„Aszteroid” Villányban – borászat, boutique hotel és panorámaétterem a termo- és aerodinamika segítségével megtervezve

Kistelegdi István és munkatársai különböző épületszimulációs vizsgálatok segítségével egy kiemelkedően nagy energiahatékonyságú épületet terveztek a Streit-Zágonyi borászat számára, amely így több mint 50%-al kevesebb energiát fogyaszt, mint ami a követelmény. A termo- és aerodinamikai szimulációkon túl többek között a tájolás és a szerkezetek optimalizációja is szerepet játszott az eredmény elérésében.

Bevezetés

Cél volt egy kiemelkedően energiatudatos, fenntartható és környezetbarát jellemzőkkel rendelkező borászat, boutique hotel és panorámaétterem létesítmény megvalósítása a gyönyörű villányi régió központjában. A megrendelő a hatályos épületenergetikai számítások mellett energetikai és komfort-klimatikai tervezési elvek érvényesítését is kérte, melyet dinamikus termikus épület szimulációkkal és épület aerodinamikai CFD áramlástani szimulációkkal támogattunk meg.

Funkció

Az építési előírásokat szem előtt tartva, ugyanakkor a hosszúkás telekadottságokhoz és a megrendelői programhoz leghatékonyabban simuló megoldás egy kb. 1000 m2 hasznos alapterületű, hosszúkás téglatest formájú épülettömböt hozott létre. Az épület alagsorában és földszintjében a borászati termelőtevékenységet kiszolgáló funkciók kaptak elhelyezést. A földszinten a bortechnológiai helyiséghez közvetlenül kötődő kétszárú raktár, a hűtőkamra és a manipulációs tér helyezkedik el. Az emelet már nagyobb alapterületet követelt, mint az alatta lévő szintek. Itt helyezkedik el az adminisztráció és a boutique hotel terei, szobákkal, szükséges szociális helyiségekkel, teakonyhával, tárolókkal. A lépcsőházon és a személy + teherliften keresztül az emeletről a pincébe és a tetőtéri panorámaétterembe, illetve a tetőteraszra lehet feljutni.

Klímazóna alapú vízszintes és függőleges térszervezés

Az épület alagsori és földszinti ipari tevékenységet, raktárlogisztikát és hordós tároló funkciókat kiszolgáló szekciója nem fűtött-hűtött tér. Éves szinten a hordós pincében kb. 12 - 16 °C léghőmérséklet igényelt, melyet a pincehelyiség önmagában teljesít a talajban fekvő tér szerkezetei és föld hőtároló képessége következtében. A bortechnológiai teret 12 – 27 °C hőmérsékleten kell tartani (esetleges túlmelegedés, ≥ 28 °C veszélye esetén a bortechnológia gépészete-tárolói helyi technológiai hűtést kapnak). A raktárban nincs különösebb léghőmérséklet igény (fagy ne legyen). Az emeleti komfortterek, illetve a tetőtéri étterem fűtött, hűtött és hővisszanyeréses légtechnikával felszerelt, passzív szellőzési lehetőséggel. A ház kb. 40%-a fűtött-hűtött, légkezelt (emelet + tetőtér), a fennmaradó kb. 60% (földszint + alagsor) passzívan üzemel.

Dinamikus termikus szimulációkkal támogatott tömegformálás (A/V hányados formálás)

A 2 szintes alagsori és földszinti ipari szekció (1 szinttel a földbe süllyesztve) megoldása funkcionális szempontból és épület klimatikailag is előnyös a nagy légtér pufferhatása és a talajjal határos falak hőtároló, amplitúdó tompító hűtőhatása miatt. A nagyobb emeleti szint szükségszerűen konzolos kialakítású, egy oldalon L-alakban vagy két oldalon T-alakban konzolos emeleti födém/helyiség kinyúlásokkal. Mivel az ilyen formaképzés épületekben magasabb transzmissziós, hőhidas és szerkezeti illeszkedések infiltrációjából képződő hőveszteségekkel jár téli, fűtési üzemidőszakban, ezért logikus lépésnek bizonyult a konzolos szerkezeti geometriát energetikailag optimálni és a konzolok L-formáját képező, az egész épületet hosszában lekövető nagyméretű hőhidas geometriai épületburok felületet a lehető legrövidebb úton lezárni, a lehető legkisebb külső határoló felülettel ellátni. Ezáltal az eredmény egy felfelé szélesedő „hajó" formájú épülettömeget hozott létre. A T-modell eredetileg 0,566 A/V lehűlő felület – felfűtött térfogat hányadosát 0,498-ra csökkentettük. Dinamikus épületenergetikai és klimatikai szimulációkkal (IDA ICE) támogatott esetvizsgálatok keretében kimutatható volt szignifikáns fűtési energiaszükséglet javulás. Fűtésben (végenergia) 23,32%, hűtésben (végenergia) pedig 8,88% csökkentést értünk el.

CFD szimulációkkal támogatott aerodinamikai formatervezés (természetes szellőztetés tervezés)

Az épület aerodinamikai koncepciója egy saját fejlesztésű passzív légvezetési rendszerrel (PLVR) képes átmeneti és enyhe nyári évszakokban üzemelni. A beszívó és kidobó kürtő szerkezetek az alagsori helyiségeket látják el frisslevegővel. Több verzió került elemzésre és számszerűsítésre numerikus áramlástani szimulációk (CFD) keretében. Az alagsori helyiségek (hordós pince és bortechnológiai tér) számára a modern borászati filozófia alapján, higiéniai szempontból előnyös, ha relatíve száraz a belső terek levegője, melyet természetes szellőztetéssel szándékozunk megoldani. A tetőtérben a természetes szellőzőrendszer frisslevegő bevezető és használtlevegő kidobó épületszerkezetei találhatóak. Szél esetén, az étteremmel átellenes oldalon a beszívó kürtőnyíláson keresztül jut le a frisslevegő az alagsorba. Építészetileg itt egy „negatív piramis" jellegű, nyitott, árnyékoló térképzés jött létre – ellentétben az étterem és konyha helyiségek „pozitív piramis" formájú, beépített, zárt tömegével. Itt a liftakna mellett lett elhelyezve a pince kiszellőzését szolgáló kürtő. Szél esetén a kürtő tetejére integrált huzatfokozó szélterelő szerkezet „Venturi" effektus alapján áramlási sebességgyorsító hatást gyakorol a kürtő tetején, mellyel itt alacsony nyomású zónát alakít ki, szívóhatást gyakorolva az alagsori helyiségek használt levegőjére. Szélcsend esetén csupán a kiszellőző kürtő gravitációs termikus felhajtó ereje működik a konvektív kiáramlás számára. Ez a rendszer arra hivatott, hogy átmeneti és nyári enyhe üzemidőszakokban légcserét és bizonyos mértékű belső relatív páratartalom szabályozást hozzon létre, valamint, hogy a meleg nyári időszakban éjszakai légcserét és passzív hűtést biztosítson. A „pozitív piramis" forma is lényeges a huzatfokozás szempontjából, mivel a kiszellőző kürtőt aerodinamikailag optimális esetben kb. 30° - 45° dőlésszögben kialakított szélterelő felületekkel célszerű körül venni.

Tájolás, nyílászáró szerkezetek optimálása

Az ÉK-i homlokzat iroda és hotelszoba helyiségeinek ablak síkját észak felé kifordítottuk a lapos beesési szögű szoláris besugárzás elől. Az ÉNY-i homlokzat hotelszoba helyiségeinek ablak síkját észak felé, a DK-i homlokzat helyiségek nyílászárójának síkját pedig dél felé fordítottuk ki a lapos beesési szögű szoláris besugárzás elől. A szimulációk alapján szükséges külső árnyékolást alkalmazni (szolároptimált homlokzat).

Az épületburok üvegezési arányának optimálása

Termikus épületszimulációk keretében az irodák, a hotelszobák és az étterem külső térhatároló homlokzatfelületeit 30%, 50%, 70% és 90% üvegezési arányokkal teszteltük az optimális üvegezési arány megválasztásához. Az emeleti fő funkcióval rendelkező komfort terekben általában 50%-ra volt szükséges csökkenteni az eredetileg tervezett üvegezési arányokat. Helyiségenként 29,56% - 94,77% megtakarítást lehetett elérni fűtés és hűtés összesített értékeiben (végenergia).

Anyagok, szerkezetek, hőtároló tömegek

A ferde geometriájú tömör épületburok síkok, koporsófödémek kialakításához a vasbeton fal-, pillér és pengefal tartószerkezet struktúrája optimális megoldást nyújt. A magas hőkapacitással rendelkező nehéz (≥ 400 kg/m2 hőtároló) épületszerkezetek nem csak a meleg, hűtési üzemeltetési szezonban csökkentik nagymértékben az energiaigényt, hanem télen a fűtési üzemeltetési időszakban is. Télen, az intenzív külső hőszigetelés (d=20 cm kőzetgyapot) a fűtési energiahatékonyságot erősíti, egyetemben a 3-rétegű üvegezéssel ellátott PVC nyílászáró szerkezetekkel.

Szezonális működési elv

Az épület alapvető üzemeltetési, működési elve 3 üzemidőszakra bontható:

Téli, fűtési üzemidőszak:

→ hőleadók: padlófűtés, mennyezetfűtés, falfűtés

→ szellőzés: hővisszanyerős (85% hatásfok) és entalpia visszanyerős légtechnika, gépi szellőzés, vizes talajkollektoros előfűtéssel

→ hőtermelők: talajhő – víz hőszivattyú (HMV-t is termel)

→ energiaforrás: talajszondák primer oldalon

Nyári, hűtési üzemidőszak:

→ hőleadók: mennyezethűtés, falhűtés temperálás

→ szellőzés: gépi szellőztetés vizes talajkollektoros előhűtéssel, hideg visszanyerés

→ hőtermelők: talajhő – víz hőszivattyú (HMV-t is termel)

→ energiaforrás: talajszondák primer oldalon

Átmeneti, illetve enyhe nyári „passzív" üzemidőszak:

→ hőtároló tömegek segítségével épület „önszabályozása"

→ szellőzés: természetes szellőzés

          • egyoldalú ablakszellőzés

          • kereszthuzat ablakszellőzés (folyosó)

          • aerodinamikailag tervezett kürtőszellőzés (passzív légvezetési rendszer PLVR) szélindukcióval és gravitációsan

→ energiaforrás: szél

Az épület magas energiahatékonyságát a következő mutatók adják meg az energetikai számítás (7/2006 TNM) alapján:

→ Az épület fajlagos primer energiafogyasztása: 58.8 kWh/m2a

→ Követelményérték (viszonyítási alap): 120.6 kWh/m2a

→ Az épület energetikai jellemzője a követelményértékre vonatkoztatva: 48.7 %

→ Energetikai minőség szerinti besorolás: AA+ (Kiemelkedően nagy energiahatékonyságú).

Prof. Dr. habil Kistelegdi István DLA, Ph.D.

Szerk.: Hulesch Máté