Bygningsfysikk og materiallære og de passive grepene i arkitekturen
Rapport fra undervisningen i Arkitektur 3 ved NTNU.
Klimatilpasning, bruk av sol og dagslys, varmelagring og fuktbeskyttelse; Hva har disse prosjekteringsoppgavene til felles? Jo, dette er passive, arkitektoniske grep som forutsetter en forståelse av bygningsfysikk. Om vi går for «passivhus» eller «aktivhus» eller gjenskaping av årestue, er dette noe miljøbevisste arkitekter gjerne enes om: De passive grepene bør uansett utnyttes først. De bør danne utgangspunkt for den konseptuelle utformingen, og de har stor betydning for byggets muligheter for energiøkonomisering så vel som for å skape et godt innemiljø. På den annen side: Manglende forståelse for bygningsfysikk hos de prosjekterende har i mange tilfeller resultert i dårlige bygninger, bygninger som blant annet bruker mer energi enn nødvendig til oppvarming og, i verste fall, kjøling.
Bygningsfysikk, tidligere kalt husbyggingsteknikk, har vært undervist for arkitektstudenter på NTNU siden oppstarten i 1910, og fagområdet har på ulike måter vært knyttet til forskning på energisiden. Det faglige utgangspunktet er bygningens klimaskjerm og hvordan denne avgrenser et kaos av klimapåvirkninger utenfra og gir oss et mer eller mindre komfortabelt inneklima. I klimaskjermen reguleres, omformes eller kontrolleres varme, fukt, lys og lyd, og teorien bak disse prosessene er hovedtemaer. På arkitektur- og billedkunstfakultetet er nå også materiallære føyet til som en del av faget. Gjennom forståelse av materialegenskaper kan man best utnytte de ulike byggematerialer til å oppnå gode, helhetlige løsninger. En målsetting for undervisningen har vært å bygge bro mellom naturvitenskapene og de andre pilarene som arkitekturprosjektering bygger på.
Formen på undervisningen har variert. Hovedsakelig har faget blitt kjørt som et eget teoriemne med skriftlig eksamen, men i en periode ble det også forsøkt fullt integrert med prosjekteringsfaget Arkitektur 3, Tektoniske studier (Ark 3), som går parallelt i tredje semester. Utfordringen med denne kombinasjonen er å forene teoretisk detaljkunnskap med fullt fokus på den praktiske nytten, og man erfarte at den tekniske kompetansen fort kan koke bort i studentenes mer fabulerende visjoner. Høsten 2010 ble det forsøkt en ny variant av integrering. Teorifag med eksamen ble beholdt, men for å knytte stoffet nærmere til prosjekteringen, fulgte vi to spor: En bolk av Ark 3 ble forbeholdt casestudier der formålet var å studere en yttervegg i detalj slik at de tekniske grepene i forhold til bygningsfysikken ble belyst, og som en del av teoriemnet ble det gitt en semesteroppgave der ulike temaer for praktisk nytte av kunnskapen ble satt ut i livet.
«Veggens Program» er navnet på den tre uker lange bolken der studentene gjør casestudier av utvalgte bygg. Oppgavestillingen forsøker å reise tilsvarende spørsmål om arkitektur til veggen som til hele byggverket. Dette angår komponentenes egenskaper, deres anvendelse og den helhetlige estetikken, og de ulike bygningenes klimaskjerm undersøkes i all sin kompleksitet. Hvordan isolere mot kulde og beskytte for vind? Hvordan utnytte solenergi og samtidig hindre overoppheting? Hvordan slippe inn naturlig dagslys og samtidig unngå blending? Hvordan beskytte mot snø og regn utenfra og mot fukt innenfra? Hvordan dempe støy fra gata og regulere innvendig akustikk? Hvilke materialer er relevante for å imøtekomme de ulike kravene? Og til slutt: Hvordan tolkes disse prosessene arkitektonisk? Igloen og huleboligen i ørkenen er tradisjonelle, og ekstreme, eksempler på tilpasninger til lokalt klima og landskap. Men også nyskapende arkitekter, som for eksempel Peter Zumthor, Jensen & Skodvin og japanske SANAA, har gjennom sine bygninger på forskjellige måter bidratt med nytolkninger av overganger mellom inne og ute, lys og skygge, varme og kulde. Både hel- og halvklimatiserte konsepter ble gjennomgått, og mange typer byggematerialer studert.
Som lærebok ble den nye danske boka «Klima og arkitektur» tatt i bruk. Torben Dahl skriver om klimaets arkitektoniske potensiale: «Jordens klima består af en række interaktive systemer, hvori klimaets enkelte parametre som varme, fugt, luftbevægelse og lys indgår med sit eget dynamiske system. Fra hvert af disse dynamiske systemer kan der uddrages principper, som kan blive projekteringsparametre i planlægningen af en bygning… Også et studium af traditionel byggeskik er en kilde til klimatisk forståelse og en uudtømmelig inspiration for klimatisk tilpasset arkitektur. En traditionel byggeskik på ethvert sted på kloden kan karakteriseres ved at fremvise et optimum af ressource-besparelse og klimatilpasning og dermed en indbygget bæredyktighed.» («Klima og arkitektur», side 7 til 8.)
Som del av teorifaget hadde den skriftlige semesteroppgaven til formål å studere gitte temaer innen bygningsfysikk og materiallære. Igjen gikk metoden ut på å knytte generelle prinsipper til bygde eksempler, men denne gangen var det teorien som sto i sentrum for drøftingen. 16 temaer ble undersøkt og bearbeidet i grupper. Temaene ble knyttet til de passive grepene for miljøvennlig byggeri: arkitektfaglige områder som i mange tilfeller er dårlig utforsket og utnyttet. Et tankekors er at så lenge ikke arkitekter går inn på disse temaene, overlates de til ingeniører som kanskje har andre løsninger, løsninger som ofte analytisk svarer på ett og ett spørsmål av gangen. Arkitekter er gjerne mer opptatt av å finne formsvar som skaper en syntese i forhold til problemstillingene som er involvert. Imidlertid har våre løsninger en tendens til å bli omtrentlige og upresise når det kommer til kvantifisering. For å samarbeide, diskutere og/eller konkurrere med teknisk ekspertise, bør man tilstrebe ikke bare en forståelse for det prinsipielle, men også øke kunnskapsnivået innenfor kvantifisering og beregninger.
Semesteroppgaven ble levert i rapportform, og inneholdt en utdypning av prinsippene bak det valgte temaet og beskrivelse av muligheter og utfordringer. Hvordan kan de ulike passive grepene knyttes til å redusere energibruk og materialmessige belastninger på miljøet samt å gi komfort, godt innemiljø og varierte sanseopplevelser? Tabeller og prinsipptegninger ble presentert sammen med bygningseksempler hentet fra både tradisjonell byggeskikk og nåtidig arkitektur, og fra ulike klimasoner der dette var relevant.
Noen temaer, som passiv solenergi, varmelagring og dobbeltfasader, finner man lett informasjon om i lærebøker. Også når det gjelder å skjerme for vind og beskytte mot fukt, er det mye å trekke ut av blant annet SINTEF Byggforsks byggdetaljblader. Andre temaer, som sonedeling, naturlig ventilasjon og dynamisk isolasjon (varmeveksling i veggen), krever mer leting etter eksempler og søk i litteraturen. Materialvalg for konstruksjoner, isolasjonssjikt og kledning ble også gitt som egne oppgaver, der miljø- og levetidsvurderinger sto sentralt. For å oppnå en god forståelse er det vesentlig å ikke bare gjengi teoretiske fakta, men også drøfte hvilke mulige fallgruver man kan gå i når man gjennom prosjektering må gjøre avveininger mellom ulike hensyn. Koblingene mellom enkelte av temaområdene blir dessuten svært tette. At tilrettelegging for naturlig ventilasjon forutsetter innsikt i både luftens oppdrift og trykkforskjeller så vel som bygningsform og materialbruk, er et eksempel på at bygningsfysikk representerer en kompleks og krevende del av den arkitektfaglige verktøykasse.
I hvilken grad prosessene rundt regulering av en bygnings fysiske ytelse skal være standardiserte og automatiserte, er en høyaktuell diskusjon som studentene tok del i. På innsiden av klimaskjermen står en bruker som på den ene siden kan sees som sløv og utilregnelig og som dermed gjennom sine komfortkrav dikterer utviklingen mot stadig høyere innetemperaturer og høyere luftskifter. På den andre siden kan en bevisst bruker sitte med nøkkelen til å løse en del av de miljømessige utfordringene vi har rotet oss inn i. Den kanskje vanskeligste oppgaven som ble stilt, var derfor å diskutere komfortbegrepet. «Adaptiv komfort» kan sees som et utvidet begrep som inkluderer aspekter av fysiologi så vel som psykologi. Er større variasjoner i temperatur og sanseopplevelser noe vi faktisk trenger for å oppnå god helse? Er det slik at en bruker som selv kan kontrollere sine omgivelser, også fysiologisk vil tåle større variasjoner i inneklima? Og hva med estetikk? Får vi rett og slett en større fysiologisk komfortsone i vakre rom? Uansett vil en utvidet komfortsone bety større muligheter for å basere seg på de passive arkitektoniske grepene, og gjøre oss mindre avhengige av tekniske installasjoner.
Vi håper at studentene i løpet av semesteret har økt interessen for bygningsfysikk og materiallære som et grunnlag for forståelse av viktige prosesser knyttet til klimatilpasning, passiv design og bærekraftig arkitektur. For å kunne overføre smarte grep fra en kjent bygning i prosjektering av nye bygg, må man gå bak den ytre formen og studere konseptet i forhold til bygningsfysiske prinsipper. Dette gjelder overføringer fra anonym arkitektur så vel som fra nåtidige bygningsverk. Hvis arkitekter skal bli i stand til å ta grep om utforming av framtidens miljøvennlige bygninger, er det vesentlig å ikke bare bygge kunnskap rundt de funksjonelle og estetiske aspekter i arkitekturen, men også å integrere noen tekniske forkunnskaper. ?
På vegne av lærergruppen i Ark 3/Bygningsfysikk og materiallære, Anne Sigrid Nordby.