Optimizacija energetskog bilansa građevinskih objekata

Niskoenergetski objekti

Aktuelna tema današnjice u svetu, a sve više i kod nas su održivi razvoj, ekologija i energetska efikasnost. Energija i ekologija predstavljaju dva velika, uzročno-posledično povezana problema budućnosti čovečanstva. Najznačajnije svetske organizacije suočile su se sa ozbiljnošću po pitanju ekologije i  održivog razvoja.

U periodu obilja jeftinog goriva, pre samo par decenija, građeni su objekti koji nisu imali mnogo veze sa podnebljem  u kome su nastali, što je kao rezultat dovelo do izgradnje energetski neefikasnih objekata i do rasipanja energije.

Niskoenergetski objekti osim što štede energiju, pa tako umanjuju troškove, smanjuju i emisiju CO₂, što je veoma bitno za očuvanje životne sredine. Treba se usresrediti na pasivni koncept projektovanja. Ovaj rad govori o značaju bioklimatskog projektovanja. Bioklimatski koncept podrazumeva sveobuhvatnu filozofiju projektovanja.

Ukupna potreba za energijom - primarna energija (pe) predstavlja ukupnu količinu energije potrebne  za grejanje, hlađenje,  pripremu sanitarne tople vode, ventilaciju i električno osvetljenje. Potrošnja primarne energije
govori nam o klasi objekta.

Sertifikacija građevinskih objekata se u EU radi od 2007. godine, a kod nas će se obavljati po stupanju na snagu novog zakona o energetskoj efikasnosti. Energetski pasoš je dokument, koji opisuje ukupan energetski kvalitet već postojećih ili budućih objekata (fotografija gore).

Energetski tehnički pregled biće u sastavu tehničkog pregleda i bez njega ni jedna nova zgrada neće moći da dobije upotrebnu dozvolu. Ovaj sertifikat biće neophodan i pri sanaciji i prodaji starih objekata. Klase objekta su A, B, C, D, E, F, G.

Po statistici noviji stambeni objekti u Srbiji u proseku troše 160 kWh/m²/pe, a kada bi se objekti gradili po niskoenergetskim standardima gradnje potrošnja bi im se smanjila 4 puta, a po pasivnim standardima gradnje čak 10 puta. Ovo se odnosi ne samo na nove, već je ključno i pri rekonstrukciji starih građevinskih objekata. Poboljšanje energetske efikasnosti građevinskih objekata predstavlja unapređenje objekta sa faktorom 10.

Ključni parametri koji utiču na energetsku efikasnost objekata su:

• kompaktnost
• orijentacija objekta
• analiza površine otvora
• analiza izbora profila i stakla
• izolacija objekta.

Svi oni odnose se na omotač objekta.

1. Kompaktnost

Predstavlja odnos površine i volumena zgrade. Što je manji ovaj količnik, utoliko je zgrada kompaktnija, te energetski efikasnija. Ovo se postiže time što se forma objekta projektuje što svedenije, bez mnogo razuđenosti i tako što se objekat formira u niz.

2. Orijentacija objekta

Koncept postavljanja zgrade bi trebalo da bude takav da orijentišemo zgradu što više u pravcu istok zapad, kako bi mogli primeniti pasivne solarne sisteme. Dnevne zone treba orijentisati ka jugu, a spavaće i pomoćne prostorije ka severu. Zgradu treba što više otvoriti prema jugu, da bi imali što više toplotnih dobitaka kroz prozore - direktan dobitak sunčeve energije.

S druge strane, u letnjem periodu otvore treba zaštititi od pregrevanja. Tu dolaze do izražaja bioklimatska arhitektura, sa pasivnim konceptom projektovanja. To se postiže postavljanjem zastora, brisoleja, roletni, skrinova, ozelenjavanjem, ili prepuštanjem nadstršnica iznad otvora.

Nadstrešnica treba da bude tako dimenzionisana, da u letnjem periodu kada je zenit visoko zaštiti otvor od pregrevanja, a u zimskom periodu dozvoli upad sunčevog zračenja. Ozelenjavanje treba vršiti listopadnom vegetacijom, kako bi u letnjem periodu štitilo od pregrevanja, a u zimskom periodu dozvoljavalo neometanu osunčanost.

Takođe treba voditi računa o zaštiti od vetra.

3. Analiza površine otvora

Za niskoenergetski standard gradnje za stambene objekte, treba svesti  površinu otvora na 1/7 neto pvršine objekta, a za pasivni standard gradnje treba ga svesti na 1/10. Naravno, kada su u pitanju poslovni objekti, kod primene niskoemisionog stakla i duple staklene fasade ovo pravilo se ne primenjuje.

4. Analiza izbora profila i stakala

Kod loše izolovanih starih objekata prozori su drveni, sa jednostrukim staklom gde imamo u proseku k(U)=5,8W/m²K. Kod standardno izolovanih objekata prozori su, sa dvostrukim izo staklom gde imamo u proseku k(U)=3,0W/m²K.

Za niskoenergetski standard gradnje potrebno je niskoemisiono dvostruko izo staklo punjeno nekim gasom (argonom ili kriptonom) i višekomorni profile sa termoprekidima, gde imamo u proseku k(U)=1,5W/m²K. Za pasivni standard gradnje potrebno je niskoemisiono trostruko izo staklo punjeno nekim gasom i višekomorni profile sa termoprekidima, gde imamo u proseku k(U)=0,7W/m²K.

Ekonomska analiza pokazuje da unapređeni prozori daju period isplativosti 5 godina. Ekološki gledano, smanjenje emisije CO₂ u proseku iznosi 328g/kWh. Dodatno ulaganje u prozore daje uštedu od 184 kWh/m² prozora godišnje, što znači 60 kgCO₂/m², što nije zanemarljivo. 

5. Izolacija objekta

Postavlja se u cilju smanjenja toplotnih gubitaka zimi kao i pregrevanja leti. Najčešće korišćeni kod nas  su polistiren i mineralna vuna. Pri izboru termoizolacije bitno je da je ona paropropusna, da se ne bi dolazilo do pojave kondenzacije u zidu.

Bitno je naglasiti da je položaj termoizolacije takođe važan. Ona se postavlja sa spoljne strane zida, U suprotnom bi se javljala kondenzacija u zidu, jer termoizolacija ima veću paropropustljivost od samog zida, pa bi se sakupljala vodena para između termoizolacije i zida. Izolacija objekata odnosi se na izolaciju kompletnog omotača objekta. Posebno treba obratiti pažnji na konstruktivnu vezu susednih elemenata, pa treba računati na stručan nadzor pri izvođenju radova.

Izolacija zidova

Preporučuje se za spoljni zid k(U)=0,25-0,35W/m²K, što predstavlja oko 10cm termoizolacije. Ovo su standardi EU, a svaka država članica ima svoje standarde prilagođene svojim klimatskim uslovima. Kod nas je k(U)=0,9W/m²K, ali se najavljuje da će se po stupanju na snagu novog zakona svesti na k(U)= 0,3W/m²K.

standardno izolavan objekat

niskoenergetski standard gradnje

pasivni standard gradnje

Ekonomska analiza 

Period isplativosti za zid bez izolacije, kada se doda 10cm izolacije je za zid od opeke od 3-9 godina,a za armiranobetonski zid  2-5 godina.

Ekološki gledano,zid od opeke 25cm, sa dodatnih 10cm termoizolacije daje uštedu od 108,8 kWh/m²  zida godišnje, što znači 35,70 kg CO₂/m².

Zid od betona 18cm, sa dodatnih 10cm termoizolacije daje uštedu od 229,60 kWh/m²  zida godišnje, što znači 75,30 kg CO₂/m².

Izolacija krovova

Preporučuje se za krov k(U)=0,25W/m²K, što predstavlja oko 14cm termoizolacije. Kod kosih krovova kada se podkrovlje koristi, termoizolacija se postavlja između rogova, a iznad nje postavlja se hidroizolacija. Kod ravnih krovova, termoizolacija se postavlja na završnu ploču, a preko nje se postavlja hidroizolacija, pa završna obrada, osim kod ravnih "obrnutih" krovova kod kojih se termoizolacija postavlja preko hidroizolacije.
   
Ekonomska analiza za unapređenje kosog krova je period isplativosti 2-4, a za ravan krov  3-5 godina. Ekološki gledano, unapređenje kosog krova daje uštedu od 340kWh/m² krova godišnje,  što znači 111,5kg CO₂ po m². Unapređenje ravnog krova daje uštedu od 188kWh/m² krova godišnje, što znači 61,70kg CO₂ po m².

Tehnike za dijagnostiku energetske efikasnosti postojećih i novih objekata:

• kontrola termovizijskom kamerom (termografija - vidi link na kraju)
• test vazdušne propustljivosti
• matematičko modelovanje i softverske simulacije.

Prve dve odnose se na već gotove objekte, a poslednja daje mogućnost optimizacije pre početka izgradnje.

Termovizijskom kamerom možemo uočiti sve nedostatke u izgradnji u vidu hladnih mostova, vlage i curenja vazduha, što se golim okom nemože uočiti. Te promene vide se u termogramu kao različite boje. Na datom primeru vidi se pojava hladnog mosta na horizontalnim i vertikalnim serklažima zbog izostavljanja termoizolacije.

Što se tiče matematičkog modelovanja i softverske simulacije, postoji dosta softverskih paketa koji se bave ovom problematikom: KnaufTerm, Design Builder, Novolit, Energy plus itd. (vidi linkove na kraju).

U analizu optimizacije su uključeni ključni parametri: k(U), paropropustljivost (kondenzacija), protivpožarna zaštita, zvučna zaštita, vreme izrade (kod velikih objekata vreme izrade je veoma bitno, pa se teži prefabrikovanim sistemima građenja), cena i  marketinški nastup.

Za projektovanje energetski efikasnih zgrada potrebno je:

Za pasivan standard gradnje primenjuju se još bolje karakteristike svih konstruktivnih elemenata i još neki aktivni sistemi kao npr. rekuperacija.

Linkovi:

• Termografija - Izložba "Videti energiju" na Arhitektonskom fakultetu u Beogradu (foto galerija) - klikni na link
• Besplatni softveri za 3D modelovanje energetski efikasnih zgrada - klikni na link
• Modelovanje energetski efikasnih zgrada - od idejnog arhitektonskog rešenja - klikni na link
• PassivHaus – osnovni saveti i alati za projektovanje pasivne kuće - klikni na link
• Kalifornijska strategija za zgrade sa nultom potrošnjom energije do 2030. godine - klikni na link
• Energetski efikasne zgrade u Evropi - trenutno stanje, definicije i najbolji primeri - klikni na link