Budovy, fasády, strechy či gitary. Aj toto skúmajú v laboratóriách Katedry konštrukcií pozemných stavieb
Aerodynamika, termodynamika, akustika budov, konštrukčné a materiálové riešenia fasád, striech a vnútorných deliacich konštrukcií a prvkov. To sú otázky, ktoré skúmajú v aerodynamickom tuneli, klimatickej, tlakovej či dažďovej komore v suteréne Stavebnej fakulty a vysunutého pracoviska v Trnávke. Ich pracoviská však zahŕňajú omnoho viac.
Katedra konštrukcií pozemných stavieb, ktorej laboratóriá sme si prišli pozrieť, je profilovou v medziodborovom bakalárskom študijnom programe Pozemné stavby a architektúra. Študijný program je zameraný na prvostupňové vysokoškolské vzdelanie v odbore architektúra a urbanizmus v kombinácii s odborom stavebníctvo s orientáciou na navrhovanie, projektovanie, prípravu a realizáciu pozemných stavieb so zohľadnením širších celospoločenských, ekonomických a environmentálnych súvislostí. Nosné témy jadra znalostí zohľadňujú komplexné architektonicko-konštrukčné, priestorové, typologické, materiálové, statické, fyzikálne, energetické, technologické a prevádzkové riešenia stavieb, ich umiestnenia v prostredí vrátane kvalitatívnych, environmentálnych, ekonomických, sociálnych, bezpečnostných, právnych, historických a kultúrno-umeleckých súvislostí. Študijný program je zameraný na praktické osvojenie si vedomostí, metodík a uplatnenia vyspelých IT nástrojov navrhovania v celom životnom cykle stavby od jej prípravy cez realizáciu, prevádzku, údržbu, obnovu až po jej likvidáciu, zohľadňujúc princípy trvalej udržateľnosti; tam má ťažisko svojho pedagogického pôsobenia. Zabezpečuje výchovno-vzdelávaciu činnosť v predmetoch konštrukcií v architektúre, ateliérových tvorieb, stavebnej tepelnej techniky, akustiky a denného osvetlenia, požiarnej bezpečnosti. Pedagogické pôsobenie je kľúčové aj v nadväzujúcom inžinierskom stupni v študijných programoch Architektonické konštrukcie a projektovanie, Pozemné stavby a architektúra, a tiež sa významne podieľa na výchove nových vedeckých pracovníkov v postgraduálnom doktorandskom štúdiu vo vednom odbore Teória a konštrukcie pozemných stavieb. Ide o známe vedecko-výskumné pracovisko, hlavne v oblasti publikačnej činnosti doma aj v zahraničí.
Na našej návšteve nás sprevádza Mgr. Daniel Szabó, ktorý vyštudoval fyziku a na katedre pôsobí ako výskumný pracovník, zaoberá sa meraním fyzikálnych vlastností materiálov, stavebných prvkov a konštrukcií, ktorým sa v ich laboratóriách venujú. „Skúmame strechy, fasády, steny, okná, dvere, ich tepelno-technické a akustické vlastnosti, vodotesnosť, prievzdušnosť a iné. Mám na starosti meraciu techniku od zabezpečenia jej kalibrácie až po jej inštaláciu v meraných prvkoch a konštrukciách, aby sme mohli merať ich fyzikálne parametre a skúmať ich možnú optimalizáciu a vývoj ,“ vysvetľuje náplň svojej práce.
Jedno z popredných
Stretávame sa na vrátnici a potom spolu schádzame do suterénu, kde sú laboratóriá. Na úvod sa dozvedáme, že všetky sa začali budovať koncom sedemdesiatych rokov minulého storočia, tie prvé majú už v podstate polstoročie. Najprv vznikli tlaková a dažďová komora. „Akustické komory sa začali budovať v osemdesiatych rokoch. Tieto laboratóriá prešli v posledných piatich rokoch významnou obnovou a doplnením prístrojovej základne, čím zostávajú kvalitatívne porovnateľné s obdobnými laboratóriami v zahraničí. Najnovšie je laboratórium životnosti materiálov. Okrem iného máme ešte laboratóriá v Trnávke,“ vysvetľuje Mgr. Szabó.
Katedra je jedným z popredných slovenských zariadení zameraných na výskum a vývoj v stavebníctve, výrazne prispieva k výskumu na Stavebnej fakulte. Takisto aj k vzdelávaniu študentov, rozvoju stavebníctva a k rôznym iným aktivitám, ktoré súvisia so stavebným priemyslom. Ako som sa dozvedela ešte pred návštevou z jej stránky, vedecká a výskumná činnosť katedry je zameraná na problematiku aerodynamiky a hydrodynamiky budov, vnútornej tepelnej pohody, šírenia tepla a vlhkosti prostredníctvom stien a striech budov a ich spojov, prenosu zvuku v budovách, priestorovej a urbanistickej akustiky, teórie denného osvetlenia budov a využívania solárnej energie, infiltrácie vzduchu a účinkov hnaného dažďa, celkovej energetickej efektívnosti budov, životnosti vybraných stavebných materiálov, diagnostiky a obnovy budov.
V zrýchlených cykloch
Prichádzame do laboratória, v ktorom testujú strechy; zaujíma ma, ako to prebieha a koľko to trvá. „Testujeme materiály na strešné konštrukcie, napríklad povlakové krytiny, ktoré sa používajú na ploché strechy. Dĺžka merania je závislá od druhu skúšky; môže byť niekoľkominútové až niekoľkomesačné; môžeme testovať, aká je pevnosť spojov povlakových hydroizolácii (takzvaný peel test), to trvá niekoľko minút. Ak však testujeme životnosť, môže to trvať týždne aj mesiace.“
Životnosť strechy sa odhaduje na desaťročia; pýtam sa teda, ako je možné byť si ňou po pár týždňoch istý. „Ide, samozrejme, o testovanie v zrýchlených cykloch. Materiál podlieha teplotným zmenám, zmenám slnečného žiarenia, UV žiarenia, to všetko spôsobuje degradáciu materiálu. Podmienky, ktorým ho pri testovaní vystavujeme, sú zintenzívnené a zrýchlené, čím skracujeme čas nevyhnutného testovania v porovnaní s reálnym starnutím.“
Prechádzame k oknám; tam testujú najmä prievzdušnosť a hydrodynamickú odolnosť. Ďalej tepelno-technické vlastnosti, tepelné straty, zisky zo slnečného žiarenia. A ešte akustické vlastnosti.
Projekty a rôzne spolupráce
Na katedre sa venujú rôznym výskumným projektom (APVV, VEGA) aj konkrétnym vývojovým projektom v spolupráci so súkromnými spoločnosťami. Práca na výskumných projektoch je dôležitou súčasťou pri zvyšovaní kvalifikácie pedagógov na docentov a profesorov, samozrejme laboratóriá zohrávajú významnú úlohu vo vybraných predmetoch bakalárskeho a inžinierskeho štúdia. Bez meraní by sa nezaobišli ani doktorandské práce. Často ich vyhľadávajú aj odborníci zo súkromného sektora. „Spoluprácu s praxou robíme viac-menej v tom zmysle, že za nami prídu s problémom pri konkrétnom výrobku alebo konštrukčnom riešení. Prípadne ak sa ide vyvíjať nový produkt, ak sa vyskytne problém na stavbe a treba vytvoriť objektové riešenie, napríklad špeciálne fasádne prvky.“
Celkovo spolupráca katedry s firmami zo stavebnej praxe spočíva nielen vo vývoji nových prvkov a detailov, ale aj v ich experimentálnom fyzikálno-technickom overovaní; tiež však aj v oblasti projektovania náročných objektov bytových, občianskych, priemyselných a poľnohospodárskych stavieb. Stavebná fakulta, do ktorej katedra patrí, získala v roku 2017 certifikát EUR-ACE ako jedna z mála stavebných fakúlt v Európe. Tento certifikát je pre bakalársky program pozemné stavby a architektúra, ktorého je katedra garantom.
Aj mimo tradičného záberu
Sem-tam sa vyskytne aj netradičnejšia spolupráca, respektíve taká, akú by laik netipoval: okná a strechy sme predpokladali, ale trocha nás prekvapil výrobca gitár. „Práve táto spolupráca je pre nás veľmi zaujímavá, aj keď je to, dá sa povedať, mimo nášho rámca. Máme však laboratórium na testovanie životnosti, kde vieme merať hmotnostnú vlhkosť, mechanické vlastnosti rôznych materiálov... konkrétne im takto testujeme drevo na výrobu gitár,“ vysvetľuje Szabó s tým, že v tomto prípade vznikla iniciatíva tak, že spoločnosť si podala žiadosť o projekt zo štrukturálnych fondov. „Chcú zlepšovať vlastnosti svojich gitár a aj si zabezpečiť špecializované prístroje na ich výrobu. A, samozrejme, potrebovali poradiť s mechanickými vlastnosťami. Ich majiteľ je náš absolvent, mali sme spoluprácu už aj predtým, takže sa obrátili na nás.“ Testujú tam pevnosť materiálu, objem vlhkosti aj to, ako je možné materiál optimálne vysušovať. Tiež im testovali aj prístroje. „V poslednej etape, v záverečnom štádiu, sa bude testovať už hotový výrobok v klíma komore z hľadiska stability. Celkovo gitary a husle sú veľmi náchylné na zmenu vlhkosti, rozladia sa. Budeme teda testovať aj závislosť od vlhkosti.“
Pýtam sa, či by sa tento problém dal do budúcnosti nejako vyriešiť. „Drevo je živý materiál, absorbuje vlhkosť a následne ju uvoľňuje podľa toho, v akých je podmienkach. Samozrejme sa tým pádom menia jeho mechanické vlastnosti a s nimi aj akustické. Môžete materiál chrániť pred vlhkosťou, nalakovať, vždy sa dá niečo robiť.“
V pozícii radcu
Vo veternom tuneli, ktorý patrí medzi vyššie spomínané laboratóriá na Trnávke, sme už z redakcie svojho času na reportáži boli; vtedy sme sa okrem iného dozvedeli, že pre developera sú výsledky meraní v podstate odporúčaním, ale či ich vezme do úvahy, je na ňom. „Keď si niekto objedná zákazku v zmysle, že chce kvantifikovať veterné a tlakové pomery na projektovanej budove z dôvodu návrhu fasádnych a strešných konštrukcií, respektíve veterné pomery z hľadiska pohody chodcov v jej okolí, mala by sa budova hodnotiť v súvislosti s okolitou zástavbou. Budovy sa navzájom ovplyvňujú, modifikujú vzduchový prúd a vytvárajú zóny zvýšených rýchlostí prúdiaceho vzduchu. Konkrétne riešenie je na investorovi a projektantovi. My ako partner vystupujeme v pozícii radcu.“
Nové laboratórium pavilónového výskumu v Trnávke
Keď sa pýtam na plány do budúcnosti, dozvedám sa, že momentálne sa dokončuje nové laboratórium v Trnávke, otvoriť by ho mali viac-menej v čase nášho vydania. V čase našej uzávierky bolo už fyzicky postavené. „Treba tam nainštalovať na strechu meteorologickú stanicu, základnú meraciu aparatúru, prístroje, osadiť snímače,“ vysvetľuje Szabó s tým, že experimentálne zariadenie pozostáva zo solárneho laboratória – dvojmiestnosti na porovnávacie štúdium účinku solárnej radiácie a prenosu tepla na energetickú spotrebu a vnútornú klímu miestnosti. Priestor identických laboratórnych miestností je situovaný vo vnútri kontajnera – pavilónu, ktorého klíma predstavuje kompenzačný priestor. Do vonkajšej klímy je vystavená len testovaná fasádna stena, výmena energie s okolím je možná len cez túto vyšetrovanú fasádnu stenu. Meraná vzorka bude zaťažená reálnou vonkajšou klímou - slnečným žiarením, vetrom, dažďom, teplotou a zariadenie umožňuje merať reálne energetické toky skúmanou vzorkou v čase. „Je to unikátne experimentálne zariadenie, ktoré nemá v podmienkach SR a ČR obdobu. Bude slúžiť na vývoj a testovanie obvodových plášťov budov a ich detailov v oblasti novej fasádnej techniky budov s využívaním dostupných obnoviteľných zdrojov energie pre pokrytie energetických potrieb budovy.“
Text: Katarína Macková (informácie zo svf.stuba.sk)
Foto: Tibor Rózsár
Katedra konštrukcií pozemných stavieb je jedným z najstarších pracovísk dnešnej Slovenskej technickej univerzity. Pod názvom Ústav pozemného staviteľstva vznikla v roku 1938 na Štátnej vysokej škole technickej v Martine, ktorá sa v roku 1939 natrvalo presídlila do Bratislavy pod názvom Slovenská vysoká škola technická. Keďže prvé študijné odbory na našej dnešnej univerzite boli odbor stavebný a odbor zememeračský, možno povedať, že dnešná Katedra konštrukcií pozemných stavieb vznikla s jej zrodom. Poslaním katedry je identifikovať, rozvíjať a implementovať udržateľné a energeticky účinné stavebné technológie a konštrukčné systémy vytváraním partnerstiev medzi univerzitnými zdrojmi a priemyslom s cieľom vytvárania kvalitných analýz a dobre vyargumentovaných experimentov, zabezpečenia technologického rozvoja a jeho trhového dosahu.
Laboratórne vybavenie
- veľká klimatická komora pre synergický výskum šírenia tepla, difúzie vodnej pary a filtrácie vzduchu za stacionárnych i nestacionárnych okrajových podmienok
- akustická komora pre experimentálny výskum šírenia zvuku vzduchom a vplyvu zvukovej izolácie - umožňuje laboratórne merania vzduchovej nepriezvučnosti vertikálnych a horizontálnych deliacich konštrukcií, tiež slúži na meranie krokovej nepriezvučnosti
- veľká tlaková komora pre výskum filtrácie vzduchu detailmi alebo prvkami obalových konštrukcií budov zaťažených celkovým tlakovým rozdielom ∆p
- dažďová komora pre výskum penetrácie vody detailmi, dielcami a sústavami obalových konštrukcií budov
- komory na urýchlené starnutie
- aerodynamický tunel - dovoľuje experimenty na určenie statických a dynamických efektov vetra na modely pozemných a inžinierskych stavieb. Modely sú umiestnené v turbulentnom prúdení, ktoré je simulované ako prírodný vietor nad rôznymi kategóriami drsnosti terénu. Dĺžka tunela je 26,3 m.
Prebiehajúce výskumné a vzdelávacie projekty:
- výskum svetelného prostredia v budovách založený na chronobiológii a cirkadiálnej fotometrii (APVV)
- symbióza interakcie - obnoviteľné zdroje energie a systémová väzba: budova-klíma-energia v ekológii nízkoenergetickej, zelenej a trvalo udržateľnej architektúry (APVV)
- príspevok k riešeniu vybraných problémov striech a okenných konštrukcií budov (VEGA)
- simulácie budov v klimatických podmienkach Slovenskej republiky (VEGA)
- výučba zásad trvalo udržateľnej výstavby (Erasmus Mundus Joint Programmes)
Publikácie
Katedra ročne publikuje okolo 200 – 300 publikácií v rozsahu od výskumných správ a elektronickej komunikácie, cez odborné články v časopisoch, tvorbu vzdelávacích materiálov až po knižné publikácie.
Spolupráca
V rámci Slovenska katedra spolupracuje alebo spolupracovala s takmer každým významnejším priemyselným podnikom a akademickou inštitúciou s pôsobnosťou v oblasti stavebníctva. Spomedzi zahraničných inštitúcií a podnikov treba vyzdvihnúť najmä spoluprácu s významnými univerzitami vo všetkých susedných krajinách, ďalej s KU Leuven, University of Manchester a University of Strathclyde. Tiež treba spomenúť podniky BASF, Scheldebouw N.V., Physibel a mnoho domácich realizačných firiem a developerov.
Zdroj: svf.stuba.sk