minőségű termék öntötte el a hőszigetelő anyagok piacát. A tradicionális hőszigetelő anyagokat gyártó cégek folyamatosan fejlesztik termékeiket, hogy termékeik alkalmazhatósága egyre szélesebb körű legyen, és újabb piaci területeket hódíthassanak meg. Szükséges továbbá, hogy lépést tudjanak tartani a konkurenciával és a szinte minden nap a piacra betörő új termékekkel. Ennek köszönhetően a tradicionális hőszigetelő anyagok hatalmas minőségi változáson mentek keresztül az elmúlt évtizedben, s ez a változás napjainkban is zajlik.
Mindezen túl eddig ismeretlen vagy sokáig más célra használt újfajta, nagy teljesítményű hőszigetelő anyagok (pl. nanotechnológiás hőszigetelő anyagok) jelentek meg a hőszigetelő anyagok piacán, újra felfedezték a különféle természetes hőszigetelő anyagokat (pl. szalmabála, kukoricablokk), és megtapasztalhatjuk a földépítészet reneszánszát is.
A bioépítészet születése
A 20. század közepétől azonban az energiaválság az előző fejezetekben taglaltakon kívül más problémákat is felvetett, nevezetesen, hogy a mesterséges hőszigetelő anyagok előállítása meglehetősen nagy mennyiségű fosszilis energiahordozó felhasználását igényli, ráadásul a növekvő energiaárak előállítási költségeiket is megnövelik.
Mindezek mellett egyre inkább előtérbe került a különféle hulladékok újrahasznosításának szükségessége, ami az építőipari hulladékok, azon belül is a bontás vagy felújítás során elhasználódott hőszigetelő anyagok feldolgozását is jelenti. Ez számos esetben szinte megoldhatatlan problémát jelent, hiszen egyes hőszigetelő anyagok természetes körülmények között csak nagyon lassan (pl. műanyagok) vagy egyáltalán nem (pl. kőzetgyapot) bomlanak el. Ráadásul elbomlásuk során alapanyagukból vagy kötőanyagukból (pl. ragasztóanyag) különféle mérgező anyagok juthatnak a környezetbe.
A jelenlegi helyzetet figyelembe véve hosszú távon újabb radikális változás várható a hőszigetelő anyagok világában, hiszen a fenntartható fejlődés csupán mesterséges anyagok segítségével valószínűsíthetően nem biztosítható.
5.1. ábra. A hőszigetelő anyagok piaci összetétele Németországban 1994-2014 között
| Év | Szálas hőszigetelések | EPS | XPS | PUR | Egyéb | Természetes anyagok |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1989 | 59% | 32% | 3% | 5% | - | 1% |
| 1994 | 60% | 31% | 3% | 4% | 1% | 1% |
| 1999 | 58% | 28% | 4% | 4% | 1% | 5% |
| 2004 | 54% | 28% | 6% | 5% | 1% | 6% |
| 2010 | 53% | 27% | 6% | 5% | 1% | 8% |
| 2014 | 50% | 27% | 6% | 5% | 1% | 11% |
Ha szemügyre vesszük németországi hőszigetelőanyag-piac összetételét (Magyarországon és Ausztriában is hasonló a helyzet), láthatjuk, hogy a mesterséges anyagok képviselik a hőszigetelő anyagok jelentős hányadát. Az ásványgyapotok jelentik a teljes szigetelőanyag-termelés 50%-át, míg a különféle műanyaghabok nagyjából 38%-ot tesznek ki. A természetes hőszigetelő anyagok piaci részesedése a 11%-os értékével szintén számottevőnek tűnik.
Azonban érdemes odafigyelnünk a hőszigetelő anyagok piacának időbeli alakulására, melyre jó példának szintén a németországi helyzet tűnik. A mesterséges anyagok (szálas hőszigetelések, műanyaghabok) aránya kicsivel ugyan, de nagyjából az ezredforduló környékén csökkenni kezdett. Ezzel egy időben a természetes anyagok részesedése az 1%-ról 2004-ben 6%-ra, 2014-ben pedig már 11%-ra növekedett.
Látható, hogy a természetes hőszigetelő anyagok közül 32%-ot a cellulózszigetelés, 28%-ot a farostlemez, 20%-ot a fagyapot, 9%-ot a len- és kenderszál, 4%-ot a gyapjú és 7%-ot az egyéb természetes anyagok (parafa, szalma stb.) tesznek ki.
5.3. ábra. A természetes hőszigetelő anyagok megoszlása a német piacon
5.4. ábra. Frank Lloyd Wright által tervezett Vízesésház
Ennek a jelenségnek az a magyarázata, hogy napjainkban egyre növekvő igény tapasztalható a természetes hőszigetelő anyagok alkalmazása iránt. Ez pedig a környezettudatos építészeti gondolkodás terjedéséből adódik. A természetes hőszigetelő anyagok alapanyaga olyan szerves anyag, ami nagy mennyiségben tartalmaz a levegőből kivont, megkötött szén-dioxidot. Ha ezeket az anyagokat elégetés helyett – ami köztudottan C02 -kibocsátással jár – beépítik, jelentős mértékben növelhető a beépített C02 mennyisége, azaz ugyanekkora mennyiség kivonható a légkörből, vagyis csökkenthető a levegőben lévő üvegházhatású gáz koncentrációja.
Mindezen túl azt is figyelembe kell vennünk, hogy a természetes hőszigetelő anyagok előállításához sokkal kevesebb fosszilis energiahordozó elégetésére van szükség, ezáltal gyártási költségeik – a mai tendenciákat figyelembe véve – nagyságrendekkel alacsonyabbakká válhatnak a mesterséges anyagokéval szemben.
A vázolt folyamat azonban nem csupán a szigetelőanyagok világára, hanem az egész építészetre is hatással volt. A környezettudatosság és az energiahatékonyság fő tervezési szempontként való megjelenése egy új építészeti irányzat, a bioépítészet felé mozdult el.
A bioépítészet fogalma azonban túlmutat a természetes szigetelőanyagok, de még a természetes építőanyagok használatán is. Egyszerre törekszik ugyanis a környezet- és energiatudatosság gondolatát mind az építészeti tervezésbe (elhelyezés, kialakítás, anyagválasztás), mind az épületek üzemeltetésébe bevonni. A bioépítészet tehát egyszerre jelenti a természetes építőanyagok alkalmazását, az épületek környezet tudatos kialakítását (környezetbe illeszkedés, minél több zöldfelület kialakítása) és azok energiatudatos üzemeltetését, vagyis a fosszilis energiahordozók helyett a megújuló energiaforrások hasznosítását.
A földépítészet
A bioépítészet egyik jellegzetes megjelenési formája az a földépítészetnek nevezett irányzat, amely egyszerre képes megoldani az esztétikus és környezettudatos tájba illeszkedést, a gazdaságos energiafelhasználást és az egészséges élettér biztosítását használói számára.
A korábbi fejezetekben láthattuk, hogy az épületek földfelszín alatti kialakítása vagy földdel való borítása nem új keletű, hiszen már évezredekkel ezelőtt is léteztek földbe süllyesztett vagy földbe ágyazott lakó épületek. Ezeknek a történelem során három jellegzetes típusa alakult ki, a barlangház, a dombház és az átriumház.
5.6. ábra. Peter Vetseh földházai
A bioépítészet egyik jellegzetes megjelenési formája az a földépítészetnek nevezett irányzat, amely egyszerre képes megoldani az esztétikus és környezettudatos tájba illeszkedést, a gazdaságos energiafelhasználást és az egészséges élettér biztosítását használói számára.
A korábbi fejezetekben láthattuk, hogy az épületek földfelszín alatti kialakítása vagy földdel való borítása nem új keletű, hiszen már évezredekkel ezelőtt is léteztek földbe süllyesztett vagy földbe ágyazott lakó épületek. Ezeknek a történelem során három jellegzetes típusa alakult ki, a barlangház, a dombház és az átriumház.
Ezek az épületek számos vidék népi építészetében jelen voltak és vannak mind a mai napig, azonban az évszázadok folyamán lassacskán a szegényebb néptömegek hajlékává váltak, és a 20. század elejétől kezdve – többek között a bennük uralkodó egészségtelen életkörülmények miatt — hatóságilag is igyekeztek felszámolni őket.
A 20. század második felében azonban az építészetben megjelenő környezettudatos gondolkodásmódnak köszönhetően újból előtérbe kerültek a földbe süllyesztett épületek előnyös tulajdonságai, s ezt kihasználva a fejlett országokban megvetette a lábát és napjainkra egyre szélesebb körben terjed a modern értelemben vett földépítészet.
5.7. ábra. Hegedűs Zsolt dombháza
5.2. táblázat. A hőszigetelő anyagok fejlődésének korszakai
| Korszak | Korszakváltás oka | Változás a hőszigetelő anyagok piacán | Új hőszigetelő anyagok |
|---|---|---|---|
| Kr. e. 2,5 millió-Kr. e. 7000 | építési tevékenység kezdete | ruházkodásra használt anyagok | állati bőrök, gyapjú, növényi rostok, szárított trágya |
| Kr. e. 7000-Kr. u. 1870 | letelepült életmód | tartós építőanyagok | föld, fa, égetett agyagtégla |
| növényi eredetű szigetelőanyagok | nád, szalma, tengeri fű | ||
| 1870-1950 | ipari forradalom épületfizika születése | első természetes hőszigetelő termékek | nádpalló, parafa, tengeri fű, lenrost, kenderszál, fagyapot, szalmabála, faforgács, fűrészpor, cellulózszigetelés |
| hőszigetelő falazóelemek | hamuval töltött tégla, üreges tégla, lyukacsos tégla, pórusbeton | ||
| első mesterséges hőszigetelő termékek | azbeszt, kőzetgyapot, üveggyapot, habüveg, kohósalak, perlit, duzzasztott agyagkavics | ||
| 1950-2000 | műanyagok elterjedése | mesterséges anyagok terjedése, műanyaghabok megjelentése, természetes anyagok visszaszorulása | polisztirolhab (EPS, XPS), poliuretánhab, poliészterhab, polietilénhab, formaldehidhab, fenolhab és melaminhab |
| 2000- | környezetszennyezés C02-kibocsátás fosszilis energiahordozók kimerülése globális felmelegedés klímaváltozás | új hőszigetelő anyagok megjelenése | transzparens hőszigetelés, hőpajzs, nanocellás szigetelés, vákuumszigetelés |
| természetes anyagok újrafelfedezése | cellulózszigetelés, parafa, fagyapot, gyapjú, kenderszál, lenrost, kókuszszál, szalmabála, kukoricaszár |
„Az épület lábakon álljon, hogy ne vegyen el helyet a természetből, és alattuk növényzet lehessen. A tetők legyenek laposak, rajtuk növényzetet kell telepíteni”.
Ugyancsak a földépítészet előfutárának tekinthetjük az amerikai Frank Lloyd Wrightot, s egyik leghíresebb munkáját, az 1934-1937 között Edgar Kaufmann számára Bear Run-ban (Pennsylvania, USA) épült Vízesésházat. Az építésznek az volt a célja, hogy az épületet és a terepet, valamint az embert és a természetet a lehető legközelebb hozza egymáshoz, ami a terepviszonyok mesteri kihasználásával és az épületen átvezetett patak segítségével szépen meg is valósult.
Azonban az építészet ezen két kimagasló alakjának munkái csupán előhírnökei voltak annak a mozgalomnak, amit mai értelemben vett földépítészetnek nevezünk. Az alapgondolat az Egyesült Államokban született az 1960-as években. Az első ilyen lakóépületet a földépítészet atyjának is tartott amerikai építész, Malcolm Wells tervezte 1964-ben Cherry Hillben.
5.5. ábra. Malcolm Wells földháza Cherry Hillben
Próbálkozásának kezdetben nem tulajdonítottak különösebb figyelmet, ám amikor az 1973-as olajválság során az emberiségben kezdett tudatosulni, hogy a fosszilis energiahordozók mennyisége fogytán van, és a túlzott energiafogyasztás olyan mértékű üvegházhatású gáz kibocsátásához vezet, amelynek globális felmelegedés és klímaváltozás a következménye, számos követőre talált.
Azóta több, magát „földépítésznek” kikiáltó tervező kezdte meg tevékenységét. Ismertebb képviselői közé tartozik a brit Arthur Quarmby, aki 1975-ben Huddersfieldben, a Peak District National Park közvetlen szomszédságában építette fel Nagy-Britannia első földházát, az amerikai Mickey Muenning, az argentin Emilio Ambasz, a szerb Veljko Milkovic, valamint a svájci Péter Vetsch, aki 1978 óta 47 földházat tervezett. Utóbbi alkotó sajátos építészeti formavilágára jellemző a spanyol Antoni Gaudi és a németországi Jugendstil stíluselemeinek ötvözése.
Magyarországon legismertebb követői Hegedűs Zsolt, Kassai Zsolt és Kovács Imre.