Bioklimatikus építészet és klímaelemzés

Mit jelent a bioklimatikus építészet?

Az épületek a világ legnagyobb energiafogyasztói közé tartoznak!

A globális villamosenergia-felhasználás több mint 60%-át a lakó- és kereskedelmi épületek teszik ki.

Az előrejelzések szerint 2007 és 2035 között az olaj-, szén- és földgázfelhasználás 30–50%-kal növekedhet, ami 2050-re drasztikus CO₂-kibocsátás-emelkedést eredményezhet.

Ez a tendencia tovább súlyosbítja a klímaváltozás hatásait, így egyre sürgetőbbé válik az energiafelhasználás csökkentése és a környezetbarát építészeti megoldások alkalmazása.

A bioklimatikus építészet a helyi klíma és természeti adottságok alapján történő építészeti tervezést jelenti.

A cél az, hogy az épület a lehető legjobban kihasználja a természetes erőforrásokat, minimalizálva ezzel energiaigényét.

A bioklimatikus építészet fejlődése

A hagyományos építészeti formák és technikák évezredeken át a helyi éghajlati viszonyokhoz igazodtak, az épületek pedig passzív módon biztosították a hőmérséklet szabályozását, és a beltéri komfortot.

Erre számos példa létezik a világ különböző tájairól:

• Mediterrán házak vastag kőfalai, amelyek nyáron hűvösen, télen melegen tartják a belső tereket.
• Az arab világ szélcsatornái (badgir), amelyek természetes szellőzést biztosítanak forró éghajlaton.
• Japán és skandináv faházak, amelyek kiváló hőszigetelést nyújtanak a hideg éghajlatokon.

Azonban az ipari forradalom után az új építőanyagok – például a beton, az acél és az üveg – elterjedése, valamint az energiaforrások könnyű elérhetősége alapjaiban változtatta meg az építészetet.

Az 1950-es és 1960-as években a modern építészet térhódításával az üveghomlokzatok, a légkondicionáló rendszerek és a különféle gépészeti megoldások egyre inkább kiszorították a hagyományos, klímához igazodó építési technikákat.

Az épületek tájolását és a természetes hőszabályozást gyakran figyelmen kívül hagyták, mivel a mesterséges hűtés és fűtés lehetősége látszólag függetlenítette az épületeket a környezeti adottságoktól.

Ez az új szemlélet az olcsó energiára épített, és nem vette figyelembe az erőforrások hosszú távú fenntarthatóságát!

Klímaérzékeny tervezés

A klímaérzékeny tervezés a bioklimatikus építészet továbbfejlesztett, tudatosabb és korszerű változata, amely figyelembe veszi a modern építőanyagokat és technológiákat is.

Ezáltal ötvözi a hagyományos, tapasztalati úton kifejlesztett módszereket a tudományos mérésekkel és klímaszimulációkkal, hogy az épületek energiafelhasználása minimálisra csökkenthető legyen anélkül, hogy a lakók komfortérzete sérülne.

A modern építészet már az 1920-as és 1930-as években felismerte a napfény és tájolás jelentőségét, amely olyan neves építészek munkáiban is megjelent, mint Le Corbusier és Alvar Aalto.

Az 1940-es és 1950-es években egyre inkább tudományos módszerek kezdtek megjelenni az építészeti tervezésben, amelyek az épületek éghajlathoz való alkalmazkodását segítették.

Az 1950-es években a Columbia Egyetem Form and Climate kutató csoportja kidolgozta az első klímaadaptációs tervezési technikákat, míg az American Institute of Architects (AIA) klímaelemzési grafikonokat tett közzé az amerikai városok éghajlatának elemzésére.

Victor és Aladar Olgyay munkássága révén ekkor született meg a bioklimatikus diagram, amely segítette az építészeket az éghajlathoz igazodó, energiahatékony épületek tervezésében (Pontes és tsai, 2022).

Az 1970-es és 1980-as években a klímaérzékeny építészet fejlődése tovább gyorsult, mivel a számítógépes tervezés és az energiahatékonysági kutatások egyre nagyobb szerepet kaptak.

A klímaelemzés és modellezés

A klímaelemzés és modellezés célja, hogy az éghajlati adatok alapján javítsa az épületek és városi terek energiahatékonyságát, komfortját és alkalmazkodóképességét.

Segít optimalizálni az épület tájolását, tömegformálását és funkcionális elrendezését a helyi klímaviszonyok – például hőmérséklet, napsugárzás, szél, páratartalom és domborzat – figyelembevételével.

A folyamat két fő részből áll:

1. Klímaelemzés – adatok gyűjtése és értelmezése
2. Modellezés – számítógépes szimulációk az éghajlati hatások előrejelzésére

Az 1970-es évektől kezdve olyan eszközök jelentek meg, mint Murray Milne Climate Consultant programja és az EnergyPlus Weather (EPW) adatformátum, amelyek megalapozták a szabványosított klímaelemzést.

A 2000-es években Andrew Marsh fejlesztette ki az Ecotect és Weather Tool szoftvereket, melyek lehetővé tették a klímaadatok CAD-tervezési folyamatba való integrálását.

Napjainkban a Ladybug Tools, Climate Studio és Cove.tool teszik lehetővé a közvetlen, vizuális klímaelemzést olyan platformokon, mint az Autodesk Revit és Rhinoceros 3D.

Összegezve:

A klímaérzékeny tervezés számunkra nem csupán elméleti módszertan, hanem a tervezési gyakorlatunk integráns része.

A passzív tervezési stratégiákat – mint a természetes szellőzés, a szoláris hőnyereség vagy az árnyékolás – már a koncepcionális fázisban aktívan beépítjük döntéseink megalapozásába.

E holisztikus szemlélet nemcsak az üzemeltetési költségek csökkentését és a komfortérzet növelését teszi lehetővé, hanem hosszú távon az épített környezet alkalmazkodóképességét, azaz reszilienciáját is jelentősen erősíti.

Klímaérzékeny épület tervezése

Az Equinoxnál a tervezés első lépése mindig a helyi klimatikus viszonyok modellezése. Legyen szó új építésről vagy felújításról, ez az a kiindulópont, amely megalapozza az összes további döntést.

Éghajlati adatok – adaptív komfort elemzése

A projekt helyszínére vonatkozó valós meteorológiai adatok (napállás, szélirány, páratartalom, hőmérséklet) alapján adaptív komfort elemzést végzünk.

Ez azt jelenti, hogy nemcsak a hőmérsékletet, hanem a lakók érzékelt komfortszintjét is figyelembe vesszük – a helyi szokásokkal és éghajlati toleranciával összhangban.

Így nem idealizált feltételekkel dolgozunk, hanem azzal a valósággal, amelyhez az épületnek alkalmazkodnia kell.

Érzékenységi vizsgálat

A klímaérzékeny tervezési folyamat egyik kulcslépése az érzékenységi vizsgálat (sensitivity analysis), amelyet azt követően végzünk el, hogy az épületet elhelyeztük egy szimulált, valós meteorológiai adatokon alapuló éghajlati környezetbe (pl. EPW-fájl alapján).

Ennek során szisztematikusan változtatunk egyes építészeti és műszaki paramétereken, hogy azonosítsuk:

1. Mely tényezők gyakorolják a legnagyobb hatást a belső hőkomfortra, természetes megvilágításra és szellőzésre?
2. Mely beavatkozások csökkentik leginkább az éves energiaigényt (fűtés, hűtés, világítás)?

A vizsgálat során jellemzően az alábbi változókat elemezzük:

• az épület tájolása és tömegformálása,
• az üvegfelületek aránya, elhelyezése és orientációja,
• a passzív árnyékolási megoldások (pl. túlnyúlások, lamellák, zsalugáterek) hatékonysága,
• a különböző homlokzati és tetőszerkezetek hőtehetetlensége, anyagösszetétele.

A vizsgálatok eredményei numerikus és grafikus formában is visszajelzést adnak a tervezőnek:

• hol alakulhat ki túlmelegedés,
• mikor szükséges árnyékolás,
• mennyi természetes fény jut a belső térbe, és
• miként alakul az éves energiafogyasztás különböző kialakítási verziók mellett.

Ez a módszertan összhangban van a CIBSE TM52, EN 16798, illetve a DIN 4108-2 szabványok komfort- és túlmelegedési értékelési kritériumaival.

Daylight elemzés

Ezután egy Daylight elemzést végzünk, ahol megvizsgáljuk ez egyes szintjeit az épületnek, hogy mennyi természetes fény jut be ezekkel a paraméterekkel.

Ennek alapját az EN 17037 európai szabvány képezi, amely 2018 óta az első átfogó irányelv a belső terek természetes megvilágítására vonatkozóan.

Ez a szabvány nemcsak a bejutó fény mennyiségét veszi figyelembe, hanem a természetes fény minőségi szempontjait is, többek között:

• a kilátás biztosítását (vizuális kapcsolat a külső környezettel),
• a fény egyenletes eloszlását a térben,
• a napfényes időszakok hosszát,
• valamint a vizuális komfortot.

Az elemzés egyik legfontosabb mutatója az sDA – Spatial Daylight Autonomy, amely azt méri, hogy:

• a tér legalább 50%-án,
• az év használati idejének minimum 50%-ában (pl. 8:00–18:00 között),
• legalább 300 lux természetes fény áll rendelkezésre,
• mesterséges világítás használata nélkül.

Ez az érték az sDA 300/50% küszöbszint, amelyet általában minimum követelményként alkalmazunk, hogy az épületben biztosítva legyen a jó fénykomfort és energiahatékonyság.

Szoláris hőnyereség vizsgálata

Az energiahatékonysághoz az úgynevezett solar heat gain-t, vagyis a szoláris hőnyereséget vizsgáljuk.

Ennek része a solar radiation analízis.

Ez arra utal, hogy a nyári (vagy általában meleg időszaki) időszakban mennyi napsugárzás éri az épületet, és ez hogyan befolyásolja annak belső hőterhelését.

A solar radiation adatait többféle tervezési döntés megalapozására használjuk fel.

• Árnyékolók méretezéséhez
• Homlokzat és nyílászárók tervezéséhez
• Passzív és aktív hűtési stratégiák kialakításához
• Komfort- és túlmelegedés-elemzéshez (pl. EN 16798, EN 17037 szerint)

Ehhez kapcsolódik a belső hőnyereség is, vagyis az a hőmennyiség, amely az épületen belül keletkezik különböző forrásokból – és ami befolyásolja a hűtési vagy fűtési igényt.

Belső hőnyereség forrásai:

• Személyek (testhő leadása)
• Világítás (lámpákból származó hő)
• Elektromos berendezések (számítógépek, konyhai eszközök stb.)
• Napsugárzás (ha az ablakon bejut és belső felületeken hőt okoz)

Uralkodó szélirány vizsgálata

Az uralkodó szélirány vizsgálata az egyik alapvető lépés a klímaérzékeny épülettervezésben, mivel a szél jelentős hatással van a természetes szellőzésre, a hőkomfortra és az energiaigényre.

Mit vizsgálunk?

• Meteorológiai adatokat elemzünk, elsősorban éves és szezonális szélirány-statisztikák alapján.
• Az adatokat hivatalos időjárási állomások szolgáltatják (pl. OMSZ Magyarországon), vagy EPW formátumú időjárásfájlokból (EnergyPlus Weather) nyerjük ki.

Ezekből szélrózsa diagramokat készítünk, amelyek megmutatják, hogy mely irányból fúj leggyakrabban és legerősebben a szél az év során.

A szélirány-elemzés alapján tudatosan alakítjuk az épület formáját, tömegét és nyílászáróinak elrendezését:

1. Természetes szellőztetés: A nyílászárókat úgy helyezzük el, hogy kihasználják a szél áramlását (pl. keresztirányú átszellőztetés biztosítása nappali és hálózónák között).

2. Szél elleni védelem: Hideg vagy zord éghajlaton a domináns szélirány felé néző homlokzatot tömörebbre, zártabbra formáljuk, így csökkentve a hőveszteséget és növelve a komfortot.

3. Külső terek védelme: Udvarokat, teraszokat, bejáratokat szélvédett pozícióba helyezzük, így biztosítva azok használhatóságát különböző évszakokban.

4. Energiahatékonyság: A jól irányított légmozgás nyáron csökkenti a mesterséges hűtés szükségességét, ezáltal csökkenti az energiafelhasználást.

Természetes szellőzés

A CIBSE AM10 és TM37 útmutatók a természetes szellőzés tervezéséhez nyújtanak irányelveket, fókuszálva a komfortra, levegőminőségre és energiahatékonyságra.

Fő szellőzési típusok:

1. Keresztszellőzés – szél által hajtott levegő két oldalon át
2. Húzóhatásos szellőzés – meleg levegő felfelé távozik, friss levegő alulról érkezik
3. Hibrid rendszer – természetes és gépi szellőzés kombinációja

Az útmutató módszereket ad az áramlás, hőmérséklet és szellőzési hatékonyság előrejelzésére, és célja a gépi rendszerektől való függés csökkentése, fenntartható, energiatakarékos épületek létrehozása érdekében.

A tervezés során az épület különböző metszetein elemezzük a természetes légáramlás lehetőségeit, ehhez igazítjuk a helyiségek nyílászáróinak elhelyezését és működési módját is.

A klímaelemzés hosszútávú jelentősége

Energiahatékonyság és fenntarthatóság

• Az épületek energiafogyasztása megfelelő tájolással és passzív hőszabályozási technikákkal akár 50–80%-kal csökkenthető (International Energy Agency).
• A Passzívház (Passive House) szabvány Németországban akár 90%-kal csökkentheti a fűtési energiaigényt a hagyományos épületekhez képest.

Komfort és egészség

• A természetes fény és szellőzés akár 30%-kal csökkenti a beltéri szennyező anyagokat, javítva az egészséget és a produktivitást (Harvard T.H. Chan School of Public Health).

Gazdasági előnyök

• A fenntartható épületek akár 20%-kal magasabb ingatlanértékkel rendelkezhetnek a hagyományos épületekhez képest a World Green Building Council szerint.

Környezeti hatások csökkentése

• A fenntartható épületek 30-40%-kal kevesebb szén-dioxidot bocsátanak ki az üzemeltetés során.

Milyen további szempontok fontosak?

1. Az éghajlati sajátosságok figyelembevétele kulcsfontosságú, mivel nem minden fenntartható technológia alkalmazható minden régióban ugyanolyan hatékonysággal.

2. Emellett a korszerű rendszerek és anyagok szakszerű beépítést és rendszeres karbantartást igényelnek, különben hatékonyságuk csökkenhet.

3. Az építési és üzemeltetési költségek mellett a környezeti hatások teljes életciklusra vetített elemzése is elengedhetetlen annak érdekében, hogy valóban fenntartható megoldás szülessen.

4. Kiemelten fontos az emberek edukálása, hiszen a fenntartható megoldások csak akkor érhetik el teljes potenciáljukat, ha a felhasználók tisztában vannak az energiahatékony működtetés módjaival.

Hogyan segíthet az Equinox szervezetüknek?

Az Equinoxnál hiszünk abban, hogy egy jól megtervezett épület együtt él a környezetével.

Ötvözzük a bioklimatikus szemléletet, a digitális modellezést és a fenntartható anyagokat, hogy olyan otthonokat és épületeket hozzunk létre, amelyek természetesen alkalmazkodnak a helyi klímához, kevesebb energiát használnak, és egészséges, kényelmes életteret biztosítanak.

Akár egy passzívházat, akár egy klímaérzékeny felújítást tervez, mi végigkísérjük a folyamaton – az első ötlettől a megvalósításig.

Tapasztalt csapatunk segít megtalálni az Ön számára legjobb, energiahatékony és környezetbarát megoldásokat.

Ajánlatkérés

Ahhoz, hogy a lehető legpontosabb ajánlatot készíthessük az Ön projektjére, kérjük, adja meg az alábbi adatokat:

1. Projekt típusa (lakóépület, iroda, középület stb.)
2. Telek elhelyezkedése és éghajlati adottságai
3. Fenntarthatósági célkitűzések (pl. nulla energiafelhasználás, megújuló energiák integrálása)
4. Tervezési fázis (koncepció, engedélyeztetés, kivitelezés stb.)
5. Költségvetési és üzemeltetési elvárások

Hivatkozott és további szakirodalom

Szakpolitikák

• 2022 Global Status Report for Buildings and Construction. United Nations Environment Programme (2022).
• Energy in Buildings and Communities Programme (EBC). International Energy Agency (IEA) (2023).
• Directive 2010/31/EU on the Energy Performance of Buildings (Nearly Zero-Energy Buildings - NZEB). European Commission (2010). Official Journal of the European Union.
• Energy Performance of Buildings Directive (EPBD). European Commission (2024).

Könyvek

• Victor Olgyay & Aladar Olgyay: Design with Climate: Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism. Princeton University Press(1963)
• Lányi Erzsébet: Környezettudatos épített környezet: A modellváltás elvei és építészeti eszközei (PhD értekezés, 2010). Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
• Richard Hyde: Climate Responsive Design: A Study of Buildings in Moderate and Hot Humid Climates. E & FN Spon (2000).

Cikkek

• Coch, H. (1998). Bioclimatic design: A solution to climate change. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2(1-2), 67–85.
• Pontes, R. H., Najjar, M. K., Hammad, A. W. A., Vazquez, E., & Haddad, A. (2022). Adapting the Olgyay bioclimatic chart to assess local thermal comfort levels in urban regions. Clean Technologies and Environmental Policy, 24(2), 661–675.
• World Green Building Council. (2021). The business case for green buildings.