U krajevima bogatima vetrom, energija vetra već igra istaknutu ulogu. Ipak, ona je u unutargradskim prostorima jedva upotrebljiva i time za planiranje građevina ima manje bitan značaj.
Korišćenje kišnice ne znači samo korišćenje sive vode, već i hlađenje površine građevine ili delova građevine. U spoljnom prostoru, u blizini građevine, mogu se stvoriti efekti ispravanja koji poboljšavaju uslove za prirodnu ventilaciju.
Korišćenje energije zemljine toplote, odnosno, hladnoće do sada nije imalo bitniju ulogu. U budućnosti će duboka i plitka geotermija, pored sunčeve energije, zauzeti istaknuto mesto, pošto je neograničena i svuda dostupna.
Dok u Nemačkoj postoji svega nekoliko velikih pilotskih postrojenja za korišćenje toplote zemlje, u Švajcarskoj je do sada instalirano više od 1.600 zemljanih sondi povezanih sa toplotnim pumpama. I zbog toga je emisija CO2 u Švajcarskoj za ca. 50% niža nego u Nemačkoj.
13. Kišnica
Već je ranije ukazano na to (poglavlje 4.1.3. Voda), da je čista voda naša najvrednija životna namirnica, za koju nemamo adekvatnu zamenu.
Nadalje, u poglavlju 10. predstavljeno je kako se poslednjih godina razvijaju troškovi za vodu. U svakom slučaju, za kratko vreme troškovi za vodu postaće veoma visoki, pa će korišćenje kišnice postati dobro došlo.
Ovaj tekst je poglavlje 13. iz knjige - Tehnologija ekološkog građenja, izdavačka kuća Jasen, 2009. godina
Aniliziraju li se kišne karte (slika 27) sa prosečnim proračunavanjem godišnje količne padavina u Nemačkoj, lako se može utvrditi da mi živimo u zoni sa dovoljnim količinama kišnice. Utoliko možemo da ovaj resurs osmišljeno koristimo da bismo sačuvali naše rezerve čiste vode.
S druge strane, postoje među stručnjacima, kao i u javnosti, mišljenja koja su kritički usmerena prema korišćenju kišnice. Njihovi glavni argumenti su:
- moguća zaraza u rezervoarima za sakupljanje kišnice (cisterne)
- sa tim je povezana opasnost zaraze pitke vode pri poprečnim vezama sa mrežom za pitku vodu
- moguće poprečne veze zbog neadekvatne ugradnje
- mali potencijal uštede i visoki troškovi, posebno za privatna domaćinstva
- u Nemačkoj nema nestašice vode.
Ovi prigovori se uzimaju ozbiljno i razmatraju u sledećem poglavlju. Koliki je ekonomični potencijal uštede realan, tek će pokazati budućnost. To treba na svakom pojedinačnom slučaju neprestano iznova pažljivo preispitivati.
Prigovor da u Nemačkoj ne vlada nestašica vode jeste ispravan. Ali, Nemačka ima problem sa kvalitetom vode, koji se na mnogim mestima već sada ogleda u veoma visokim taksama za otpadne vode. Cilj korišćenja kišnice, shodno tome, jeste čuvanje rezervi vode za piće.
13.1. Korišćenje kišnice kao sive vode
Pri uvođenju kišnice treba principijelno da se koristi samo kišnica sa krovova, pošto se time dobija garancija da u kružni tok kišnice neće dospeti previše prljavih supstanci. Značajno poboljšano delovanje u tome imaju ozelenjeni krovovi, koji su u stanju da filtriraju teške metale, čađ i prašinu.
Kišnica se, po pravilu, sakuplja u cisterni, filtrira od mulja i izlaže zračenju UVsvetla, da bi konačno dospela u prava spremišta. To su rezervoari za vodu iz kojih se snabdevaju potrošači kišnice. Voda koja dospeva u spremišta za čuvanje, najpre se filtrira i pomoću uređaja za doziranje dobija neophodnu tvrdoću.
Odatle voda se preko pumpi dospeva do razvodnika, a onda dalje razvodi prema pojedinim potrošačima.
Siva voda se, u principu, dovodi preko posebnog sistema za sivu vodu (dovod) i, ni u kom slučaju, ne sme da dospe u sistem za pitku vodu. Slika 311. prikazuje shematsku strukturu uređaja za pripremu kišnice sa sistemom sive vode.
Uzmemo li, za primer, kancelarijsku građevinu, onda po pravilu dobijamo da količina kišnice iznosi samo 50–60% neophodne količine sive vode za ispiranje toaleta, urinara, kao i spoljnog ispiranja, tako da se voda za piće mora dodatno koristiti.
Slika 311. Shema postupka pripreme kišnice
13.2. Korišćenje kišnice za hlađenje
Siva voda, u cilju hlađenja, pojavljuje se u različitim oblicima, koji se ovde trebaju razjasniti na više primera. U to spadaju hlađenje spoljnog omotača građevine, hlađenje građevnih delova u indirektnom obliku i hlađenje isparavanjem u spoljnom prostoru u blizini građevine.
13.2.1. Hlađenje spoljnog omotača
Već je u poglavlju 8 (Prostorije pod staklom) za centralni ulazu halu na sajmu u Lajpcigu predstavljeno i objašnjeno hlađenje spoljnog omotača sa pitkom vodom i kišnicom.
Slično je bilo planiranje pri konkursnom nacrtu za rekonstrukciju nemačkog državnog parlamenta u Berlinu (kancelarija Calatrava Valls SA, Paris / Zürich / Valencia). Kod ove građevine HL-Technik AG dospela je preko dipl.-ing. E. Rabea (Savezna građevinska služba Berlin I) na hvale vredan način do starih planova istorijskog državnog parlamenta (arhitekt P. Wallot, inženjer savjetnik David Grove).
Slike 312. pokazuju na sledećim stranama stanje planiranja, odnosno, izgradnje u periodu od 1884. do 1994. godine.
Slika 312.1. Tehnički planovi starog državnog parlamenta u Berlinu
Vodovi za paru i ventilaciju, podrum
Prvobitno centralno smeštena ventilacijska tehnika državnog parlamenta, nalikovala je Hipokaust grejanju sa, ipak, veoma naprednim i danas pažnje vrednim građevnim elementima za štedljivo korišćenje energije.
Jezgro je činilo pet mehova za pritisak i usisavanje, koji su se nalazili ispod plenarne sale, a koji su preko velikih ozidanih prohodnih vodova dovodile vazduh u sve delove zgrade državnog parlamenta, da bi odatle direktno, ili preko individualno podesivih komora za zagrevanje, snabdevale prostorije za boravak.
Slika 312.2. Tehnički plan starog državnog parlamenta u Berlinu
Povratni vodovi kondenzata i tople vode, podrumska etaža
Ozidani otvori za hladan i topao vazduh, koji su vodili od podrumskih vodova prema gore, nalikovali su tipu dvokanalnog uređaja. Prostorije su se, po izboru, priključivale na kanal sa hladnim vazduhom, pojedinačno zagrevan kanal sa toplim vazduhom, ili na oba.
Time su se mogli uzeti u obzir najrazličitiji zahtevi za ventilacijom prostorija, a da se nije moralo računati na štetne gubitke zbog mešanja. Danas uobičajeni limeni kanali nisu bili dostupni, što je bila prednost za letnje hađenje vazduha preko zidnih masiva.
Za spoljne prostorije, sa transmisionom potrebom za toplotom, postojalo je grejanje toplom vodom, koja je služila kao osnovno zagrevanje građevine. Time su postojali svi građevni elementi koji su brinuli za brzo i pojedinačno tretiranje prostorija.
Zbog skupih drvenih obloga i nameštaja spoljni vazduh se vlažio nakon centralnog predgrejanja. Bile su podržane mere protiv stvaranja pukotina u drvenim materijalima sa uvođenjem šperploče u velikom obimu.
Slika 312.3. Tehnički planovi starog državnog parlamenta u Berlinu
Sala za sastanke, presek i komore za zagrevanje vazduha toplom vodom, presek i nacrt
Dimenzije ondašnje ventilacijske tehnike postaju jasnije uz nekoliko mera:
- 2 komore za predgrejanje sa širinom od 6,5m i visinom od 7,5m
- površina strujanja za džepni filter 48m2
- prečnik četiri velika aksijalna meha 2m
- pod za pritisak ispod plenarne sale za ventilaciju odozdo prema gore (samo za noćnu ventilaciju), sa visinom prostorije od 2,5m.
Nadalje, bilo je pažnje vredno centralno usisavanje svežeg vazduha preko dva ugaona tornja na zapadnoj strani, i odvođenje vazduha preko dva druga ugaona tornja na istočnoj strani, zbog čega je pri uobičajenom smeru vetra (naročito zapadni vetrovi) izbegnuto mešanje vazduha koji se odvodio i spoljnog vazduha.
Povezivanje ventilacionog sistema sa velikim akumulacionim masivima građevine bila je istaknuta prednost za redukovanje troškova energije. Prednost, u istoj meri, davali su široko konstruisani kanali za ventilaciju, koji su usled malih brzina strujanja i time malih gubitaka zbog trenja održavale niskim dodatne električne troškove.
Uz to, poboljšanje vazduha u zimskom radu podržano je preko termičkog efekta iz dogrejavanih komora.
Dovođenje vazduha u staru plenarnu salu sa odvojenom sistemskom tehnikom od glavnog postrojenja, bilo je uporište ondašnje inženjerske veštine i zajednički rad sa arhitektima. U potpuno ispunjenoj plenarnoj sali vazduh sa ca. 18°C ili sa izraženim letnjim stanjem vazduha (akumulacioni efekat) dovođen je odozgo, a usisavan ispod stolica u plenumu i na galeriji za posete.
Prazna plenarna sala mogla se za odvod štetnih materija i za predhlađenje (noćno hlađenje) ventilisati prespajanjem vazdušnih puteva i odozdo; odvod vazduha odvijao se prirodnim putem preko velike kupole iznad staklenog plafona i time doprinosio hlađenju zagrejane prostorije staklene kupole.
Slika 312.4. Tehnički planovi starog državnog parlamenta u Berlinu
Podrumska etaža/Isečci iz nacrta i presek
Energetske centrale istorijske zgrade državnog parlamenta nisu bile, suprotno današnjima, smeštene u samoj građevini, već u kući za mašine iza državnog parlamenta. Parni i elektro vodovi sprovedeni su preko hodnika za povezivanje.
U odeljenju sa mašinama, osam kotlova nije proizvodilo samo paru niskog pritiska, već i električnu energiju, tako da se realizovalo spajanje snage i toplote. U podrumu zgrade državnog parlamenta na parne vodove nisu samo direktno priključene stotine komora za zagrevanje vazduha, već i pretvarači pare, koji su proizvodili toplu i vruću vodu za gravitaciono grejanje.
Preko dvostruko postavljenog voda za vraćanje vazduha gravitacionog grejanja mogu, da se pokreću dva različita grejna kruga.
Zaključujući, može da se tvrdi da je inženjeru Davidu Groveu, sa konkursnim nacrtom, izuzetno uspelo zameniti, do tada, još nepostojeće regulisanje temperature za grejnu i ventilacionu tehniku uz pomoć doteranog koncepta uređaja, da bi se, na taj način, obezbedio štedljiv rad.
Neophodan zajednički rad sa arhitektima sproveden je na uzoran način zahvaljujući stavovima Paula Wallota: on je u svoj građevinski koncept morao da integriše mnogobrojne zidove kanala i celokupan podrumski prostor da bi zadovoljio tehničke zahteve.
Na svečanom otvaranju državnog parlamenta 7. 12. 1894. Paul Wallot je, podsećajući na sestrinske umetnosti arhitekture, slikarstvo i vajarstvo, rekao:
- Danas se govori o tri sestrinske umetnosti. Ali, u naše vreme pojavljuje se i četvrta, inženjerska umetnost. Parna mašina je, za mene, utoliko najveći umetnički proizvod, koji svrhu i sredstvo stavlja u međusobno ispravan odnos, i ako težim zajedničkom dejstvu svih umetnosti, onda njima uključujem i inženjersku umetnost. Pijem za spajanje sve četiri umetnosti, za njihovo jedinstvo."
Slika 312.5. Tehnički plan starog državnog parlamenta u Berlinu
Shema vodova grejanja parom i toplom vodom
Kod nerealizovanog konkursnog nacrta iz 1993/94. godine dr. S. Calatrava (građevinsko-klimatski i tehnički koncept planiranja: HL-Technik AG, München) razvila se pod veoma sličnim zahtevima planska filozifija, koja od onih koji konkurišu zahteva i ekološki koncept.
Pri tom se u provom planu nalazilo:
- korišćenje prirodnih resursa koliko je to moguće
- izbegavanje štetnih materija
- minimiziranje porošnje energije
- minimiziranje investicionih troškova
- jednostavno održavanje i popravljanje.
Kod ekološkog koncepta planirane su sve moguće pasivne mere za smanjenje potrošnje toplote, za postizanje solarnih dobitaka zimi i za minimiziranje toplotnih dobitaka leti. Zgrada je trebala da reaguje, kako u području spoljnog omotača, tako i u unutrašnjosti na pravi način na ponudu okoline (sunce, vetar, temperature itd.) i da prirodnu ponudu usaglasi sa zahtevima korišćenja u različitim godišnjim dobima.
Slika 313. Statistika vetra na staništu Brlin-Tempelhof, vremenski period 1969-1974.
Srednje godišnje brzine vetra u m/s (levo)
Srednja godišnja raspodela pravaca vetra u % (desno)
Glavna tačka pri razvijanju koncepta tehnike bila je korišćenje energije vetra za prirodnu ventilaciju samih građevinskih tela (slike 313. i 314), kao i prirodno osvetljenje i korišćenje akumulacionih masiva (masivi građevine za hlađenje).
Slika 314.1. Egzemplarna raspodela pritiska na zgradi pri naletu vetra
Slika 314.2. Prirodno strujanje oko i kroz građevinu usled nad- i podpritiska
Dalji bitan sastavni deo je bilo istraživanje ispravnog oblikovanja staklenih površina kako u području sale, tako i u području kupole (slika 315). Na kraju predloženo je hlađenje staklenog omotača krova i kupole sivom vodom, s obzirom na optimalni odnos troškovi–korišćenje.
Slika 315. Principijelno predstavljanje ostakljene varijante
Slike 316. 1/3 16.2. pokazuju dnevni razvoj temperatura u prostorijama u gornjim područjima građevine sa vodenim prskanjem u periodu lepog letnjeg vremena, odnosno, u jesenjem prelaznom periodu.
Ovo rešenje može da se uporedi sa slikom 317. na kojoj je prikazano „hlađenje spoljnog zida britanskog paviljona u Sevilji.
Slika 318. pokazuje shematsku strukturu korišćenja kišnice radi redukcije opterećenja za hlađenje građevine hlađenjem spoljnog omotača.
Minimiziranje potrebe za električnom energijom prema ovom nacrtu sledi kroz:
- redukovanje snage hlađenja spoljnog omotača vodom
- redukovanje vremena rada mehaničke ventilacije kontinuiranom prirodnom ventilacijom
- minimiziranje potrebe za električnom energijom optimalnim dnevnim osvetljenjem preko gornjih staklenih površina.
Slika 316.1. Dnevni razvoj temperatura prostorija u gornjem području građevine, ostakljenje za zaštitu od toplote sa vodenim prskanjem, period lepog letnjeg vremena
Slika 316.2. Dnevni razvoj temperatura prostorija u gornjem području građevine, ostakljenje za zaštitu od toplote sa vodenim prskanjem, jesenji prelazni period
Slika 317. Primer „hlađenja spoljnog zida" na britanskom paviljonu, Sevilja (Arhitekt: Grimshaw, London)
Slika 318. Funkcijska shema za korišćenje kišnice i redukovanje opterećenja hlađenjem građevine sa hlađenjem spoljnog omotača
Na kraju slika 319. predstavlja tok kvocijenata dnevnog svetla u poprečnom preseku kroz građevinu i pokazuje kvocijente dnevnog svetla za veći broj zona, koji se nalaze značajno iznad 10% i time mogu da dovedu do istaknutog dnevnog osvetljenja.
Kod ovog projekta se moglo veoma dobro demonstrirati uvođenje obnovljivih energija i upotreba prirodnih resursa, pre svega time da se stara građevinska supstanca reaktivira na ispravan način.
Slika 319. Tok kvocijenata dnevnog svetla u poprečnom preseku kroz plenarnu salu u %
