Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

Közép-európában a meglévő épületállományának számottevő részét a XIX. és XX. században elterjedt hagyományos technológiákkal készült épületek alkotják. A függőleges teherhordó szerkezetek zömében falazott kialakítással készültek. 1800-as évek elején a fafödémek és boltozatok voltak a fő vízszintes teherhordó szerkezetek, a század második felében megjelentek a hajlított acélgerendákból készült különböző födémek. Az 1910-es évekre pedig kifejlődött a mai gyakorlatban vasbetonnak nevezett anyag, így a következő évtizedekben a világháborúk hatására elindulnak a próbálkozások az előregyártás felé és kialakulnak az előfeszített, valamint zsaluzóelemes födémrendszerek. Az építések során a minőségi építőanyagok hiánya miatt bevett szokás volt, hogy nem a megadott anyagokból, nem a kiírt rétegrend alapján készültek el a szerkezetek, így jellemzően már egy egyszerűnek vélt felújítási munkálat során is problémás lehet ezen szerkezetek rekonstrukciója. A klímaváltozás és a drasztikusan csökkenő energiahordozó készletek miatt egyre több szakértő kezdett el foglalkozni az épületszerkezetek és épületek hőtechnikai, illetve higrotermikus szimulációjával. Jelenleg azonban a kapcsolt hő- és nedvességtranszport modellezésre vonatkozó megoldások csak kezdeti stádiumban járnak, nem találhatók átfogó, anyagvizsgálatokkal kiegészített szimulációs megoldások és a hőátbocsátási tényező meghatározásán túl jelenleg néhány publikáción kívül sem a vonalmenti hőátbocsátási tényezőkre vonatkozóan, sem pedig a nedvességtranszportra vonatkozóan nem találhatunk szakirodalmat, átfogó kutatásokat. Az épületeink hőveszteségeinek számítása során a hőátbocsátási tényezők mellett a vonalmenti hő- és nedvességátbocsátási tényezők segítségével leírt hőhidak és a nedvességhidak hatását is figyelembe lehetne venni azokon a helyeken, ahol többdimenziós hő- és nedvességáramlás alakul ki az épületszerkezetekben a környező szerkezetekhez viszonyítva. Az építményeken belüli nedvességtartalom és hőmérséklet eloszlásának numerikus szimulációjával meghatározhatjuk az adott épületelem életciklusa alatti viselkedését, amely megkönnyítheti többek között az építészeti kulturális örökség fenntartását is, valamint az energiahatékonysági célú felújítások tervezését. 

A PhD kutatás célja a Közép-Európában a XIX-XX. században leginkább elterjedt hagyományos épületszerkezetek higrotermikus (kapcsolt hő- és nedvességtranszport) szimulációkhoz szükséges kulcsfontosságú anyagtulajdonságainak helyszíni, illetve laboratóriumi vizsgálatokkal történő meghatározása, valamint az épületszerkezetek és azok állagvédelmi, illetve energiahatékonysági célú felújítási lehetőségeinek higrotermikus szimulációkkal történő vizsgálata és elemzése, új tudományos megállapítások levonása. A kutatás eredményei hozzájárulhatnak a fenntarthatóbb, gazdaságosabb és nedvességtechnikai-állagvédelmi szempontból is optimális rekonstrukciós, illetve felújítási munkálatok elvégzéséhez.

 

Kutatási feladatok:

- Történeti épületszerkezeteket alkotó történeti építőanyagok higrotermikus modellezéshez szükséges anyagtulajdonságainak (hővezetési tényező, sűrűség, fajhő, páradiffúziós ellenállás, vízfelvétel, folyadéktranszport tényező, szorpciós és deszorpciós izotermák) helyszíni és laboratóriumi vizsgálata és összehasonlító elemzése

- Történeti épületszerkezetek parametrikus és multifizikai modellezése és elemzése (hő- és nedvességtranszport, üreges szerkezetekben történő légáramlás modellezésével), valamint egyszerűsített energetikai számításoknál alkalmazható egyenértékű hővezetési tényezők és páradiffúziós ellenállási számok meghatározása. 

- Történeti épületszerkezetek csomópontjainak hő- és nedvességtechnikai-állagvédelmi elemzése, rekonstrukciós, állagvédelmi és energiahatékonysági célú felújítási lehetőségeinek vizsgálata, tervezési ajánlások és egyszerűsített számítási lehetőségek kidolgozása.

- Történeti épületek tipológia alapú higrotermikus teljesépület modellezése és dinamikus szimuláción alapuló elemzése, rekonstrukciós és energiahatékonysági célú felújítási lehetőségeinek vizsgálata, tervezési ajánlások kidolgozása.

 

***

In Central Europe, a significant part of the existing building stock is constructed using traditional technologies that were widespread in the 19th and 20th centuries. Vertical load-bearing structures are mostly masonry construction. In the early 1800s, timber slabs and arches were the main horizontal load-bearing structures, and in the second half of the century, various slabs made of bent steel beams appeared. By the 1910s, the material is known today as reinforced concrete had evolved, and in the following decades, the world wars led to attempts at prefabrication and the development of prestressed and formwork slab systems. Due to a lack of quality building materials, it was common practice to build structures using materials that were not specified and not following the prescribed layering scheme, so even a simple renovation project could typically be problematic. Climate change and drastically diminishing energy supplies have led to an increasing number of experts working on thermal and hygrothermal simulation of building structures and buildings. At present, however, solutions for coupled heat and moisture transfer modelling are only at an initial stage, there are no comprehensive simulation solutions complemented by material tests and, apart from the determination of the heat transfer coefficient, there is currently no literature and no comprehensive research on either the linear thermal transmittance or the moisture transfer, apart from a few publications. In addition to thermal transmittances, the calculation of heat losses in our buildings could also take into account the effect of thermal bridges and moisture bridges, described using the linear heat and moisture transmittances, at locations where multidimensional heat and moisture flows develop in the building constructions relative to the surrounding structures. Numerical simulations of the distribution of humidity and temperature inside buildings can be used to determine the behaviour of a building element during its life cycle, which can facilitate, among other things, the maintenance of architectural heritage and the design of renovations for energy efficiency. 

The PhD research aims to determine the key material properties of traditional building structures, which were the most common in Central Europe in the 19th-20th century, through field and laboratory tests, to investigate and analyse the building structures through hygrothermal (conjugated heat and moisture transport) simulations, and to draw new scientific conclusions. The results of this research could contribute to the more sustainable, economic and optimised reconstruction and renovation works in terms of moisture and durability.

 

Research tasks:

- On-site and laboratory investigation and comparative analysis of the material properties of building materials in historic building constructions (thermal conductivity, density, heat capacity, vapour diffusion resistance, water absorption, liquid transport coefficient, sorption and desorption isotherms) for hygrothermal modelling.

- Parametric and multiphysical simulation and analysis of historic building constructions (heat and moisture transport, airflow in hollow structures) and the determination of equivalent thermal conductivity coefficients and vapour diffusion resistance factors for simplified energy performance calculations.

- Thermal, moisture, and durability analysis of the construction joints of historic building structures, assessment of their potential for reconstruction and renovation for energy efficiency, development of design recommendations and simplified calculation possibilities.

- Typology-based hygrothermal modelling of historic buildings and analysis based on dynamic simulation, investigation of reconstruction and energy efficiency renovation options, development of design recommendations.